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과학

아날로그 컴퓨터

by ○●○●◑◐◐◑● 2020. 4. 16.

아날로그 컴퓨터

스프링 및 대시 포트(점성 유체 댐퍼)와 같은 선형 기계 부품과 커패시터, 인덕터 및 저항기와 같은 전기 부품 간의 유사성은 수학 측면에서 두드러집니다. 동일한 형태의 방정식을 사용하여 모델링할 수 있습니다. 그러나 이러한 시스템의 차이점은 아날로그 컴퓨팅을 유용하게 만드는 것입니다. 간단한 매스 스프링 시스템을 고려하는 경우 물리적 시스템을 구성하려면 스프링과 질량을 만들거나 수정해야 합니다. 그다음에는 서로 부착하고 적절한 앵커를 부착하고, 적절한 입력 범위의 테스트 장비를 수집하고, 마지막으로 측정을 수행합니다. 경주용 자동차 용 서스펜션, 실험 적 건설, 수정 및 테스트와 같은 더 복잡한 경우에는 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 전기 등가물은 몇 가지 작동 증폭기 및 일부 수동 선형 구성 요소로 구성될 수 있습니다. 모든 측정은 오실로스코프로 직접 측정할 수 있습니다. 회로에서, '스프링의 강성', 예를 들어, 커패시터의 파라미터를 조정하여 변경할 수 있습니다. 전기 시스템은 물리적 시스템과 유사하므로 이름은 구성 비용이 적게 들지만 일반적으로 더 안전하며 일반적으로 수정하기가 훨씬 쉽습니다. 또한 전자 회로는 일반적으로 시뮬레이션되는 시스템보다 더 높은 주파수에서 작동할 수 있습니다. 이를 통해 시뮬레이션을 실시간보다 빠르게 실행할 수 있습니다. 전자 아날로그 컴퓨터의 숙련된 사용자는 디지털 시뮬레이션에 비해 비교적 친밀한 제어 및 이해 문제를 제공했다고 말했습니다. 기계-전기 적 비유의 단점은 전자 장치가 고정 공급 전압으로 인해 변수가 다를 수 있는 범위에 의해 제한된다는 것입니다. 따라서 각 문제는 매개 변수 및 치수로 배율을 조정해야 합니다. 부적절하게 조정된 문제는 더 높은 소음 수준으로 인해 발생할 수 있습니다. 부동 지점 디지털 계산은 거대한 동적 범위를 가지고 있지만 거대한 값의 작은 차이가 수치 불안정으로 이어질 경우 부정확성으로 고통받을 수도 있습니다. 이러한 전기 회로는 다양한 시뮬레이션을 쉽게 수행할 수 있습니다. 예를 들어 전압은 수압을 시뮬레이션할 수 있으며 전류는 초당 입방미터의 흐름 속도를 시뮬레이션할 수 있습니다. 통합자는 유량에 비례하는 입력 전류를 사용하여 총 누적된 액체 볼륨을 제공할 수 있습니다. 스프링 질량 시스템의 역학을 위한 아날로그 회로(스케일링 계수 제외) 스프링 매스 시스템의 감쇠 모션-아날로그 컴퓨터는 특히 미분 방정식으로 설명된 상황을 나타내는 데 적합합니다. 때때로, 그들은 미분 방정식의 시스템이 전통적인 방법으로 해결하기가 매우 어려운 입증 할 때 사용되었습니다. 간단한 예로, 스프링 질량 시스템의 역학은 방정식으로 설명할 수 있습니다. 동등한 아날로그 회로는 상태 변수에 대한 두 개의 통합자로 구성됩니다. 회로는 통합 및 추가 유닛이 신호 극성을 반전시키는 것을 고려해야 합니다. 아날로그 컴퓨터의 정확도는 컴퓨팅 요소뿐만 아니라 내부 전력 및 전기 상호 연결의 품질에 의해 제한됩니다. 아날로그 컴퓨터 판독 값의 정밀도는 주로 사용되는 판독 장비의 정밀도에 의해 제한되었으며, 일반적으로 3~4개의 중요한 수치입니다. 디지털 컴퓨터의 정밀도는 단어 크기에 의해 제한됩니다. 임의 정밀도 산술 은상 대적으로 느리지만 필요할 수 있는 실제적인 수준의 정밀도를 제공합니다. 