10 Unterschiede zwischen analogen und digitalen Computern

Aufgrund der Beschränkungen des digitalen Rechnens in den 1960er und 70er Jahren lösten Ingenieure, Techniker und Wissenschaftler komplexe Probleme mit analogen Computern. Ein analoger Computer erzeugt kontinuierliche Signale unter Verwendung von Drehreglern und Schaltern für die Eingabe und Anzeigen für die Ausgabe. Mit dem Fortschritt in der Digitaltechnologie starb die analoge Computertechnik Ende des 20. Jahrhunderts aus, obwohl viele ihrer Ideen in Musiksynthesizer-Designs fortgeführt werden. Obwohl jeder ähnliche Probleme löst, gibt es einige Unterschiede zwischen analogen und digitalen Computern zu beachten.

Digitale Computer produzieren Zahlen als Ausgabe. Der Computer verwendet Bildschirme, Drucker, Laufwerke und andere Peripheriegeräte, um diese Ausgabe zu erfassen. Analoge Computer geben Spannungssignale aus und verfügen über Sätze von analogen Messgeräten und Oszilloskopen, um die Spannungen anzuzeigen.

Analoge Computerschaltungen verwenden Operationsverstärker, Signalgeneratoren und Netzwerke aus Widerständen und Kondensatoren. Diese Schaltungen verarbeiten kontinuierliche Spannungssignale. Digitalcomputer verwenden eine Vielzahl von Ein-Aus-Schaltkreisen, wie beispielsweise Mikroprozessoren, Taktimpulsgeneratoren und Logikgatter.

Das Hauptmerkmal, das digitale von analogen Computern unterscheidet, ist die Art der Signale. Digitalsignale haben zwei diskrete Zustände, ein oder aus. Der ausgeschaltete Zustand beträgt normalerweise null Volt und der hohe Zustand beträgt typischerweise fünf Volt. Analoge Signale sind kontinuierlich. Sie können jeden Wert zwischen zwei Extremen haben, wie beispielsweise -15 und +15 Volt. Die Spannung eines analogen Signals kann konstant sein oder mit der Zeit variieren.

Mit verbesserter Technologie können schnelle digitale Computer das Verhalten analoger Computer emulieren. Beispielsweise kann ein Programm in einem Digitalcomputer eine 2.000-Hz-Sinuswelle in Echtzeit berechnen, und zwar mit einer Genauigkeit und Zuverlässigkeit, die analoge Schaltkreise nicht erreichen können. Analoge Computer haben eine begrenzte Fähigkeit, digitale Systeme nachzuahmen.

Es gibt nur noch wenige Beispiele für analoge Computer. Die Komponenten und Designs existieren immer noch, obwohl nur wenige versuchen, sie zu bauen. Andererseits sind fast alle Computer, die heute arbeiten, digital, von einfachen Gerätesteuerungen bis hin zu raumgroßen Supercomputern mit Tausenden von Mikroprozessoren.

Analoge Computer müssen mit einem gewissen Mindestpegel an elektrischem Rauschen in den Schaltkreisen umgehen, was die Genauigkeit beeinträchtigt. Digitale Computerschaltkreise weisen ebenfalls elektrisches Rauschen auf, obwohl es wenig oder gar keine Auswirkungen auf die Genauigkeit oder Zuverlässigkeit hat.

Sie können sowohl analoge als auch digitale Computer programmieren, obwohl die Methoden unterschiedlich sind. Digitale Computer verwenden sorgfältig geschriebene Listen mit komplizierten Anweisungen, einschließlich des Vergleichs zweier Zahlen, des Verschiebens von Daten von einem Ort zum anderen oder des Multiplizierens zweier Zahlen miteinander.

Um einen analogen Computer zu programmieren, verbinden Sie verschiedene Teilsysteme elektrisch mit Patchkabeln. Schließen Sie beispielsweise einen Signalgenerator an einen Drehknopf an, der die Signalstärke variiert.

Ein Beispiel für ein analoges Computergerät könnte ein kleines Desktop-System von der Größe eines großen Buches sein, aber auch hohe, mit Geräten beladene Racks sind analoge Computer. Ein Beispiel für einen digitalen Computer könnte ein winziger Mikrochip sein, der nur wenige Millimeter groß ist, aber es könnte auch eine raumgroße Serverinstallation sein.

Ein digitaler Computer koordiniert seine Signale mit einer Hauptuhr. Die Uhr erzeugt einen hochfrequenten Strom elektrischer Ein-Aus-Impulse; jeder Impuls ist ein "Tick" der Uhr. Jede Aktivität im Computer, vom Vergleichen von Zahlen bis zum Verschieben von Daten im Speicher, benötigt eine definierte Anzahl von Taktimpulsen. Die Geschwindigkeit der Uhr bestimmt die Gesamtgeschwindigkeit des Computers.

In einem analogen Computer fließen Signale einfach von einem Schaltkreis zum nächsten, ohne dass eine zentrale Koordination vorhanden ist. Aufgrund dieses Mangels an Koordination können analoge Computer chaotisches und unvorhersehbares Verhalten leichter erkennen als digitale Systeme.

Die numerische, diskrete Natur digitaler Computer macht die Datenspeicherung einfach. Eine Speicherschaltung kopiert und behält die diskreten Zustände einer anderen Schaltung.

Bei analogen Computern ist das Speichern von Daten schwieriger, da sie kontinuierliche Signale verwenden. Eine Schaltung, die ein analoges Signal speichert, neigt dazu, im Laufe der Zeit zu driften. Der beste Ansatz für analoge Computer ist ein Hybrid. Wandeln Sie das analoge Signal in eine Zahl um und speichern Sie die Zahl in einer digitalen Schaltung.