As computadores analógicos eles são um tipo de computador que usa os aspectos em constante mudança de fenômenos físicos, como quantidades elétricas, mecânicas ou hidráulicas, para modelar o problema que está sendo resolvido.
Ou seja, são computadores que operam com números representados por valores contínuos mensuráveis diretamente, como pressão, temperatura, tensão, velocidade e peso. Em contraste, os computadores digitais representam esses valores simbolicamente.
Os computadores analógicos podem ter uma gama muito ampla de complexidade. Os mais simples são regras de cálculo e nomogramas, enquanto os computadores que controlam armas navais e grandes computadores híbridos digitais / analógicos estão entre os mais complicados. Na época, eles foram os primeiros computadores desenvolvidos.
Os sistemas de controle de processo e relés de proteção usam computação analógica para realizar funções de controle e proteção.
Na década de 1960, o principal fabricante era a americana Electronic Associates, com seu computador analógico 231R, com válvulas e 20 integradores. Mais tarde, com seu computador analógico 8800, com amplificadores operacionais de estado sólido e 64 integradores.
Índice do artigo
Nos anos 60 e 70, os computadores digitais, baseados primeiro em válvulas, e depois em transistores, circuitos integrados e microprocessadores, tornaram-se mais econômicos e precisos..
Isso fez com que os computadores digitais substituíssem em grande parte os computadores analógicos. No entanto, os computadores analógicos continuaram a ser usados em aplicações científicas e industriais, porque naquela época eles eram comumente muito mais rápidos.
Por exemplo, eles continuaram a ser usados em algumas aplicações específicas, como o computador de vôo em aviões..
Aplicações mais complexas, como o radar de abertura sintética, permaneceram sob o domínio da computação analógica até a década de 1980, já que os computadores digitais eram insuficientes para a tarefa..
A pesquisa ainda está em andamento na computação analógica. Algumas universidades ainda usam computadores analógicos para ensinar teoria dos sistemas de controle..
Um computador analógico é usado para processar dados analógicos, como voltagem, temperatura, pressão, velocidade, etc. Ele armazena continuamente esses dados de quantidades físicas e executa os cálculos com a ajuda dessas medições..
É bem diferente do computador digital, que usa números simbólicos para representar os resultados..
Os computadores analógicos são ótimos para situações que exigem que os dados sejam medidos diretamente, sem convertê-los em números ou códigos.
O computador analógico usa o sinal analógico, que pode ser representado como uma onda senoidal ou uma onda contínua, que contém valores que variam no tempo..
Um sinal analógico pode variar em amplitude ou frequência. O valor da amplitude é a intensidade do sinal em relação ao seu ponto mais alto, denominado crista, e aos seus pontos mais baixos. Por outro lado, o valor da frequência é o seu comprimento físico da esquerda para a direita.
Exemplos de sinais analógicos são som ou fala humana por meio de fio de cobre eletrificado.
Os computadores analógicos não requerem nenhuma capacidade de armazenamento porque em uma única operação medem e comparam as quantidades.
As representações analógicas têm precisão limitada, geralmente com algumas casas decimais.
A precisão de um computador analógico é limitada por seus elementos de computação, bem como pela qualidade da energia interna e das interconexões elétricas..
É limitado principalmente pela precisão do equipamento de leitura usado, que geralmente é de três ou quatro casas decimais..
A programação em um computador analógico envolve a transformação das equações do problema no circuito do computador analógico.
Eles são usados para representar dados por quantidades mensuráveis, como tensões ou rotação da engrenagem, a fim de resolver um problema, em vez de expressar os dados como números.
Em sistemas de monitoramento e controle, eles são usados para determinar uma fórmula de controle e calcular parâmetros de processo como eficiência, potência, desempenho e outros..
Se uma expressão matemática pode ser atribuída para definir a associação de um parâmetro com as coordenadas de um objeto, o computador analógico pode resolver a equação correspondente.
Por exemplo, os computadores analógicos são amplamente usados para avaliar a eficiência econômica dos sistemas de energia e podem servir como reguladores automáticos.
Eles são freqüentemente usados para controlar processos como aqueles em refinarias de petróleo, onde o fluxo contínuo e as medições de temperatura são importantes..
