Analogni računar

mini

Analogni računar (analogna računska mašina) je vrsta računara koji koristi kontinualne (neprekidno promjenjive, ne-diskretne) fizičke veličine za modeliranje problema koji se rješava. Fizičke veličine mogu biti hidraulične, električne, pneumatske, mehaničke i druge.

U današnje vrijeme analogni računari su uglavnom zamijenjeni digitalnim, mada se i danas koriste za posebne namjene.

Princip rada

Analogni računari vrše razne matematičke operacije vršeći obradu kontinualnih veličina. Iako se najčešće koristi električna struja ili napon, to nije nikakvo pravilo, i bilo koja kontinualna veličina može da se upotrijebi.

Uzmimo jednostavan sistem za sabiranje dva broja, recimo (3+5). Ako imamo dvije iste čaše sa skalom za mjerenje nivoa vode u čaši, sabiranje možemo izvršiti na jednostavan način. U prvu čašu nalijemo vode do trećeg podioka (za broj 3). U drugu nalijemo vodu do petog podioka (broj 5). Ako sad sadržaj obje čaše izlijemo u treću praznu čašu sa podiocima, očitavamo visinu vode kao 8 (osmi podiok). Ovaj jednostavan sistem dakle vrši sabiranje.

Ovo se može izvesti i električno sa 2 reostata spojena paralelno i podešavanjem struje u svakoj grani, a zatim mjerenjem ukupne struje poslije spoja paralelnih grana (Kiršhofov zakon). Logaritmar funkciju sabiranja vrši sabiranjem dužina.

Ovakvi sistemi su zaista i korišteni za neke mašine krajem 19. i početkom 20. vijeka. Jedan od zanimljivijih je računar MONIAC koji je koristio vodu za simulaciju rada ekonomije države.

Analogni računarski elementi

Moderni sistemi uglavnom koriste elektronske elemente za računske operacije, a operacioni pojačavač je glavni element za konstrukciju svih računarskih elemenata. Elementi uključuju množače, sabirače, integratore, diferencijatore, generatore funkcija i tako dalje.

Za detalje u vezi radnih elemenata, pogledati članak analogni računarski elementi.

Istorija

mini

Među prve analogne računare se ubrajaju mehanizam sa Antikitere, astrolab i logaritmar. Logaritmar koristi dužinu kao fizičku veličinu za pomoć pri proračunu. Kasnije se javljaju razne mehaničke naprave, kao planimetar.

Između dva svjetska rata se radi na razvoju diferencijalnih analizatora, preteča kasnijih analognih računara. Specijalizovani mrežni analizatori za simulaciju mreža distribucije električne energije se pojavljuju oko 1925. godine. Sastoje se od pasivnih komponenti, otpornika, kondenzatora i kalema, kojima potpuno električno predstavljaju stvarne mreže distribucije. Korišteni su za otkrivanje problema kao što su pad napona na električnim linijama, tok strije i slično. Noviji modeli su podesni i za tranzijentne probleme.

Tokom Drugog svjetskog rata u SAD je stvoren M-9 artiljerijski direktor, koji je kasnije opisan kao prvi začetnik pravog analognog računara. Ragacini, Rasel i Rendal (Ragazzini, Russel, Randall) grade prvi elektronski analogni računar na jednosmjernu struju 1947. godine. Iduće godine već počinje komercijalni razvoj analognih računara.

Moderniji sistemi koriste niz računarskih elemenata elektronskog tipa, kao što su množači, sabirači, integratori, diferencijatori, generatori funkcija i tako dalje. Ranije su se dosta koristili i mehanički i elektromehanički sistemi.

Podjela

Glavna podjela je na analogne računare za specijalne namjene (direktne), i univerzalne analogne računare (za opštu namjenu, indirektne). Svaki analogni računar ima određeni broj računarskih elemenata.

Specijalni

Specijalni analogni računari se koriste za rješavanje specijalizovanih problema kao što su prijenos toplote, protok tečnosti, opterećenje struktura i tako dalje. Termalni analizator je primjer ovakvog analognog računara koji se koristi za rješavanje paraboličkih i eliptičkih jednačina. Ova vrsta bi imala otpornike i kondenzatore i posebne jedinice za proračun (promjenljiva na četvrti stepen) za studije zračenja toplote. Pošto uglavnom koriste pasivne elemente nazivaju se i pasivni analogni računari.

Univerzalni

Univerzalni analogni računari su podesne za rješavanje sistema diferencijalnih jednačina. Daju određena rješenja za sisteme linearnih ili nelinearnih diferencijalnih jednačina sa više promenljivih. Elementi za rješavanje linearnih matematičkih relacija su množači, sabirači, djelitelji, integratori i mjerni sistemi. Za rješavanje nelinearnih problema koriste se generatori funkcija.

Kombinovani

Kombinovani direktne i indirektne analogni računari se koriste za simulacije u realnom vremenu, posebno za otkrivanje ponašanja sistema u kojem je uključen i čovjek.

Po načinu dobijanja rješenja

Postoje spori i repetitivni analogni računari.

Spori su tačniji i nezavisna promjenljiva t se može birati po želji, čak i u realnom vremenu. Ovo je posebno pogodno za simulacije u realnom vremenu. Mana je sporih analognih računara što se početni uslovi mogu mijenjati samo na početku.

Repetitivni analogni računari rade na frekvenciji 50 ili 60 herca i ponavljaju rješenje toliko puta u sekundi. Svaka promjena nekog parametra se odražava direktno na rezultat pa je moguća kontinualna provjera i praćenje rada. Daju rješenje samo za uski vremenski opseg promjenljive t.

Prednosti i nedostaci

Najveća prednost analognog računara je mogućnost direktnog vizuelnog praćenja rada i uticaja promjena ulaznih veličina na rezultat proračuna ili simulacije. Rezultati se očitavaju na voltmetru, osciloskopu ili pisaču.

Mane su način programiranja (mijenjanjem fizičkih spojeva između komponenti, podešavanjem potenciometara i slično), preciznost rezultata obično ne veća od 0.1%, skupa izrada (zahtijeva precizne komponente), otežano pohranjivanje podataka, temperaturna nestabilnost komponenti i tako dalje.

Hibridni analogno-digitalni računar

1960-ih godina se pojavila tendencija spajanja analogne i digitalne računske mašine u jednu, radi kombinacije dobrih osobina pojednih tipova. Obično su korišćeni pretvarači za prijenos analognih u digitalne veličine a rjeđe obrnuto.

Vidi još

• MONIAC

Literatura

• „Vojna enciklopedija”. Vojna enciklopedija. Peti tom. Beograd: Vojnoizdavački zavod. 1973. pp. strane 572-574. 
• Encyclopedia of computer science, Anthony Ralston and Chester Meek, New York, 1976. ISBN 978-0-88405-321-7.

Vanjske veze

Analogni računar na Wikimedijinoj ostavi

• Muzej analognih računara sa slikama i dokumentacijom
• Simulacija vješanja automobila sa analognim računarom
• Uvod u analogno računarstvo (pdf)
• Osnove analognih računara Arhivirano 2009-08-06 na Wayback Machine-u
• Comdyna - proizvođač analognih računara Arhivirano 2017-12-01 na Wayback Machine-u