"Бывает нечто, о чём говорят: "смотри, вот это новое"; но это было уже в веках, бывших прежде нас"
Екклезиаст гл.1 ст. 10

воскресенье, 5 февраля 2012 г.

АНАЛОГОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ: МЕХАНИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛИ


Компьютер выполняет задачу по обработке информации. Информация для обработки предоставляется в виде сигнала. Сигнал - это любая физическая величина (например, температура, давление, интенсивность света, сила тока), изменяющаяся со временем. Именно благодаря этому изменению сигнал может нести в себе информацию. Сигнал может быть двух видов: аналоговый - непрерывно меняющейся во времени и могущий принимать любые значения и цифровой – имеющий только два мгновенных значения 0 или 1, есть сигнал или его нет. Аналоговый сигнал может быть конвертирован в цифровой и наоборот. Операции, производимые над сигналами, можно условно разделить на три группы: передача, обработка, хранение. То есть, при определённом воздействие на обрабатывающий механизм, он должен отреагировать требуемым образом и вывести конечный результат на устройство отображения или хранения (пример – механические весы).
По определению, данному Энциклопедией Британика (Encyclopædia Britannica) , аналоговым компьютером называется любой класс устройств, в которых непрерывное изменение физических величин, таких как электрический потенциал, давление жидкости, или механическое движение представлено мгновенным значением другой величины соответствующей решаемой задаче.

Большая Советская Энциклопедия дает такое определение аналоговой вычислительной машины: "Аналоговая вычислительная машина" (АВМ), вычислительная машина, в которой каждому мгновенному значению переменной величины, участвующей в исходных соотношениях, ставится в соответствие мгновенное значение другой (машинной) величины, часто отличающейся от исходной физической природой и масштабным коэффициентом. Каждой элементарной математической операции над машинными величинами, как правило, соответствует некоторый физический закон, устанавливающий математические зависимости между физическими величинами на выходе и входе решающего элемента (например, законы Ома и Кирхгофа для электрических цепей, выражение для эффекта Холла, лоренцовой силы и т. д.)".
Аналоговые компьютеры хорошо подходят для моделирования динамических систем, когда расчеты осуществляются в режиме реального времени. Другие основные области современного применения аналоговых компьютеров включают анализ работы атомных электростанций, промышленных химических процессов на основе гидравлических систем, так как требования безопасности не позволяют использовать электричество.
История аналоговых вычислителей насчитывает миллиарды лет, ведь любое живое существо реагирует на изменение параметров внешней и внутренней среды, а это аналоговое вычисление по определению.

Древнейшим же рукотворным аналоговым компьютером может считаться Антикитерский механизм, который датируется 150 годом до нашей эры. Механическое устройство применялось для астрономических расчетов и целей навигации. Вычисления выполнялись за счёт соединения 37 бронзовых колёс и нескольких циферблатов. Для проведения расчетов механизм выполнял операции сложения, вычитания и деления.
Астролябия - с четвертого века до нашей эры и до наших дней этот прибор используется для астрономических вычислений.
В 1623 году Вильгельм Шиккард (нем. Wilhelm Schickard; 1592-1635) придумал "Считающие часы" — первый механический калькулятор, умевший выполнять четыре арифметических действия.


В 1642 году Блез Паскаль (фр. Blaise Pascal; 1623-1662) представил свой вариант механического калькулятора.

Примерно в 1820 году Томас де Кольмар [Шарль Тома] (фр. Charles Xavier Thomas de Colmar; 1785-1870) создал первый, серийно выпускаемый механический арифмометр, который мог складывать, вычитать, умножать и делить.
В 1873 году Уильям Томсон (William Thomson (Lord Kelvin) построил предсказатель приливов (tide-predicting machine).
Важной вехой в развитии современной модели аналогового компьютера, было изобретение так называемого дифференциального анализатора (Differential Analyzer) в начале 30-х годов прошлого века Вэниваром Бушем (Vannevar Bush; 1890-1974), американским инженером-электриком. Это были машины, которые использовали механические интеграторы (передачи с переменной скоростью) для решения дифференциальных уравнений и были первыми практичными и надежными устройствами в своем роде.
В 1931 году американские военные приняли на вооружение бомбовый прицел Карла Нордена (Carl Lucas Norden; 1880-1965). Прицел содержал электромеханический дифференциатор, вычисляющий необходимую поправку. Все входные данные прицел Нордена получал непосредственно с датчиков, без вмешательства человека, цель сопровождалась автоматически, по достижении точки сброса прицел подавал команду на бомбометание, сводя ошибки штурмана практически к нулю. Но это уже история электромеханических и электронных вычислителей, и я надеюсь продолжить этот обзор.
Источники: Encyclopædia Britannica | Analog computer; wiseGEEK clear answers for common questions; The Analog Computer Museum's Collection; Analog and digital signals. All About Circuits; Vannevar Bush's Differential Analyzer; The first mechanical calculators; Norden Bomb Sight; Шарль Ксавье Томас де Кольмар (Новосибирский государственный университет, Факультет информационных технологий); Encyclopædia Britannica | Blaise Pascal; From Wikipedia, the free encyclopedia | Wilhelm Schickard