Resolvendo repetidamente o sistema de equações que descreve um processo controlado, um computador analógico pode fazer a varredura de um grande número de soluções alternativas em um curto espaço de tempo. Para fazer isso, ele usa diferentes valores nos parâmetros sujeitos a alterações durante o processo..
A qualidade exigida pode ser garantida por meio de sinais de controle anunciados pelo computador analógico.
Os valores determinados pelo computador são transmitidos a um dispositivo regulador, que ajusta os pontos de controle.
A magnitude de um sinal perturbador ou útil é determinada por meio de equações diferenciais que descrevem o sistema dinâmico, os valores das condições iniciais, além das mudanças determinadas nas estatísticas que medem ruído e sinal..
Um computador analógico também pode ser usado para construir instrumentos que registram distúrbios automaticamente e produzem um sinal de controle, que dependerá do caráter e da quantidade dos distúrbios..
As simulações podem ser realizadas em tempo real ou a velocidades muito elevadas, permitindo assim experimentar corridas repetidas com as variáveis alteradas..
Eles têm sido usados extensivamente em simulações de aeronaves, usinas nucleares e também em processos químicos industriais.
A maioria dos computadores elétricos analógicos funcionam manipulando tensões ou diferenças de potencial. Seu componente básico é o amplificador operacional, que é um dispositivo cuja corrente de saída é proporcional à diferença de potencial de entrada..
Fazendo com que esta corrente de saída flua através dos componentes apropriados, mais diferenças de potencial são obtidas e uma ampla variedade de operações matemáticas podem ser realizadas, incluindo adição, subtração, inversão e integração..
Um computador elétrico analógico consiste em muitos tipos de amplificadores. Estes podem ser conectados para gerar uma expressão matemática de grande complexidade e com uma infinidade de variáveis.
Os principais componentes hidráulicos podem incluir tubos, válvulas e recipientes.
Pode haver eixos rotativos para transportar os dados dentro do computador, engrenagens diferenciais, integradores de disco, esfera ou rolo, cames 2-D e 3-D, resolvedores e multiplicadores mecânicos e servo-torques..
- Resistores e capacitores de precisão.
- Amplificadores operacionais.
- Multiplicadores.
- Potenciômetros.
- Geradores de função fixa.
Os componentes lineares realizam as operações de adição, integração, mudança de sinal, multiplicação por uma constante e outros.
Os geradores de funções reproduzem relacionamentos não lineares. Existem componentes de computador projetados para reproduzir uma função atribuída, a partir de um, dois ou mais argumentos.
É comum distinguir nesta classe os dispositivos que reproduzem funções descontínuas de um único argumento e os dispositivos multiplicadores de divisão.
Entre os componentes lógicos estão dispositivos lógicos analógicos, projetados para separar a quantidade maior ou menor entre várias quantidades, dispositivos lógicos discretos, circuitos de comutação de relé e algumas outras unidades especiais..
Todos os dispositivos lógicos são geralmente combinados em um, chamado de dispositivo lógico paralelo. Ele é equipado com seu próprio patch panel para conectar os dispositivos lógicos individuais uns aos outros e a outros componentes analógicos do computador..
Eles são construídos a partir de componentes mecânicos, como alavancas e engrenagens, em vez de componentes eletrônicos.
Os exemplos mais comuns são máquinas de somar e contadores mecânicos, que usam o giro de engrenagens para realizar adições ou contagens. Exemplos mais complexos podem realizar multiplicação e divisão, e até mesmo análise diferencial.
A maioria dos computadores mecânicos práticos usa eixos rotativos para transportar variáveis de um mecanismo para outro..
No sintetizador de Fourier, que era uma máquina de prever marés, eram usados cabos e polias que agregavam os componentes harmônicos.
É importante mencionar os instrumentos de vôo mecânicos nas espaçonaves primitivas, que mostravam o resultado calculado não na forma de dígitos, mas por meio de deslocamentos das superfícies indicadoras..
As espaçonaves soviéticas tripuladas foram equipadas com um instrumento chamado Globus. Isso mostrou o movimento figurativo da Terra através do deslocamento de um globo terrestre em miniatura, além de indicadores de latitude e longitude..
Eles são mais comuns porque têm uma banda passante substancialmente mais ampla e são convenientes para conexão com outros computadores e com os elementos de controle de um dispositivo..
