10 различий между аналоговыми и цифровыми компьютерами

Из-за ограничений цифровых вычислений в 1960-х и 70-х годах инженеры, техники и ученые решали сложные задачи, используя аналоговые компьютеры. Аналоговый компьютер генерирует непрерывные сигналы, используя циферблаты и переключатели для ввода и счетчики для вывода. С развитием цифровых технологий аналоговые вычисления вымерли в конце 20-го века, хотя многие из их идей нашли свое продолжение в конструкциях музыкальных синтезаторов. Хотя каждый из них решает схожие задачи, следует отметить несколько различий между аналоговыми и цифровыми компьютерами.

Аналоговый и цифровой выход компьютера

Цифровые компьютеры производят числа на выходе. Компьютер использует экраны дисплея, принтеры, дисководы и другие периферийные устройства для захвата этого вывода. Аналоговые компьютеры выдают сигналы напряжения и имеют наборы аналоговых измерителей и осциллографов для отображения напряжения.

Типы электронных схем

В схемах аналоговых компьютеров используются операционные усилители, генераторы сигналов и сети резисторов и конденсаторов. Эти схемы обрабатывают непрерывные сигналы напряжения. В цифровых компьютерах используются различные схемы включения-выключения, такие как микропроцессоры, генераторы тактовых импульсов и логические элементы.

Дискретные и непрерывные сигналы

Основной особенностью, отличающей цифровые компьютеры от аналоговых, является характер сигналов. Цифровые сигналы имеют два дискретных состояния:включено или выключено. В выключенном состоянии обычно ноль вольт, а в высоком состоянии обычно пять вольт. Аналоговые сигналы непрерывны. Они могут иметь любое значение между двумя крайними значениями, такими как -15 и +15 вольт. Напряжение аналогового сигнала может быть постоянным или изменяться во времени.

Различные возможности эмуляции

Благодаря усовершенствованным технологиям быстрые цифровые компьютеры могут эмулировать поведение аналоговых компьютеров. Например, программа в цифровом компьютере может рассчитать синусоиду с частотой 2000 Гц в реальном времени с точностью и надежностью, с которыми не могут сравниться аналоговые схемы. Аналоговые компьютеры имеют ограниченную способность имитировать цифровые системы.

Доступность для пользователей

Сохранилось несколько примеров аналоговых компьютеров. Компоненты и конструкции все еще существуют, хотя мало кто стремится их создавать. С другой стороны, почти все компьютеры, работающие сегодня, являются цифровыми, начиная от простых контроллеров устройств и заканчивая суперкомпьютерами размером с комнату с тысячами микропроцессоров.

Уровень шума

Аналоговые компьютеры должны справляться с определенным минимальным уровнем электрических помех в цепях, и это влияет на точность. Цифровые компьютерные схемы также имеют электрические помехи, хотя они практически не влияют на точность или надежность.

Программирование аналоговых и цифровых компьютеров

Вы можете программировать как аналоговые, так и цифровые компьютеры, хотя методы различаются. Цифровые компьютеры используют тщательно написанные списки сложных инструкций, включая сравнение двух чисел, перемещение данных из одного места в другое или умножение двух чисел вместе.

Чтобы запрограммировать аналоговый компьютер, вы соединяете различные подсистемы вместе с помощью соединительных кабелей. Например, подключите генератор сигналов к ручке управления, которая изменяет уровень сигнала.

Размер компьютеров

Примером аналогового компьютерного устройства может быть небольшая настольная система размером с большую книгу, но высокие стойки, загруженные оборудованием, также являются аналоговыми компьютерами. Примером цифрового компьютера может быть крошечный микрочип площадью всего несколько квадратных миллиметров, но это также может быть установка сервера размером с комнату.

Различия в координации сигналов

Цифровой компьютер координирует свои сигналы с главными часами. Часы производят высокочастотный поток двухпозиционных электрических импульсов; каждый импульс является «тиком» часов. Каждое действие в компьютере, от сравнения чисел до перемещения данных в памяти, занимает определенное количество тактовых импульсов. Скорость часов определяет общую скорость компьютера.

В аналоговом компьютере сигналы просто передаются от одной цепи к другой, не имея предварительно существующей централизованной координации. Из-за этого отсутствия координации аналоговые компьютеры могут легче обнаруживать хаотичное и непредсказуемое поведение, чем цифровые системы.

Сложность хранения данных

Числовая, дискретная природа цифровых компьютеров упрощает хранение данных. Схема памяти копирует и сохраняет дискретные состояния другой схемы.

Для аналоговых компьютеров хранение данных сложнее, так как они используют непрерывные сигналы. Схема, хранящая аналоговый сигнал, склонна к дрейфу со временем. Лучший подход для аналоговых компьютеров — гибридный. Преобразуйте аналоговый сигнал в число и сохраните число в цифровой схеме.