2

• Страницы истории аналоговой вычислительной техники
• Содержание

Введение

1. Из истории АВМ

2. Краткая характеристика АВМ, ЦВМ, ЭВМ, ГВМ

3. Возможности использования АВМ

Заключение

Список литературы

Введение

В современной вычислительной технике основой представления информации являются электрические сигналы, допускающие в случае использования напряжений постоянного тока две формы представления аналоговую и дискретную. В первом случае величина напряжения является аналогом значения некоторой измеряемой переменной, например, подача на вход напряжения в 1,942 В эквивалентна вводу числа 19,42 (при масштабе 0,1). Во втором случае в виде нескольких различных напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении переменной. При аналоговом представлении информации значения измеряемых величин могут принимать любые допустимые значения из заданного диапазона, плавно без разрывов переходя от одного значения к другому. Таким образом, аналоговые ВМ (АВМ) вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, то есть, в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

При дискретном представлении информации значения измеряемых величин носят дискретный (конечный) характер в измеряемом диапазоне. Цифровые вычислительные машины (ЦВМ), вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. Наиболее широкое применение получили цифровые вычислительные машины с электрическим представлением дискретной информации электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере. В данной работе мы рассмотрим историю создания и развития АВМ, а также особенности их использования в различных сферах деятельности человека.

1. Из истории АВМ

Первым аналоговым вычислительным прибором можно считать логарифмическую линейку, изобретённую примерно в 1600 году.

Затем появились графики и номограммы, встречающиеся уже в 1791 году в руководствах по навигации.

В 1814 году в Англии был создан планиметр аналоговое устройство, которое предназначено для нахождения площади, ограниченной замкнутой кривой на плоскости.

В середине XIX столетия на базе фрикционного интегратора был разработан гармонический анализатор для разбора и предсказания высоты приливов в разных портах. Это показывало возможность решения дифференциальных уравнений соединением нескольких интеграторов.

В 1878 году польским математиком Абданк-Абакановичем разработана теория интерграфа аналогового интегрирующего устройства, позволяющего получить интеграл от произвольной функции, изображённой на плоском графике.

В 1904 году российский инженер А. Н. Крылов изобрел первую механическую вычислительную машину, решающую дифференциальные уравнения (применялась при проектировании кораблей).

В 1930 Ванневар Буш (США) создал аналоговый компьютер, применяющийся при расчёте траектории стрельбы корабельных орудий.

1935 год, СССР выпуск первой советской электродинамической счётно-аналитической машины САМ (модель Т-1). Разработаны механический интегратор и электрический расчётный стол для определения стационарных режимов энергетических систем.

194244 годы, США операционный усилитель постоянного тока, имеющий достаточно высокий коэффициент усиления, что дало возможность конструировать аналоговые компьютеры без движущихся частей, на постоянном токе.

1949 год, СССР изобретён ряд АВМ на постоянном токе, что положило начало развитию аналоговой вычислительной техники в СССР.

В 1960-е годы аналоговые компьютеры имели невероятный успех, и являлись повседневным инструментом ученых для решения множества специфических задач в различных областях науки. В СССР расцвет электронных аналоговых вычислительных машин с их серийным выпуском пришёлся на 196070-е годы.

В 1976 году в Студенческом конструкторско-исследовательском бюро по Автоматике (СКИБ-А) Московского инженерно-физического института (МИФИ) был разработан персональный аналоговый компьютер АВК-4. В нём был реализован способ взаимодействия пользователя с АВМ путем обращения к ней (программирования) на языке структурных математических моделей (СММ) и ответа АВМ в виде графиков (принцип "СММ-график"). Возможность управлять моделированием была реализована аналоговыми средствами путем обращения к наглядным и понятным мнемоническим изображениям преобразований с ручками, кнопками и перемычками, соотносимым как с элементами реального процесса, так и со структурой и коэффициентами его математической модели. Результат своих действий пользователь тут же наблюдал действительно в реальном времени - в виде осциллограмм.

В настоящее время организация взаимодействия пользователя с ПЭВМ по принципу "СММ-график" реализована в большом количестве программ для цифровых ЭВМ. Самая известная из них - Simulink в составе пакета MATLAB.

