ORDINATEURS ANALOGIQUES: CARACTÉRISTIQUES, COMPOSANTS, TYPES - LA TECHNOLOGIE - 2024

Les ordinateurs analogiques sont un type d'ordinateur qui utilise des aspects en constante évolution des phénomènes physiques, tels que les grandeurs électriques, mécaniques ou hydrauliques, pour modéliser le problème en cours de résolution.

Autrement dit, ce sont des ordinateurs qui fonctionnent avec des nombres représentés par des valeurs continues directement mesurables, telles que la pression, la température, la tension, la vitesse et le poids. En revanche, les ordinateurs numériques représentent ces valeurs symboliquement.

Source: X-15_Analog_computer By How it's made - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, domaine public, Les ordinateurs analogiques peuvent avoir une très large gamme de complexité. Les plus simples sont les règles à calcul et les nomogrammes, tandis que les ordinateurs qui contrôlent les canons navals et les gros ordinateurs hybrides numériques / analogiques sont parmi les plus compliqués. À l'époque, ce sont les premières machines informatiques développées.

Les systèmes de contrôle de processus et les relais de protection utilisent le calcul analogique pour exécuter des fonctions de contrôle et de protection.

Dans les années 1960, le principal fabricant était la société américaine Electronic Associates, avec son ordinateur analogique 231R, avec des tubes à vide et 20 intégrateurs. Plus tard, avec son ordinateur analogique 8800, avec des amplificateurs opérationnels à semi-conducteurs et 64 intégrateurs.

Remplacement par des ordinateurs numériques

Dans les années 60 et 70, les ordinateurs numériques, basés d'abord sur des tubes à vide, puis sur des transistors, des circuits intégrés et des microprocesseurs, sont devenus plus économiques et précis.

Cela a conduit les ordinateurs numériques à remplacer largement les ordinateurs analogiques. Cependant, les ordinateurs analogiques ont continué à être utilisés dans des applications scientifiques et industrielles, car à cette époque, ils étaient généralement beaucoup plus rapides.

Par exemple, ils ont continué à être utilisés dans certaines applications spécifiques, telles que l'ordinateur de vol des avions.

Des applications plus complexes, telles que le radar à synthèse d'ouverture, sont restées sous la domination de l'informatique analogique jusque dans les années 1980, les ordinateurs numériques étant insuffisants pour cette tâche.

La recherche est toujours en cours sur l'informatique analogique. Certaines universités utilisent encore des ordinateurs analogiques pour enseigner la théorie des systèmes de contrôle.

caractéristiques

Traitement des données analogiques

Un ordinateur analogique est utilisé pour traiter des données analogiques, telles que la tension, la température, la pression, la vitesse, etc. Il stocke en permanence ces données de grandeurs physiques et effectue des calculs à l'aide de ces mesures.

Il est assez différent de l'ordinateur numérique, qui utilise des nombres symboliques pour représenter les résultats.

Les ordinateurs analogiques sont parfaits pour les situations qui nécessitent que les données soient mesurées directement, sans les convertir en nombres ou en codes.

Utilisation de signaux analogiques

L'ordinateur analogique utilise le signal analogique, qui peut être représenté comme une onde continue ou sinusoïdale, qui contient des valeurs qui varient dans le temps.

Un signal analogique peut varier en amplitude ou en fréquence. La valeur d'amplitude est l'intensité du signal liée à son point le plus élevé, appelé crête, et à ses points les plus bas. Par contre, la valeur de la fréquence est sa longueur physique de gauche à droite.

Des exemples de signaux analogiques sont le son ou la parole humaine à travers un fil de cuivre électrifié.

Les ordinateurs analogiques ne nécessitent aucune capacité de stockage car en une seule opération, ils mesurent et comparent les quantités.

Précision limitée

Les représentations analogiques ont une précision limitée, généralement à quelques décimales.

La précision d'un ordinateur analogique est limitée par ses éléments de calcul, ainsi que par la qualité de l'alimentation interne et des interconnexions électriques.

