ANALOG BILGISAYARLAR: ÖZELLIKLER, BILEŞENLER, TÜRLER - TEKNOLOJI - 2025

Analog bilgisayarlar kullanımları sürekli, mekanik veya hidrolik, elektrik miktarlarda gibi fiziksel olaylar, yönlerini değiştirerek bu bilgisayarın bir tür sorun çözülmektedir modellemektir.

Yani basınç, sıcaklık, voltaj, hız ve ağırlık gibi doğrudan ölçülebilir sürekli değerlerle temsil edilen sayılarla çalışan bilgisayarlardır. Buna karşılık, dijital bilgisayarlar bu değerleri sembolik olarak temsil eder.

Kaynak: X-15_Analog_computer Nasıl yapılır - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52164169

Analog bilgisayarlar çok geniş bir karmaşıklığa sahip olabilir. En basitleri sürgülü kurallar ve nomogramlar iken, deniz silahlarını kontrol eden bilgisayarlar ve büyük hibrit dijital / analog bilgisayarlar en karmaşık olanlar arasındadır. O zamanlar, geliştirilen ilk bilgisayar makineleriydi.

Proses kontrol sistemleri ve koruma röleleri, kontrol ve koruma işlevlerini gerçekleştirmek için analog hesaplamayı kullanır.

1960'larda ana üretici, 231R analog bilgisayarlı, vakum tüplü ve 20 entegratörlü Amerikan şirketi Electronic Associates idi. Daha sonra, katı hal op-amp'leri ve 64 entegratörü olan 8800 analog bilgisayarıyla.

Dijital bilgisayarlarla değiştirme

60'lı 70'lerde, önce vakum tüplerine ve daha sonra transistörlere, entegre devrelere ve mikro işlemcilere dayanan dijital bilgisayarlar daha ekonomik ve hassas hale geldi.

Bu, dijital bilgisayarların büyük ölçüde analog bilgisayarların yerini almasına yol açtı. Bununla birlikte, analog bilgisayarlar bilimsel ve endüstriyel uygulamalarda kullanılmaya devam etti, çünkü o zamanlar genellikle çok daha hızlıydılar.

Örneğin, uçaklarda uçuş bilgisayarı gibi bazı özel uygulamalarda kullanılmaya devam ettiler.

Sentetik açıklıklı radar gibi daha karmaşık uygulamalar, dijital bilgisayarlar bu görev için yetersiz olduğundan 1980'lerde analog hesaplamanın egemenliği altında kaldı.

Analog hesaplama üzerine araştırmalar halen devam etmektedir. Bazı üniversiteler hala kontrol sistemleri teorisini öğretmek için analog bilgisayarlar kullanıyor.

karakteristikleri

Analog veri işleme

Gerilim, sıcaklık, basınç, hız vb. Gibi analog verileri işlemek için bir analog bilgisayar kullanılır. Bu fiziksel büyüklük verilerini sürekli olarak saklar ve bu ölçümler yardımıyla hesaplamalar yapar.

Sonuçları temsil etmek için sembolik sayılar kullanan dijital bilgisayardan oldukça farklıdır.

Analog bilgisayarlar, verilerin sayılara veya koda dönüştürülmeden doğrudan ölçülmesini gerektiren durumlar için mükemmeldir.

Analog sinyallerin kullanılması

Analog bilgisayar, zamanla değişen değerler içeren sürekli veya sinüs dalgası olarak temsil edilebilen analog sinyali kullanır.

Bir analog sinyalin büyüklüğü veya frekansı değişebilir. Genlik değeri, tepe adı verilen en yüksek noktası ve en düşük noktaları ile ilgili sinyalin yoğunluğudur. Öte yandan, frekansın değeri, soldan sağa fiziksel uzunluğudur.

Analog sinyal örnekleri, elektrikli bakır tel aracılığıyla ses veya insan konuşmasıdır.

Analog bilgisayarlar, tek bir işlemde miktarları ölçüp karşılaştırdıkları için herhangi bir depolama kapasitesi gerektirmezler.

Sınırlı hassasiyet

Analog gösterimler, genellikle birkaç ondalık basamağa kadar sınırlı kesinliğe sahiptir.

Analog bir bilgisayarın doğruluğu, hesaplama unsurlarının yanı sıra dahili güç kalitesi ve elektrik ara bağlantılarıyla sınırlıdır.

Esas olarak, genellikle üç veya dört ondalık basamak olan, kullanılan okuma ekipmanının hassasiyeti ile sınırlıdır.

