Komputery cyfrowe wytwarzają liczby jako dane wyjściowe.
Źródło obrazu: Obrazy bohaterów / Obrazy bohaterów / GettyImages
Ze względu na ograniczenia obliczeń cyfrowych w latach 60. i 70. inżynierowie, technicy i naukowcy rozwiązywali złożone problemy za pomocą komputerów analogowych. Komputer analogowy generuje sygnały ciągłe za pomocą pokręteł i przełączników dla wejścia oraz mierników dla wyjścia. Wraz z postępem technologii cyfrowej, obliczenia analogowe wymarły pod koniec XX wieku, chociaż wiele z ich pomysłów jest kontynuowanych w projektach syntezatorów muzycznych. Chociaż każdy z nich rozwiązuje podobne problemy, należy zwrócić uwagę na kilka różnic w komputerach analogowych i cyfrowych.
Analogowe i cyfrowe wyjście komputerowe
Komputery cyfrowe wytwarzają liczby jako dane wyjściowe. Komputer wykorzystuje ekrany, drukarki, napędy dysków i inne urządzenia peryferyjne do przechwytywania tych danych wyjściowych. Komputery analogowe wysyłają sygnały napięciowe i mają zestawy analogowych mierników i oscyloskopów do wyświetlania napięć.
Wideo dnia
Rodzaje obwodów elektronicznych
Obwody komputerów analogowych wykorzystują wzmacniacze operacyjne, generatory sygnałów oraz sieci rezystorów i kondensatorów. Obwody te przetwarzają ciągłe sygnały napięciowe. Komputery cyfrowe wykorzystują różne układy włączania i wyłączania, takie jak mikroprocesory, generatory impulsów zegarowych i bramki logiczne.
Sygnały dyskretne a sygnały ciągłe
Główną cechą odróżniającą komputery cyfrowe od analogowych jest charakter sygnałów. Sygnały cyfrowe mają dwa dyskretne stany, włączony lub wyłączony. Stan wyłączenia to zwykle zero woltów, a stan wysoki to zwykle pięć woltów. Sygnały analogowe są ciągłe. Mogą mieć dowolną wartość pomiędzy dwiema skrajnościami, takimi jak -15 i +15 woltów. Napięcie sygnału analogowego może być stałe lub zmieniać się w czasie.
Różne możliwości emulacji
Dzięki ulepszonej technologii szybkie komputery cyfrowe mogą naśladować zachowanie komputerów analogowych. Na przykład program w komputerze cyfrowym może obliczyć przebieg sinusoidalny o częstotliwości 2000 Hz w czasie rzeczywistym z dokładnością i niezawodnością, której nie mogą dorównać obwody analogowe. Komputery analogowe mają ograniczoną zdolność naśladowania systemów cyfrowych.
Dostępność dla Użytkowników
Istnieje kilka przykładów komputerów analogowych. Komponenty i projekty nadal istnieją, choć niewiele osób stara się je zbudować. Z drugiej strony prawie wszystkie działające obecnie komputery są cyfrowe, od prostych sterowników urządzeń po superkomputery wielkości pomieszczenia z tysiącami mikroprocesorów.
Poziom hałasu
Komputery analogowe muszą radzić sobie z pewnym minimalnym poziomem szumu elektrycznego w obwodach, a to wpływa na dokładność. Cyfrowe obwody komputerowe również mają szum elektryczny, chociaż nie ma to wpływu na dokładność lub niezawodność.
Programowanie komputera analogowego i cyfrowego
Możesz programować zarówno komputery analogowe, jak i cyfrowe, chociaż metody są różne. Komputery cyfrowe wykorzystują starannie napisane listy skomplikowanych instrukcji, w tym porównywanie dwóch liczb, przenoszenie danych z jednego miejsca do drugiego lub mnożenie dwóch liczb.
Aby zaprogramować komputer analogowy, łączysz ze sobą elektrycznie różne podsystemy za pomocą kabli krosowych. Na przykład podłącz generator sygnału do pokrętła sterującego, które zmienia siłę sygnału.
Rozmiar komputerów
Przykładem analogowego urządzenia komputerowego może być mały komputer stacjonarny o wielkości dużej książki, ale wysokie stojaki wypełnione sprzętem to również komputery analogowe. Przykładem komputera cyfrowego może być maleńki mikrochip o powierzchni zaledwie kilku milimetrów kwadratowych, ale może to być również instalacja serwerowa wielkości pomieszczenia.
Różnice w koordynacji sygnału
Komputer cyfrowy koordynuje swoje sygnały z zegarem głównym. Zegar wytwarza strumień impulsów elektrycznych o wysokiej częstotliwości; każdy impuls jest „tykaniem” zegara. Każda czynność w komputerze, od porównywania liczb do przenoszenia danych w pamięci, zajmuje określoną liczbę impulsów zegarowych. Szybkość zegara określa ogólną szybkość komputera.
W komputerze analogowym sygnały po prostu przepływają z jednego obwodu do drugiego, bez istniejącej wcześniej centralnej koordynacji. Z powodu tego braku koordynacji komputery analogowe mogą łatwiej ujawniać chaotyczne i nieprzewidywalne zachowanie niż systemy cyfrowe.
Złożoność przechowywania danych
Numeryczna, dyskretna natura komputerów cyfrowych sprawia, że przechowywanie danych jest proste. Obwód pamięci kopiuje i zachowuje dyskretne stany innego obwodu.
W przypadku komputerów analogowych przechowywanie danych jest trudniejsze, ponieważ wykorzystują one sygnały ciągłe. Obwód przechowujący sygnał analogowy ma skłonność do dryfowania w czasie. Najlepszym podejściem do komputerów analogowych jest hybrydowe. Przekształć sygnał analogowy w liczbę i zapisz liczbę w obwodzie cyfrowym.