Elle est principalement limitée par la précision du matériel de lecture utilisé, qui est généralement de trois ou quatre décimales.

Programmation

La programmation dans un ordinateur analogique consiste à transformer les équations du problème en circuit informatique analogique.

À quoi servent les ordinateurs analogiques?

Ils sont utilisés pour représenter les données par des quantités mesurables, telles que les tensions ou la rotation des engrenages, afin de résoudre un problème, au lieu d'exprimer les données sous forme de nombres.

Monitorage et contrôle

Dans les systèmes de surveillance et de contrôle, ils sont utilisés pour déterminer une formule de contrôle et pour calculer des paramètres de processus, tels que l'efficacité, la puissance, les performances et autres.

Si vous pouvez attribuer une expression mathématique qui définit l'association d'un paramètre avec les coordonnées d'un objet, l'ordinateur analogique peut résoudre l'équation correspondante.

Par exemple, les ordinateurs analogiques sont largement utilisés pour évaluer l'efficacité économique des systèmes d'alimentation et peuvent servir de régulateurs automatiques.

Ils sont souvent utilisés pour contrôler des processus tels que ceux des raffineries de pétrole, où les mesures continues de débit et de température sont importantes.

Analyse avancée

En résolvant à plusieurs reprises le système d'équations qui décrit un processus contrôlé, un ordinateur analogique peut analyser un grand nombre de solutions alternatives en peu de temps. Pour ce faire, il utilise différentes valeurs dans les paramètres susceptibles de changer au cours du processus.

La qualité requise peut être garantie au moyen de signaux de commande annoncés par l'ordinateur analogique.

Les valeurs déterminées par l'ordinateur sont transmises à un dispositif de régulation qui ajuste les points de contrôle.

Détermination des signaux perturbateurs ou utiles

L'amplitude d'un signal perturbateur ou utile est déterminée à l'aide d'équations différentielles qui décrivent le système dynamique, les valeurs des conditions initiales, en plus des changements déterminés dans les statistiques qui mesurent le bruit et le signal.

Un ordinateur analogique peut également être utilisé pour construire des instruments qui enregistrent automatiquement les perturbations et produisent un signal de commande, qui dépendra du caractère et de la quantité des perturbations.

Simulation de systèmes dynamiques

Les simulations peuvent être effectuées en temps réel ou à des vitesses très élevées, permettant ainsi d'expérimenter des exécutions répétées avec les variables modifiées.

Ils ont été largement utilisés dans les simulations d'aéronefs, les centrales nucléaires et également dans les processus chimiques industriels.

Composants

Amplificateur opérationnel

La plupart des ordinateurs analogiques électriques fonctionnent en manipulant des tensions ou des différences de potentiel. Son composant de base est l'amplificateur opérationnel, qui est un appareil dont le courant de sortie est proportionnel à sa différence de potentiel d'entrée.

En faisant circuler ce courant de sortie à travers les composants appropriés, davantage de différences de potentiel sont obtenues et une grande variété d'opérations mathématiques peuvent être effectuées, y compris l'addition, la soustraction, l'inversion et l'intégration.

Un ordinateur analogique électrique se compose de nombreux types d'amplificateurs. Ceux-ci peuvent être connectés pour générer une expression mathématique d'une grande complexité et avec une multitude de variables.

Composants hydrauliques

Les principaux composants hydrauliques pourraient inclure des tuyaux, des vannes et des conteneurs.

Composants mécaniques

Il peut y avoir des axes rotatifs pour transporter des données dans l'ordinateur, des engrenages différentiels, des intégrateurs à disques, à billes ou à rouleaux, des cames 2D et 3D, des résolveurs et multiplicateurs mécaniques et des servo-couples.

Composants électriques et électroniques

- Résistances et condensateurs de précision.

- Des amplificateurs opérationnels.

- Multiplicateurs.

- Potentiomètres.

- Générateurs de fonctions fixes.

Selon la nature des opérations mathématiques

Linéaire

Les composants linéaires effectuent les opérations d'addition, d'intégration, de changement de signe, de multiplication par une constante, etc.

