อ่าน 13 นาที
คอมพิวเตอร์อนาล็อก
คอมพิวเตอร์อนาล็อกหรือคอมพิวเตอร์แบบอนาล็อก คือเครื่อง คำนวณประเภทหนึ่ง(คอมพิวเตอร์) ที่ใช้ปรากฏการณ์ทางกายภาพ เช่น ปริมาณ ทางไฟฟ้าทางกลหรือทางไฮดรอลิก...
คอมพิวเตอร์อนาล็อก

คอมพิวเตอร์อนาล็อกหรือคอมพิวเตอร์แบบอนาล็อก คือเครื่อง คำนวณประเภทหนึ่ง(คอมพิวเตอร์) ที่ใช้ปรากฏการณ์ทางกายภาพ เช่น ปริมาณ ทางไฟฟ้าทางกลหรือทางไฮดรอลิก ที่มีพฤติกรรมตามหลักการทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง ( สัญญาณอนาล็อก ) เพื่อจำลองปัญหาที่กำลังแก้ไข ในทางตรงกันข้ามคอมพิวเตอร์ดิจิทัลจะแสดงปริมาณที่เปลี่ยนแปลงไปในรูปแบบสัญลักษณ์และด้วยค่าที่ไม่ต่อเนื่องทั้งในด้านเวลาและแอมพลิจูด ( สัญญาณดิจิทัล )
คอมพิวเตอร์อนาล็อกมีความซับซ้อนหลากหลายระดับไม้บรรทัดคำนวณและโนโมแกรมเป็นแบบที่ง่ายที่สุด ในขณะที่คอมพิวเตอร์ควบคุมการยิงปืนใหญ่ของกองทัพเรือและคอมพิวเตอร์ดิจิทัล/อนาล็อกแบบไฮบริดขนาดใหญ่จัดอยู่ในกลุ่มที่ซับซ้อนที่สุด[ 1 ]กลไกที่ซับซ้อนสำหรับการควบคุมกระบวนการและรีเลย์ป้องกันใช้การคำนวณแบบอนาล็อกเพื่อทำหน้าที่ควบคุมและป้องกัน คุณสมบัติทั่วไปของพวกมันทั้งหมดคือพวกมันไม่ได้ใช้อัลกอริทึมในการกำหนดรูปแบบการทำงานของคอมพิวเตอร์ แต่พวกมันใช้โครงสร้างที่คล้ายคลึงกับระบบที่จะแก้ไข (เรียกว่า analogon, model หรือ analogy) ซึ่งเป็นที่มาของคำว่าคอมพิวเตอร์อนาล็อก เนื่องจากพวกมันเป็นตัวแทนของแบบจำลอง
คอมพิวเตอร์อนาล็อกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม แม้หลังจากการมาถึงของคอมพิวเตอร์ดิจิทัล เนื่องจากในขณะนั้นโดยทั่วไปแล้วคอมพิวเตอร์อนาล็อกจะเร็วกว่ามาก แต่คอมพิวเตอร์อนาล็อกเริ่มล้าสมัยตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 แม้ว่าจะยังคงใช้งานอยู่ในบางแอปพลิเคชันเฉพาะ เช่นเครื่องจำลองการบิน ของเครื่องบิน คอมพิวเตอร์ ควบคุม การบินในเครื่องบินและสำหรับการสอนระบบควบคุมในมหาวิทยาลัย ตัวอย่างที่เข้าใจง่ายที่สุดของคอมพิวเตอร์อนาล็อกอาจเป็นนาฬิกาเชิงกลซึ่งการหมุนอย่างต่อเนื่องและเป็นคาบของเฟืองที่เชื่อมต่อกันจะขับเคลื่อนเข็มวินาที นาที และชั่วโมงในนาฬิกา แอปพลิเคชันที่ซับซ้อนกว่า เช่น เครื่องจำลองการบินของเครื่องบินและเรดาร์แบบสังเคราะห์รูรับ แสง ยังคงเป็นขอบเขตของการคำนวณแบบอนาล็อก (และการคำนวณแบบไฮบริด ) ไปจนถึงช่วงทศวรรษ 1980 เนื่องจากคอมพิวเตอร์ดิจิทัลไม่เพียงพอสำหรับงานดังกล่าว[ 2 ]
ลำดับเหตุการณ์ของคอมพิวเตอร์อนาล็อก
สารตั้งต้น
นี่คือรายชื่อตัวอย่างของอุปกรณ์คำนวณยุคแรกๆ ที่ถือเป็นต้นกำเนิดของคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ บางชนิดอาจถูกสื่อมวลชนเรียกว่า "คอมพิวเตอร์" แม้ว่าอาจจะไม่ตรงกับคำจำกัดความสมัยใหม่ก็ตาม

กลไกแอนติคิเธราซึ่งเป็นอุปกรณ์ประเภทหนึ่งที่ใช้ในการกำหนดตำแหน่งของเทห์ฟากฟ้าที่เรียกว่าออร์เรอรีได้รับการอธิบายว่าเป็นคอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกลยุคแรกโดยนักฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์สารสนเทศ และนักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษเดเร็ก เจ. เดอ โซลลา ไพรซ์ [ 3 ] มันถูกค้นพบในปี 1901 ในซากเรือแอนติคิเธรานอกชายฝั่งเกาะแอนติคิเธรา ของกรีก ระหว่างคีเธราและครีตและมีอายุราว 150-100 ปีก่อนคริสตกาลในช่วงยุคเฮลเลนิสติกอุปกรณ์ที่มีความซับซ้อนในระดับที่เทียบได้กับกลไกแอนติคิเธราจะไม่ปรากฏขึ้นอีกจนกระทั่งอีกพันปีต่อมา
มีการสร้างเครื่องมือกลช่วยในการคำนวณและการวัดมากมายเพื่อใช้ในทางดาราศาสตร์และการนำทาง แผนที่ทรงกลมถูกอธิบายครั้งแรกโดยปโตเลมีในศตวรรษที่ 2 หลังคริสต์ศักราชส่วนแอสโทรลาบถูกประดิษฐ์ขึ้นในโลกเฮลเลนิสติกในศตวรรษที่ 1 หรือ 2 ก่อนคริสต์ศักราช และมักถูกยกให้เป็นผลงาน ของ ฮิปปาร์คัส แอสโทรลาบเป็นการ ผสมผสานระหว่างแผนที่ทรงกลมและไดออปตราจึงเปรียบเสมือนคอมพิวเตอร์อนาล็อกที่สามารถแก้ปัญหาต่างๆ ในดาราศาสตร์ทรงกลม ได้หลายประเภท
เครื่อง คิดเลข แบบเซกเตอร์ซึ่งเป็นเครื่องมือคำนวณที่ใช้แก้ปัญหาเกี่ยวกับสัดส่วน ตรีโกณมิติ การคูณและการหาร รวมถึงฟังก์ชันต่างๆ เช่น กำลังสองและรากที่สาม ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 16 และนำไปประยุกต์ใช้ในด้านการยิงปืน การสำรวจ และการเดินเรือ
เครื่องวัดพื้นที่ (planimeter)เป็นเครื่องมือแบบใช้มือในการคำนวณพื้นที่ของรูปทรงปิด โดยการลากเส้นตามรูปทรงนั้นด้วยกลไกเชื่อมต่อ

ไม้บรรทัดคำนวณถูกประดิษฐ์ขึ้นราวปี ค.ศ. 1620–1630 ไม่นานหลังจากที่มีการตีพิมพ์แนวคิดเรื่องลอการิทึมมันเป็นเครื่องคำนวณแบบอนาล็อกที่ใช้มือในการคำนวณการคูณและการหาร เมื่อการพัฒนาไม้บรรทัดคำนวณก้าวหน้าขึ้น ก็มีการเพิ่มมาตราส่วนเข้าไป ทำให้สามารถคำนวณส่วนกลับ กำลังสองและรากที่สอง กำลังสามและรากที่สาม รวมถึงฟังก์ชันอดิศัยเช่น ลอการิทึมและเลขชี้กำลัง ตรีโกณมิติแบบวงกลมและแบบไฮเปอร์โบลิก และฟังก์ชัน อื่นๆ ไม้บรรทัดคำนวณส่วนใหญ่ล้าสมัยไปแล้วเนื่องจากเครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม ไม้บรรทัดคำนวณที่สร้างขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะยังคงมีใช้ในบางกลุ่ม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องคำนวณการบิน E6-Bสำหรับการฝึกนักบิน
ในช่วงปี ค.ศ. 1831–1835 นักคณิตศาสตร์และวิศวกรGiovanni Planaได้คิดค้นเครื่องปฏิทินถาวรซึ่งผ่านระบบรอกและกระบอกสูบ สามารถทำนายปฏิทินถาวรสำหรับทุกปีตั้งแต่ปี ค.ศ. 0 (นั่นคือ 1 ปีก่อนคริสตกาล) ถึง ค.ศ. 4000 โดยคำนึงถึงปีอธิกสุรทินและความยาวของวันที่แตกต่างกัน[ 4 ]
เครื่องพยากรณ์ระดับน้ำขึ้นน้ำลง ที่ เซอร์วิลเลียม ทอมสันคิดค้นขึ้นในปี ค.ศ. 1872 มีประโยชน์อย่างมากต่อการเดินเรือในน่านน้ำตื้น เครื่องนี้ใช้ระบบรอกและสายเคเบิลในการคำนวณระดับน้ำขึ้นน้ำลงที่คาดการณ์ไว้โดยอัตโนมัติสำหรับช่วงเวลาที่กำหนด ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง
