아날로그 컴퓨터

아날로그 컴퓨터 또는 아날로그 컴퓨터는 전기적, 기계적 또는 유압적 양(아날로그 신호)과 같은 물리적 현상의 연속적인 변화 측면을 사용하여 해결되는 문제를 모델링하는 컴퓨터입니다.이와는 대조적으로 디지털 컴퓨터는 다양한 양을 상징적으로 그리고 시간과 진폭(디지털 신호)의 이산 값으로 나타냅니다.

아날로그 컴퓨터는 매우 광범위한 복잡성을 가질 수 있습니다.슬라이드 규칙과 노모그래프가 가장 단순하고 해군 사격 통제 컴퓨터와 대형 하이브리드 디지털/아날로그 컴퓨터가 가장 ^[1]복잡했습니다.프로세스 제어 및 보호 릴레이를 위한 복잡한 메커니즘은 아날로그 계산을 사용하여 제어 및 보호 기능을 수행했습니다.

아날로그 컴퓨터는 디지털 컴퓨터의 출현 이후에도 과학 및 산업 응용 분야에서 널리 사용되었습니다. 왜냐하면 아날로그 컴퓨터는 일반적으로 훨씬 더 빨랐지만, 비록 그들이 항공기 비행 시뮬레이터, 비행과 같은 일부 특정 응용 분야에서 사용되었지만 1950년대와 1960년대 초에 구식이 되기 시작했습니다.항공기의 컴퓨터 및 대학의 제어 시스템을 교육하는 데 사용됩니다.아마도 아날로그 컴퓨터의 가장 친밀한 예는 기계식 시계로, 상호 연결된 기어의 연속적이고 주기적인 회전이 초, 분, 시간의 바늘을 움직인다.항공기 비행 시뮬레이터 및 합성 장비 레이더와 같은 보다 복잡한 애플리케이션은 디지털 컴퓨터가 ^[2]작업에 충분하지 않았기 때문에 1980년대까지 아날로그 컴퓨팅(및 하이브리드 컴퓨팅)의 영역으로 남아있었다.

아날로그 컴퓨터 연대표

전구체

이것은 현대 컴퓨터의 선구자로 여겨지는 초기 계산 장치의 예시 목록입니다.그 중 일부는 현대적 정의에 맞지 않을 수도 있지만 언론에 의해 '컴퓨터'로 불릴 수도 있다.

Derek J. de Solla ^[3]Price에 따르면 Antikythera 메커니즘은 오르리였고 초기의 기계식 아날로그 컴퓨터로 여겨진다.그것은 천문학적 위치를 계산하기 위해 고안되었다.1901년 키테라와 크레타 사이에 있는 그리스 안티키테라 섬 앞바다의 안티키테라 난파선에서 발견되었으며, 그리스 헬레니즘 시대인 기원전 100년으로 거슬러 올라간다.안티키테라 메커니즘에 버금가는 복잡도 수준의 장치는 천 년이 지나야 다시 나타날 것이다.

계산과 측정에 대한 많은 기계적인 보조 도구들이 천문학과 항해를 위해 만들어졌다.Planisphere는 서기 2세기에 프톨레마이오스에 의해 처음 기술되었다.아스트롤라베는 기원전 1세기 또는 2세기에 헬레니즘 세계에서 발명되었고 종종 히파르코스에 기인한다.평면구와 디옵트라의 결합으로, 아스트롤라베는 효과적으로 구면 천문학에서 여러 가지 다른 종류의 문제들을 해결할 수 있는 아날로그 컴퓨터였다.기계식 달력^[4][5] 컴퓨터와 기어 휠을 포함하는 아스트롤라베는 1235년 ^[6]페르시아 이스파한의 아비 바크르에 의해 발명되었다.Abu Rayhann al-Brrunn은 최초의 기계식 톱니솔라 캘린더 ^[7]아스트롤라베를 발명했습니다.아스트롤라베는 기어열과 기어휠이 ^[9]있는 초기 고정 배선 지식 처리^[8] 기계로 서기 1000년입니다.1206년 알-자자리에 의해 발명된 수력 발전 기계식 천문 시계인 성시계는 최초의 프로그래밍 가능한 아날로그 ^[10][11][12]컴퓨터였다.

비례, 삼각법, 곱셈, 나눗셈 등의 문제 해결과 제곱근, 입방근 등 다양한 기능에 사용되는 계산 도구인 이 부문은 16세기 말에 개발되어 포술, 측량, 항법 등에 응용되었다.

평면계는 닫힌 도형을 기계적인 연결로 추적하여 면적을 계산하는 수동 기구였다.

슬라이드 규칙은 로그 개념이 발표된 직후인 1620-1630년경에 발명되었습니다.이것은 곱셈과 나눗셈을 하는 수동 아날로그 컴퓨터입니다.슬라이드 규칙 개발이 진행됨에 따라 추가된 척도는 역수, 제곱근, 큐브근, 큐브근, 그리고 로그와 지수, 원형과 쌍곡선 삼각법과 다른 함수를 제공했습니다.항공은 특히 경비행기의 시간-거리 문제를 해결하기 위해 슬라이드 규칙이 여전히 널리 사용되는 몇 안 되는 분야 중 하나이다.

1831–1835년에 수학자이자 기술자인 지오반니 플라나는 도르래와 원통 시스템을 통해 AD 0(기원전 1년)부터 AD 4000년까지의 매년의 영구 달력을 예측할 수 있는 영구 달력을 고안하여 윤년과 다양한 ^[13]낮 길이를 추적했습니다.

