Аналогова обчислювальна машина

Коротко

• Кожній змінній задачі відповідає «машинна» фізична величина, а кожній математичній операції — фізичний закон, наприклад закони Ома й Кірхгофа.
• Буває механічною, гідравлічною, пневматичною, електромеханічною й електронною; найпоширеніші — електронні на операційних підсилювачах.
• Працює в реальному часі й дуже швидко, але з похибкою в кілька відсотків і для вузького класу задач.
• Подальший розвиток — гібридні обчислювальні системи, що поєднують аналогову й цифрову форми.

Першим аналоговим обчислювальним пристроєм зазвичай називають логарифмічну лінійку. Числа на ній замінено відрізками шкали, а множення — додаванням довжин. Той самий принцип, тільки з електричними колами замість шкал, лежить в основі великих АОМ, що розв’язували диференціальні рівняння для енергетики, техніки й систем автоматичного керування.

Принцип роботи

В АОМ кожному миттєвому значенню змінної з вихідних рівнянь відповідає миттєве значення іншої, «машинної» величини. Вона може мати зовсім іншу фізичну природу й масштаб: швидкість літака, наприклад, представлена напругою у вольтах. Кожна математична операція реалізується фізичним законом — законами Ома й Кірхгофа в електричних колах, ефектом Холла, силою Лоренца.

Звідси переваги й обмеження. Машина працює швидко, в реальному часі, її легко «запрограмувати», з’єднавши блоки. Проте точність обмежена, а для задачі іншого класу доводиться змінювати структуру машини й кількість блоків.

З чого складається

АОМ збирають з вирішальних елементів:

• лінійних — підсумовування, інтегрування, зміна знака, множення на сталу;
• нелінійних — функціональні перетворювачі, множильно-ділильні пристрої;
• логічних — вибір найбільшої чи найменшої величини, релейні схеми, компаратори.

В електронних машинах ці елементи будують на операційних підсилювачах постійного струму з великим коефіцієнтом підсилення й глибоким від’ємним зворотним зв’язком. Похибка розв’язку зростає з кількістю елементів, увімкнених послідовно; для стійких систем не вище десятого порядку вона зазвичай не перевищує кількох відсотків.

Історія

Рік	Подія
1620–1630-ті	логарифмічна лінійка (Е. Гантер, В. Отред)
1814	планіметр Дж. Германа для вимірювання площ
1876	гармонічний аналізатор В. Томсона для передбачення припливів
1878	інтеграф польського математика Абданк-Абакановича
1904	машина О. Крилова для розв’язання диференціальних рівнянь у кораблебудуванні
1931	механічна інтегрувальна машина американця В. Буша
1942–1944	вирішальний підсилювач, основа електронних АОМ постійного струму

Застосування

АОМ використовували для керування технологічними процесами, моделювання систем автоматичного регулювання, «випереджального аналізу», коли машина за секунди перебирала багато варіантів і підказувала оператору найкращий режим. Подальший розвиток пішов шляхом поєднання з цифровою технікою: цифрові диференціальні аналізатори й гібридні обчислювальні системи представляють величини одночасно в цифровій і аналоговій формі.

Запитання

Чим аналогова машина відрізняється від цифрової?

Цифрова машина оперує числами в дискретному коді й виконує програму крок за кроком. Аналогова моделює задачу фізично: напруга чи кут повороту змінюється так само, як шукана величина, тож розв’язок з’являється майже миттєво. Платою за швидкість є менша точність і потреба перебудовувати машину під кожен клас задач.

Чи використовують аналогові обчислювачі сьогодні?

Розвиток пішов шляхом поєднання з цифровою технікою. Гібридні обчислювальні системи представляють величини одночасно в цифровій і аналоговій формі й мають значно ширші можливості, ніж суто аналогові машини, а цифрові обчислювальні машини перевершують АОМ за точністю й універсальністю.

Див. також

• Електронна обчислювальна машина (ЕОМ) За способом подання інформації ЕОМ бувають цифрові, аналогові та гібридні.
• Глушков Віктор Михайлович У 1957 році очолив Обчислювальний центр АН УРСР, на базі якого 1962-го створив Інститут кібернетики; нині інститут носить його ім’я.
• Автоматична система (керування) Синонім у технічній літературі — система автоматичного керування (САК).
• Автоматизована система управління (АСУ) На відміну від автоматичної системи, АСУ залишає за людиною ухвалення ключових рішень.
• Розділ «Кібернетика» Керування, зв’язок і обробка інформації в техніці та живих системах.

Джерела

1. Аналогова обчислювальна машина — Вікіпедія (українська)
2. Slide rule — Wikipedia (англійська)
3. Wikidata: Q63759
4. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Донецьк : Донбас, 2004. — Т. 1.

Статтю написано редакцією словника за наведеними джерелами; дати й факти звірено між ними. Якщо джерела розходяться, це сказано в тексті.