เครื่องวิเคราะห์เชิงอนุพันธ์ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกลที่ออกแบบมาเพื่อแก้สมการเชิงอนุพันธ์โดยการอินทิเกรต ใช้กลไกแบบล้อและจานเพื่อทำการอินทิเกรต ในปี 1876 เจมส์ ทอมสันได้กล่าวถึงความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องคำนวณดังกล่าว แต่เขาติดขัดเพราะแรงบิดเอาต์พุตที่จำกัดของเครื่องอินทิเกรเตอร์แบบลูกบอลและจาน ต่อมามีระบบหลายระบบตามมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบของวิศวกร ชาวสเปน เลโอนาร์โด ตอร์เรส เกเวโดซึ่งสร้างเครื่องจักรอนาล็อก ต่างๆ สำหรับแก้รากจริงและรากเชิงซ้อนของพหุนาม [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]และมิเชลสันและสแตรตตัน ซึ่งเครื่องวิเคราะห์ฮาร์มอนิกของพวกเขาทำการวิเคราะห์ฟูริเยร์ แต่ใช้อาร์เรย์ของสปริง 80 ตัวแทนที่จะใช้เครื่องอินทิเกรเตอร์แบบเคลวิน งานนี้ทำให้เกิดความเข้าใจทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับปรากฏการณ์กิบส์ของการโอเวอร์ชูตในการแสดงฟูริเยร์ใกล้กับจุดไม่ต่อเนื่อง[ 8 ]ในเครื่องวิเคราะห์เชิงอนุพันธ์ เอาต์พุตของเครื่องอินทิเกรเตอร์ตัวหนึ่งจะขับเคลื่อนอินพุตของเครื่องอินทิเกรเตอร์ตัวถัดไป หรือเอาต์พุตแบบกราฟ ตัวขยายแรงบิดเป็นความก้าวหน้าที่ทำให้เครื่องจักรเหล่านี้ทำงานได้ เริ่มตั้งแต่ทศวรรษ 1920 แวนเนวาร์ บุชและคนอื่นๆ ได้พัฒนาเครื่องวิเคราะห์ความแตกต่างเชิงกลขึ้นมา
ยุคสมัยใหม่


เครื่องคำนวณดู มาเรสค์ (Dumaresq)เป็นอุปกรณ์คำนวณเชิงกลที่คิดค้นขึ้นราวปี ค.ศ. 1902 โดยร้อยโทจอห์น ดูมาเรสค์แห่งราชนาวีอังกฤษมันเป็นคอมพิวเตอร์แบบอนาล็อกที่เชื่อมโยงตัวแปรสำคัญของปัญหาการควบคุมการยิงเข้ากับการเคลื่อนที่ของเรือตนเองและเรือเป้าหมาย มักใช้ร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่นนาฬิกาวัดระยะวิคเกอร์ส (Vickers range clock)เพื่อสร้างข้อมูลระยะและค่าเบี่ยงเบน เพื่อให้สามารถปรับตั้งศูนย์ปืนของเรือได้อย่างต่อเนื่อง มีการผลิตเครื่องคำนวณดูมาเรสค์หลายรุ่น โดยมีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตามการพัฒนา
ในปี พ.ศ. 2455 อาร์เธอร์ พอลเลนได้พัฒนาคอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกลที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสำหรับระบบควบคุมการยิงโดยอิงจากเครื่องวิเคราะห์เชิงอนุพันธ์กองทัพเรือจักรวรรดิรัสเซีย ได้ใช้คอมพิวเตอร์นี้ ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 [ 9 ]
เริ่มตั้งแต่ปี พ.ศ. 2462 เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายกระแสสลับถูกสร้างขึ้นเพื่อแก้ปัญหาการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับระบบไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะแก้ได้ด้วยวิธีการเชิงตัวเลขในขณะนั้น[ 10 ]โดยพื้นฐานแล้วสิ่งเหล่านี้คือแบบจำลองขนาดของคุณสมบัติทางไฟฟ้าของระบบขนาดเต็ม เนื่องจากเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายสามารถจัดการกับปัญหาที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าวิธีการวิเคราะห์หรือการคำนวณด้วยมือได้ จึงถูกนำไปใช้ในการแก้ปัญหาในฟิสิกส์นิวเคลียร์และในการออกแบบโครงสร้างด้วย มีการสร้างเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายขนาดใหญ่มากกว่า 50 เครื่องภายในสิ้นทศวรรษ พ.ศ. 2493
ในยุค สงครามโลกครั้งที่สอง ระบบ ควบคุมปืนคอมพิวเตอร์ข้อมูลปืนและกล้องเล็งระเบิดใช้คอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกล ในปี พ.ศ. 2485 Helmut Hölzerได้สร้างคอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์เต็มรูปแบบที่ศูนย์วิจัยกองทัพบก Peenemünde [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]เป็นระบบควบคุมแบบฝังตัว ( อุปกรณ์ผสม ) เพื่อคำนวณ วิถี จรวด V-2จากความเร่งและการวางแนว (วัดโดยไจโรสโคป ) และเพื่อรักษาเสถียรภาพและนำทางขีปนาวุธ[ 14 ] [ 15 ]คอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกลมีความสำคัญมากในการควบคุมการยิงปืนในสงครามโลกครั้งที่สอง สงครามเกาหลี และต่อเนื่องมาจนถึงสงครามเวียดนาม โดยมีการผลิตเป็นจำนวนมาก
ในช่วงปี ค.ศ. 1930–1945 ในประเทศเนเธอร์แลนด์โยฮัน ฟาน วีนได้พัฒนาคอมพิวเตอร์แบบอนาล็อกเพื่อคำนวณและทำนายกระแสน้ำขึ้นน้ำลงเมื่อรูปทรงของร่องน้ำเปลี่ยนแปลงไป ประมาณปี ค.ศ. 1950 แนวคิดนี้ได้รับการพัฒนาต่อยอดเป็นDeltarซึ่ง เป็นคอมพิวเตอร์ แบบอนาล็อกทางไฮดรอลิกที่สนับสนุนการปิดปากแม่น้ำในภาคตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศเนเธอร์แลนด์ ( โครงการ Delta Works )
FERMIAC เป็นคอมพิวเตอร์อนาล็อกที่คิดค้นโดยนักฟิสิกส์Enrico Fermiในปี 1947 เพื่อช่วยในการศึกษาการขนส่งนิวตรอน[ 16 ]โครงการ Cycloneเป็นคอมพิวเตอร์อนาล็อกที่พัฒนาโดย Reeves ในปี 1950 สำหรับการวิเคราะห์และการออกแบบระบบไดนามิก[ 17 ]โครงการ Typhoon เป็นคอมพิวเตอร์อนาล็อกที่พัฒนาโดย RCA ในปี 1952 ประกอบด้วยหลอดอิเล็กตรอนมากกว่า 4,000 หลอด และใช้แป้นหมุน 100 อันและขั้วต่อแบบเสียบ 6,000 ตัวในการตั้งโปรแกรม[ 18 ]คอมพิวเตอร์MONIAC เป็นการเปรียบเทียบระบบไฮดรอลิกของเศรษฐกิจระดับชาติที่เปิดตัวครั้งแรกในปี 1949 [ 19 ]
บริษัท Computer Engineering Associates แยกตัวออกมาจากCaltechในปี พ.ศ. 2493 เพื่อให้บริการเชิงพาณิชย์โดยใช้ "คอมพิวเตอร์อนาล็อกไฟฟ้าแบบอนาล็อกโดยตรง" ("สิ่งอำนวยความสะดวกวิเคราะห์อเนกประสงค์ที่ใหญ่ที่สุดและน่าประทับใจที่สุดสำหรับการแก้ปัญหาภาคสนาม") ซึ่งพัฒนาโดย Gilbert D. McCann, Charles H. Wilts และBart Locanthi [ 20 ] [ 21 ]
คอมพิวเตอร์อนาล็อกเพื่อการศึกษาแสดงให้เห็นถึงหลักการของการคำนวณแบบอนาล็อกHeathkit EC-1 ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์อนาล็อกเพื่อการศึกษา ราคา 199 ดอลลาร์สหรัฐ ผลิตโดยบริษัท Heath ประเทศสหรัฐอเมริกาประมาณปี 1960 [ 22 ] มันถูกตั้งโปรแกรมโดยใช้สายต่อที่เชื่อมต่อแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ เก้าตัว และส่วนประกอบอื่นๆ[ 23 ] General Electricยังทำการตลาดชุดคอมพิวเตอร์อนาล็อก "เพื่อการศึกษา" ที่มีดีไซน์เรียบง่ายในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ซึ่งประกอบด้วยเครื่องกำเนิดเสียงทรานซิสเตอร์สองตัวและโพเทนชิออมิเตอร์สามตัวที่ต่อสายไว้เพื่อให้ความถี่ของออสซิลเลเตอร์เป็นศูนย์เมื่อหมุนแป้นหมุนโพเทนชิออมิเตอร์ด้วยมือเพื่อให้ตรงตามสมการ ความต้านทานสัมพัทธ์ของโพเทนชิออมิเตอร์จะเทียบเท่ากับสูตรของสมการที่กำลังแก้ การคูณหรือการหารสามารถทำได้ ขึ้นอยู่กับว่าแป้นหมุนใดเป็นอินพุตและแป้นหมุนใดเป็นเอาต์พุต ความแม่นยำและความละเอียดมีจำกัด และไม้บรรทัดคำนวณแบบง่ายๆ นั้นแม่นยำกว่า อย่างไรก็ตาม หน่วยนี้ได้แสดงให้เห็นถึงหลักการพื้นฐาน
การออกแบบคอมพิวเตอร์อนาล็อกได้รับการตีพิมพ์ในนิตยสารอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างหนึ่งคือ PEAC (Practical Electronics analogue computer) ซึ่งตีพิมพ์ในPractical Electronicsฉบับเดือนมกราคม พ.ศ. 2511 [ 24 ]การออกแบบคอมพิวเตอร์ไฮบริดที่ทันสมัยกว่าอีกแบบหนึ่งได้รับการตีพิมพ์ในEveryday Practical Electronicsในปี พ.ศ. 2545 [ 25 ]ตัวอย่างหนึ่งที่อธิบายไว้ในคอมพิวเตอร์ไฮบริด EPE คือการบินของเครื่องบิน VTOLเช่น เครื่องบินHarrier jump jet [ 25 ] ระดับความสูงและความเร็วของเครื่องบินจะถูกคำนวณโดยส่วนอนาล็อกของคอมพิวเตอร์และส่งไปยังพีซีผ่านไมโครโปรเซสเซอร์ดิจิทัลและแสดงบนหน้าจอพีซี
