Цифрові комп’ютери видають числа як вихідні дані.
Авторство зображення: Зображення героїв/Зображення героїв/GettyImages
Через обмеження цифрових обчислень у 1960-х і 70-х роках інженери, техніки та вчені вирішували складні проблеми за допомогою аналогових комп’ютерів. Аналоговий комп’ютер генерує безперервні сигнали, використовуючи диски та перемикачі для входу, і вимірювачі для виходу. З прогресом цифрових технологій аналогові обчислення вимерли наприкінці 20-го століття, хоча багато з його ідей реалізуються в дизайні музичних синтезаторів. Хоча кожен з них вирішує подібні проблеми, слід звернути увагу на кілька аналогових і цифрових комп’ютерних відмінностей.
Аналоговий і цифровий комп'ютерний вихід
Цифрові комп’ютери видають числа як вихідні дані. Комп’ютер використовує екрани дисплея, принтери, дисководи та інші периферійні пристрої для отримання цього результату. Аналогові комп’ютери виводять сигнали напруги і мають набори аналогових вимірювачів і осцилографів для відображення напруг.
Відео дня
Типи електронних схем
Аналогові комп'ютерні схеми використовують операційні підсилювачі, генератори сигналів і мережі резисторів і конденсаторів. Ці схеми обробляють сигнали безперервної напруги. Цифрові комп’ютери використовують різноманітні схеми вмикання-вимкнення, такі як мікропроцесори, генератори тактових імпульсів і логічні вентилі.
Дискретні та безперервні сигнали
Основна особливість, яка відрізняє цифрові від аналогових комп'ютерів, - це характер сигналів. Цифрові сигнали мають два дискретних стани: увімкнено або вимкнено. У вимкненому стані зазвичай нуль вольт, а у високому стані зазвичай п’ять вольт. Аналогові сигнали безперервні. Вони можуть мати будь-яке значення між двома крайніми значеннями, наприклад -15 і +15 вольт. Напруга аналогового сигналу може бути постійною або змінюватися з часом.
Різні можливості емуляції
Завдяки вдосконаленій технології швидкі цифрові комп’ютери можуть емулювати поведінку аналогових комп’ютерів. Наприклад, програма в цифровому комп’ютері може обчислити синусоїду частотою 2000 Гц в режимі реального часу з точністю та надійністю, з якою аналогові схеми не можуть збігатися. Аналогові комп’ютери мають обмежену здатність імітувати цифрові системи.
Доступність для користувачів
Збереглося декілька прикладів аналогових комп’ютерів. Компоненти та конструкції все ще існують, хоча мало хто намагається їх створити. З іншого боку, майже всі комп’ютери, що працюють сьогодні, є цифровими, починаючи від простих контролерів приладів і закінчуючи суперкомп’ютерами розміром з кімнату з тисячами мікропроцесорів.
Рівень шуму
Аналогові комп’ютери повинні мати справу з певним мінімальним рівнем електричних шумів у схемах, і це впливає на точність. Цифрові комп’ютерні схеми також мають електричний шум, хоча він практично не впливає на точність або надійність.
Аналогово-цифрове комп'ютерне програмування
Ви можете програмувати як аналогові, так і цифрові комп’ютери, хоча методи різні. Цифрові комп’ютери використовують ретельно написані списки складних інструкцій, включаючи порівняння двох чисел, переміщення даних з одного місця в інше або множення двох чисел разом.
Щоб запрограмувати аналоговий комп’ютер, ви з’єднуєте різні підсистеми електрично за допомогою патч-кабелів. Наприклад, підключіть генератор сигналу до ручки керування, яка змінює силу сигналу.
Розміри комп'ютерів
Прикладом аналогового комп’ютерного пристрою може бути невелика настільна система розміром з велику книгу, але високі стелажі, завантажені обладнанням, також є аналоговими комп’ютерами. Прикладом цифрового комп’ютера може бути крихітний мікрочіп розміром лише кілька квадратних міліметрів, але це також може бути серверна установка розміром з кімнату.
Відмінності координації сигналів
Цифровий комп'ютер узгоджує свої сигнали з головним годинником. Годинник виробляє високочастотний потік електричних імпульсів включення-вимкнення; кожен імпульс є «галочкою» годинника. Кожна діяльність у комп’ютері, від порівняння чисел до переміщення даних у пам’яті, вимагає певної кількості тактових імпульсів. Швидкість годинника визначає загальну швидкість комп’ютера.
В аналоговому комп’ютері сигнали просто перетікають від одного контуру до іншого, не маючи попередньої центральної координації. Через цю відсутність координації аналогові комп’ютери можуть виявляти хаотичну та непередбачувану поведінку легше, ніж цифрові системи.
Складність зберігання даних
Числова дискретна природа цифрових комп’ютерів робить зберігання даних простим. Схема пам'яті копіює та зберігає дискретні стани іншої схеми.
Для аналогових комп’ютерів зберігати дані складніше, оскільки вони використовують безперервні сигнали. Схема, яка зберігає аналоговий сигнал, схильна до дрейфу з часом. Найкращий підхід для аналогових комп’ютерів – гібридний. Перетворіть аналоговий сигнал у число і збережіть число в цифровій схемі.
