Гибридный компьютер - Hybrid computer

Эта статья про аналогово-цифровые гибридные компьютеры. Для гибридных вычислений (значения) см. Гибридный компьютер (значения).
Не путать с ноутбук-планшет "гибридные" компьютеры.
Польский гибридный компьютер WAT 1001

Гибридные компьютеры компьютеры, которые демонстрируют особенности аналоговые компьютеры и цифровые компьютеры. Цифровой компонент обычно служит контроллером и обеспечивает логичный и числовой операций, в то время как аналоговый компонент часто служит решателем дифференциальные уравнения и другие математически сложные уравнения. Первой настольной гибридной вычислительной системой была Hycomp 250, выпущенная Packard Bell в 1961 году.[1] Еще одним ранним примером был HYDAC 2400, интегрированный гибридный компьютер, выпущенный EAI в 1963 г.[2] В 1980-х годах Marconi Space and Defense Systems Limited (под Пегги Ходжес ) разработали свой «гибридный компьютер Starglow», который состоял из трех аналоговых компьютеров EAI 8812, связанных с цифровым компьютером EAI 8100, последний также был связан с цифровым компьютером SEL 3200.[3] В конце 20-го века гибриды стали сокращаться с ростом возможностей цифровых компьютеров, включая цифровые сигнальные процессоры.[4]

В целом, аналоговые компьютеры чрезвычайно быстры, поскольку они способны решать большинство математически сложных уравнений со скоростью, с которой сигнал проходит через цепь, что обычно составляет значительную долю скорости света. С другой стороны, точность аналоговых компьютеров не годится; они ограничены тремя или максимум четырьмя знаками точности.

Цифровые компьютеры могут быть созданы для решения уравнений с почти неограниченной точностью, но довольно медленно по сравнению с аналоговыми компьютерами. Как правило, сложные математические уравнения аппроксимируются с использованием итерационные методы которые требуют огромного количества итераций, в зависимости от того, насколько хороша начальная «догадка» о конечном значении и насколько точна требуется. (Это первоначальное предположение известно как числовое «семя».) Многие в реальном времени операции в 20 веке, такие цифровой вычисления были слишком медленными, чтобы быть полезными (например, для очень высокой частоты радары с фазированной антенной решеткой или для расчета погоды), но точность аналог компьютера недостаточно.

Гибридные компьютеры можно использовать для получения очень хороших, но относительно неточный 'начальное' значение, используя интерфейс аналогового компьютера, которое затем передается в итерационный процесс цифрового компьютера для достижения конечной желаемой степени точности. С трех- или четырехзначным высокоточным числовым начальным значением общее время цифровых вычислений для достижения желаемая точность значительно сокращается, поскольку требуется гораздо меньше итераций. Одна из основных технических проблем, которые необходимо решить в гибридных компьютерах, - это минимизация использования цифровых компьютеров. шум в аналоговых вычислительных элементах и ​​системах заземления.

Считаем, что нервная система в животных - это разновидность гибридного компьютера. Сигналы проходят через синапсы от одного нервная клетка к следующему в виде дискретных (цифровых) пакетов химикатов, которые затем суммируются в нервной клетке аналоговым способом путем создания электрохимического потенциала до тех пор, пока он порог достигается, после чего он разряжается и отправляет серию цифровых пакетов следующей нервной клетке. Преимущества как минимум три: шум внутри системы сведен к минимуму (и, как правило, не складывается), не требуется общей системы заземления и минимальное ухудшение сигнала, даже если есть существенные различия в активности ячеек вдоль путь (имеют тенденцию меняться только задержки сигналов). Отдельные нервные клетки аналогичны аналоговым компьютерам; синапсы аналогичны цифровым компьютерам.

Гибридные компьютеры следует отличать от гибридные системы. Последний может быть не более чем цифровой компьютер, оснащенный аналого-цифровой преобразователь на входе и / или цифро-аналоговый преобразователь на выходе для преобразования аналоговых сигналов для обычной цифровой обработки сигналов, и наоборот, например, для управления системами физического контроля, такими как сервомеханизмы.

Гибридный компьютерный чип СБИС

В 2015 году исследователи Колумбийского университета опубликовали статью[5] на маломасштабном гибридном компьютере с технологией 65 нм CMOS. Этот гибридный компьютер СБИС 4-го порядка содержит 4 блока интегратора, 8 блоков умножителя / настройки усиления, 8 блоков разветвления для распределения сигналов текущего режима, 2 АЦП, 2 ЦАП и 2 блока SRAM. На микросхеме также реализованы цифровые контроллеры для выполнения внешних инструкций. Эксперимент с роботом, описанный в статье, демонстрирует использование гибридного вычислительного чипа во встраиваемых приложениях с низким энергопотреблением.

Рекомендации

  1. ^ "HYCOMP" 250 - ПЕРВАЯ ГИБРИДНАЯ АНАЛОГОВАЯ / ЦИФРОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА НАСТОЛЬНОГО НАСТОЯЩЕГО СТОЛА " (PDF).
  2. ^ «Гибридный цифровой / аналоговый компьютер HYDAC 2400» (PDF).
  3. ^ AGARDograph № 279 Обследование средств моделирования и летной механики ракет в НАТО (PDF). НАТО. 1983 г.
  4. ^ Аналоговая альтернатива, Электронный аналоговый компьютер в Великобритании и США, 1930-1975, Джеймс Смолл.
  5. ^ Го, Нин; Хуанг, Ипэн; Май, Дао; Патил, С .; Цао, Чи; Сок, Мингу; Sethumadhavan, S .; Цивидис Ю. (01.09.2015). «Гибридные вычисления в непрерывном времени с программируемыми нелинейностями». Европейская конференция по твердотельным схемам (ESSCIRC), ESSCIRC 2015 - 41-е место: 279–282. Дои:10.1109 / ESSCIRC.2015.7313881. ISBN  978-1-4673-7470-5.

внешняя ссылка

  • Новый инструмент для науки Даниэль Греко и Кен Кул, инженер из штата Висконсин, ноябрь 1972 г., перепечатано в феврале 2001 г.
  • Надел Л.Д., Крамер М.Р., Шультейс, округ Колумбия, Маккалох Т.А. (апрель 1977 г.). «Гибридная компьютерная система для использования в кардиологии». Med Prog Technol. 4 (4): 185–91. PMID  865418.
  • «ГИБРИДНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ: ЧТО И ПОЧЕМУ?». Компьютеры и автоматика. XII (10): 10 –17. Октябрь 1963 г.