أجهزة الكمبيوتر التناظرية: الخصائص والمكونات والأنواع - تقنية - 2026

تعد أجهزة الكمبيوتر التناظرية نوعًا من أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم جوانب متغيرة باستمرار من الظواهر الفيزيائية ، مثل الكميات الكهربائية ، الميكانيكية أو الهيدروليكية ، لنمذجة المشكلة التي يتم حلها.

أي أنها أجهزة كمبيوتر تعمل بأرقام ممثلة بقيم مستمرة قابلة للقياس مباشرة ، مثل الضغط ودرجة الحرارة والجهد والسرعة والوزن. في المقابل ، تمثل أجهزة الكمبيوتر الرقمية هذه القيم بشكل رمزي.

المصدر: X-15_Analog_computer By How it made - https://www.youtube.com/watch؟v=PW1NAcZLDgs، Public Domain،

يمكن أن تحتوي أجهزة الكمبيوتر التناظرية على نطاق واسع جدًا من التعقيد. أبسطها هي قواعد الشرائح والرسوم التوضيحية ، بينما تعد أجهزة الكمبيوتر التي تتحكم في البنادق البحرية وأجهزة الكمبيوتر الهجينة الرقمية / التناظرية من أكثرها تعقيدًا. في ذلك الوقت ، كانوا أول أجهزة الكمبيوتر التي تم تطويرها.

تستخدم أنظمة التحكم في العمليات ومرحلات الحماية الحوسبة التناظرية لأداء وظائف التحكم والحماية.

في الستينيات ، كانت الشركة المصنعة الرئيسية هي الشركة الأمريكية Electronic Associates ، مع جهاز الكمبيوتر التناظري 231R ، مع أنابيب مفرغة و 20 وحدة تكامل. لاحقًا ، باستخدام جهاز الكمبيوتر التناظري 8800 ، المزود بمكبرات تشغيل الحالة الصلبة و 64 عامل تكامل.

الاستبدال بأجهزة كمبيوتر رقمية

في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي ، أصبحت أجهزة الكمبيوتر الرقمية ، التي كانت تعتمد أولاً على الأنابيب المفرغة ، ثم على الترانزستورات والدوائر المتكاملة والمعالجات الدقيقة ، أكثر اقتصادية ودقة.

أدى ذلك إلى استبدال أجهزة الكمبيوتر الرقمية بشكل كبير بأجهزة الكمبيوتر التناظرية. ومع ذلك ، استمر استخدام أجهزة الكمبيوتر التناظرية في التطبيقات العلمية والصناعية ، لأنها كانت أسرع بكثير في ذلك الوقت.

على سبيل المثال ، استمر استخدامها في بعض التطبيقات المحددة ، مثل كمبيوتر الرحلة في الطائرات.

ظلت التطبيقات الأكثر تعقيدًا ، مثل الرادار ذي الفتحة الاصطناعية ، تحت هيمنة الحوسبة التناظرية جيدًا في الثمانينيات ، حيث لم تكن أجهزة الكمبيوتر الرقمية كافية لهذه المهمة.

لا يزال البحث جاريًا على الحوسبة التناظرية. لا تزال بعض الجامعات تستخدم أجهزة الكمبيوتر التناظرية لتعليم نظرية أنظمة التحكم.

مميزات

معالجة البيانات التناظرية

يستخدم الكمبيوتر التناظري لمعالجة البيانات التناظرية ، مثل الجهد ودرجة الحرارة والضغط والسرعة ، إلخ. يقوم باستمرار بتخزين هذه البيانات الخاصة بالكميات المادية ويقوم بإجراء العمليات الحسابية بمساعدة هذه القياسات.

إنه مختلف تمامًا عن الكمبيوتر الرقمي ، الذي يستخدم أرقامًا رمزية لتمثيل النتائج.

تعد أجهزة الكمبيوتر التناظرية رائعة في المواقف التي تتطلب قياس البيانات مباشرة ، دون تحويلها إلى أرقام أو أكواد.