1872년 윌리엄 톰슨 경에 의해 발명된 조류 예측 기계는 얕은 물에서 항해하는 데 큰 도움이 되었다.도르래와 와이어 시스템을 사용하여 특정 위치에서 정해진 기간 동안 예측된 조수 수준을 자동으로 계산했습니다.

미분방정식을 적분으로 풀도록 설계된 기계식 아날로그 컴퓨터인 미분분석기는 휠 앤 디스크 메커니즘을 사용하여 적분을 수행했습니다.1876년에 James Thomson은 이미 이러한 계산기의 제작 가능성에 대해 논의했지만 볼 앤 디스크 통합업체의 제한된 출력 토크 때문에 어려움을 겪었습니다.다항식의 실재적이고 복잡한 근을 풀기 위한 여러 기계를 만든 스페인 엔지니어 레오나르도 토레스 이 케베도와 하모닉 분석기가 푸리에 분석을 수행했지만 켈빈 적분자가 아닌 80개의 스프링 배열을 사용한 Michelson과 Stratton의 유사한 시스템이 뒤따랐다.이 연구는 ^[14]불연속성에 가까운 푸리에 표현에서 오버슈트의 깁스 현상에 대한 수학적 이해를 이끌어냈다.차분 분석기에서는 1개의 인테그레이터의 출력이 다음 인테그레이터의 입력 또는 그래프 출력을 구동했습니다.토크 앰프는 이 기계들이 작동할 수 있게 해준 진보였다.1920년대부터 Vannevar Bush 등은 기계식 미분 분석기를 개발했다.

근대

뒤마레스크는 1902년 경 영국 해군의 존 뒤마레스크 중위가 발명한 기계 계산 장치였다.사격통제 문제의 중요 변수를 자신의 배와 목표선의 움직임과 연관짓는 아날로그 컴퓨터였다.그것은 종종 비커스 사거리 시계와 같은 다른 장치와 함께 사용되어 배의 포 조준을 지속적으로 설정할 수 있도록 사정거리 및 편향 데이터를 생성했다.개발이 진행됨에 따라 복잡성이 증가하는 Dumaresq의 여러 버전이 생산되었습니다.

1912년까지 Arthur Callon은 차동 분석기를 기반으로 화재 통제 시스템을 위한 전기 구동식 기계 아날로그 컴퓨터를 개발했다.그것은 ^{[citation needed]}제1차 세계 대전 때 러시아 제국 해군에 의해 사용되었다.

1929년부터 AC 네트워크 분석기는 당시 ^[15]수치적 방법으로 해결하기에는 너무 큰 전력 시스템과 관련된 계산 문제를 해결하기 위해 구축되었다.이것들은 기본적으로 풀사이즈 시스템의 전기적 특성에 대한 스케일 모델이었다.네트워크 분석기는 분석 방법이나 수동 계산에 비해 너무 큰 문제를 처리할 수 있었기 때문에 핵물리 및 구조 설계 문제 해결에도 사용되었다.1950년대 말까지 50개 이상의 대형 네트워크 분석기가 건설되었습니다.

제2차 세계대전 당시 총기 감독, 총기 데이터 컴퓨터, 폭탄 조준기는 기계식 아날로그 컴퓨터를 사용했다.1942년 헬무트 뵐저는 Peenemünde Army Research^[16][17][18] Center에 내장된 제어 시스템(혼합 장치)으로 완전한 전자 아날로그 컴퓨터를 구축하여 (자이로스코프로 측정) V-2 로켓 궤적을 계산하고 미사일을 ^[19][20]안정시키고 유도했다.기계식 아날로그 컴퓨터는 제2차 세계대전, 한국 전쟁, 그리고 베트남 전쟁 훨씬 전에 총기 규제에서 매우 중요했습니다; 그것들은 상당히 많이 만들어졌습니다.

1930년부터 1945년까지 네덜란드에서 요한 반 빈은 수로의 형상이 바뀔 때 조류를 계산하고 예측하는 아날로그 컴퓨터를 개발했다.1950년경 이 아이디어는 네덜란드 남서부의 강어귀 폐쇄를 지원하는 유압식 유추 컴퓨터인 델타(Deltar)로 개발되었습니다.

페르미악은 1947년 물리학자인 엔리코 페르미가 중성자 ^[21]수송에 대한 연구를 돕기 위해 발명한 아날로그 컴퓨터이다.Project Cyclone은 1950년 리브스에 의해 동적 ^[22]시스템의 분석과 설계를 위해 개발된 아날로그 컴퓨터이다.프로젝트 타이푼은 1952년 RCA에 의해 개발된 아날로그 컴퓨터이다.4000개가 넘는 전자 튜브로 구성되어 100개의 다이얼과 6000개의 플러그인 커넥터를 사용하여 ^[23]프로그래밍했습니다.'모니악 컴퓨터'^[24]는 1949년에 처음 공개된 국가 경제를 유압식으로 비유한 것이다.

컴퓨터 엔지니어링 어소시에이츠는 1950년에 Caltech에서 분사되어 Gilbert D에 의해 개발된 "Direct Analog Computer" (분야 문제 해결을 위한 가장 크고 인상적인 범용 분석 설비)를 사용하여 상업 서비스를 제공합니다.맥캔, 찰스 H. 윌츠, 바트 로칸티.^[25][26]

교육용 아날로그 컴퓨터는 아날로그 계산의 원리를 설명했다.Heathkit EC-1은 199달러짜리 교육용 아날로그 컴퓨터로서 1960년 ^[27]미국 Heath Company에 의해 제조되었습니다.이 프로그램은 9개의 작동 증폭기 및 기타 ^[28]구성 요소를 연결하는 패치 코드를 사용하여 프로그래밍되었습니다.General Electric은 1960년대 초에 2개의 트랜지스터 톤 제너레이터와 3개의 전위차계로 구성된 단순한 디자인의 "교육용" 아날로그 컴퓨터 키트를 출시하여 전위차계 다이얼을 손으로 배치하여 방정식을 만족시킬 때 발진기의 주파수가 무효가 되도록 했습니다.전위차계의 상대 저항은 방정식의 공식과 동등했다.입력 다이얼과 출력 다이얼에 따라 곱셈 또는 나눗셈을 실행할 수 있습니다.정확도와 해상도는 제한되었고 단순한 슬라이드 규칙이 더 정확했습니다.하지만, 그 부대는 기본 원칙을 입증했다.