Non linéaire

Les générateurs de fonctions reproduisent des relations non linéaires. Il existe des composants informatiques conçus pour reproduire une fonction affectée, à partir d'un, deux ou plusieurs arguments.

Il est courant dans cette classe de faire la distinction entre les périphériques qui reproduisent des fonctions discontinues à argument unique et les périphériques diviseurs multiplicateurs.

Logique

Parmi les composants logiques, il y a des dispositifs logiques analogiques, conçus pour séparer la plus grande ou plus petite quantité entre diverses quantités, des dispositifs logiques discrets, des circuits de commutation de relais et quelques autres unités spéciales.

Tous les périphériques logiques sont généralement combinés en un seul, appelé périphérique logique parallèle. Il est équipé de son propre panneau de brassage pour connecter des dispositifs logiques individuels entre eux et aux autres composants analogiques de l'ordinateur.

Les types

Ordinateurs mécaniques

Ils sont construits à partir de composants mécaniques, tels que des leviers et des engrenages, plutôt que des composants électroniques.

Les exemples les plus courants sont l'ajout de machines et de compteurs mécaniques, qui utilisent le retournement des engrenages pour effectuer des ajouts ou des comptages. Des exemples plus complexes pourraient effectuer des multiplications et des divisions, et même une analyse différentielle.

Les ordinateurs mécaniques les plus pratiques utilisent des axes rotatifs pour transporter des variables d'un mécanisme à un autre.

Dans le synthétiseur de Fourier, qui était une machine pour prédire les marées, des câbles et des poulies ont été utilisés pour ajouter les composants harmoniques.

Il est important de mentionner les instruments de vol mécaniques des premiers engins spatiaux, qui montraient le résultat calculé non pas sous la forme de chiffres, mais à travers les déplacements des surfaces de l'indicateur.

Les vaisseaux spatiaux soviétiques habités étaient équipés d'un instrument appelé Globus. Cela montrait le mouvement figuratif de la Terre à travers le déplacement d'un globe terrestre miniature, en plus d'indicateurs de latitude et de longitude.

Ordinateurs électriques

Ils sont plus courants car ils ont une bande passante sensiblement plus large et sont pratiques pour se connecter à d'autres ordinateurs et à des éléments de commande de périphérique.

Ils utilisent des signaux électriques qui traversent diverses résistances et condensateurs pour simuler des phénomènes physiques, plutôt qu'une interaction mécanique des composants.

La conception des éléments analogiques de l'ordinateur est basée sur des amplificateurs électroniques à courant continu. Ceux-ci ont un gain élevé en mode circuit ouvert.

En fonction de la structure des circuits d'entrée et de rétroaction, un ampli opérationnel effectue une opération mathématique linéaire ou non linéaire. Également une combinaison de ces opérations.

Ce type d'ordinateur analogique était largement utilisé dans l'informatique et la technologie militaire au milieu du XXe siècle, comme dans les essais d'avions et de missiles.

Différences avec le numérique

Transmission du signal

Les signaux numériques ont deux états discrets, désactivé ou activé. L'état d'arrêt est de zéro volts et l'état de marche est de cinq volts. C'est pourquoi les ordinateurs numériques utilisent des données numériques binaires, sous la forme de 0 et 1.

Les signaux analogiques sont continus. Ils peuvent être n'importe où entre deux extrêmes, tels que -15 et +15 volts. La tension d'un signal analogique peut être constante ou varier dans le temps.

Autrement dit, dans les ordinateurs analogiques, les données sont transmises sous la forme de signaux continus. Dans les ordinateurs numériques, ils sont transmis sous forme de signaux discrets.

Types de circuits

Les circuits informatiques analogiques utilisent des amplificateurs opérationnels, des générateurs de signaux, des réseaux de résistances et des condensateurs. Ces circuits traitent des signaux de tension continus.