استخدام الإشارات التناظرية

يستخدم الكمبيوتر التناظري الإشارة التناظرية ، والتي يمكن تمثيلها كموجة مستمرة أو موجة جيبية ، والتي تحتوي على قيم تتغير بمرور الوقت.

يمكن أن تختلف الإشارة التناظرية في السعة أو التردد. قيمة السعة هي شدة الإشارة المرتبطة بأعلى نقطة لها ، تسمى القمة ، وأقل نقاطها. من ناحية أخرى ، فإن قيمة التردد هي طوله المادي من اليسار إلى اليمين.

من أمثلة الإشارات التناظرية الصوت أو الكلام البشري من خلال الأسلاك النحاسية المكهربة.

لا تتطلب أجهزة الكمبيوتر التناظرية أي سعة تخزين لأنها في عملية واحدة تقيس وتقارن الكميات.

دقة محدودة

التمثيلات التناظرية لها دقة محدودة ، عادة في عدد قليل من المنازل العشرية.

دقة الكمبيوتر التناظري محدودة بعناصر الحوسبة الخاصة به ، فضلاً عن جودة الطاقة الداخلية والتوصيلات الكهربائية.

إنها محدودة بشكل أساسي بدقة معدات القراءة المستخدمة ، والتي تتكون بشكل عام من ثلاثة أو أربعة منازل عشرية.

برمجة

تتضمن البرمجة في الكمبيوتر التناظري تحويل معادلات المشكلة إلى دائرة الكمبيوتر التناظرية.

ما هي أجهزة الكمبيوتر التناظرية؟

تُستخدم لتمثيل البيانات بكميات قابلة للقياس ، مثل الفولتية أو دوران التروس ، من أجل حل مشكلة ، بدلاً من التعبير عن البيانات كأرقام.

الرصد والمراقبة

في أنظمة المراقبة والتحكم ، يتم استخدامها لتحديد صيغة التحكم ولحساب معلمات العملية ، مثل الكفاءة والطاقة والأداء وغيرها.

إذا كان بإمكانك تعيين تعبير رياضي يحدد ارتباط المعلمة بإحداثيات كائن ، فيمكن للكمبيوتر التناظري حل المعادلة المقابلة.

على سبيل المثال ، تُستخدم أجهزة الكمبيوتر التناظرية على نطاق واسع لتقييم الكفاءة الاقتصادية لأنظمة الطاقة ، ويمكن أن تكون بمثابة منظمات آلية.

غالبًا ما تستخدم للتحكم في العمليات مثل تلك الموجودة في مصافي النفط ، حيث تكون قياسات التدفق ودرجة الحرارة المستمرة مهمة.

تحليل متقدم

من خلال حل نظام المعادلات الذي يصف عملية مضبوطة بشكل متكرر ، يمكن للكمبيوتر التناظري مسح عدد كبير من الحلول البديلة في وقت قصير. للقيام بذلك ، يستخدم قيمًا مختلفة في المعلمات القابلة للتغيير أثناء العملية.

يمكن ضمان الجودة المطلوبة عن طريق إشارات التحكم المعلنة بواسطة الكمبيوتر التناظري.

يتم إرسال القيم التي يحددها الكمبيوتر إلى جهاز تنظيم يقوم بضبط نقاط التحكم.

تحديد الإشارات المزعجة أو المفيدة

يتم تحديد حجم الإشارة المزعجة أو المفيدة باستخدام المعادلات التفاضلية التي تصف النظام الديناميكي ، وقيم الظروف الأولية ، بالإضافة إلى التغييرات المحددة في الإحصائيات التي تقيس الضوضاء والإشارة.

يمكن أيضًا استخدام الكمبيوتر التناظري لإنشاء أدوات تسجل تلقائيًا الاضطرابات وتنتج إشارة تحكم ، والتي ستعتمد على طبيعة وكمية الاضطرابات.

محاكاة الأنظمة الديناميكية

يمكن إجراء عمليات المحاكاة في الوقت الفعلي أو بسرعات عالية جدًا ، مما يسمح بتجربة عمليات التشغيل المتكررة مع المتغيرات المتغيرة.