아날로그 컴퓨터 디자인이 전자 잡지에 실렸다.PE 아날로그 컴퓨터는 1978년 9월호 실용 전자제품에 게재되었습니다.또 다른 현대적인 하이브리드 컴퓨터 디자인은 2002년 ^[29]Everyday Practical Electronics에 게재되었습니다.EPE 하이브리드 컴퓨터에 기술된 예는 해리어 점프 ^[29]제트기와 같은 VTOL 항공기의 비행이었다.항공기의 고도와 속도는 컴퓨터의 아날로그 부품에 의해 계산되어 디지털 마이크로프로세서를 통해 PC로 전송되어 PC 화면에 표시되었다.

산업 공정 제어에서는 아날로그 루프 컨트롤러를 사용하여 온도, 흐름, 압력 또는 기타 공정 조건을 자동으로 조절했습니다.이들 컨트롤러의 기술은 순수 기계식 인테그레이터에서 진공관 및 솔리드 스테이트 디바이스를 통해 마이크로프로세서에 의한 아날로그 컨트롤러의 에뮬레이션에 이르기까지 다양했습니다.

전자 아날로그 컴퓨터

스프링 및 대시팟(점액성-유체 댐퍼)과 같은 선형 기계 구성 요소와 캐패시터, 인덕터 및 저항기와 같은 전기 구성 요소 간의 유사성은 수학적 측면에서 두드러집니다.같은 형태의 방정식을 사용하여 모델링할 수 있습니다.

그러나 이들 시스템의 차이점은 아날로그 컴퓨팅을 유용하게 만드는 것입니다.복잡한 시스템은 펜 앤 페이퍼 분석을 수행할 수 없는 경우가 많으며, 어떤 형태의 테스트나 시뮬레이션이 필요합니다.경주용 자동차의 서스펜션과 같은 복잡한 기계 시스템은 제작 비용이 많이 들고 수정하기가 어렵습니다.그리고 고속 테스트 중에 정확한 기계적 측정을 하는 것은 더 큰 어려움을 가중시킵니다.

이와는 대조적으로 복잡한 기계 시스템과 동등한 전기 시스템을 구축하여 그 동작을 시뮬레이션하는 것은 매우 저렴합니다.엔지니어는 몇 개의 연산 증폭기(op 앰프)와 몇 개의 수동 선형 컴포넌트를 배치하여 시뮬레이션하는 기계 시스템과 동일한 방정식을 따르는 회로를 형성합니다.오실로스코프를 사용하여 모든 측정을 직접 수행할 수 있습니다.이 회로에서는 예를 들어 스프링의 (시뮬레이션된) 강성을 적분기의 파라미터를 조정함으로써 변경할 수 있다.전기 시스템은 물리적 시스템과 비슷하기 때문에 이름이 비슷하지만 기계 프로토타입보다 훨씬 저렴하고 수정이 훨씬 쉽고 일반적으로 안전합니다.

또한 전자회로는 시뮬레이션되는 물리적 시스템보다 더 빠르거나 더 느리게 작동하도록 만들 수 있습니다.경험이 많은 전자 아날로그 컴퓨터 사용자들은 디지털 시뮬레이션에 비해 비교적 친밀한 제어와 문제의 이해를 제공했다고 말했다.

전자 아날로그 컴퓨터는 특히 미분 방정식으로 묘사된 상황을 표현하는데 적합합니다.역사적으로, 그것들은 전통적인 방법으로 풀기 어려운 미분 방정식이 증명될 때 종종 사용되었다.간단한 예로서 스프링 질량계의 역학은 y를 $질량$$m$의 수직 위치로서 $y$를, $d$를 감쇠 계수, $cc$ 스프링 상수 $및$ g 중력으로 $하여$ m ${\displaystyle y\stackrel{}{}}$ ${\displaystyle +}$ + $d$ y ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle m}$ g$${ $displaystyle mdddot${ $y$} +$dy = mg$} $등식$으로 설명할 수 있다.아날로그 컴퓨팅의 경우 방정식은 y ${\displaystyle \stackrel{}{¨}}$ ${\displaystyle =}$ - ${\displaystyle d\frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{m}{}}$ ${\displaystyle y\stackrel{}{}}$ ${\displaystyle -}$ - ${\displaystyle \frac{c}{}}$ m${\displaystyle y}$ -$$ {$display$ { $dot${$$y } = - { \ $tfrac${$d$} { $m$} { \$dot$ { $y$} - { \ $tfrac { c$} - $g$} 로 프로그래밍됩니다.등가 아날로그 회로는 상태${\displaystyle }$변수의 2개의 적분기($속도)$와 $y$$($$$$위치)$로 구성되어 있으며, 1개의 인버터 및 3개의 전위차계)가 있습니다.

