Analogový počítač

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
User-trash-full.png
 Táto stránka je kandidátom na rýchle zmazanie, z nasledujúceho dôvodu: 14 dní neupravené

Ak nesúhlasíte s jej rýchlym zmazaním, vysvetlite, prosím, prečo na jej diskusnej stránke. Ak táto stránka zjavne nespĺňa kritériá pre rýchle zmazanie alebo ju mienite opraviť, odstráňte, prosím, tento oznam, ale neodstraňujte ho z iných článkov, ktoré ste sami vytvorili.

Správcovia – nezabudnite kontrolovať, či sem niečo neodkazuje a históriu stránky (posledná úprava) pred zmazaním.
Urgentne upraviť
 Tento článok urgentne potrebuje úpravy a/alebo aspoň základné rozšírenie.
Pomôž Wikipédii tým, že ho vhodne vylepšíš, alebo rozšíriš. Pozri si kritériá na minimálny článok, inšpiráciu môžeš nájsť aj v radách štylistickej príručky, prípadne v diskusii k článku. Neodstraňuj túto šablónu ak nedošlo k podstatnému vylepšeniu článku. Ak si článok založil, odstránenie šablóny prenechaj inému redaktorovi. Ak nebude tento článok do 14 dní prijateľne upravený, bude pravdepodobne zmazaný. Preto buďte pri úprave smelí!
Dátum označenia je 7. 1. 2023, k zmazaniu dôjde 21. 1. 2023.

Ak si umiestnil/a túto šablónu do článku, vyhľadaj autora v histórii článku a vlož na jeho diskusnú stránku oznam:

{{Urgentne upraviť autor|Analogový počítač}}--~~~~
Stránka z informačného súboru Bombardier (BIF), ktorá popisuje komponenty a ovládacie prvky

Analógový počítač je typ počítača, ktorý využíva aspekt nepretržitej zmeny fyzikálnych javov reprezentovaných elektrickými, mechanickými alebo hydraulickými veličinami (analógové signály), na modelovanie riešeného problému. Naproti tomu digitálne počítače predstavujú meniace sa veličiny skokovo s diskrétnymi hodnotami času aj amplitúdy (digitálne signály).

Analógové počítače môžu mať veľmi široký rozsah zložitosti. Logaritmické pravítka a nomogramy sú najjednoduchšie príklady analógových počítačov, zatiaľ čo počítače na riadenie námornej streľby a veľké hybridné digitálne/analógové počítače patrili medzi najkomplikovanejšie.[1]

Analógové počítače boli široko používané vo vedeckých a priemyselných aplikáciách aj po nástupe digitálnych počítačov, pretože v tom čase boli zvyčajne oveľa rýchlejšie, ale začali byť zastarané už v 50-tych a 60-tych rokoch 20. storočia, aj keď sa stále používajú v niektorých špecifických aplikáciách, ako sú letecké simulátory, letové počítače v lietadlách a na výučbu riadiacich systémov na univerzitách. Snáď najrelevantnejším príkladom analógových počítačov sú mechanické hodinky, kde nepretržité a periodické otáčanie vzájomne prepojených ozubených kolies poháňa sekundové, minútové a hodinové ručičky v hodinách. Komplexnejšie aplikácie, ako sú letecké simulátory a radary so syntetickou apertúrou, zostali doménou analógových výpočtov (a hybridných výpočtových systémov ) až do osemdesiatych rokov, pretože digitálne počítače na túto úlohu nestačili. [2]

Časová os analógových počítačov[upraviť | upraviť zdroj]

Predchodcovia[upraviť | upraviť zdroj]

Toto je zoznam príkladov skorých výpočtových zariadení považovaných za predchodcov moderných počítačov. Niektoré z nich možno dokonca nazvala tlač „počítače“, hoci nemusia zodpovedať moderným definíciám.