لقد تم استخدامها على نطاق واسع في محاكاة الطائرات ومحطات الطاقة النووية وكذلك في العمليات الكيميائية الصناعية.

مكونات

مضخم العمليات

تعمل معظم أجهزة الكمبيوتر التناظرية الكهربائية عن طريق معالجة الفولتية أو الفروق المحتملة. مكونه الأساسي هو مكبر الصوت التشغيلي ، وهو جهاز يتناسب خرجه الحالي مع فرق جهد الإدخال.

من خلال التسبب في تدفق تيار الخرج هذا عبر المكونات المناسبة ، يتم الحصول على المزيد من الاختلافات المحتملة ويمكن إجراء مجموعة متنوعة من العمليات الحسابية ، بما في ذلك الجمع والطرح والانعكاس والتكامل.

يتكون الكمبيوتر التناظري الكهربائي من أنواع عديدة من مكبرات الصوت. يمكن ربطها لتوليد تعبير رياضي عن تعقيد كبير ومع العديد من المتغيرات.

المكونات الهيدروليكية

يمكن أن تشمل المكونات الهيدروليكية الرئيسية الأنابيب والصمامات والحاويات.

المكونات الميكانيكية

يمكن أن تكون هناك أعمدة دوارة لنقل البيانات داخل الكمبيوتر ، والتروس التفاضلية ، والقرص ، والكرة أو الدمج المدمج ، وكاميرات ثنائية وثلاثية الأبعاد ، ومحللات ميكانيكية ومضاعفات ، وعزم دوران مؤازر.

المكونات الكهربائية والإلكترونية

- المقاومات والمكثفات الدقيقة.

- مكبرات الصوت التنفيذية.

- المضاعفات.

- مقاييس فرق الجهد.

- مولدات الوظيفة الثابتة.

حسب طبيعة العمليات الحسابية

خطي

تقوم المكونات الخطية بعمليات الجمع والتكامل وتوقيع التغييرات والضرب بثابت وغيرها.

غير خطي

مولدات الوظائف تعيد إنتاج العلاقات غير الخطية. توجد مكونات كمبيوتر مصممة لإعادة إنتاج وظيفة معينة ، من وسيطة واحدة أو اثنتين أو أكثر.

من الشائع في هذه الفئة التمييز بين الأجهزة التي تعيد إنتاج وظائف متقطعة أحادية الوسيطة وأجهزة مقسوم مضاعف.

منطقي

من بين المكونات المنطقية الأجهزة المنطقية التناظرية ، المصممة لفصل الكمية الأكبر أو الأصغر بين الكميات المختلفة ، والأجهزة المنطقية المنفصلة ، ودوائر تبديل الترحيل ، وبعض الوحدات الخاصة الأخرى.

يتم دمج جميع الأجهزة المنطقية بشكل عام في جهاز واحد يسمى الجهاز المنطقي المتوازي. وهي مجهزة بلوحة التصحيح الخاصة بها لتوصيل الأجهزة المنطقية الفردية ببعضها البعض وبالمكونات التناظرية الأخرى للكمبيوتر.

أنواع

أجهزة كمبيوتر ميكانيكية

إنها مبنية من مكونات ميكانيكية ، مثل الرافعات والتروس ، بدلاً من المكونات الإلكترونية.

الأمثلة الأكثر شيوعًا هي إضافة الآلات والعدادات الميكانيكية ، والتي تستخدم دوران التروس لأداء الإضافات أو التهم. يمكن لأمثلة أكثر تعقيدًا تنفيذ عمليات الضرب والقسمة وحتى التحليل التفاضلي.

تستخدم أكثر أجهزة الكمبيوتر الميكانيكية عملية محاور دوارة لنقل المتغيرات من آلية إلى أخرى.

في مركب فورييه ، الذي كان عبارة عن آلة للتنبؤ بالمد والجزر ، تم استخدام الكابلات والبكرات التي أضافت المكونات التوافقية.