전자 아날로그 컴퓨터에는 단점이 있습니다. 즉, 회로의 공급 전압 값은 변수가 변화할 수 있는 범위를 제한합니다(변수 값은 특정 와이어 상의 전압으로 나타남).따라서 각 문제는 회로가 공급할 수 있는 전압(예: 속도의 예상 크기 및 스프링 진자의 위치)을 사용하여 파라미터와 치수를 나타낼 수 있도록 규모를 조정해야 한다.부적절하게 스케일링된 변수는 공급 전압의 한계에 의해 값이 "클램프"될 수 있습니다.또는 크기가 너무 작으면 소음 수준이 높아질 수 있습니다.어느 쪽이든 회로에 의해 물리 시스템의 시뮬레이션이 잘못될 수 있습니다.(현대 디지털 시뮬레이션은 변수의 다양한 값에 훨씬 더 강력하지만, 여전히 이러한 우려에 완전히 영향을 받지 않습니다. 부동 소수점 디지털 계산은 거대한 동적 범위를 지원하지만, 큰 값의 미세한 차이가 수치 불안정으로 이어질 경우 부정확성에 시달릴 수 있습니다.)

아날로그 컴퓨터의 판독 정밀도는 주로 사용된 판독 장치의 정밀도에 의해 제한되었습니다. 일반적으로 서너 개의 유의한 수치입니다. (현대 디지털 시뮬레이션은 이 분야에서 훨씬 우수합니다.)디지털 임의 정밀도 산술은 원하는 수준의 정밀도를 제공할 수 있습니다.)그러나 대부분의 경우 아날로그 컴퓨터의 정밀도는 모델 특성과 기술적 매개변수의 불확실성을 고려할 때 절대적으로 충분하다.

특정 연산 전용 소형 컴퓨터는 여전히 산업 규제 장비의 일부이지만, 1950년대부터 1970년대까지 범용 아날로그 컴퓨터는 특히 항공기, 군사 및 항공우주 분야에서 동적 시스템을 실시간으로 시뮬레이션할 수 있을 만큼 충분히 빠른 유일한 시스템이었다.

1960년대에 주요 제조업체는 뉴저지 프린스턴의 Electronic Associates로 231R 아날로그 컴퓨터(진공 튜브, 20개의 인테그레이터)와 그 후 EAI 8800 아날로그 컴퓨터(솔리드 스테이트 운영 앰프, 64개의 인테그레이터)^[30]를 보유하고 있었습니다.도전자는 미시간주 앤아버의 Applied Dynamics였다.

아날로그 컴퓨터의 기본 기술은 보통 작동 증폭기(낮은 주파수 제한이 없기 때문에 "연속 전류 증폭기"라고도 함)이지만, 1960년대에 프랑스 ATALAC 컴퓨터에서는 다른 기술인 중주파 반송파와 비산산성 가역 회로를 사용하려는 시도가 있었다.

1970년대에는 역동성에 관련된 모든 대기업과 행정부에 다음과 같은 대규모 아날로그 컴퓨팅 센터가 있었습니다.

• 미국: NASA(Huntsville, Houston), Martin Marietta(Orlando), 록히드, 웨스팅하우스, Hughes 항공기
• 유럽: CEA(프랑스 원자력 위원회), MATRA, Aérospatiale, BAC(영국 항공기 회사)

아날로그-디지털 하이브리드

아날로그 컴퓨팅 디바이스는 고속, 디지털 컴퓨팅 디바이스는 다용도와 정확성이 높아지기 때문에 두 프로세스를 조합하여 최고의 효율을 실현하는 것이 목적입니다.이러한 하이브리드 소자의 예로는 하이브리드 곱셈기를 들 수 있는데, 한쪽 입력은 아날로그 신호이고 다른 한쪽 입력은 디지털 신호이며 출력은 아날로그이다.디지털로 업그레이드 가능한 아날로그 전위차계 역할을 합니다.이러한 종류의 하이브리드 기술은 주로 레이더 및 임베디드 시스템의 컨트롤러에 대한 신호 처리로서 시간 계산이 매우 중요한 경우 빠른 전용 실시간 계산에 사용됩니다.

1970년대 초에 아날로그 컴퓨터 제조업체들은 두 기술의 장점을 얻기 위해 아날로그 컴퓨터와 디지털 컴퓨터를 연결하려고 시도했다.이러한 시스템에서는 디지털 컴퓨터가 아날로그 컴퓨터를 제어하여 초기 셋업을 제공하고 여러 개의 아날로그 실행을 시작하며 자동으로 데이터를 공급 및 수집합니다.디지털 컴퓨터는 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 변환기를 사용하여 계산 자체에 참여할 수도 있습니다.

가장 큰 하이브리드 컴퓨터 제조업체는 Electronics Associates였다.그들의 하이브리드 컴퓨터 모델 8900은 디지털 컴퓨터와 하나 이상의 아날로그 콘솔로 만들어졌다.이 시스템은 주로 NASA의 아폴로 프로그램이나 우주왕복선, 유럽의 아리안과 같은 대규모 프로젝트에 사용되었습니다.특히 처음부터 모든 것이 시뮬레이션되고 점차적으로 실제 구성요소가 시뮬레이션된 ^[31]부분을 대신합니다.

1970년대에 하이브리드 컴퓨터인 프랑스의 CISI에서 일반적인 상용 컴퓨팅 서비스를 제공하는 기업은 단 한 곳뿐이었습니다.

이 분야에서 가장 좋은 참고 자료는 Airbus 및 Concorde ^[32]항공기의 자동 착륙 시스템의 각 인증에 대한 100,000회의 시뮬레이션 실행이다.