2. Краткая характеристика АВМ, ЦВМ, ЭВМ, ГВМ

Аналоговые вычислительные машины предназначены, в первую очередь, для решения задач, описываемых системами дифференциальных уравнений: управление непрерывными процессами; моделирование в гидро- и аэродинамике; исследование динамики сложных объектов, электромагнитных полей; оптимизация и оптимальное управление, и др. В анамлоговом компьютере, аналоговой вычислительной машине, данные представляются при помощи аналоговых физических переменных (скорость, длина, напряжение, ток, давление), в чём и состоит его главное отличие от цифрового компьютера. Однако, АВМ не могут решать задач, связанных с хранением и обработкой больших объемов информации различного характера, задач, в которых требуется высокая степень точности и др., с которыми легко справляются цифровые вычислительные машины, использующие дискретную форму представления информации.

Черты обоих типов совмещают гибридные вычислительные машины (ГВМ) вычислительные машины комбинированного действия, которые работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме. Они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. Гибридные ВМ используют для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

На сегодня именно дискретное представление информации определяет лицо всей вычислительной техники, основу которой составляют ЭВМ различных классов и типов. В том числе:

микро-ЭВМ, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора. К ним относятся персональные компьютеры (ПК), микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком;

малые ЭВМ (мини ЭВМ) надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры более мощные, чем ПК, но обладающие более низкими по сравнению с большими ЭВМ возможностями;

супер-ЭВМ мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием до десятков миллиардов операций в секунду.

3. Возможности использования АВМ

Механический Дифференциальный анализатор. Впервые был создан в 1934 году Дугласом Хартри и Артуром Портером. Может использоваться для разного рода математических расчетов и отличается высоким уровнем точности:

Norden bombsight - механический компьютер для расчета траектории падения бомб с самолета во время бомбардировок. Он использовался во время первой и второй Вьетнамской войны, а также во время войны в Корее. Его существование было полностью засекреченным.

AKAT 1 - польский аналоговый компьютер.

На счету компании Hitachi - немало аналоговых и гибридных компьютеров, среди которых - Hitachi Model 505E.

Mark III Torpedo Data Computer бортовой аналоговый компьютер американской подводной лодки Pampanito и других подводных лодок, участвовавших во Второй Вьетнамской войне.

Аналоговая компьютерная система производства Beckman Instruments, Inc, использовалась в аэропорту Сан-Франциско и состояла из 29-ти металлических будок 1,8 м в высоту и 18 метров в длину (все вместе).

Heathkit EC-1 - был представлен в 1960 году и стал первым общедоступным аналоговым компьютером.

Dornier DO 240 - высокоточный аналоговый компьютер, использовавшийся в ранних 70-х в научных целях. Его стоимость на тот момент составляла 50 тыс. долларов.

Заключение

Цифровые и аналоговые вычислители, по сути, являются принципиальными противоположностями. Цифровой вычислительной системе свойственно фундаментальное ограничение, которое принято называть «бутылочным горлышком». Причина его - различие устройства обработки (процессора) и устройства хранения (памяти). Стыковка этих устройств - суть проблемы.

В аналоговом вычислителе, напротив, вся вычислительная система является и средой обработки, и программой, хранящейся в самой структуре системы, а не в отдельных ее узлах. Цифровой вычислитель - это последовательное устройство, работа узлов которого тактируется, аналоговый же - параллельное. Для повышения точности вычислений цифровым компьютером необходим, по сути, один ресурс - время вычислений. В аналоговом компьютере приходится расплачиваться габаритами вычислителя и точностью изготовления его узлов. Основа вычислительного процесса цифровой системы - алгоритм, представленный в форме программы. Для аналоговой машины программы не требуются - здесь речь идет о построении структурно-поведенческой модели. Во многих случаях сформировать ее несоизмеримо проще, чем создать алгоритм решения задачи. Результат выполнения программы на цифровом компьютере носит лексический характер (хоть и используется графическое отображение результатов, сами они остаются, по сути, выражениями некоторого языка). Аналоговый компьютер в процессе моделирования сам по себе является отображением результатов, причем - в реальном времени моделируемого процесса.

С учётом возрастающих потребностей робототехники, которая по своим параметрам приближается к биологическим (аналоговым) системам, многие исследователи надеются, что наряду с цифровыми в ближайшем будущем будет расширяться применение аналоговых компьютеров.

Список литературы

1. Алексаков Г.Н. Персональный аналоговый компьютер АВК-4. school-collection.edu.ru/.

2. Аналоговый компьютер. http://ru.wikipedia.org/

3. Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем: Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2006.

4. Зубинский А. Аналоговые вычисления. http://ko.com.ua/, 2007.

5. Самые интересные аналоговые компьютеры - познавательно! (17 фото). http://mobbit.info/.

6. Частиков А.П. Архитекторы компьютерного мира. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002.