10 διαφορές μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών υπολογιστών

Λόγω των περιορισμών των ψηφιακών υπολογιστών στις δεκαετίες του 1960 και του 70, μηχανικοί, τεχνικοί και επιστήμονες έλυσαν πολύπλοκα προβλήματα χρησιμοποιώντας αναλογικούς υπολογιστές. Ένας αναλογικός υπολογιστής παράγει συνεχόμενα σήματα χρησιμοποιώντας επιλογείς και διακόπτες για είσοδο και μετρητές για έξοδο. Με την πρόοδο στην ψηφιακή τεχνολογία, ο αναλογικός υπολογιστής πέθανε στα τέλη του 20ου αιώνα, αν και πολλές από τις ιδέες του συνεχίζονται σε σχέδια συνθεσάιζερ μουσικής. Αν και το καθένα λύνει παρόμοια προβλήματα, υπάρχουν αρκετές διαφορές αναλογικού και ψηφιακού υπολογιστή που πρέπει να σημειωθούν.

Οι ψηφιακοί υπολογιστές παράγουν αριθμούς ως έξοδο. Ο υπολογιστής χρησιμοποιεί οθόνες οθόνης, εκτυπωτές, μονάδες δίσκου και άλλα περιφερειακά για τη λήψη αυτής της εξόδου. Οι αναλογικοί υπολογιστές δίνουν σήματα τάσης εξόδου και διαθέτουν σετ αναλογικών μετρητών και παλμογράφων για την εμφάνιση των τάσεων.

Τα κυκλώματα αναλογικών υπολογιστών χρησιμοποιούν ενισχυτές λειτουργίας, γεννήτριες σήματος και δίκτυα αντιστάσεων και πυκνωτών. Αυτά τα κυκλώματα επεξεργάζονται σήματα συνεχούς τάσης. Οι ψηφιακοί υπολογιστές χρησιμοποιούν μια ποικιλία κυκλωμάτων ενεργοποίησης-απενεργοποίησης, όπως μικροεπεξεργαστές, γεννήτριες παλμών ρολογιού και λογικές πύλες.

Το κύριο χαρακτηριστικό που διακρίνει τους ψηφιακούς από τους αναλογικούς υπολογιστές είναι η φύση των σημάτων. Τα ψηφιακά σήματα έχουν δύο διακριτές καταστάσεις, ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση. Η κατάσταση απενεργοποίησης είναι συνήθως μηδέν βολτ και η υψηλή κατάσταση είναι συνήθως πέντε βολτ. Τα αναλογικά σήματα είναι συνεχόμενα. Μπορεί να έχουν οποιαδήποτε τιμή μεταξύ δύο άκρων, όπως -15 και +15 βολτ. Η τάση ενός αναλογικού σήματος μπορεί να είναι σταθερή ή να ποικίλλει με το χρόνο.

Με τη βελτιωμένη τεχνολογία, οι γρήγοροι ψηφιακοί υπολογιστές μπορούν να μιμηθούν τη συμπεριφορά των αναλογικών υπολογιστών. Για παράδειγμα, ένα πρόγραμμα σε έναν ψηφιακό υπολογιστή μπορεί να υπολογίσει ένα ημιτονοειδές κύμα 2.000 Hz σε πραγματικό χρόνο και με ακρίβεια και αξιοπιστία που δεν μπορούν να ταιριάξουν τα αναλογικά κυκλώματα. Οι αναλογικοί υπολογιστές έχουν περιορισμένη ικανότητα μίμησης ψηφιακών συστημάτων.

Λίγα παραδείγματα αναλογικών υπολογιστών εξακολουθούν να υπάρχουν. Τα εξαρτήματα και τα σχέδια εξακολουθούν να υπάρχουν, αν και λίγοι επιδιώκουν να τα κατασκευάσουν. Από την άλλη πλευρά, σχεδόν όλοι οι υπολογιστές που λειτουργούν σήμερα είναι ψηφιακοί, που κυμαίνονται από απλούς ελεγκτές συσκευών έως υπερυπολογιστές μεγέθους δωματίου με χιλιάδες μικροεπεξεργαστές.