1980년 이후 순수 디지털 컴퓨터는 점점 더 빠르게 발전했고 아날로그 컴퓨터와 경쟁할 만큼 충분히 빨랐다.아날로그 컴퓨터의 속도의 열쇠 중 하나는 완전 병렬 연산이었지만, 이것 또한 한계였다.문제에 필요한 방정식이 많을수록 문제가 시간적으로 중요하지 않은 경우에도 아날로그 구성요소가 더 많이 필요했습니다."프로그래밍" 문제는 아날로그 오퍼레이터를 상호 연결하는 것을 의미했습니다. 탈부착식 배선 패널을 사용하더라도 이는 그다지 다재다능하지 않았습니다.오늘날에는 더 이상 대형 하이브리드 컴퓨터가 아니라 하이브리드 ^{[citation needed]}부품만 있습니다.

실장

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기계식 아날로그 컴퓨터

역사적으로 매우 다양한 메커니즘이 개발되었지만, 어떤 메커니즘은 이론적으로 중요하거나 상당한 양으로 제조되었기 때문에 두드러집니다.

매우 복잡한 대부분의 실용적인 기계 아날로그 컴퓨터는 한 메커니즘에서 다른 메커니즘으로 변수를 운반하기 위해 회전축을 사용했습니다.케이블과 도르래는 개별 고조파 성분을 합한 조류 예측 기계인 푸리에 신시사이저에 사용되었습니다.거의 알려지지 않은 다른 카테고리에서는 정밀 랙과 피니언을 사용하여 입력 및 출력에만 회전축을 사용했습니다.랙은 계산을 실행하는 링크에 연결되어 있습니다.Librascope가 만든 1950년대 후반의 미 해군 음파탐지기 1대 이상이 이 종류였고, 56발의 주요 컴퓨터도 이 종류였다.

온라인에는 화재 진압 컴퓨터 ^[33]메커니즘을 설명하는 매우 명확한 참조 자료(OP 1140)^[33]가 있습니다.덧셈과 뺄셈을 위해 일부 컴퓨터에서는 정밀 마이터 기어 디퍼렌셜이 일반적으로 사용되었습니다. Ford Instrument Mark I Fire Control Computer에는 약 160개가 포함되어 있습니다.

다른 변수에 대한 통합은 한 변수에 의해 구동되는 회전 디스크에 의해 수행되었습니다.출력은 두 번째 변수에 비례하는 디스크의 반경에 위치한 픽업 장치(휠 등)에서 나왔습니다.(작은 롤러로 지탱되는 한 쌍의 강철 볼이 있는 캐리어가 특히 잘 작동했습니다.디스크 표면에 평행한 축인 롤러가 출력을 제공합니다.그것은 스프링으로 공쌍에 고정되었다.)

하나의 변수의 임의 기능은 캠에 의해 제공되었으며, 종동 운동을 축 회전으로 변환하는 기어가 있습니다.

두 변수의 기능은 3차원 캠으로 제공되었습니다.좋은 설계에서는 변수 중 하나가 캠을 회전시켰습니다.반구형 팔로워는 캠의 회전축과 평행한 피벗축 상에서 캐리어를 이동시켰다.피벗 모션이 출력입니다.두 번째 변수는 캠의 축을 따라 팔로어를 이동시켰습니다.한 가지 실용적인 적용은 포술에서의 탄도학이었다.

극에서 직사각형으로의 좌표 변환은 기계 분해 장치(미국 해군 사격 제어 컴퓨터에서는 "구성 요소 해결 장치"라고 함)에 의해 수행되었습니다.공통 축에 있는 두 개의 디스크가 핀(스터비 샤프트)이 있는 슬라이딩 블록을 위치시켰습니다.하나는 페이스 캠이었고, 페이스 캠의 홈에 있는 블록의 팔로어가 반지름을 설정했습니다.핀에 가까운 다른 쪽 디스크에는 블록이 움직이는 직선 슬롯이 들어 있었습니다.입력 각도가 후자의 디스크를 회전시킵니다(변하지 않는 반지름의 경우 다른 (각도) 디스크와 회전합니다. 디퍼렌셜과 몇 개의 기어가 이 보정을 수행했습니다).

메커니즘의 프레임을 참조하여 핀의 위치는 각도와 매그니튜드 입력으로 표현되는 벡터의 선단에 대응합니다.그 핀에는 네모난 블록이 달려 있었다.

직선 좌표 출력(일반적으로 사인 및 코사인 모두)은 2개의 슬롯 플레이트에서 나왔으며, 각 슬롯은 앞서 언급한 블록에 끼워져 있습니다.판은 일직선으로 움직였고, 한 판은 다른 판과 직각으로 움직였다.슬롯은 이동 방향에 대해 직각으로 되어 있었다.각각의 접시는 증기 기관 애호가들에게 알려진 스카치 요크 같았다.

제2차 세계 대전 동안, 유사한 메커니즘이 직선으로 극좌표로 변환되었지만, 특별히 성공적이지 않았고 상당한 재설계를 통해 제거되었다(USN, Mk. 1에서 Mk. 1A).

곱셈은 유사한 직각삼각형의 기하학적 구조에 기초한 메커니즘에 의해 이루어졌다.직각 삼각형, 특히 대각선, 인접선 및 빗변에 대한 삼각항을 사용하여 인접한 변을 구조에 의해 고정했습니다.한 변수가 반대쪽의 크기를 변경했습니다.대부분의 경우, 이 변수는 부호를 변경했습니다. 빗변은 인접한 측과 일치하거나(0 입력) 인접한 측을 넘어 이동할 수 있으며, 이는 부호 변화를 나타냅니다.

일반적으로 반대쪽(트리거 정의)과 평행하게 움직이는 피니언 작동식 랙은 빗변과 일치하는 슬롯이 있는 슬라이드를 배치합니다.랙의 피벗으로 슬라이드 각도를 자유롭게 변경할 수 있습니다.슬라이드의 다른 쪽 끝(트리거 단위의 각도).조건) 프레임에 고정된 핀의 블록은 빗변과 인접 변 사이의 정점을 정의한다.