من المهم ذكر أدوات الطيران الميكانيكية في المركبة الفضائية المبكرة ، والتي أظهرت النتيجة المحسوبة ليس في شكل أرقام ، ولكن من خلال إزاحة الأسطح التي تشير إلى الإشارة.

تم تجهيز المركبة الفضائية السوفيتية المأهولة بأداة تسمى Globus. أظهر هذا الحركة التصويرية للأرض من خلال إزاحة الكرة الأرضية المصغرة ، بالإضافة إلى مؤشرات خطوط الطول والعرض.

أجهزة الكمبيوتر الكهربائية

وهي أكثر شيوعًا نظرًا لأن لديها نطاق مرور أوسع بشكل كبير وملائم للاتصال بأجهزة الكمبيوتر الأخرى وعناصر التحكم في الجهاز.

يستخدمون إشارات كهربائية تتدفق عبر مقاومات ومكثفات مختلفة لمحاكاة الظواهر الفيزيائية ، بدلاً من التفاعل الميكانيكي للمكونات.

يعتمد تصميم العناصر التناظرية للكمبيوتر على مكبرات الصوت الإلكترونية الحالية. هذه لها مكاسب عالية في وضع الدائرة المفتوحة.

اعتمادًا على هيكل دارات الإدخال والتغذية المرتدة ، يقوم المرجع المرجع بإجراء عملية رياضية خطية أو غير خطية. أيضا مزيج من هذه العمليات.

تم استخدام هذا النوع من أجهزة الكمبيوتر التناظرية على نطاق واسع في الحوسبة والتكنولوجيا العسكرية في منتصف القرن العشرين ، كما هو الحال في اختبارات الطائرات والصواريخ.

الخلافات مع الرقمية

انتقال الإشارة

الإشارات الرقمية لها حالتان منفصلتان ، إيقاف تشغيل أو تشغيل. حالة الإيقاف هي صفر فولت وحالة التشغيل خمسة فولت. هذا هو السبب في أن أجهزة الكمبيوتر الرقمية تستخدم بيانات الأرقام الثنائية ، في شكل 0 و 1.

الإشارات التناظرية مستمرة. يمكن أن تكون في أي مكان بين طرفين ، مثل -15 و +15 فولت. يمكن أن يكون الجهد الكهربائي للإشارة التناظرية ثابتًا أو يتغير بمرور الوقت.

أي ، في أجهزة الكمبيوتر التناظرية ، يتم نقل البيانات في شكل إشارات مستمرة. في أجهزة الكمبيوتر الرقمية يتم نقلها في شكل إشارات منفصلة.

أنواع الدوائر

تستخدم دوائر الكمبيوتر التناظرية مضخمات تشغيلية ومولدات إشارة وشبكات مقاومات ومكثفات. تعالج هذه الدوائر إشارات الجهد المستمر.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر الرقمية مجموعة متنوعة من دوائر التشغيل / الإيقاف ، مثل المعالجات الدقيقة ومولدات الساعة والبوابات المنطقية.

أي أن الكمبيوتر الرقمي يستخدم الدوائر الإلكترونية ، بينما يستخدم الكمبيوتر التناظري مقاومات للتدفق المستمر للإشارة.

الاحكام

يجب أن تتعامل أجهزة الكمبيوتر التناظرية مع مستوى معين من الضوضاء الكهربائية في الدوائر ، مما يؤثر على دقتها. تحتوي دوائر الكمبيوتر الرقمي أيضًا على ضوضاء كهربائية ، على الرغم من أن هذا لا يؤثر على الدقة أو الموثوقية.

من ناحية أخرى ، لا يستطيع الكمبيوتر التناظري إنتاج نتائج متكررة بمطابقة تامة. هذا يعني أن أجهزة الكمبيوتر التناظرية أقل دقة مقارنة بأجهزة الكمبيوتر الرقمية.

برمجة

يمكن برمجة كل من أجهزة الكمبيوتر التناظرية والرقمية ، على الرغم من اختلاف الطرق.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر الرقمية تسلسلات معقدة من التعليمات ، مثل مقارنة أو ضرب رقمين ، أو نقل البيانات من مكان إلى آخر.