Mechanizmus Antikythera, datovaný medzi 150 a 100 pred Kristom, bol skorým analógovým počítačom

Mechanizmus Antikythera bol podľa Dereka J. de Solla Price považovaný za raný mechanický analógový počítač. Bol navrhnutý na výpočet astronomických pozícií. Bol objavený v roku 1901 vo vraku Antikythera pri gréckom ostrove Antikythera medzi Kytherou a Krétou a bol datovaný do doby okolo r c. 100 pred Kristom počas helenistického obdobia Grécka. Zariadenia na úrovni zložitosti porovnateľnej s mechanizmom Antikythera sa znovu objavili až o tisíc rokov neskôr.

Mnohé mechanické pomôcky na výpočty a merania boli skonštruované pre použitie v astronómii a navigácii. Planisféru prvýkrát opísal Ptolemaios v 2. storočí nášho letopočtu. Astroláb bol vynájdený v helenistickom období buď v 1. alebo 2. storočí pred Kristom a často sa pripisuje Hipparchovi . Kombináciou planisféry a dioptry bol astroláb, v podstate analógový počítač schopný vyriešiť niekoľko rôznych druhov problémov sférickej astronómie . Astroláb obsahujúci mechanický kalendárový počítač [3] [4] a ozubené kolesá vynašiel Abi Bakr z Isfahánu v Perzii v roku 1235. [5] Abū Rayhān al-Bīrūnī vynašiel prvý mechanický prevodový lunisolárny kalendárny astroláb, [6] raný stroj s pevnou kabelážou na spracovanie vedomostí [7] s ozubeným prevodom a ozubenými kolesami, [8] cca 1000 nášho letopočtu . Hradné hodiny , mechanický orloj s vodným pohonom, ktorý vynašiel Al-Jazari v roku 1206, boli prvým programovateľným analógovým počítačom.

Sektor, výpočtový nástroj používaný na riešenie problémov proporcií, trigonometrie, násobenia a delenia a pre rôzne funkcie, ako sú druhé mocniny a odmocniny, bol vyvinutý koncom 16. storočia a našiel uplatnenie v delostrelectve, geodézii a navigácii.

Planimeter bol ručný prístroj na výpočet plochy uzavretého útvaru pomocou mechanického spojenia.

Logické pravítko . Posuvný centrálny sklz je nastavený na 1,3, kurzor na 2,0 a ukazuje na vynásobený výsledok 2,6.

Logaritmické pravítko bolo vynájdené okolo roku 1620 – 1630, krátko po zverejnení konceptu logaritmu . Je to ručne ovládaný analógový počítač na násobenie a delenie. Ako vývoj logaritmu postupoval, pridané stupnice poskytovali prevrátené hodnoty, druhé mocniny a odmocniny, tretie mocniny a odmocniny, ako aj prechodové funkcie, ako sú logaritmy a exponenciály, kruhová a hyperbolická trigonometria a ďalšie funkcie . Letectvo je jednou z mála oblastí, kde sú posuvné pravítka stále rozšírené, najmä na riešenie problémov s časovou vzdialenosťou v ľahkých lietadlách.

V rokoch 1831 – 1835 matematik a inžinier Giovanni Plana zostrojil večný kalendár, ktorý prostredníctvom systému kladiek a valcov dokázal predpovedať kalendár na každý rok od roku 0 n.l. (teda 1 pred Kr.) až po rok 4000 n.l., pričom sa sledujú prestupné roky a rôzna dĺžka dňa. [9]

Stroj na predpovedanie prílivu a odlivu, ktorý vynašiel Sir William Thomson v roku 1872, bol veľmi užitočný pri plavbe v plytkých vodách. Použil systém kladiek a drôtov na automatický výpočet predpovedaných úrovní prílivu a odlivu na určité obdobie na konkrétnom mieste.