인접한 변을 따라 어느 거리에서든 그것에 수직인 선이 특정 지점에서 빗변과 교차한다.그 점과 인접 변 사이의 거리는 정점으로부터의 거리 1과 반대 변의 크기 2의 곱인 일부 분수이다.

이 유형의 승수의 두 번째 입력 변수는 슬롯 플레이트를 인접 측에 수직으로 배치합니다.이 슬롯에는 블록이 포함되어 있으며, 슬롯 내의 블록 위치는 바로 옆에 있는 다른 블록에 의해 결정됩니다.후자는 빗변을 따라 미끄러지기 때문에 두 블록은 (트리거) 인접측에서 제품에 비례하는 양만큼 거리에 배치됩니다.

제품을 출력으로 제공하기 위해 세 번째 요소, 즉 다른 슬롯 플레이트가 이론 삼각형의 반대쪽(트리거)에 평행하게 움직입니다.통상과 같이, 슬롯은 이동 방향과 수직입니다.슬롯에 있는 블록이 빗변 블록에 피벗되어 있습니다.

적당한 정확도만 필요한 지점에서 사용되는 특수 유형의 적분기는 디스크 대신 강철 공을 기반으로 했습니다.그것은 공을 회전시키기 위한 입력과 공의 회전 축의 각도를 정의하기 위한 입력 두 가지를 가지고 있었다.이 축은 항상 두 개의 이동 픽업 롤러의 축을 포함하는 평면에 있었습니다. 이는 롤링 볼 컴퓨터 마우스의 메커니즘과 매우 유사합니다(그 메커니즘에서 픽업 롤러는 볼과 거의 같은 직경이었습니다).픽오프 롤러 축은 직각이었다.

꺼내기 평면의 "위"와 "아래" 한 쌍의 롤러가 함께 기어된 회전 홀더에 장착되었습니다.그 기어는 각도 입력에 의해 구동되어 공의 회전축을 확립했습니다.다른 입력은 볼을 회전시키기 위해 "바닥" 롤러를 회전시켰습니다.

기본적으로 컴포넌트 인테그레이터라고 불리는 전체 메커니즘은 각도 입력뿐만 아니라 하나의 모션 입력과 두 개의 출력을 가진 가변 속도 드라이브였습니다.각도 입력은 입력 각도의 사인 및 코사인에 따라 "모션" 입력과 출력 사이의 커플링 비율(및 방향)을 변경했습니다.

어떠한 계산도 달성하지 못했지만, 전기 기계 위치 서보는 후속 컴퓨팅 메커니즘의 입력에 작동 토크를 제공하는 "회전축" 유형의 기계식 아날로그 컴퓨터에서 필수적이었고 해군 컴퓨팅의 대형 토크 송신기 싱크로와 같은 출력 데이터 전송 장치를 구동했다.를 클릭합니다.

계산의 직접 부분이 아닌 다른 판독 메커니즘에는 내부 변수를 나타내기 위한 보간 드럼 다이얼이 있는 내부 주행 기록계 형태의 카운터 및 기계적 다회전 제한 정지가 포함되어 있었다.

아날로그 사격통제 컴퓨터의 회전속도를 정확하게 제어하는 것이 정확성의 기본 요소였던 점을 감안하면 밸런스 휠, 헤어스프링, 보석으로 된 베어링 디퍼렌셜, 트윈로브 캠, 스프링으로 제어되는 모터(선박의 AC전원 주파수는 정확하지도 않았다)가 있었다.충분히 견딜 수 있게 되었습니다).

전자 아날로그 컴퓨터

일반적으로 전자 아날로그 컴퓨터에는 많은 잭(단일 접점 소켓)이 있는 전면 패널이 있어 패치 코드(양끝에 플러그가 있는 플렉시블 와이어)가 문제 설정을 정의하는 상호 연결을 만들 수 있습니다.또한 스케일 팩터를 설정(필요에 따라 가변)하기 위한 정밀 고해상도 전위차계(가변 저항기)도 있습니다.또한 보통 중간 정도의 정확도로 전압을 측정하기 위한 제로 센터 아날로그 포인터 타입의 미터가 있습니다.안정적이고 정확한 전압 소스는 알려진 크기를 제공합니다.

일반적인 전자 아날로그 컴퓨터에는 수에서 수 백 개 이상의 연산 증폭기("op amp")가 포함되어 있으며, 수학적 연산을 수행한다고 해서 붙여진 이름입니다.Op Amp는 매우 높은 게인과 안정적인 입력(낮고 안정적인 오프셋)을 가진 특정 유형의 피드백 증폭기입니다.항상 정밀 피드백 컴포넌트와 함께 사용되며, 이 컴포넌트는 동작 중에 입력 컴포넌트에서 도달하는 전류를 거의 상쇄합니다.대표적인 설정에서는 대부분의 op 앰프가 아날로그 전압을 더하거나 빼는 SUM 앰프로 출력 잭에서 결과를 제공합니다.또한 콘덴서 피드백이 포함된 op암페어는 일반적으로 설정에 포함됩니다. 이들은 시간에 따라 입력의 합계를 통합합니다.

다른 변수에 대한 통합은 기계 아날로그 인테그레이터의 거의 배타적인 분야입니다. 전자 아날로그 컴퓨터에서는 거의 이루어지지 않습니다.그러나 문제 해결 방법은 시간에 따라 변하지 않기 때문에 시간이 변수로 작용할 수 있습니다.

다른 컴퓨팅 요소에는 아날로그 곱셈기, 비선형 함수 생성기 및 아날로그 비교기가 포함됩니다.