Programlama

Analog bir bilgisayarda programlama, problemin denklemlerini analog bilgisayar devresine dönüştürmeyi içerir.

Analog bilgisayarlar ne içindir?

Verileri sayı olarak ifade etmek yerine, bir sorunu çözmek için verileri voltajlar veya dişli dönüşü gibi ölçülebilir büyüklüklerle temsil etmek için kullanılırlar.

İzleme ve kontrol

İzleme ve kontrol sistemlerinde, bir kontrol formülü belirlemek ve verimlilik, güç, performans ve diğerleri gibi proses parametrelerini hesaplamak için kullanılırlar.

Bir parametrenin bir nesnenin koordinatları ile ilişkisini tanımlayan bir matematiksel ifade atayabiliyorsanız, analog bilgisayar ilgili denklemi çözebilir.

Örneğin, analog bilgisayarlar, güç sistemlerinin ekonomik verimliliğini değerlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır ve otomatik düzenleyiciler olarak işlev görebilir.

Sürekli akış ve sıcaklık ölçümlerinin önemli olduğu petrol rafinerilerindeki gibi süreçleri kontrol etmek için sıklıkla kullanılırlar.

Gelişmiş analiz

Analog bir bilgisayar, kontrollü bir süreci tanımlayan denklem sistemini tekrar tekrar çözerek kısa sürede çok sayıda alternatif çözümü tarayabilir. Bunu yapmak için işlem sırasında değişime tabi parametrelerde farklı değerler kullanır.

Analog bilgisayar tarafından duyurulan kontrol sinyalleri ile istenen kalite garanti edilebilir.

Bilgisayar tarafından belirlenen değerler, kontrol noktalarını ayarlayan bir düzenleme cihazına iletilir.

Rahatsız edici veya faydalı sinyallerin belirlenmesi

Rahatsız edici veya faydalı bir sinyalin büyüklüğü, gürültü ve sinyali ölçen istatistiklerde belirlenen değişikliklere ek olarak dinamik sistemi, başlangıç ​​koşullarının değerlerini tanımlayan diferansiyel denklemler kullanılarak belirlenir.

Bir analog bilgisayar, parazitleri otomatik olarak kaydeden ve parazitlerin karakterine ve miktarına bağlı olan bir kontrol sinyali üreten enstrümanlar oluşturmak için de kullanılabilir.

Dinamik sistem simülasyonu

Simülasyonlar, gerçek zamanlı olarak veya çok yüksek hızlarda gerçekleştirilebilir, böylece değiştirilmiş değişkenlerle tekrarlanan çalışmaların denenmesine izin verilir.

Uçak simülasyonlarında, nükleer santrallerde ve ayrıca endüstriyel kimyasal işlemlerde yaygın olarak kullanılmıştır.

Bileşenler

Operasyonel amplifikatör

Çoğu elektriksel analog bilgisayar, voltajları veya potansiyel farklılıkları değiştirerek çalışır. Temel bileşeni, çıkış akımı giriş potansiyel farkı ile orantılı olan bir cihaz olan işlemsel yükselticidir.

Bu çıkış akımının uygun bileşenlerden akmasına neden olarak, daha fazla potansiyel fark elde edilir ve toplama, çıkarma, ters çevirme ve entegrasyon dahil olmak üzere çok çeşitli matematiksel işlemler gerçekleştirilebilir.

Bir elektriksel analog bilgisayar birçok türde amplifikatörden oluşur. Bunlar, büyük karmaşıklığa ve çok sayıda değişkene sahip matematiksel bir ifade oluşturmak için birleştirilebilir.

Hidrolik bileşenler

Anahtar hidrolik bileşenler arasında borular, valfler ve kaplar bulunabilir.

Mekanik bileşenler

Bilgisayarda verileri taşımak için döner şaftlar, diferansiyel dişliler, disk, bilyalı veya silindir entegratörler, 2 boyutlu ve 3 boyutlu kamlar, mekanik çözücüler ve çarpanlar ve servo torklar olabilir.

Elektrikli ve elektronik bileşenler

- Hassas dirençler ve kapasitörler.

- İşlemsel yükselteçler.

- Çarpanlar.

- Potansiyometreler.

- Sabit işlev üreteçleri.

Matematiksel işlemlerin doğasına göre

Doğrusal

Doğrusal bileşenler toplama, entegrasyon, işaret değişiklikleri, sabit ile çarpma ve diğer işlemlerini gerçekleştirir.