ในการควบคุมกระบวนการ ทางอุตสาหกรรม ตัวควบคุมแบบอนาล็อกลูปถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมอุณหภูมิ การไหล ความดัน หรือสภาวะกระบวนการอื่นๆ โดยอัตโนมัติ เทคโนโลยีของตัวควบคุมเหล่านี้มีตั้งแต่ตัวรวมสัญญาณเชิงกลล้วนๆ ไปจนถึงอุปกรณ์หลอดสุญญากาศและโซลิดสเตท และการจำลองตัวควบคุมแบบอนาล็อกโดยไมโครโปรเซสเซอร์
คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์

ความคล้ายคลึงกันระหว่างชิ้นส่วนเชิงกลเชิงเส้น เช่นสปริงและแดมเปอร์ (ตัวหน่วงแบบใช้ของเหลวหนืด) กับชิ้นส่วนเชิงไฟฟ้า เช่นตัวเก็บประจุตัวเหนี่ยวนำและตัวต้านทาน นั้นน่าทึ่งมากในแง่ของคณิตศาสตร์ พวกมันสามารถจำลองได้โดยใช้สมการในรูปแบบเดียวกัน
อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างระหว่างระบบเหล่านี้คือสิ่งที่ทำให้การคำนวณแบบอนาล็อกมีประโยชน์ ระบบที่ซับซ้อนมักไม่สามารถวิเคราะห์ได้ด้วยการเขียนลงบนกระดาษ และต้องอาศัยการทดสอบหรือการจำลองในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง ระบบกลไกที่ซับซ้อน เช่น ระบบกันสะเทือนสำหรับรถแข่ง มีราคาแพงในการผลิตและยากต่อการดัดแปลง และการวัดค่าทางกลอย่างแม่นยำในระหว่างการทดสอบความเร็วสูงยิ่งเพิ่มความยากลำบากเข้าไปอีก
ในทางตรงกันข้าม การสร้างวงจรไฟฟ้าที่เทียบเท่ากับระบบกลไกที่ซับซ้อนเพื่อจำลองพฤติกรรมของมันนั้นมีราคาถูกมาก วิศวกรจัดเรียงตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการ (op amps) เพียงไม่กี่ตัวและส่วนประกอบเชิงเส้นแบบพาสซีฟบางส่วนเพื่อสร้างวงจรที่ปฏิบัติตามสมการเดียวกันกับระบบกลไกที่กำลังจำลอง การวัดทั้งหมดสามารถทำได้โดยตรงด้วยออสซิลโลสโคปในวงจร ความแข็ง (ที่จำลองขึ้น) ของสปริง เช่น สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการปรับพารามิเตอร์ของตัวรวมสัญญาณ ระบบไฟฟ้าเป็นแบบจำลองของระบบทางกายภาพ จึงเป็นที่มาของชื่อนี้ แต่มีราคาถูกกว่าต้นแบบกลไกมาก ปรับเปลี่ยนได้ง่ายกว่า และโดยทั่วไปปลอดภัยกว่า
วงจรอิเล็กทรอนิกส์ยังสามารถทำให้ทำงานเร็วขึ้นหรือช้าลงกว่าระบบทางกายภาพที่กำลังจำลองได้ ผู้ใช้งานคอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสบการณ์กล่าวว่า คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ให้การควบคุมและความเข้าใจในปัญหาได้อย่างใกล้ชิดกว่าเมื่อเทียบกับการจำลองแบบดิจิทัล

คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแสดงสถานการณ์ที่อธิบายโดยสมการเชิงอนุพันธ์ ในอดีต คอมพิวเตอร์อนาล็อกมักถูกใช้เมื่อระบบสมการเชิงอนุพันธ์นั้นยากมากที่จะแก้ด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม ตัวอย่างง่ายๆ เช่น พลวัตของระบบสปริง-มวลสามารถอธิบายได้ด้วยสมการโดยที่คือตำแหน่งแนวดิ่งของมวลคือ สัมประสิทธิ์ การหน่วง คือค่าคงที่ของสปริงและคือแรงโน้มถ่วงของโลกสำหรับการคำนวณแบบอนาล็อก สมการจะถูกตั้งโปรแกรมเป็นวงจรอนาล็อกเทียบเท่าประกอบด้วยตัวรวมสัญญาณสองตัวสำหรับตัวแปรสถานะ(ความเร็ว) และ(ตำแหน่ง) อินเวอร์เตอร์หนึ่งตัว และโพเทนชิโอมิเตอร์สามตัว
คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์มีข้อเสียอยู่หลายประการ: ค่าของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจรจะจำกัดช่วงที่ตัวแปรสามารถเปลี่ยนแปลงได้ (เนื่องจากค่าของตัวแปรถูกแทนด้วยแรงดันไฟฟ้าบนสายไฟเส้นใดเส้นหนึ่ง) ดังนั้น แต่ละปัญหาจะต้องถูกปรับขนาดเพื่อให้พารามิเตอร์และมิติของปัญหานั้นสามารถแสดงได้โดยใช้แรงดันไฟฟ้าที่วงจรสามารถจ่ายได้ —เช่น ขนาดที่คาดหวังของความเร็วและตำแหน่งของลูกตุ้มสปริงตัวแปรที่ปรับขนาดไม่ถูกต้องอาจมีค่า "ถูกจำกัด" โดยขีดจำกัดของแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย หรือหากปรับขนาดเล็กเกินไป ตัวแปรเหล่านั้นอาจมีระดับสัญญาณรบกวน สูงขึ้น ปัญหาใดปัญหาหนึ่งอาจทำให้วงจรสร้างการจำลองระบบทางกายภาพที่ไม่ถูกต้อง (การจำลองแบบดิจิทัลสมัยใหม่มีความทนทานต่อค่าตัวแปรที่เปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวางมากกว่ามาก แต่ก็ยังไม่สามารถป้องกันปัญหาเหล่านี้ได้อย่างสมบูรณ์: การคำนวณแบบดิจิทัลแบบจุดลอยตัวรองรับช่วงไดนามิก ที่กว้างมาก แต่ก็อาจเกิดความไม่แม่นยำได้หากความแตกต่างเล็กน้อยของค่าขนาดใหญ่ทำให้เกิดความไม่เสถียรทางตัวเลข )


ความแม่นยำของการอ่านค่าจากคอมพิวเตอร์อนาล็อกนั้นถูกจำกัดเป็นหลักโดยความแม่นยำของอุปกรณ์อ่านค่าที่ใช้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่สามหรือสี่หลักสำคัญ (การจำลองแบบดิจิทัลสมัยใหม่ดีกว่ามากในด้านนี้การคำนวณเลขคณิตแบบดิจิทัลที่มีความแม่นยำสูงสามารถให้ความแม่นยำในระดับใดก็ได้ตามต้องการ) อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ ความแม่นยำของคอมพิวเตอร์อนาล็อกนั้นเพียงพอแล้วอย่างแน่นอน เมื่อพิจารณาถึงความไม่แน่นอนของลักษณะเฉพาะของแบบจำลองและพารามิเตอร์ทางเทคนิค
คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กจำนวนมากที่ใช้สำหรับการคำนวณเฉพาะด้านยังคงเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ควบคุมทางอุตสาหกรรม แต่ตั้งแต่ทศวรรษ 1950 ถึง 1970 คอมพิวเตอร์อนาล็อกอเนกประสงค์เป็นระบบเดียวที่เร็วพอสำหรับการจำลองระบบไดนามิกแบบเรียลไทม์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านอากาศยาน การทหาร และอวกาศ แม้ว่าเทคโนโลยีพื้นฐานสำหรับคอมพิวเตอร์อนาล็อกมักจะเป็นแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ (เรียกอีกอย่างว่า "แอมพลิฟายเออร์กระแสต่อเนื่อง" เนื่องจากไม่มีข้อจำกัดด้านความถี่ต่ำ) แต่ในทศวรรษ 1960 มีความพยายามในคอมพิวเตอร์ ANALAC ของฝรั่งเศสที่จะใช้เทคโนโลยีทางเลือก: ตัวพาความถี่ปานกลางและวงจรย้อนกลับที่ไม่สูญเสียพลังงาน
ในสหรัฐอเมริกาช่วงทศวรรษ 1960 ผู้ผลิตรายใหญ่คือElectronic Associatesแห่งพรินซ์ตัน รัฐนิวเจอร์ซีย์ซึ่งมีคอมพิวเตอร์อนาล็อก 231R (หลอดสุญญากาศ อินทิเกรเตอร์ 20 ตัว) และต่อมาคือคอมพิวเตอร์อนาล็อก EAI 8800 (แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการโซลิดสเตท อินทิเกรเตอร์ 64 ตัว) [ 26 ]คู่แข่งคือ Applied Dynamics แห่งแอนน์อาร์เบอร์ รัฐมิชิแกน
ในทศวรรษ 1970 บริษัทขนาดใหญ่และหน่วยงานภาครัฐทุกแห่งที่เกี่ยวข้องกับปัญหาด้านพลศาสตร์ต่างก็มีศูนย์ประมวลผลแบบอนาล็อก เช่น:
- ในสหรัฐอเมริกา : NASA (ฮันต์สวิลล์, ฮิวสตัน), Martin Marietta (ออร์แลนโด), Lockheed , Westinghouse , Hughes Aircraft
- ในยุโรป : CEA ( คณะกรรมการพลังงานปรมาณูแห่งฝรั่งเศส ), MATRA , Aérospatiale , BAC ( บริษัทการบินแห่งอังกฤษ )
การก่อสร้าง
เครื่องคำนวณแบบอนาล็อกประกอบด้วยส่วนประกอบหลักหลายอย่าง: [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
- แหล่งสัญญาณ:บล็อกเหล่านี้ทำหน้าที่สร้างสัญญาณอนาล็อก เช่น แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า เพื่อแสดงข้อมูลขาเข้าและการดำเนินการต่างๆ
- เครื่องขยายเสียง :เครื่องขยายเสียงใช้สำหรับเพิ่มกำลังสัญญาณอนาล็อกและรักษาระดับความแรงของสัญญาณตลอดทั้งระบบ โดยจะขยายสัญญาณอินพุตที่อ่อนแอและชดเชยการสูญเสียสัญญาณระหว่างการส่งผ่าน
- ตัวกรอง :ตัวกรองใช้เพื่อปรับเปลี่ยนสเปกตรัมของสัญญาณโดยการลดหรือขยายความถี่เฉพาะ ตัวกรองช่วยให้สามารถแยกหรือลดทอนส่วนประกอบของสัญญาณบางอย่างได้ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในการคำนวณ
- ตัวปรับสัญญาณและตัวถอดสัญญาณ :ตัวปรับสัญญาณจะแปลงข้อมูลให้เป็นสัญญาณอนาล็อกที่สามารถส่งผ่านช่องทางการสื่อสารได้ ในขณะที่ตัวถอดสัญญาณจะทำการแปลงกลับ โดยกู้คืนข้อมูลดั้งเดิมจากสัญญาณที่ถูกปรับแล้ว
- วงจรบวกวงจร คูณ วงจร แปลงลอการิทึมและวงจรคำนวณอื่นๆ:วงจรเหล่านี้ทำการคำนวณทางคณิตศาสตร์กับสัญญาณอนาล็อก สามารถใช้สำหรับการคำนวณทางคณิตศาสตร์ เช่น การบวก การคูณ การยกกำลัง การอินทิเกรต และการหาอนุพันธ์
- การจัดเก็บและหน่วยความจำ :เครื่องคำนวณแบบอนาล็อกสามารถใช้รูปแบบการจัดเก็บข้อมูลต่างๆ เช่น ตัวเก็บประจุหรือตัวเหนี่ยวนำ เพื่อจัดเก็บผลลัพธ์ระหว่างการประมวลผลและหน่วยความจำ
- ระบบป้อนกลับและควบคุม:บล็อกระบบป้อนกลับและควบคุมใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพและความแม่นยำของเครื่องคำนวณแบบอนาล็อก ซึ่งอาจรวมถึงระบบควบคุมและระบบแก้ไขข้อผิดพลาด
- แผงเชื่อมต่อ (Patch panel ):เครื่องคอมพิวเตอร์แบบอนาล็อกบางรุ่นก็มีแผงเชื่อมต่อหรือฟิลด์เชื่อมต่อ แผงเชื่อมต่อเป็นโครงสร้างทางกายภาพที่ใช้สำหรับวางขั้วต่อหรือหน้าสัมผัสเพื่อเชื่อมต่อส่วนประกอบและโมดูลต่างๆ ภายในระบบ
บนแผงเชื่อมต่อ (patch panel) สามารถตั้งค่าและสลับการเชื่อมต่อและเส้นทางต่างๆ เพื่อกำหนดค่าเครื่องและกำหนดการไหลของสัญญาณได้ これによりผู้ใช้สามารถกำหนดค่าและปรับเปลี่ยนระบบประมวลผลแบบอนาล็อกได้อย่างยืดหยุ่นเพื่อทำงานเฉพาะอย่างได้
แผงกระจายสัญญาณ (Patch panel) ใช้สำหรับควบคุมการไหลของข้อมูลเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบ รวมถึงแหล่งสัญญาณ เครื่องขยายเสียง ตัวกรอง และส่วนประกอบอื่นๆ ช่วยเพิ่มความสะดวกและความยืดหยุ่นในการกำหนดค่าและทดลองกับการคำนวณแบบอนาล็อก
แผงกระจายสัญญาณอาจแสดงในรูปแบบแผงจริงที่มีขั้วต่อ หรือในระบบที่ทันสมัยกว่านั้น อาจเป็นอินเทอร์เฟซซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้สามารถจัดการการเชื่อมต่อและเส้นทางสัญญาณแบบเสมือนจริงได้
- อินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์ :อินเทอร์เฟซเป็นวิธีการในการโต้ตอบกับเครื่องจักร เช่น การควบคุมพารามิเตอร์หรือการส่งข้อมูล
- อุปกรณ์แสดงผล :อุปกรณ์นี้ออกแบบมาเพื่อแสดงผลลัพธ์ของการคำนวณแบบอนาล็อกในรูปแบบที่สะดวกสำหรับผู้ใช้ หรือเพื่อส่งข้อมูลที่ได้รับไปยังระบบอื่น ๆ
อุปกรณ์แสดงผลในเครื่องจักรอนาล็อกอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับเป้าหมายเฉพาะของระบบ ตัวอย่างเช่น อาจเป็นตัวแสดงผลกราฟิกออสซิลโลสโคปอุปกรณ์บันทึกภาพกราฟิกโมดูลเชื่อมต่อทีวีโวลต์มิเตอร์เป็นต้น อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้สามารถแสดงภาพสัญญาณอนาล็อกและแสดงผลลัพธ์ของการวัดหรือการคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้
- แหล่งจ่ายไฟและอุปกรณ์รักษาเสถียรภาพ
นี่เป็นเพียงส่วนประกอบพื้นฐานทั่วไปที่พบได้ในเครื่องคำนวณแบบอนาล็อกทั่วไป การกำหนดค่าและส่วนประกอบจริงอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะและวัตถุประสงค์การใช้งานของเครื่องนั้นๆ
ระบบไฮบริดอนาล็อก-ดิจิทัล
อุปกรณ์ประมวลผลแบบอนาล็อกนั้นเร็ว ในขณะที่อุปกรณ์ประมวลผลแบบดิจิทัลนั้นมีความหลากหลายและแม่นยำกว่า แนวคิดเบื้องหลังอุปกรณ์ไฮบริดอนาล็อก-ดิจิทัลคือการรวมกระบวนการทั้งสองเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ตัวอย่างของอุปกรณ์พื้นฐานแบบไฮบริดดังกล่าวคือตัวคูณแบบไฮบริด ซึ่งอินพุตหนึ่งเป็นสัญญาณอนาล็อก อินพุตอีกตัวเป็นสัญญาณดิจิทัล และเอาต์พุตเป็นอนาล็อก ทำหน้าที่เหมือนโพเทนชิโอมิเตอร์แบบอนาล็อกที่สามารถอัปเกรดเป็นดิจิทัลได้ เทคนิคไฮบริดประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการคำนวณแบบเรียลไทม์ที่รวดเร็วและเฉพาะเจาะจง เมื่อเวลาในการคำนวณมีความสำคัญมาก เช่น การประมวลผลสัญญาณสำหรับเรดาร์ และโดยทั่วไปสำหรับตัวควบคุมในระบบฝังตัว
ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ผู้ผลิตคอมพิวเตอร์อนาล็อกพยายามเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์อนาล็อกเข้ากับคอมพิวเตอร์ดิจิทัล เพื่อให้ได้ข้อดีจากทั้งสองเทคนิค ในระบบดังกล่าว คอมพิวเตอร์ดิจิทัลจะควบคุมคอมพิวเตอร์อนาล็อก โดยทำการตั้งค่าเริ่มต้น เริ่มการทำงานแบบอนาล็อกหลายๆ ครั้ง และป้อนและรวบรวมข้อมูลโดยอัตโนมัติ คอมพิวเตอร์ดิจิทัลอาจมีส่วนร่วมในการคำนวณด้วย โดยใช้ ตัวแปลง อนาล็อกเป็นดิจิทัลและดิจิทัล เป็นอนาล็อก
ผู้ผลิตคอมพิวเตอร์ไฮบริด รายใหญ่ที่สุด คือElectronic Associatesคอมพิวเตอร์ไฮบริดรุ่น 8900 ของพวกเขาประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ดิจิทัลและคอนโซลอนาล็อกหนึ่งตัวหรือมากกว่า ระบบเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับโครงการขนาดใหญ่ เช่นโครงการ ApolloและSpace ShuttleของNASAหรือ Ariane ในยุโรป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขั้นตอนการบูรณาการ ซึ่งในตอนเริ่มต้นทุกอย่างจะถูกจำลอง และส่วนประกอบจริงจะค่อยๆ เข้ามาแทนที่ส่วนที่จำลอง[ 31 ]
ในช่วงทศวรรษ 1970 มีเพียงบริษัทเดียวเท่านั้นที่เป็นที่รู้จักในด้านการให้บริการประมวลผลเชิงพาณิชย์ทั่วไปบนคอมพิวเตอร์ไฮบริดของตน นั่นคือบริษัท CISI จากประเทศฝรั่งเศส
ข้อมูลอ้างอิงที่ดีที่สุดในสาขานี้คือการจำลอง 100,000 ครั้งสำหรับการรับรองระบบลงจอดอัตโนมัติของเครื่องบินแอร์บัสและคอนคอร์ด[ 32 ]