전기 아날로그 컴퓨터에 사용되는 인덕터나 콘덴서와 같은 전기 소자는 이상적이지 않은 효과를 줄이기 위해 신중하게 제조되어야 했습니다.예를 들어 AC 전원 네트워크 분석기 구축에서 계산기에 (실제 전원 주파수 대신) 더 높은 주파수를 사용하는 한 가지 동기는 고품질의 인덕터를 더 쉽게 만들 수 있다는 것입니다.많은 범용 아날로그 컴퓨터는 인덕터의 사용을 완전히 피하고 저항성 및 용량성 소자만 사용하여 문제를 해결할 수 있는 형태로 다시 주조했습니다. 왜냐하면 고품질 콘덴서는 비교적 쉽게 만들 수 있기 때문입니다.

아날로그 컴퓨터에서 전기적 특성을 사용한다는 것은 일반적으로 연산 증폭기 및 기타 컴퓨팅 요소의 주파수 응답에 의해 결정되는 속도로 실시간(또는 더 빠른) 계산이 수행된다는 것을 의미합니다.전자 아날로그 컴퓨터의 역사에는 몇 가지 특별한 고속 유형이 있었다.

비선형 함수 및 계산은 함수 발생기, 즉 비선형성을 제공하기 위해 저항과 다이오드의 다양한 조합의 특수 회로를 설계하여 제한된 정밀도(3자리 또는 4자리)로 구성할 수 있습니다.일반적으로 입력 전압이 증가함에 따라 점점 더 많은 다이오드가 전도됩니다.

온도를 보정할 때 트랜지스터의 베이스-이미터 접합부의 순방향 전압 강하는 상당히 정확한 로그 또는 지수 함수를 제공할 수 있습니다.Op Amp는 출력 전압을 조정하여 컴퓨터의 다른 부분과 함께 사용할 수 있도록 합니다.

일부 계산을 모델링하는 물리적 프로세스는 아날로그 컴퓨터로 해석될 수 있습니다.아날로그 계산의 개념을 설명하기 위해 발명된 몇 가지 예로는 스파게티 다발을 소트 숫자의 모델로서 사용하고, 보드, 못 세트 및 고무 밴드를 포인트 세트의 볼록한 선체를 찾는 모델로서 사용하고, 네트워크 내에서 최단 경로를 찾는 모델로서 끈을 묶는 것을 포함한다.이것들은 모두 Dewdney(1984년)에 기술되어 있다.

구성 요소들

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아날로그 컴퓨터는 종종 복잡한 프레임워크를 가지고 있지만, 그 핵심에는 계산을 수행하는 일련의 핵심 컴포넌트가 있습니다.오퍼레이터는 컴퓨터의 프레임워크를 통해 이것들을 조작합니다.

주요 유압품 파이프, 밸브와 용기 포함될 수 있다.

주요 기계 부품들은 컴퓨터 내에서 데이터를 회전 축, 마이터 기어 차를 노리는, disc/ball/roller 통합자,cams(2D와 3D), 기계 resolvers과 multipliers,고 토크 캠이 포함될 수 있다.

주요 전기/전자 부품:포함될 수 있다.

• 정밀 저항기와 콘덴서
• 작전 증폭기
• multipliers
• 전위
• 고정 기능 발전기

코어는 수학적 계산을 전기 아날로그 컴퓨터에 사용되는 있습니다.

• 추가
• 시간과 관련해 통합.
• 역전
• 곱셈
• 멱법
• 로그
• 나누기

일부 아날로그 컴퓨터 디자인에, 곱셈 많이 분열로 선호된다.사단은 작전 폭기의 되먹임 경로에는 가지고 수행되고 있다.

시간과 관련해 차별화 자주 쓰며, 연습에서 가능할 때 그 문제의 재정의가 모이지 않는다 사용하지 않는다.이는 주파수 영역에서 하이패스 필터에 해당하므로 고주파 노이즈가 증폭됩니다. 미분도 불안정해집니다.

제한 사항

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일반적으로 아날로그 컴퓨터는 이상적이지 않은 효과에 의해 제한됩니다.아날로그 신호는 DC 및 AC 크기, 주파수 및 위상이라는 4가지 기본 구성요소로 구성됩니다.이러한 특성의 실제 범위 제한은 아날로그 컴퓨터를 제한합니다.이러한 한계치에는 Op 앰프 오프셋, 유한 게인 및 주파수 응답, 노이즈 플로어, 비선형성, 온도 계수 및 반도체 장치 내 기생 효과가 포함됩니다.상업적으로 이용 가능한 전자 부품의 경우, 입력 및 출력 신호의 이러한 측면의 범위는 항상 가치 있는 수치입니다.

사양

1950~1970년대는 진공관, 트랜지스터, 집적회로, 마이크로프로세서를 기반으로 한 디지털 컴퓨터가 경제적이고 정밀해졌다.이것은 디지털 컴퓨터가 아날로그 컴퓨터를 대체하도록 이끌었다.그럼에도 불구하고, 아날로그 계산의 일부 연구는 여전히 진행 중이다.몇몇 대학들은 여전히 제어 시스템 이론을 가르치기 위해 아날로그 컴퓨터를 사용한다.미국 회사 컴다나는 소형 아날로그 ^[34]컴퓨터를 제조했다.Indiana University Bloomington에서 Jonathan Mills는 폼 ^[35]시트의 샘플링 전압을 기반으로 확장 아날로그 컴퓨터를 개발했습니다.Harvard Robotics ^[36]Laboratory에서는 아날로그 계산이 연구 주제입니다.리릭 세미컨덕터의 오류 정정 회로는 아날로그 확률적 신호를 사용합니다.슬라이드 규칙은 여전히 항공기 ^{[citation needed]}직원들 사이에서 인기가 있다.