Eles usam sinais elétricos que fluem através de vários resistores e capacitores para simular fenômenos físicos, ao invés de interação mecânica de componentes.
O design dos elementos analógicos do computador é baseado em amplificadores eletrônicos de corrente contínua. Estes têm alto ganho no modo de circuito aberto.
Dependendo da estrutura dos circuitos de entrada e feedback, um amplificador operacional executa uma operação matemática linear ou não linear. Também uma combinação dessas operações.
Esse tipo de computador analógico foi amplamente utilizado em tecnologia de computação e militar em meados do século 20, como em testes de aeronaves e mísseis..
Os sinais digitais têm dois estados discretos, desligado ou ligado. O estado desligado é zero volts e o estado ligado é cinco volts. É por isso que os computadores digitais usam dados de números binários, na forma de 0 e 1.
Os sinais analógicos são contínuos. Eles podem estar em qualquer lugar entre dois extremos, como -15 e +15 volts. A tensão de um sinal analógico pode ser constante ou variar ao longo do tempo.
Ou seja, em computadores analógicos, os dados são transmitidos na forma de sinais contínuos. Em computadores digitais, eles são transmitidos na forma de sinais discretos.
Os circuitos de computador analógico usam amplificadores operacionais, geradores de sinal, redes de resistores e capacitores. Esses circuitos processam sinais de tensão contínua.
Os computadores digitais usam uma variedade de circuitos liga / desliga, como microprocessadores, geradores de clock e portas lógicas..
Ou seja, o computador digital usa circuitos eletrônicos, enquanto o computador analógico usa resistores para o fluxo contínuo do sinal..
Os computadores analógicos devem lidar com um certo nível de ruído elétrico nos circuitos, afetando sua precisão. Os circuitos de um computador digital também apresentam ruído elétrico, embora isso não tenha efeito sobre a precisão ou confiabilidade..
Por outro lado, o computador analógico não pode produzir resultados repetidos com uma correspondência exata. Isso significa que os computadores analógicos são menos precisos em comparação com os computadores digitais..
Computadores analógicos e digitais podem ser programados, embora os métodos sejam diferentes.
Os computadores digitais usam sequências complexas de instruções, como comparar ou multiplicar dois números ou mover dados de um lugar para outro..
Para programar um computador analógico, diferentes subsistemas são conectados eletricamente com cabos entre si. Por exemplo, um gerador de sinal é conectado a um botão de controle, para variar a intensidade do sinal.
Este famoso computador era capaz de armazenar instruções de programação. Com mais de três metros de altura, o aparelho exibia o tempo, o zodíaco e também as órbitas do sol e da lua.
A parte computacional do dispositivo, portanto, permitia aos usuários definir a duração variável do dia, dependendo da estação. Descrito em 1206, este computador era muito complexo para a época.
Um dos computadores analógicos mecânicos mais simples e reconhecíveis é a régua de cálculo. Este é um dispositivo para aproximar cálculos matemáticos básicos.
Os usuários deslizam uma haste marcada para alinhá-la com várias marcas em outra haste, lendo o dispositivo com base no alinhamento dessas várias marcas.
Este computador mecânico analógico era capaz de resolver equações diferenciais. Com um design tão antigo quanto o início dos anos 1800, o analisador diferencial foi aprimorado na década de 1930 e utilizado até meados do século XX..
É considerado o primeiro computador moderno. Pesava 100 toneladas e continha 150 motores, além de centenas de quilômetros de cabos conectando relés e tubos de vácuo..
Pelos padrões de hoje, a máquina era lenta. Na verdade, era apenas cerca de cem vezes mais rápido do que um operador humano usando uma calculadora de mesa..
- Predictor Kerrison.
- Librascope, peso da aeronave e computador de equilíbrio.
- Integradores mecânicos como o planímetro.
- Nomograma.
- Viseira de bombardeio Norden.
- Computadores relacionados ao controle de fogo.
- Integradores de água.
- MONIAC, modelagem econômica.
O Simulation Council era uma associação de usuários de computadores analógicos nos Estados Unidos.
Os boletins do Simulation Council de 1952 a 1963 estão disponíveis online. Eles mostram as tecnologias da época e também o uso comum de computadores analógicos.
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