หลังปี 1980 คอมพิวเตอร์ดิจิทัลล้วนๆ พัฒนาไปอย่างรวดเร็วมากขึ้นเรื่อยๆ และเร็วพอที่จะแข่งขันกับคอมพิวเตอร์อนาล็อกได้ กุญแจสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้คอมพิวเตอร์อนาล็อกทำงานได้เร็วคือการคำนวณแบบขนานอย่างสมบูรณ์ แต่สิ่งนี้ก็เป็นข้อจำกัดเช่นกัน ยิ่งต้องใช้สมการมากเท่าใดในการแก้ปัญหา ก็ยิ่งต้องใช้ส่วนประกอบอนาล็อกมากขึ้นเท่านั้น แม้ว่าปัญหาจะไม่ใช่เรื่องเร่งด่วนก็ตาม การ "ตั้งโปรแกรม" ปัญหาหมายถึงการเชื่อมต่อตัวดำเนินการอนาล็อกเข้าด้วยกัน แม้จะมีแผงสายไฟที่ถอดได้ แต่ก็ยังไม่สะดวกมากนัก
การนำไปใช้
คอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกล

ตลอดประวัติศาสตร์ มีการประดิษฐ์คอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกลหลายประเภท ตั้งแต่เครื่องมืออย่างง่าย (เช่นเครื่องวัดพื้นที่ ) ไปจนถึงระบบควบคุมการยิงที่ซับซ้อนซึ่งใช้นำทางปืนใหญ่เรือรบในสงครามโลกครั้งที่สอง
คอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกลที่ใช้งานได้จริงซึ่งมีความซับซ้อนอย่างมีนัยสำคัญจะใช้เพลาหมุนเพื่อส่งตัวแปรจากกลไกหนึ่งไปยังอีกกลไกหนึ่ง สายเคเบิลและรอกถูกใช้ในเครื่องสังเคราะห์ฟูริเยร์เครื่องทำนายกระแสน้ำซึ่งรวมส่วนประกอบฮาร์มอนิกแต่ละส่วนเข้าด้วยกัน อีกประเภทหนึ่งซึ่งไม่เป็นที่รู้จักมากนัก ใช้เพลาหมุนเฉพาะสำหรับการป้อนข้อมูลและการส่งออก โดยใช้แร็คและเฟืองที่มีความแม่นยำ แร็คเชื่อมต่อกับกลไกเชื่อมโยงที่ทำการคำนวณ อย่างน้อยคอมพิวเตอร์ควบคุมการยิงโซนาร์ของกองทัพเรือสหรัฐฯ ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 ที่ผลิตโดยLibrascopeก็เป็นประเภทนี้ เช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์หลักในระบบควบคุมการยิงปืน Mk. 56 [ 33 ]
คอมพิวเตอร์เหล่านี้มักใช้เฟืองดิฟเฟอเรนเชียลแบบมิตเตอร์ที่มีความแม่นยำสูง (เฟืองเอียงคู่หนึ่งที่จัดเรียงเพื่อสร้างผลรวมหรือผลต่างของการหมุนเพลาสองรอบ) เพื่อส่งตัวแปรระหว่างองค์ประกอบการคำนวณ ตัวอย่างเช่น คอมพิวเตอร์ควบคุมการยิง Ford Instrument Mark I ประกอบด้วยเฟืองดิฟเฟอเรนเชียลแบบมิตเตอร์ประมาณ 160 ตัว[ 34 ] [ 35 ]
การหาปริพันธ์โดยสัมพันธ์กับตัวแปรอื่นนั้นทำได้โดยใช้จานหมุนที่ขับเคลื่อนด้วยตัวแปรหนึ่ง ผลลัพธ์จะออกมาจากอุปกรณ์รับสัญญาณ (เช่น ล้อ) ที่วางอยู่บนรัศมีของจานซึ่งเป็นสัดส่วนกับตัวแปรที่สอง (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อุปกรณ์ที่มีลูกเหล็กสองลูกรองรับด้วยลูกกลิ้งขนาดเล็กทำงานได้ดี ลูกกลิ้งที่มีแกนขนานกับพื้นผิวของจานจะให้ผลลัพธ์ และถูกยึดไว้กับลูกเหล็กทั้งสองด้วยสปริง)
ฟังก์ชันตามอำเภอใจของตัวแปรหนึ่งตัวนั้นได้มาจากการใช้ลูกเบี้ยว โดยมีเฟืองทดกำลังเพื่อแปลงการเคลื่อนที่ของตัวตามเป็นการหมุนของเพลา
กลไกที่มีตัวแปรสองตัวนั้นได้มาจากการใช้ลูกเบี้ยวสามมิติ ในการออกแบบที่ดีแบบหนึ่ง ตัวแปรหนึ่งจะหมุนลูกเบี้ยว ตัวตามรูปทรงครึ่งวงกลมจะเคลื่อนที่ไปตามแกนหมุนที่ขนานกับแกนหมุนของลูกเบี้ยว การเคลื่อนที่แบบหมุนนี้เป็นผลลัพธ์ ตัวแปรที่สองจะเคลื่อนที่ตัวตามไปตามแกนของลูกเบี้ยว การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติอย่างหนึ่งคือทางด้านขีปวิทยาในการยิงปืน
การแปลงพิกัดจากพิกัดเชิงขั้วเป็นพิกัดสี่เหลี่ยมนั้นทำโดยใช้ตัวแก้พิกัดเชิงกล (เรียกว่า "ตัวแก้พิกัดส่วนประกอบ" ในคอมพิวเตอร์ควบคุมการยิงของกองทัพเรือสหรัฐฯ) แผ่นดิสก์สองแผ่นบนแกนเดียวกันจะวางตำแหน่งบล็อกเลื่อนที่มีหมุด (เพลาสั้น) อยู่ แผ่นดิสก์แผ่นหนึ่งเป็นลูกเบี้ยวหน้า และตัวตามบนบล็อกในร่องของลูกเบี้ยวหน้าจะกำหนดรัศมี ส่วนอีกแผ่นหนึ่งซึ่งอยู่ใกล้กับหมุดมากกว่า จะมีร่องตรงที่บล็อกเคลื่อนที่ได้ มุมที่ป้อนเข้าไปจะหมุนแผ่นดิสก์แผ่นหลัง (แผ่นดิสก์ลูกเบี้ยวหน้าจะหมุนไปพร้อมกับแผ่นดิสก์อีกแผ่น (ที่ใช้กำหนดมุม) สำหรับรัศมีที่ไม่เปลี่ยนแปลง โดยใช้เฟืองและตัวปรับแก้ไม่กี่ตัวในการแก้ไขนี้)
เมื่อพิจารณาจากโครงสร้างของกลไก ตำแหน่งของหมุดจะตรงกับปลายของเวกเตอร์ที่แสดงโดยค่ามุมและขนาดที่ป้อนเข้าไป โดยมีบล็อกสี่เหลี่ยมติดตั้งอยู่บนหมุดนั้น
สัญญาณเอาต์พุตพิกัดเชิงเส้น (โดยทั่วไปคือทั้งไซน์และโคไซน์) มาจากแผ่นโลหะสองแผ่นที่มีร่อง โดยแต่ละร่องพอดีกับบล็อกที่กล่าวถึงไปแล้ว แผ่นโลหะเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง โดยการเคลื่อนที่ของแผ่นหนึ่งตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของอีกแผ่นหนึ่ง ร่องจะตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ แผ่นโลหะแต่ละแผ่นนั้นเปรียบเสมือนแอกแบบสก็อตช์ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในหมู่ผู้ชื่นชอบเครื่องจักรไอน้ำ
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง กลไกที่คล้ายกันนี้ได้แปลงพิกัดเชิงเส้นตรงเป็นพิกัดเชิงขั้ว แต่ไม่ประสบความสำเร็จมากนักและถูกตัดออกไปในการออกแบบใหม่ครั้งสำคัญ (กองทัพเรือสหรัฐฯ รุ่น Mk. 1 ถึง Mk. 1A)
การคูณนั้นทำโดยกลไกที่อิงตามเรขาคณิตของสามเหลี่ยมมุมฉากที่คล้ายกัน โดยใช้คำศัพท์ตรีโกณมิติสำหรับสามเหลี่ยมมุมฉาก โดยเฉพาะด้านตรงข้าม ด้านประชิด และด้านตรงข้ามมุมฉาก ด้านประชิดจะถูกกำหนดโดยการสร้าง ตัวแปรหนึ่งจะเปลี่ยนขนาดของด้านตรงข้าม ในหลายกรณี ตัวแปรนี้จะเปลี่ยนเครื่องหมาย ด้านตรงข้ามมุมฉากอาจตรงกับด้านประชิด (ค่าป้อนเข้าเป็นศูนย์) หรือเคลื่อนเลยด้านประชิดไป ซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนเครื่องหมาย
โดยทั่วไปแล้ว เฟืองที่ขับเคลื่อนด้วยเฟืองเล็กซึ่งเคลื่อนที่ขนานกับด้านตรงข้าม (ที่กำหนดโดยตรีโกณมิติ) จะวางตำแหน่งตัวเลื่อนที่มีร่องตรงกับด้านตรงข้ามมุมฉาก จุดหมุนบนเฟืองช่วยให้มุมของตัวเลื่อนเปลี่ยนแปลงได้อย่างอิสระ ที่ปลายอีกด้านของตัวเลื่อน (มุมในแง่ของตรีโกณมิติ) บล็อกบนหมุดที่ยึดติดกับโครงจะกำหนดจุดยอดระหว่างด้านตรงข้ามมุมฉากและด้านประชิด
ที่ระยะใดๆ ตามด้านประชิด เส้นที่ตั้งฉากกับด้านประชิดจะตัดกับด้านตรงข้ามมุมฉากที่จุดหนึ่งโดยเฉพาะ ระยะห่างระหว่างจุดนั้นกับด้านประชิดจะเป็นเศษส่วนบางค่า ซึ่งเป็นผลคูณของ1.ระยะห่างจากจุดยอด และ2.ขนาดของด้านตรงข้าม
ตัวแปรป้อนเข้าตัวที่สองในตัวคูณประเภทนี้จะวางแผ่นที่มีร่องตั้งฉากกับด้านที่อยู่ติดกัน ร่องนั้นมีบล็อกอยู่ และตำแหน่งของบล็อกในร่องนั้นถูกกำหนดโดยบล็อกอีกอันที่อยู่ติดกัน บล็อกหลังจะเลื่อนไปตามด้านตรงข้ามมุมฉาก ดังนั้นบล็อกทั้งสองจึงอยู่ห่างจากด้านที่อยู่ติดกัน (ทางตรีโกณมิติ) เป็นระยะที่แปรผันตรงกับผลคูณ
เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์เป็นผลลัพธ์ ชิ้นส่วนที่สามซึ่งเป็นแผ่นที่มีร่องอีกแผ่นหนึ่งจะเคลื่อนที่ขนานไปกับด้านตรงข้าม (ตรีโกณมิติ) ของสามเหลี่ยมเชิงทฤษฎี โดยปกติแล้ว ร่องจะตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ บล็อกที่อยู่ในร่องซึ่งยึดติดกับบล็อกด้านตรงข้ามมุมฉากจะช่วยกำหนดตำแหน่งของมัน
ตัวรวมสัญญาณชนิดพิเศษที่ใช้ในจุดที่ต้องการความแม่นยำปานกลางนั้น ใช้ลูกเหล็กแทนแผ่นดิสก์ มีอินพุตสองตัว ตัวหนึ่งสำหรับหมุนลูกเหล็ก และอีกตัวสำหรับกำหนดมุมของแกนหมุนของลูกเหล็ก แกนนั้นจะอยู่ในระนาบเดียวกับแกนของลูกกลิ้งรับการเคลื่อนที่สองตัว คล้ายกับกลไกของเมาส์คอมพิวเตอร์แบบลูกกลิ้ง (ในกลไกนั้น ลูกกลิ้งรับการเคลื่อนที่จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางใกล้เคียงกับลูกเหล็ก) แกนของลูกกลิ้งรับการเคลื่อนที่ตั้งฉากกัน
ลูกกลิ้งคู่หนึ่งที่อยู่ "ด้านบน" และ "ด้านล่าง" ของระนาบการหยิบจับถูกติดตั้งในตัวยึดแบบหมุนได้ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยเฟือง เฟืองนั้นถูกขับเคลื่อนด้วยอินพุตเชิงมุม และกำหนดแกนหมุนของลูกบอล อินพุตอีกด้านหนึ่งจะหมุนลูกกลิ้ง "ด้านล่าง" เพื่อให้ลูกบอลหมุน
โดยพื้นฐานแล้ว กลไกทั้งหมดที่เรียกว่าตัวรวมส่วนประกอบ (component integrator) คือตัวขับความเร็วแปรผันที่มีอินพุตการเคลื่อนที่หนึ่งตัวและเอาต์พุตสองตัว รวมถึงอินพุตเชิงมุมอีกหนึ่งตัว อินพุตเชิงมุมนี้จะเปลี่ยนแปลงอัตราส่วน (และทิศทาง) ของการเชื่อมต่อระหว่างอินพุต "การเคลื่อนที่" กับเอาต์พุตตามค่าไซน์และโคไซน์ของมุมอินพุต
แม้ว่าอุปกรณ์ควบคุมตำแหน่งด้วยระบบไฟฟ้าเชิงกล (หรือที่เรียกว่าตัวขยายแรงบิด) จะไม่ได้ทำการคำนวณใดๆ แต่ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งในคอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกลประเภท "เพลาหมุน" เนื่องจากสามารถสร้างแรงบิดในการทำงานให้กับอินพุตของกลไกการคำนวณในขั้นตอนถัดไป ตลอดจนขับเคลื่อนอุปกรณ์ส่งข้อมูลเอาต์พุต เช่น ซิงโครไนเซอร์ตัวส่งแรงบิดขนาดใหญ่ในคอมพิวเตอร์ทางทะเล
กลไกการอ่านค่าอื่นๆ ที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการคำนวณโดยตรง ได้แก่ ตัวนับภายในคล้ายมาตรวัดระยะทางที่มีหน้าปัดแบบดรัมสำหรับแสดงค่าตัวแปรภายใน และตัวหยุดจำกัดแบบกลไกหมุนหลายรอบ
เนื่องจากความเร็วในการหมุนที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำในคอมพิวเตอร์ควบคุมการยิงแบบอนาล็อกเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของความแม่นยำ จึงมีมอเตอร์ที่ควบคุมความเร็วเฉลี่ยด้วยล้อสมดุล สปริงผม เฟืองดิฟเฟอเรนเชียลแบบมีตลับลูกปืน แคมสองแฉก และหน้าสัมผัสแบบสปริง (ความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับของเรืออาจไม่แม่นยำหรือน่าเชื่อถือเพียงพอในขณะที่ออกแบบคอมพิวเตอร์เหล่านี้)
คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์

คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปจะมีแผงด้านหน้าที่มีแจ็ค (ซ็อกเก็ตแบบสัมผัสเดียว) จำนวนมาก ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมต่อสายแพทช์ (สายไฟแบบยืดหยุ่นที่มีปลั๊กที่ปลายทั้งสองข้าง) เพื่อสร้างการเชื่อมต่อที่กำหนดการตั้งค่าปัญหา นอกจากนี้ยังมีโพเทนชิออมิเตอร์ (ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้) ที่มีความแม่นยำสูงและความละเอียดสูงสำหรับการตั้งค่า (และเมื่อจำเป็น ก็ปรับเปลี่ยน) ตัวประกอบมาตราส่วน นอกจากนี้ โดยทั่วไปจะมีมิเตอร์แบบเข็มชี้อนาล็อกที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ศูนย์สำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้าที่มีความแม่นยำปานกลาง แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรและแม่นยำจะให้ค่าขนาดที่ทราบได้
คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปประกอบด้วย ตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการ (Operational Amplifier หรือ "OP amp") ตั้งแต่ไม่กี่ตัวไปจนถึงร้อยตัวหรือมากกว่านั้นชื่อ OP amp มาจากหน้าที่ของมันในการคำนวณทางคณิตศาสตร์ OP amp เป็นแอมพลิฟายเออร์แบบป้อนกลับชนิดพิเศษที่มีอัตราขยายสูงมากและอินพุตที่เสถียร (ออฟเซ็ตต่ำและเสถียร) โดยมักใช้ร่วมกับส่วนประกอบป้อนกลับที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งในการทำงานจะหักล้างกระแสที่มาจากส่วนประกอบอินพุตเกือบทั้งหมด OP amp ส่วนใหญ่ในชุดอุปกรณ์ทั่วไปจะเป็นแอมพลิฟายเออร์แบบรวมสัญญาณ ซึ่งจะบวกและลบแรงดันไฟฟ้าอนาล็อกและให้ผลลัพธ์ที่แจ็คเอาต์พุต นอกจากนี้ ในชุดอุปกรณ์มักจะมี OP amp ที่มีการป้อนกลับด้วยตัวเก็บประจุรวมอยู่ด้วย โดยจะทำการอินทิเกรตผลรวมของอินพุตเทียบกับเวลา
การอินทิเกรตโดยสัมพันธ์กับตัวแปรอื่นเป็นขอบเขตเฉพาะของเครื่องอินทิเกรตแบบอนาล็อกเชิงกลเกือบทั้งหมด แทบจะไม่เคยเกิดขึ้นในคอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์เลย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคำตอบของปัญหาไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา เวลาจึงสามารถใช้เป็นหนึ่งในตัวแปรได้
องค์ประกอบการคำนวณอื่นๆ ได้แก่ ตัวคูณแบบอนาล็อก ตัวสร้างฟังก์ชันแบบไม่เชิงเส้น และตัวเปรียบเทียบแบบอนาล็อก
ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุที่ใช้ในคอมพิวเตอร์อนาล็อกไฟฟ้า ต้องได้รับการผลิตอย่างระมัดระวังเพื่อลดผลกระทบที่ไม่เป็นไปตามอุดมคติ ตัวอย่างเช่น ในการสร้างเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับ เหตุผลหนึ่งในการใช้ความถี่สูงกว่าสำหรับเครื่องคำนวณ (แทนที่จะใช้ความถี่ไฟฟ้าจริง) ก็คือ ตัวเหนี่ยวนำคุณภาพสูงสามารถผลิตได้ง่ายกว่า คอมพิวเตอร์อนาล็อกอเนกประสงค์หลายเครื่องหลีกเลี่ยงการใช้ตัวเหนี่ยวนำโดยสิ้นเชิง โดยปรับเปลี่ยนปัญหาให้อยู่ในรูปแบบที่สามารถแก้ไขได้โดยใช้เพียงตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ เนื่องจากตัวเก็บประจุคุณภาพสูงนั้นผลิตได้ค่อนข้างง่าย
การใช้คุณสมบัติทางไฟฟ้าในคอมพิวเตอร์อนาล็อกหมายความว่าการคำนวณมักจะดำเนินการแบบเรียลไทม์ (หรือเร็วกว่านั้น) โดยความเร็วส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการตอบสนองความถี่ของตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการและองค์ประกอบการคำนวณอื่นๆ ในประวัติศาสตร์ของคอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ เคยมีคอมพิวเตอร์อนาล็อกความเร็วสูงชนิดพิเศษอยู่บ้าง