لبرمجة كمبيوتر تمثيلي ، يتم توصيل أنظمة فرعية مختلفة كهربائيًا بكابلات مع بعضها البعض. على سبيل المثال ، يتم توصيل مولد إشارة بمقبض تحكم لتغيير شدة الإشارة.

أمثلة

ساعة القلعة

كان هذا الكمبيوتر الشهير قادرًا على تخزين تعليمات البرمجة. يقف الجهاز على ارتفاع يزيد عن ثلاثة أمتار ، ويعرض الوقت والبروج وأيضًا مدارات الشمس والقمر.

وبالتالي ، سمح الجزء الحسابي من الجهاز للمستخدمين بتعيين طول متغير لليوم حسب الموسم. تم وصف هذا الكمبيوتر في عام 1206 ، وكان معقدًا للغاية بالنسبة لوقته.

مسطره منزلقه

تعتبر قاعدة الشريحة واحدة من أبسط أجهزة الكمبيوتر التناظرية الميكانيكية وأكثرها تميزًا. هذا جهاز لتقريب الحسابات الرياضية الأساسية.

يقوم المستخدمون بتحريك قضيب ملحوظ لمحاذاة علامات مختلفة على قضيب آخر ، وبالتالي قراءة الجهاز بناءً على محاذاة تلك العلامات المختلفة.

محلل تفاضلي

كان هذا الكمبيوتر التناظري الميكانيكي قادرًا على حل المعادلات التفاضلية. بتصميم قديم يعود إلى أوائل القرن التاسع عشر ، تم إتقان المحلل التفاضلي في الثلاثينيات من القرن الماضي واستخدم حتى منتصف القرن العشرين.

يعتبر أول كمبيوتر حديث. كان يزن 100 طن ويحتوي على 150 محركًا ، بالإضافة إلى مئات الأميال من الكابلات التي تربط المرحلات والأنابيب المفرغة.

وفقًا لمعايير اليوم ، كانت الآلة بطيئة. في الواقع ، كان أسرع بنحو مائة مرة فقط من استخدام عامل بشري لآلة حاسبة لسطح المكتب.

أمثلة أخرى

- المتنبئ Kerrison.

- ليبراسكوب ، ميزان ووزن كمبيوتر للطائرة.

- المكملات الميكانيكية مثل جهاز قياس المسافات.

- Nomogram.

- حاجب قصف نوردن.

- أجهزة الكمبيوتر المتعلقة بمكافحة الحرائق.

- أجهزة تكامل المياه.

- MONIAC ​​، النمذجة الاقتصادية.

كان مجلس المحاكاة عبارة عن جمعية لمستخدمي الكمبيوتر التناظري في الولايات المتحدة.

النشرات الإخبارية لمجلس المحاكاة من عام 1952 إلى عام 1963 متاحة حاليًا على الإنترنت. يعرضون التقنيات في ذلك الوقت وكذلك الاستخدام الشائع لأجهزة الكمبيوتر التناظرية.

المراجع

1. ويكيبيديا ، الموسوعة المجانية (2019). كمبيوتر تمثيلي. مأخوذة من: en.wikipedia.org.
2. تيكوبيديا (2019). كمبيوتر تمثيلي. مأخوذة من: ceilingpedia.com.
3. دينيش ثاكور (2019). ما هو الحاسوب التناظري؟ - تعريف. ملاحظات الكمبيوتر الإلكتروني. مأخوذة من: ecomputernotes.com.
4. موسوعة بريتانيكا (2019). كمبيوتر تمثيلي. مأخوذة من: britannica.com.
5. جون بابيفسكي (2019). 10 الاختلافات بين أجهزة الكمبيوتر التناظرية والرقمية. مأخوذة من: techwalla.com.
6. القاموس الحر (2019). الكمبيوتر التناظري. مأخوذة من: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. موسوعة (2002). الكمبيوتر ، التناظرية. مأخوذة من: encyclopedia.com.