Doğrusal olmayan

İşlev üreteçleri doğrusal olmayan ilişkileri yeniden üretir. Bir, iki veya daha fazla bağımsız değişkenden atanmış bir işlevi yeniden üretmek için tasarlanmış bilgisayar bileşenleri vardır.

Bu sınıfta, tek bağımsız değişkenli kesintili işlevleri yeniden üreten aygıtlar ile çarpan bölen aygıtları arasında ayrım yapmak yaygındır.

Mantıklı

Mantık bileşenleri arasında, daha büyük veya daha küçük miktarı çeşitli miktarlar arasında ayırmak için tasarlanmış analog mantık cihazları, ayrık mantık cihazları, röle anahtarlama devreleri ve diğer bazı özel birimler bulunur.

Tüm mantıksal aygıtlar genellikle paralel mantıksal aygıt adı verilen tek aygıtta birleştirilir. Bireysel mantık cihazlarını birbirine ve bilgisayarın diğer analog bileşenlerine bağlamak için kendi yama paneli ile donatılmıştır.

Türleri

Mekanik bilgisayarlar

Elektronik bileşenlerden ziyade kollar ve dişliler gibi mekanik bileşenlerden yapılmıştır.

En yaygın örnekler, ekleme veya sayma yapmak için dişlilerin döndürülmesini kullanan makineler ve mekanik sayaçlar eklemektir. Daha karmaşık örnekler çarpma ve bölme ve hatta diferansiyel analizler yapabilir.

En pratik mekanik bilgisayarlar, değişkenleri bir mekanizmadan diğerine taşımak için dönen eksenleri kullanır.

Gelgiti tahmin eden bir makine olan Fourier sentezleyicide, harmonik bileşenleri ekleyen kablolar ve kasnaklar kullanıldı.

Hesaplanan sonucu rakamlar şeklinde değil, gösterge yüzeylerinin yer değiştirmeleriyle gösteren erken uzay aracındaki mekanik uçuş araçlarından bahsetmek önemlidir.

İnsanlı Sovyet uzay aracı Globus adında bir aletle donatılmıştı. Bu, enlem ve boylam göstergelerine ek olarak, minyatür bir karasal kürenin yer değiştirmesi yoluyla Dünya'nın figüratif hareketini gösterdi.

Elektrikli Bilgisayarlar

Daha yaygındır çünkü önemli ölçüde daha geniş bir geçiş bandına sahiptirler ve diğer bilgisayarlara ve cihaz kontrol elemanlarına bağlanmak için uygundurlar.

Bileşenlerin mekanik etkileşimi yerine fiziksel olayları simüle etmek için çeşitli dirençler ve kapasitörlerden akan elektrik sinyallerini kullanırlar.

Bilgisayarın analog elemanlarının tasarımı, doğru akım elektronik amplifikatörlerine dayanmaktadır. Bunların açık devre modunda yüksek kazançları vardır.

Giriş ve geri besleme devrelerinin yapısına bağlı olarak, bir op amp, doğrusal veya doğrusal olmayan bir matematiksel işlem gerçekleştirir. Ayrıca bu işlemlerin bir kombinasyonu.

Bu tür bir analog bilgisayar, 20. yüzyılın ortalarında, uçak ve füze testleri gibi, bilgisayar ve askeri teknolojide yaygın olarak kullanıldı.

Dijital ile farklılıklar

Sinyal iletimi

Dijital sinyallerin kapalı veya açık olmak üzere iki ayrı durumu vardır. Kapalı durumu sıfır volt ve açık durumu beş volttur. Dijital bilgisayarların 0 ve 1 biçiminde ikili sayı verilerini kullanmasının nedeni budur.

Analog sinyaller süreklidir. -15 ve +15 volt gibi iki uç arasında herhangi bir yerde olabilirler. Bir analog sinyalin voltajı sabit olabilir veya zamanla değişebilir.

Yani analog bilgisayarlarda veri sürekli sinyaller şeklinde iletilir. Dijital bilgisayarlarda, ayrık sinyaller şeklinde iletilirler.

Devre türleri

Analog bilgisayar devreleri işlemsel yükselteçler, sinyal üreteçleri, direnç ağları ve kapasitörler kullanır. Bu devreler sürekli voltaj sinyallerini işler.

Dijital bilgisayarlar, mikroişlemciler, saat üreteçleri ve mantık kapıları gibi çeşitli açma / kapama devreleri kullanır.