ฟังก์ชันและการคำนวณแบบ ไม่เชิงเส้นสามารถสร้างขึ้นได้ด้วยความแม่นยำที่จำกัด (สามหรือสี่หลัก) โดยการออกแบบเครื่องกำเนิดฟังก์ชันซึ่งเป็นวงจรพิเศษที่ประกอบด้วยตัวต้านทานและไดโอดหลายแบบเพื่อสร้างความไม่เชิงเส้น โดยทั่วไปแล้ว เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเพิ่มขึ้น ไดโอดก็จะนำกระแสมากขึ้นเรื่อยๆ
เมื่อปรับค่าชดเชยอุณหภูมิแล้ว แรงดันตกคร่อมที่จุดเชื่อมต่อเบส-อีมิเตอร์ของทรานซิสเตอร์สามารถให้ฟังก์ชันลอการิทึมหรือเลขชี้กำลังที่แม่นยำและใช้งานได้ ตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการ (Op amp) จะปรับขนาดแรงดันเอาต์พุตเพื่อให้สามารถใช้งานร่วมกับส่วนอื่นๆ ของคอมพิวเตอร์ได้
กระบวนการทางกายภาพใดๆ ที่จำลองการคำนวณบางอย่าง สามารถตีความได้ว่าเป็นคอมพิวเตอร์อนาล็อก ตัวอย่างบางส่วนที่คิดค้นขึ้นเพื่อแสดงให้เห็นถึงแนวคิดของการคำนวณอนาล็อก ได้แก่ การใช้เส้นสปาเก็ตตี้เป็นแบบจำลองของการเรียงลำดับตัวเลขการใช้กระดาน ตะปู และยางรัดเป็นแบบจำลองของการหาขอบนูนของเซตของจุด และการใช้เชือกที่ผูกเข้าด้วยกันเป็นแบบจำลองของการหาเส้นทางที่สั้นที่สุดในเครือข่าย สิ่งเหล่านี้ทั้งหมดได้อธิบายไว้ในDewdney (1984)
ส่วนประกอบ

คอมพิวเตอร์อนาล็อกมักมีโครงสร้างที่ซับซ้อน แต่โดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยส่วนประกอบหลักชุดหนึ่งที่ทำหน้าที่คำนวณ ผู้ใช้งานจะควบคุมส่วนประกอบเหล่านี้ผ่านโครงสร้างของคอมพิวเตอร์
ส่วนประกอบไฮดรอลิกที่สำคัญอาจรวมถึงท่อ วาล์ว และภาชนะบรรจุ
ส่วนประกอบเชิงกลที่สำคัญอาจรวมถึงเพลาหมุนสำหรับส่งข้อมูลภายในคอมพิวเตอร์ เฟือง ดิฟเฟอเรนเชียล แบบมุมเอียง ตัว รวมสัญญาณแบบจาน/ลูกบอล/ลูกกลิ้งลูกเบี้ยว (2 มิติและ 3 มิติ) ตัวแปลงและตัวคูณเชิงกล และเซอร์โวแรงบิด
ส่วนประกอบทางไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญอาจรวมถึง:
- ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุความแม่นยำสูง
- แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ
- ตัวคูณ
- โพเทนชิโอมิเตอร์
- เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบฟังก์ชันคงที่
การดำเนินการทางคณิตศาสตร์หลักที่ใช้ในคอมพิวเตอร์อนาล็อกไฟฟ้า ได้แก่:
- ส่วนที่เพิ่มเข้าไป
- การบูรณาการโดยสัมพันธ์กับเวลา
- การผกผัน
- การคูณ
- การยกกำลัง
- ลอการิทึม
- แผนก
ในการออกแบบคอมพิวเตอร์อนาล็อกบางแบบ การคูณเป็นที่นิยมมากกว่าการหาร การหารจะดำเนินการโดยใช้ตัวคูณในวงจรป้อนกลับของตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการ (Operational Amplifier)
การหาอนุพันธ์เทียบกับเวลาไม่ค่อยได้ใช้บ่อยนัก และในทางปฏิบัติมักหลีกเลี่ยงโดยการกำหนดปัญหาใหม่เมื่อเป็นไปได้ ในโดเมนความถี่ การหาอนุพันธ์จะเทียบเท่ากับตัวกรองความถี่สูง ซึ่งหมายความว่าสัญญาณรบกวนความถี่สูงจะถูกขยายให้ใหญ่ขึ้น การหาอนุพันธ์ยังมีความเสี่ยงต่อความไม่เสถียรอีกด้วย
ข้อจำกัด
โดยทั่วไป คอมพิวเตอร์อนาล็อกมีข้อจำกัดจากผลกระทบที่ไม่สมบูรณ์แบบสัญญาณอนาล็อกประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐานสี่อย่าง ได้แก่ ขนาดกระแสตรงและกระแสสลับ ความถี่ และเฟส ข้อจำกัดที่แท้จริงของช่วงค่าคุณลักษณะเหล่านี้เป็นข้อจำกัดของคอมพิวเตอร์อนาล็อก ข้อจำกัดบางประการเหล่านี้ ได้แก่ ค่าออฟเซ็ตของตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการ อัตราขยายที่จำกัด การตอบสนองความถี่ ระดับเสียงรบกวนความไม่เป็นเชิงเส้นค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิและผลกระทบจากพาราสิตภายในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ สำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ช่วงค่าของลักษณะเหล่านี้ของสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตมักเป็นตัวชี้วัดคุณภาพเสมอ
ปฏิเสธ
ในช่วงทศวรรษ 1950 ถึง 1970 คอมพิวเตอร์ดิจิทัลที่ใช้หลอดสุญญากาศ ทรานซิสเตอร์ วงจรรวม และไมโครโปรเซสเซอร์ในภายหลัง มีราคาประหยัดและแม่นยำมากขึ้น ส่งผลให้คอมพิวเตอร์ดิจิทัลเข้ามาแทนที่คอมพิวเตอร์อนาล็อกเป็นส่วนใหญ่ ถึงกระนั้น การวิจัยเกี่ยวกับการคำนวณแบบอนาล็อกก็ยังคงดำเนินอยู่ มหาวิทยาลัยบางแห่งยังคงใช้คอมพิวเตอร์อนาล็อกในการสอนทฤษฎีระบบควบคุมบริษัท Comdyna ของอเมริกาผลิตคอมพิวเตอร์อนาล็อกขนาดเล็ก[ 36 ]ที่มหาวิทยาลัยอินเดียนา บลูมิงตัน โจนาธาน มิลส์ ได้พัฒนาคอมพิวเตอร์อนาล็อกแบบขยายโดยใช้แรงดันไฟฟ้าแบบสุ่มตัวอย่างในแผ่นโฟม[ 37 ]ที่ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ฮาร์วาร์ด[ 38 ]การคำนวณแบบอนาล็อกเป็นหัวข้อการวิจัย วงจรแก้ไขข้อผิดพลาดของ Lyric Semiconductor ใช้สัญญาณความน่าจะเป็นแบบอนาล็อกไม้บรรทัดคำนวณยังคงใช้เป็นคอมพิวเตอร์สำหรับการบินใน การ ฝึก บิน
การฟื้นคืนชีพ

ด้วยการพัฒนา เทคโนโลยี การรวมวงจรขนาดใหญ่มาก (VLSI) กลุ่มของ Yannis Tsividis ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้กลับมาพิจารณาการออกแบบคอมพิวเตอร์อนาล็อก/ไฮบริดในกระบวนการ CMOS มาตรฐานอีกครั้ง มีการพัฒนาชิป VLSI สองตัว ได้แก่ คอมพิวเตอร์อนาล็อกลำดับที่ 80 (250 นาโนเมตร) โดย Glenn Cowan [ 39 ]ในปี 2548 [ 40 ]และคอมพิวเตอร์ไฮบริดลำดับที่ 4 (65 นาโนเมตร) ที่พัฒนาโดย Ning Guo ในปี 2558 [ 41 ]โดยทั้งสองมุ่งเป้าไปที่แอปพลิเคชัน ODE/PDE ที่ประหยัดพลังงาน ชิปของ Glenn ประกอบด้วยมาโคร 16 บล็อก ซึ่งมีบล็อกการคำนวณอนาล็อก 25 บล็อก ได้แก่ ตัวรวมสัญญาณ ตัวคูณ ตัวกระจายสัญญาณ และบล็อกที่ไม่เป็นเชิงเส้นจำนวนเล็กน้อย ชิปของ Ning ประกอบด้วยบล็อกมาโครหนึ่งบล็อก ซึ่งมีบล็อกการคำนวณ 26 บล็อก รวมถึงตัวรวมสัญญาณ ตัวคูณ ตัวกระจายสัญญาณ ADC SRAM และ DAC การสร้างฟังก์ชันไม่เชิงเส้นตามอำเภอใจเป็นไปได้ด้วยวงจร ADC+SRAM+DAC โดยที่บล็อก SRAM จะเก็บข้อมูลฟังก์ชันไม่เชิงเส้น การทดลองจากสิ่งพิมพ์ที่เกี่ยวข้องเผยให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์อนาล็อก/ไฮบริด VLSI แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบประมาณ 1–2 เท่าในทั้งเวลาในการแก้ปัญหาและพลังงาน ในขณะที่บรรลุความแม่นยำภายใน 5% ซึ่งชี้ให้เห็นถึงศักยภาพของการใช้เทคนิคการคำนวณอนาล็อก/ไฮบริดในด้านการคำนวณโดยประมาณที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงาน ในปี 2016 ทีมวิจัยได้พัฒนาคอมไพเลอร์เพื่อแก้สมการเชิงอนุพันธ์โดยใช้วงจรอนาล็อก[ 42 ]
คอมพิวเตอร์อนาล็อกยังใช้ในการคำนวณแบบนิวโรโมฟิก ด้วย และในปี 2021 กลุ่มนักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าเครือข่ายประสาทเทียม ชนิดหนึ่ง ที่เรียกว่าเครือข่ายประสาทแบบสไปค์กิ้งสามารถทำงานร่วมกับคอมพิวเตอร์นิวโรโมฟิกแบบอนาล็อกได้[ 43 ]
