Цифровые компьютеры производят числа на выходе.
Кредит изображения: Изображения героев / Изображения героев / GettyImages
Из-за ограничений цифровых вычислений в 1960-х и 1970-х годах инженеры, техники и ученые решали сложные проблемы с помощью аналоговых компьютеров. Аналоговый компьютер генерирует непрерывные сигналы, используя шкалы и переключатели на входе и измерители на выходе. С развитием цифровых технологий аналоговые вычисления вымерли в конце 20-го века, хотя многие из их идей были воплощены в конструкциях музыкальных синтезаторов. Хотя каждый из них решает схожие проблемы, есть несколько отличий от аналоговых и цифровых компьютеров.
Аналоговый и цифровой компьютерный выход
Цифровые компьютеры производят числа на выходе. Компьютер использует экраны дисплея, принтеры, дисководы и другие периферийные устройства для захвата этого вывода. Аналоговые компьютеры выводят сигналы напряжения и имеют наборы аналоговых измерителей и осциллографов для отображения напряжений.
Видео дня
Типы электронных схем
В схемах аналоговых компьютеров используются операционные усилители, генераторы сигналов и сети из резисторов и конденсаторов. Эти схемы обрабатывают непрерывные сигналы напряжения. В цифровых компьютерах используются различные схемы включения-выключения, такие как микропроцессоры, генераторы тактовых импульсов и логические вентили.
Дискретные и непрерывные сигналы
Основная особенность, которая отличает цифровые компьютеры от аналоговых, - это характер сигналов. Цифровые сигналы имеют два дискретных состояния: включено или выключено. В выключенном состоянии обычно составляет ноль вольт, а в высоком состоянии - пять вольт. Аналоговые сигналы непрерывны. Они могут иметь любое значение между двумя крайними значениями, например, от -15 до +15 вольт. Напряжение аналогового сигнала может быть постоянным или изменяться со временем.
Различные возможности эмуляции
Благодаря усовершенствованной технологии быстрые цифровые компьютеры могут имитировать поведение аналоговых компьютеров. Например, программа на цифровом компьютере может вычислить синусоидальную волну с частотой 2000 Гц в реальном времени с точностью и надежностью, с которой аналоговые схемы не могут сравниться. Аналоговые компьютеры имеют ограниченную способность имитировать цифровые системы.
Доступность для пользователей
Остается несколько примеров аналоговых компьютеров. Компоненты и конструкции все еще существуют, хотя немногие стремятся их построить. С другой стороны, почти все современные компьютеры - цифровые, от простых контроллеров устройств до суперкомпьютеров размером с комнату с тысячами микропроцессоров.
Уровень шума
Аналоговые компьютеры должны иметь дело с определенным минимальным уровнем электрических шумов в цепях, а это влияет на точность. Цифровые компьютерные схемы также имеют электрические помехи, хотя они практически не влияют на точность или надежность.
Аналоговое и цифровое компьютерное программирование
Вы можете программировать как аналоговые, так и цифровые компьютеры, хотя методы разные. Цифровые компьютеры используют тщательно составленные списки сложных инструкций, включая сравнение двух чисел, перемещение данных из одного места в другое или умножение двух чисел вместе.
Чтобы запрограммировать аналоговый компьютер, вы соединяете различные подсистемы электрически вместе с помощью соединительных кабелей. Например, подключите генератор сигналов к ручке управления, которая изменяет мощность сигнала.
Размер компьютеров
Примером аналогового компьютерного устройства может быть небольшая настольная система размером с большую книгу, но высокие стойки, загруженные оборудованием, также являются аналоговыми компьютерами. Примером цифрового компьютера может быть крошечный микрочип размером всего несколько квадратных миллиметров, но это также может быть установка сервера размером с комнату.
Различия в координации сигналов
Цифровой компьютер координирует свои сигналы с главными часами. Часы вырабатывают высокочастотный поток двухпозиционных электрических импульсов; каждый импульс представляет собой «тик» часов. Каждое действие на компьютере, от сравнения чисел до перемещения данных в памяти, требует определенного количества тактовых импульсов. Тактовая частота определяет общую скорость компьютера.
В аналоговом компьютере сигналы просто перетекают из одной цепи в другую, не имея ранее существовавшей централизованной координации. Из-за этого отсутствия координации аналоговые компьютеры могут обнаруживать хаотическое и непредсказуемое поведение с большей готовностью, чем цифровые системы.
Сложность хранения данных
Цифровая, дискретная природа цифровых компьютеров упрощает хранение данных. Схема памяти копирует и сохраняет дискретные состояния другой схемы.
Для аналоговых компьютеров сложнее хранить данные, поскольку они используют непрерывные сигналы. Схема, в которой хранится аналоговый сигнал, со временем подвержена дрейфу. Лучший подход для аналоговых компьютеров - гибридный. Преобразуйте аналоговый сигнал в число и сохраните число в цифровой схеме.