Yani, dijital bilgisayar elektronik devreleri kullanırken analog bilgisayar, sinyalin sürekli akışı için dirençler kullanır.

Hassas

Analog bilgisayarlar, devrelerin doğruluğunu etkileyen belirli bir elektriksel gürültü seviyesi ile uğraşmalıdır. Dijital bir bilgisayarın devrelerinde de elektriksel gürültü vardır, ancak bunun doğruluk veya güvenilirlik üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

Öte yandan, analog bilgisayar tam bir eşleşme ile tekrar eden sonuçlar üretemez. Bu, analog bilgisayarların dijital bilgisayarlara kıyasla daha az doğru olduğu anlamına gelir.

Programlama

Yöntemler farklı olsa da hem analog hem de dijital bilgisayarlar programlanabilir.

Dijital bilgisayarlar, iki sayıyı karşılaştırma veya çarpma ya da verileri bir yerden diğerine taşıma gibi karmaşık talimat dizileri kullanır.

Analog bir bilgisayarı programlamak için, farklı alt sistemler elektriksel olarak kablolarla birbirine bağlanır. Örneğin, sinyalin yoğunluğunu değiştirmek için bir kontrol düğmesine bir sinyal oluşturucu bağlanır.

Örnekler

Kale saati

Bu ünlü bilgisayar, programlama talimatlarını saklayabiliyordu. Üç metrenin üzerinde duran cihaz, zamanı, zodyağı ve ayrıca güneş ve ayın yörüngelerini gösteriyordu.

Cihazın hesaplama kısmı, kullanıcıların mevsime bağlı olarak günün değişken uzunluğunu ayarlamasına izin verdi. 1206'da anlatılan bu bilgisayar, zamanına göre çok karmaşıktı.

Sürgülü hesap cetveli

En basit ve en tanınmış mekanik analog bilgisayarlardan biri sürgülü hesap cetvelidir. Bu, temel matematiksel hesaplamaları yaklaşık olarak gösteren bir cihazdır.

Kullanıcılar, başka bir çubuk üzerindeki çeşitli işaretlerle hizalamak için işaretli bir çubuğu kaydırır, böylece cihazı bu çeşitli işaretlerin hizalamasına göre okur.

Diferansiyel analizör

Bu mekanik analog bilgisayar, diferansiyel denklemleri çözebiliyordu. 1800'lerin başı kadar eski bir tasarıma sahip olan diferansiyel analizör, 1930'larda mükemmelleştirildi ve 20. yüzyılın ortalarına kadar kullanıldı.

İlk modern bilgisayar olarak kabul edilir. 100 ton ağırlığındaydı ve 150 motorun yanı sıra röleleri ve vakum tüplerini bağlayan yüzlerce mil kablo içeriyordu.

Bugünün standartlarına göre makine yavaştı. Aslında, masaüstü hesap makinesi kullanan bir insan operatörden yalnızca yüz kat daha hızlıydı.

Diğer örnekler

- Tahminci Kerrison.

- Bir uçağın terazoskop, denge ve ağırlık bilgisayarı.

- Planimetre gibi mekanik entegratörler.

- Nomogram.

- Norden bombardıman siperi.

- Yangın kontrolüyle ilgili bilgisayarlar.

- Su entegratörleri.

- MONIAC, ekonomik modelleme.

Simülasyon Konseyi, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki analog bilgisayar kullanıcıları birliğiydi.

Simülasyon Konseyi'nin 1952'den 1963'e kadar olan haber bültenleri şu anda çevrimiçi olarak mevcuttur. O zamanki teknolojileri ve ayrıca analog bilgisayarların ortak kullanımını gösterirler.

Referanslar

1. Wikipedia, özgür ansiklopedi (2019). Analog bilgisayar. En.wikipedia.org adresinden alınmıştır.
2. Techopedia (2019). Analog Bilgisayar. Alındığı: roofpedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Analog Bilgisayar nedir? - Tanım. Bilgisayar Notları. Alındığı: ecomputernotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Analog bilgisayar. Alınan: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). Analog ve Dijital Bilgisayarlar Arasındaki 10 Fark. Alındığı: techwalla.com.
6. Ücretsiz Sözlük (2019). Analog Bilgisayar. Ansiklopedi2.thefreedictionary.com adresinden alınmıştır.
7. Ansiklopedi (2002). Bilgisayar, Analog. Ansiklopedi.com adresinden alınmıştır.