Οι αναλογικοί υπολογιστές πρέπει να αντιμετωπίζουν ένα ορισμένο ελάχιστο επίπεδο ηλεκτρικού θορύβου στα κυκλώματα, και αυτό επηρεάζει την ακρίβεια. Τα ψηφιακά κυκλώματα υπολογιστών έχουν επίσης ηλεκτρικό θόρυβο, αν και έχει ελάχιστη έως καθόλου επίδραση στην ακρίβεια ή την αξιοπιστία.

Μπορείτε να προγραμματίσετε τόσο αναλογικούς όσο και ψηφιακούς υπολογιστές, αν και οι μέθοδοι είναι διαφορετικές. Οι ψηφιακοί υπολογιστές χρησιμοποιούν προσεκτικά γραμμένες λίστες περίπλοκων οδηγιών, συμπεριλαμβανομένης της σύγκρισης δύο αριθμών, της μετακίνησης δεδομένων από τη μια τοποθεσία στην άλλη ή του πολλαπλασιασμού δύο αριθμών μαζί.

Για να προγραμματίσετε έναν αναλογικό υπολογιστή, συνδέετε διαφορετικά υποσυστήματα μεταξύ τους ηλεκτρικά με καλώδια ενημέρωσης κώδικα. Για παράδειγμα, συνδέστε μια γεννήτρια σήματος σε ένα κουμπί ελέγχου που μεταβάλλει την ισχύ του σήματος.

Ένα παράδειγμα αναλογικής συσκευής υπολογιστή θα μπορούσε να είναι ένα μικρό επιτραπέζιο σύστημα στο μέγεθος ενός μεγάλου βιβλίου, αλλά τα ψηλά ράφια φορτωμένα με εξοπλισμό είναι επίσης αναλογικοί υπολογιστές. Ένα παράδειγμα ψηφιακού υπολογιστή θα μπορούσε να είναι ένα μικροσκοπικό μικροτσίπ που είναι μόνο μερικά χιλιοστά τετραγωνικά, αλλά θα μπορούσε επίσης να είναι μια εγκατάσταση διακομιστή μεγέθους δωματίου.

Ένας ψηφιακός υπολογιστής συντονίζει τα σήματα του με ένα κύριο ρολόι. Το ρολόι παράγει ένα ρεύμα υψηλής συχνότητας ηλεκτρικών παλμών on-off. κάθε παλμός είναι ένα «τικ» του ρολογιού. Κάθε δραστηριότητα στον υπολογιστή, από τη σύγκριση αριθμών έως τη μετακίνηση δεδομένων στη μνήμη, λαμβάνει έναν καθορισμένο αριθμό παλμών ρολογιού. Η ταχύτητα του ρολογιού καθορίζει τη συνολική ταχύτητα του υπολογιστή.

Σε έναν αναλογικό υπολογιστή, τα σήματα απλώς ρέουν από το ένα κύκλωμα στο άλλο, χωρίς να υπάρχει προϋπάρχων κεντρικός συντονισμός. Λόγω αυτής της έλλειψης συντονισμού, οι αναλογικοί υπολογιστές μπορούν να αποκαλύψουν χαοτική και απρόβλεπτη συμπεριφορά πιο εύκολα από τα ψηφιακά συστήματα.

Η αριθμητική, διακριτή φύση των ψηφιακών υπολογιστών κάνει την αποθήκευση δεδομένων απλή. Ένα κύκλωμα μνήμης αντιγράφει και διατηρεί τις διακριτές καταστάσεις ενός άλλου κυκλώματος.

Για τους αναλογικούς υπολογιστές, η αποθήκευση δεδομένων είναι πιο δύσκολη, καθώς χρησιμοποιούν συνεχή σήματα. Ένα κύκλωμα που αποθηκεύει ένα αναλογικό σήμα είναι επιρρεπές σε μετατόπιση με την πάροδο του χρόνου. Η καλύτερη προσέγγιση για αναλογικούς υπολογιστές είναι η υβριδική προσέγγιση. Μετατρέψτε το αναλογικό σήμα σε αριθμό και αποθηκεύστε τον αριθμό σε ένα ψηφιακό κύκλωμα.