Diferenciálny analyzátor, mechanický analógový počítač navrhnutý na riešenie diferenciálnych rovníc integráciou, používal na integráciu mechanizmy typu koleso a disk. V roku 1876 už James Thomson diskutoval o možnej konštrukcii takýchto kalkulačiek, ale bol obmedzený nedostatočným výstupným krútiacim momentom guľôčkových integrátorov . Nasledovalo množstvo podobných systémov, najmä systémy španielskeho inžiniera Leonarda Torresa y Queveda, ktorý zostrojil niekoľko strojov na riešenie skutočných a zložitých koreňov polynómov; a Michelson a Stratton, ktorých harmonický analyzátor vykonal Fourierovu analýzu, ale namiesto Kelvinových integrátorov použil rad 80 pružín. Táto práca viedla k matematickému pochopeniu Gibbsovho fenoménu prekmitu vo Fourierovej reprezentácii blízko diskontinuít. V diferenciálnom analyzátore výstup jedného integrátora ovládal vstup ďalšieho integrátora alebo výstup z grafu. Zosilňovač krútiaceho momentu bol pokrok, ktorý umožnil týmto strojom pracovať. Od 20. rokov 20. storočia Vannevar Bush a ďalší vyvinuli mechanické diferenciálne analyzátory.

Moderná doba[upraviť | upraviť zdroj]

Analógový počítačový stroj v Lewis Flight Propulsion Laboratory okolo roku 1949
Stolný analógový počítač TR-10 z konca 60. a začiatku 70. rokov
Výukový analógový počítač Heathkit EC-1

Dumaresq bolo mechanické počítacie zariadenie vynájdené okolo roku 1902 poručíkom Johnom Dumaresqom z Kráľovského námorníctva . Bol to analógový počítač, ktorý prepájal dôležité premenné problému riadenia paľby s pohybom vlastnej lode a pohybom cieľovej lode. Často sa používal s inými zariadeniami, ako sú Vickersové vzdialenostné hodiny na generovanie údajov o dosahu a odklone, aby bolo možné plynule nastavovať zameriavače zbraní. S postupujúcim vývojom sa vyrábalo množstvo verzií Dumaresq s narastajúcou zložitosťou.

V roku 1912 Arthur Pollen vyvinul elektricky poháňaný mechanický analógový počítač pre systémy riadenia paľby, založený na diferenciálnom analyzátore. Používalo ho ruské námorníctvo v prvej svetovej vojne . 

Počnúc rokom 1929 boli sieťové analyzátory na striedavý prúd skonštruované na riešenie výpočtových problémov súvisiacich s elektrickými systémami, ktoré boli v tom čase príliš veľké na to, aby sa dali riešiť numerickými metódami . [10] Boli to v podstate zmenšené modely elektrických vlastností systému v plnej veľkosti. Keďže sieťové analyzátory dokázali zvládnuť problémy príliš veľké pre analytické metódy alebo ručné výpočty, používali sa aj na riešenie problémov v jadrovej fyzike a pri navrhovaní štruktúr. Do konca 50. rokov bolo postavených viac ako 50 veľkých sieťových analyzátorov.

Zameriavače zbraní z éry druhej svetovej vojny, počítače s údajmi o zbraniach a zameriavače bômb používali mechanické analógové počítače. V roku 1942 Helmut Hölzer zostrojil plne elektronický analógový počítač vo výskumnom centre armády v Peenemünde [11] [12] [13] ako vstavaný riadiaci systém na výpočet trajektórií rakiet V-2 zo zrýchlení a orientácie (meraných gyroskopmi ) a stabilizovať a viesť raketu. Mechanické analógové počítače boli veľmi dôležité pri riadení paľby v druhej svetovej vojne, v Kórejskej vojne a po vojne vo Vietname; boli vyrobené vo veľkom počte.

V období 1930–1945 v Holandsku Johan van Veen vyvinul analógový počítač na výpočet a predpovedanie prílivových prúdov pri zmene geometrie kanálov. Okolo roku 1950 sa táto myšlienka rozvinula do Deltaru, hydraulického analógového počítača na podporu uzatvárania ústí riek na juhozápade Holandska (Delta Works).