Les ordinateurs numériques utilisent une variété de circuits marche / arrêt, tels que des microprocesseurs, des générateurs d'horloge et des portes logiques.

Autrement dit, l'ordinateur numérique utilise des circuits électroniques, tandis que l'ordinateur analogique utilise des résistances pour le flux continu du signal.

Précision

Les ordinateurs analogiques doivent gérer un certain niveau de bruit électrique dans les circuits, affectant leur précision. Les circuits d'un ordinateur numérique ont également du bruit électrique, bien que cela n'ait aucun effet sur la précision ou la fiabilité.

D'autre part, l'ordinateur analogique ne peut pas produire des résultats répétés avec une correspondance exacte. Cela signifie que les ordinateurs analogiques sont moins précis que les ordinateurs numériques.

Programmation

Les ordinateurs analogiques et numériques peuvent être programmés, bien que les méthodes soient différentes.

Les ordinateurs numériques utilisent des séquences d'instructions complexes, telles que la comparaison ou la multiplication de deux nombres, ou le déplacement de données d'un endroit à un autre.

Pour programmer un ordinateur analogique, différents sous-systèmes sont connectés électriquement avec des câbles les uns aux autres. Par exemple, un générateur de signal est connecté à un bouton de commande, pour faire varier l'intensité du signal.

Exemples

Horloge du château

Ce fameux ordinateur était capable de stocker des instructions de programmation. Debout à plus de trois mètres de haut, l'appareil affiche l'heure, le zodiaque ainsi que les orbites du soleil et de la lune.

La partie calculatrice de l'appareil permettait ainsi aux utilisateurs de définir la durée variable de la journée en fonction de la saison. Décrit en 1206, cet ordinateur était très complexe pour l'époque.

Règle à calcul

L'un des ordinateurs analogiques mécaniques les plus simples et les plus reconnaissables est la règle à calcul. Ceci est un appareil pour approximer les calculs mathématiques de base.

Les utilisateurs font glisser une tige marquée pour l'aligner avec diverses marques sur une autre tige, lisant ainsi le dispositif en fonction de l'alignement de ces différentes marques.

Analyseur différentiel

Cet ordinateur analogique mécanique était capable de résoudre des équations différentielles. Avec une conception aussi ancienne que le début des années 1800, l'analyseur différentiel a été perfectionné dans les années 1930 et utilisé jusqu'au milieu du 20e siècle.

Il est considéré comme le premier ordinateur moderne. Il pesait 100 tonnes et contenait 150 moteurs, plus des centaines de kilomètres de câbles reliant des relais et des tubes à vide.

Selon les normes actuelles, la machine était lente. En fait, ce n'était qu'environ cent fois plus rapide qu'un opérateur humain utilisant une calculatrice de bureau.

Autres exemples

- Prédicteur Kerrison.

- Librascope, calculateur d'équilibre et de masse d'un avion.

- Intégrateurs mécaniques tels que le planimètre.

- Nomogramme.

- Visière de bombardement Norden.

- Ordinateurs liés au contrôle de tir.

- Intégrateurs d'eau.

- MONIAC, modélisation économique.

Le Simulation Council était une association d'utilisateurs d'ordinateurs analogiques aux États-Unis.

Les bulletins du Simulation Council de 1952 à 1963 sont actuellement disponibles en ligne. Ils montrent les technologies de l'époque et aussi l'utilisation courante des ordinateurs analogiques.

Références

1. Wikipédia, l'encyclopédie gratuite (2019). Ordinateur analogique. Tiré de: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Ordinateur analogique. Tiré de: plafondpedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Qu'est-ce qu'un ordinateur analogique? - Définition. Notes sur l'ordinateur. Tiré de: ecomputernotes.com.
4. Encyclopédie Britannica (2019). Ordinateur analogique. Tiré de: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 différences entre les ordinateurs analogiques et numériques. Tiré de: techwalla.com.
6. Le dictionnaire gratuit (2019). Ordinateur analogique. Tiré de: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Encyclopédie (2002). Ordinateur, analogique. Tiré de: encyclopedia.com.