부활

Columbia 대학의 Yannis Tsividis 그룹은 초대형 통합(VLSI) 기술의 발달로 표준 CMOS 프로세스에서 아날로그/하이브리드 컴퓨터 설계를 재검토하고 있습니다.2005년^[38] Glenn^[37] Cowan이 개발한 80차 아날로그 컴퓨터(250nm)와 2015년 ^[39]Ning Guo가 개발한 4차 하이브리드 컴퓨터(65nm) 등 2개의 VLSI 칩이 에너지 효율이 높은 ODE/PDE 애플리케이션을 대상으로 개발되었습니다.Glenn의 칩에는 16개의 매크로가 있으며, 여기에는 25개의 아날로그 컴퓨팅 블록(인테그레이터, 멀티플라이어, 팬아웃, 소수의 비선형 블록)이 있습니다.닝의 칩에는 1개의 매크로 블록이 포함되어 있으며, 이 매크로 블록에는 인테그레이터, 멀티플라이어, 팬아웃, ADC, SRAM, DAC를 포함한 26개의 컴퓨팅 블록이 있습니다.ADC+SRAM+DAC 체인에 의해 임의의 비선형 함수 생성이 가능하며, 여기서 SRAM 블록은 비선형 함수 데이터를 기억한다.관련 출판물에서 그 실험들 반면에 에너지 효율적인 대략적인 컴퓨팅 분야에서analog/hybrid 컴퓨팅 기법을 사용하는 결과의 약속을 지적했다 5%이내에 정확성 달성이 VLSIanalog/hybrid 컴퓨터의 이점을 모두 해결 시간과 에너지에 대해 1–2 주문 규모 시위를 벌였다 밝혔다.[표창 필요한]2016년, 연구팀은 아날로그 ^[40]회로를 이용하여 미분 방정식을 푸는 컴파일러를 개발했다.

아날로그 컴퓨터는 뉴로모픽 컴퓨팅에도 사용되고 있으며 2021년에 연구자 그룹이 스파이킹 뉴럴 네트워크라고 불리는 특정 유형의 인공 신경 네트워크가 아날로그 뉴로모픽 ^[41]컴퓨터와 함께 작동할 수 있다는 것을 보여 주었다.

실용적인 예

다음은 구축되었거나 실제로 사용된 아날로그 컴퓨터의 예입니다.

아날로그(오디오) 신시사이저는 아날로그 컴퓨터의 한 형태로 볼 수도 있으며, 그 기술은 원래 부분적으로 전자 아날로그 컴퓨터 기술에 기반을 두고 있었다.ARP 2600의 링 변조기는 실제로는 중간 정도의 정밀도의 아날로그 승수였습니다.

시뮬레이션 평의회(또는 시뮬레이션 평의회)는 미국의 아날로그 컴퓨터 사용자 협회였다.그것은 현재 국제 모델링 시뮬레이션 협회로 알려져 있다.1952년부터 1963년까지 Simulation Council 뉴스레터는 온라인으로 제공되며 당시의 우려사항과 기술, 그리고 아날로그 컴퓨터의 일반적인 ^[42]사용법을 보여줍니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 아날로그 뉴럴 네트워크
• 아날로그 모델
• 카오스 이론
• 미분 방정식
• 동적 시스템
• 필드 프로그래머블 아날로그 어레이
• 범용 아날로그 컴퓨터
• 제2차 세계대전 독일 폭격 조준경 시리즈 로트페르노르 7
• 신호(전기공학)
• Voskhod 우주선 "글로버스" IMP 항법 기구
• XY 라이터

메모들

레퍼런스

• A.K. 듀드니"문제 해결을 위한 스파게티 컴퓨터와 기타 아날로그 가젯에 대하여", Scientific American, 250(6):19~26, 1984년 6월.A.K.에 의해 안락의자 우주에 전재되었다.Dewdney, W.H. Freeman & Company(1988)에 의해 발행된 ISBN 0-7167-1939-8.
• Universititit van Amsterdam 컴퓨터 박물관.(2007).아날로그 컴퓨터
• 잭슨, 앨버트 S. "아날로그 계산"런던과 뉴욕: McGraw-Hill, 1960년.OCLC 230146450

외부 링크

• 비루니의 8각 달력은 "아카에 나오는 여덟 개의 귀 달린 태음력:고대 그리스의 하이테크" 프랑수아 샤렛, 네이처 444, 551-552 (2006년 11월 30일), doi:10.1038/444551a
• 첫 번째 컴퓨터
• 많은 그림, 문서 및 구현 샘플이 포함된 전자 아날로그 컴퓨터의 대규모 컬렉션(일부 독일어)
• 오래된 아날로그 및 디지털 컴퓨터의 대규모 컬렉션(Old Computer Museum)
• 위대한 실종 행위: 전자 아날로그 컴퓨터 Chris Bissell, The Open University, Milton Keynes, UK 2007년 2월 접근
• 아직 작동 가능한 아날로그 컴퓨터를 갖춘 독일 컴퓨터 박물관
• 아날로그 컴퓨터의 기본 2009년 8월 6일 Wayback Machine에서 아카이브
• 아날로그 컴퓨터가 튜링 모델을 능가하다
• Jonathan W. Mills의 아날로그 노트북
• Harvard Robotics Laboratory 아날로그 계산
• Enns Power Network Computer – 전력 시스템 분석을 위한 아날로그 컴퓨터(1955년 광고)
• Librascope 개발 회사– 타입 LC-1 WWII Navy PV-1 "밸런스 계산기"
• Kronis 테크놀로지 아날로그 및 하이브리드 컴퓨터 상세 정보