FERMIAC bol analógový počítač, ktorý vynašiel fyzik Enrico Fermi v roku 1947, aby mu pomohol pri štúdiu prenosu neutrónov. [14] Project Cyclone bol analógový počítač vyvinutý Reevesom v roku 1950 na analýzu a návrh dynamických systémov. [15] Project Typhoon bol analógový počítač vyvinutý spoločnosťou RCA v roku 1952. Pozostával z viac ako 4 000 elektrónok a na programovanie využíval 100 číselníkov a 6 000 zásuvných konektorov. [16] MONIAC Computer bol hydraulický analógový počítač simulujúci národné hospodárstvo prvýkrát predstavená v roku 1949. [17]

Spoločnosť Computer Engineering Associates bola odčlenená od Caltechu v roku 1950, aby poskytovala komerčné služby pomocou „Direct Analogy Electric Analog Computer“ („najväčšie a najpôsobivejšie univerzálne analytické zariadenie na riešenie problémov v teréne“), ktoré tam vyvinul Gilbert D. McCann., Charles H. Wilts a Bart Locanthi . [18] [19]

Vzdelávacie analógové počítače ilustrovali princípy analógových výpočtov. Heathkit EC-1, vzdelávací analógový počítač za 199 dolárov, bol vyrobený spoločnosťou Heath Company, USA v roku1960.[20] Programovalo sa pomocou prepojovacích káblov, ktoré spájali deväť operačných zosilňovačov a ďalšie komponenty. [21] General Electric tiež začiatkom 60-tych rokov uviedol na trh „vzdelávaciu“ analógovú počítačovú súpravu jednoduchej konštrukcie, ktorá pozostávala z dvoch tranzistorových tónových generátorov a troch potenciometrov zapojených tak, že frekvencia oscilátora bola vynulovaná, keď boli potenciometre na správnych hodnotách, aby sa vyriešila rovnica. Vzájomný odpor potenciometrov bol potom ekvivalentný vzorcu riešenej rovnice. Násobenie alebo delenie bolo možné vykonať v závislosti od toho, ktoré ciferníky boli vstupy a ktoré boli výstupom. Presnosť a rozlíšenie tohoto stroja boli obmedzené a jednoduché posuvné pravítko malo vyššiu presnosť ako tento stroj. Jednotka však demonštrovala základný princíp.

Návrhy analógových počítačov boli publikované v časopisoch o elektronike. Jedným príkladom je PEAC (Practical Electronics Analog Computer), publikovaný v Practical Electronics v januári 1968. [22] Ďalší modernejší dizajn hybridného počítača bol publikovaný v Everyday Practical Electronics v roku 2002. [23] Príkladom popísaným v hybridnom počítači EPE bol let lietadla VTOL, akým je napríklad prúdové lietadlo Harrier s vertikálnym štartom. [23] Výška a rýchlosť lietadla boli vypočítané analógovou časťou počítača a odoslané do PC cez digitálny mikroprocesor a zobrazené na obrazovke PC.

Pri riadení priemyselných procesov sa analógové regulátory používali na automatickú reguláciu teploty, prietoku, tlaku alebo iných procesných podmienok. Technológia týchto regulátorov siahala od čisto mechanických integrátorov cez vákuové a polovodičové zariadenia až po emuláciu analógových regulátorov pomocou mikroprocesorov.

Praktické príklady[upraviť | upraviť zdroj]

X-15

Toto sú príklady analógových počítačov, ktoré boli skonštruované alebo prakticky používané:

Analógové audiosyntetizátory možno tiež považovať za formu analógového počítača a ich technológia bola pôvodne čiastočne založená na technológii elektronických analógových počítačov. Kruhový modulátor ARP 2600 bol v skutočnosti analógový multiplikátor s priemernou presnosťou.