그러나 대부분의 경우 아날로그 컴퓨터의 정밀도는 모델 특성과 기술적 매개 변수의 불확실성을 감안할 때 절대적으로 충분합니다. 특정 계산에 전념하는 많은 소형 컴퓨터는 여전히 산업 규제 장비의 일부이지만, 1950년대부터 1970년대까지 범용 아날로그 컴퓨터는 특히 항공기, 군사 및 항공 우주 분야에서 동적 시스템의 실시간 시뮬레이션을 위해 충분히 빠른 유일한 시스템이었습니다. 1960년대에 주요 제조업체는 231R 아날로그 컴퓨터(진공 관, 20개 통합기)를 갖춘 뉴저지 주 프린스턴의 전자 어소시에이트였으며, 그 후 EAI 8800 아날로그 컴퓨터(솔리드 스테이트 작동 증폭기, 64개 통합기)를 사용했습니다. 아날로그 컴퓨터의 기본 기술은 일반적으로 작동 증폭기 (또한 낮은 주파수 제한이 없기 때문에 "연속 전류 증폭기"라고도 함), 1960 년대에 프랑스 ANALAC 컴퓨터에서 대체 기술을 사용하려고 했다. 1970년대에 역학 문제와 관련된 모든 대기업과 행정에는 다음과 같은 대형 아날로그 컴퓨팅 센터가 있었습니다. 아날로그 컴퓨팅 장치는 빠르며 디지털 컴퓨팅 장치는 보다 다재다능하고 정확하므로 효율성을 극대화하기 위해 두 프로세스를 결합하는 것이 좋습니다. 이러한 하이브리드 초등학교 장치의 예로는 하나의 입력이 아날로그 신호이고, 다른 입력은 디지털 신호이고 출력은 아날로그인 하이브리드 승수가 있습니다. 그것은 디지털로 업그레이드 아날로그 전위계 역할을 합니다. 이러한 종류의 하이브리드 기술은 주로 레이더 및 임베디드 시스템의 컨트롤러에 대한 신호 처리로서 컴퓨팅 시간이 매우 중요할 때 빠른 전용 실시간 계산에 사용됩니다. 1970년대 초 아날로그 컴퓨터 제조업체들은 아날로그 컴퓨터를 디지털 컴퓨터와 연결하여 두 가지 기술의 이점을 얻으려고 노력했습니다. 이러한 시스템에서 디지털 컴퓨터는 아날로그 컴퓨터를 제어하여 초기 설정을 제공하고 여러 아날로그 실행을 시작하며 자동으로 데이터를 공급하고 수집합니다. 디지털 컴퓨터는 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 컨버터를 사용하여 계산 자체에 참여할 수도 있습니다. 하이브리드 컴퓨터의 가장 큰 제조 업체는 전자 어소시에이츠 했다. 그들의 하이브리드 컴퓨터 모델 8900 디지털 컴퓨터와 하나 이상의 아날로그 콘솔로 만들어졌습니다. 이러한 시스템은 주로 NASA의 아폴로 프로그램 및 우주 왕복선, 또는 유럽의 아리안과 같은 대규모 프로젝트에 전념했으며, 특히 처음에는 모든 것을 시뮬레이션하고 점진적으로 실제 구성 요소가 시뮬레이션된 부품을 대체하는 통합 단계에서 특히 전념했습니다. 1970년대에 는 프랑스의 하이브리드 컴퓨터인 CISI에서 일반 상용 컴퓨팅 서비스를 제공하는 회사만 알려졌습니다. 이 분야에서 가장 좋은 기준은 에어버스 및 콩코드 항공기의 자동 착륙 시스템의 각 인증에 대해 100,000개의 시뮬레이션이 실행된다는 것입니다. 1980년 이후, 순수 디지털 컴퓨터는 점점 더 빠르게 발전했고 아날로그 컴퓨터와 경쟁할 만큼 충분히 빨랐습니다. 아날로그 컴퓨터의 속도의 한 가지 핵심은 완전히 병렬 계산이었지만 이는 한계이기도 했습니다. 문제에 필요한 방정식이 많을수록 문제가 시간 중요하지 않은 경우에도 아날로그 구성 요소가 더 많이 필요했습니다. "프로그래밍"문제는 아날로그 연산자 상호 연결을 의미; 심지어 이동식 배선 패널이 매우 다재다능하지 않았습니다. 오늘날에는 더 이상 큰 하이브리드 컴퓨터가 없지만 하이브리드 구성 요소만 있습니다.

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