Simulation Council (alebo Simulation Council) bolo združenie používateľov analógových počítačov v USA. Teraz je známa ako The Society for Modeling and Simulation International. Bulletiny Simulation Council z rokov 1952 až 1963 sú dostupné online a zobrazujú vtedajšie obavy a technológie a bežné používanie analógových počítačov pre raketové strely. [24]

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. ↑ Gears of war: When mechanical analog computers ruled the waves [online]. arstechnica.com, [cit. 2022-12-21]. Dostupné online.
  2. ↑ JOHNSTON, Sean F.. Holographic Visions (A History of New Science). [s.l.] : OUP Oxford, 2006. 540 s. ISBN 978-0-19-151388-6.
  3. ↑ Fuat Sezgin "Catalogue of the Exhibition of the Institute for the History of Arabic-Islamic Science (at the Johann Wolfgang Goethe University", Frankfurt, Germany) Frankfurt Book Fair 2004, pp. 35 & 38.
  4. ↑ François Charette, Archaeology: High tech from Ancient Greece, Nature 444, 551–552(30 November 2006), DOI:10.1038/444551a
  5. ↑ Silvio A. Bedini, Francis R. Maddison (1966). "Mechanical Universe: The Astrarium of Giovanni de' Dondi", Transactions of the American Philosophical Society 56 (5), pp. 1–69.
  6. ↑ D. De S. Price (1984). "A History of Calculating Machines", IEEE Micro 4 (1), pp. 22–52.
  7. ↑ Tuncer Őren (2001). "Advances in Computer and Information Sciences: From Abacus to Holonic Agents", Turk J Elec Engin 9 (1), pp. 63–70 [64].
  8. ↑ Donald Routledge Hill (1985). "Al-Biruni's mechanical calendar", Annals of Science 42, pp. 139–163.
  9. ↑ . Dostupné online. (po anglicky)
  10. ↑ Thomas Parke Hughes Networks of power: electrification in Western society, 1880–1930 JHU Press, 1993 ISBN 0-8018-4614-5 page 376
  11. ↑ James E. Tomayko, Helmut Hoelzer's Fully Electronic Analog Computer; In: IEEE Annals of the History of Computing, Vol. 7, No. 3, pp. 227–240, July–Sept. 1985, DOI:10.1109/MAHC.1985.10025
  12. ↑ [s.l.] : [s.n.], 2013. Dostupné online. ISBN 9781588344663. (po anglicky)
  13. ↑ [s.l.] : [s.n.]. Dostupné online. ISBN 9783486755183. (po anglicky)
  14. ↑ Metropolis, N. "The Beginning of the Monte Carlo Method." Los Alamos Science, No. 15, p. 125
  15. ↑ Small, J. S. "The analogue alternative: The electronic analogue computer in Britain and the USA, 1930–1975" Psychology Press, 2001, p. 90
  16. ↑ Small, J. S. "The analogue alternative: The electronic analogue computer in Britain and the USA, 1930–1975" Psychology Press, 2001, p. 93
  17. ↑ Historical perspectives - The Moniac A Hydromechanical Analog Computer of the 1950s | IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore [online]. ieeexplore.ieee.org, [cit. 2022-12-21]. Dostupné online.
  18. ↑ History - Accounts [online]. me100.caltech.edu, [cit. 2022-12-21]. Dostupné online.
  19. ↑ KARPLUS, Walter J.. Analog Simulation (Solution of Field Problems). [s.l.] : McGraw-Hill, 1958. 434 s.
  20. ↑ [s.l.] : [s.n.], 2003. ISBN 978-0-8493-1349-3.
  21. ↑ . Dostupné online.
  22. ↑ [1]Practical Electronics, January 1968
  23. ↑ a b EPE Hybrid Computer - Part 1 (November 2002), Part 2 (December 2002), Everyday Practical Electronics
  24. ↑ . Dostupné online.

Literatúra[upraviť | upraviť zdroj]

  • AK Dewdney. „O špagetovom počítači a iných analógových pomôckach na riešenie problémov“, Scientific American, 250(6):19–26, jún 1984. Pretlačené v The Armchair Universe, AK Dewdney, publikované WH Freeman & Company (1988),ISBN 0-7167-1939-8 .

Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]

Externé odkazy[upraviť | upraviť zdroj]

Zdroj: „https://sk.wikipedia.org/w/index.php?title=Analogový_počítač&oldid=7527656“