ในปี 2021 บริษัทanabrid GmbH ของเยอรมนีเริ่มผลิตTHE ANALOG THING (ย่อว่า THAT) ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์อนาล็อกขนาดเล็กราคาประหยัดที่ใช้เพื่อการศึกษาและวิทยาศาสตร์เป็นหลัก[ 44 ]บริษัทยังสร้างเมนเฟรม อนาล็อก และคอมพิวเตอร์ไฮบริด อีก ด้วย
ตัวอย่างเชิงปฏิบัติ

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของคอมพิวเตอร์อนาล็อกที่ถูกสร้างขึ้นหรือใช้งานจริง:
- ระบบควบคุมการยิงส่วนกลางของเครื่องบินโบอิ้ง บี-29 ซูเปอร์ฟอร์เทรส
- เดลตาร์
- คอมพิวเตอร์การบินE6B
- คอมพิวเตอร์พายุอิชิกุโระ
- เคอร์ริสัน พรีดิกเตอร์
- เครื่องคำนวณอนาล็อกของLeonardo Torres y Quevedo ที่ใช้หลักการ "fusee sans fin"
- Librascopeเครื่องคำนวณน้ำหนักและสมดุลของเครื่องบิน
- คอมพิวเตอร์เชิงกล
- นาฬิกาเชิงกล
- เครื่องมือ บูรณาการเชิงกลเช่นเครื่องวัดพื้นที่ (planimeter)
- Mischgerät (คอมพิวเตอร์นำทาง V-2)
- MONIAC การสร้างแบบจำลองทางเศรษฐกิจ
- โนโมแกรม
- กล้องเล็งระเบิดนอร์เดน
- โปรแกรม Rangekeeperและคอมพิวเตอร์ควบคุมการยิงที่เกี่ยวข้อง
- สแกนนิเมท
- ระบบควบคุมช่องรับอากาศ SR-71 (การปรับรูปทรงช่องรับอากาศอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันคลื่นกระแทกความเร็วเหนือเสียงไม่ให้ทำให้เครื่องยนต์ดับที่ความเร็วมาคสูง)
- THE ANALOG THINGคอมพิวเตอร์อนาล็อกขนาดเล็กโดย anabrid
- คอมพิวเตอร์ข้อมูลตอร์ปิโด
- ทอร์เควตัม
- เครื่องรวมระบบน้ำ
เครื่องสังเคราะห์เสียงแบบอนาล็อก (เสียง)อาจมองได้ว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของคอมพิวเตอร์อนาล็อก และเทคโนโลยีของมันนั้นมีพื้นฐานส่วนหนึ่งมาจากเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่น วงจร Ring Modulator ของ ARP 2600นั้นก็คือตัวคูณสัญญาณอนาล็อกที่มีความแม่นยำปานกลางนั่นเอง
สภาการจำลอง (หรือสภาการจำลอง) เป็นสมาคมของผู้ใช้คอมพิวเตอร์อนาล็อกในสหรัฐอเมริกา ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อสมาคมการสร้างแบบจำลองและการจำลองระหว่างประเทศ จดหมายข่าวของสภาการจำลองตั้งแต่ปี 1952 ถึง 1963 มีให้ดูทางออนไลน์และแสดงให้เห็นถึงข้อกังวลและเทคโนโลยีในขณะนั้น รวมถึงการใช้คอมพิวเตอร์อนาล็อกทั่วไปสำหรับขีปนาวุธ[ 45 ]
ดูเพิ่มเติม
- โครงข่ายประสาทเทียมแบบอนาล็อก
- แบบจำลองเชิงอุปมา
- ทฤษฎีความโกลาหล
- สมการเชิงอนุพันธ์
- ระบบพลวัต
- อาร์เรย์อนาล็อกที่ตั้งโปรแกรมได้ภาคสนาม
- ฟลูอิดิกส์
- คอมพิวเตอร์อนาล็อกอเนกประสงค์
- กล้องเล็งระเบิด Lotfernrohr 7รุ่นต่างๆ ของเยอรมันในสงครามโลกครั้งที่ 2
- สัญญาณ (วิศวกรรมไฟฟ้า)
- เครื่องมือการนำทาง IMP "Globus" ของยานอวกาศวอสคอด
- XY-writer
หมายเหตุ
- ^ Gallagher, Sean (17 มีนาคม 2014). "Gears of war: When mechanical analog computers ruled the waves" . ARS Technica . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 8 กันยายน 2018 . สืบค้นเมื่อ14 มิถุนายน 2017 .
- ^ Johnston, Sean F. (2006). Holographic Visions: A History of New Science . OUP Oxford. หน้า 90. ISBN 978-0191513886.
- ^ "โครงการวิจัยกลไกแอนติคิเธรา" 28 เมษายน 2551 เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 28 เมษายน 2551 เรียกดูเมื่อ1 กรกฎาคม 2550
- ^ Oliveira, A J. "ปฏิทินถาวรอันน่าทึ่ง ซ่อนอยู่ในโบสถ์แห่งหนึ่งในอิตาลี" Atlas Obscura สืบค้นเมื่อ 7 กันยายน 2020
- ↑ ตอร์เรส, เลโอนาร์โด (10 ตุลาคม พ.ศ. 2438) "Memória sobre las Máquinas Algébricas" (PDF) . Revista de Obras Públicas (ภาษาสเปน) (28): 217– 222.
- ↑เลโอนาร์โด ตอร์เรส. Memoria sobre las máquinas algébricas: con un informe de la Real academia de ciencias exactas, fisicas y naturales , Misericordia, 1895.
- ↑โกเมซ-เฮาเรกี, วาเลนติน; กูเตียร์เรซ-การ์เซีย, อันเดรส; กอนซาเลซ-เรดอนโด, ฟรานซิสโก เอ.; อิเกลเซียส, มิเกล; มานชาโด, คริสตินา; โอเตโร, ซีซาร์ (1 มิถุนายน 2565). "เครื่องคิดเลขเชิงกลของ Torres Quevedo สำหรับสมการระดับสองที่มีสัมประสิทธิ์เชิงซ้อน " กลไกและทฤษฎีเครื่องจักร172 (8) 104830. IFToMM . ดอย : 10.1016/ j.mechmachtheory.2022.104830 hdl : 10902/24391 . S2CID 247503677 .
- ^เรย์ กิร์แวน, "ความสง่างามที่เปิดเผยของกลไก: การคำนวณหลังยุคแบ็บเบจ" เก็บถาวร เมื่อ วันที่ 3 พฤศจิกายน 2012 ที่ Wayback Machine , Scientific Computing World , พฤษภาคม/มิถุนายน 2003
- ^ Clymer, Arthur Ben (1993). "คอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกลของ Hannibal Ford และ William Newell" (PDF) . IEEE Annals of the History of Computing . 15 (2): 19– 34. Bibcode : 1993IAHC...15b..19C . doi : 10.1109/85.207741 . S2CID 6500043 . สืบค้นเมื่อ11 กุมภาพันธ์ 2023 .
- ^ Thomas Parke Hughesเครือข่ายแห่งอำนาจ: การใช้ไฟฟ้าในสังคมตะวันตก ค.ศ. 1880–1930สำนักพิมพ์ JHU, 1993 ISBN 0-8018-4614-5หน้า 376
- ^ Tomayko, James E. (1985). "คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์เต็มรูปแบบของ Helmut Hoelzer" IEEE Annals of the History of Computing . 7 (3): 227– 240. Bibcode : 1985IAHC....7c.227T . doi : 10.1109/MAHC.1985.10025 .
- ^ Neufeld, Michael J. (2013). The Rocket and the Reich: Peenemunde and the Coming of the Ballistic Missile Era . Smithsonian Institution. หน้า 138. ISBN 9781588344663.
- ^ Ulmann, Bernd (22 กรกฎาคม 2013). Analog Computing . Walter de Gruyter. หน้า 38. ISBN 9783486755183.
- ^ Neufeld (2013) , หน้า 106.
- ^ Tomayko, James E. (1 กรกฎาคม 1985). "Helmut Hoelzer". IEEE Annals of the History of Computing . 7 (3): 227– 240. Bibcode : 1985IAHC....7c.227T . doi : 10.1109/MAHC.1985.10025 . S2CID 15986944 .
- ^ Metropolis, N. "จุดเริ่มต้นของวิธีการมอนเตคาร์โล" Los Alamos Science, No. 15, หน้า 125
- ^ Small, JS "ทางเลือกแบบอนาล็อก: คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ในสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกา ค.ศ. 1930–1975" สำนักพิมพ์ Psychology Press, 2001, หน้า 90
- ^ Small, JS "ทางเลือกแบบอนาล็อก: คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ในสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกา ค.ศ. 1930–1975" สำนักพิมพ์ Psychology Press, 2001, หน้า 93
- ^ Bissell, C. (1 กุมภาพันธ์ 2550). "มุมมองทางประวัติศาสตร์ – Moniac คอมพิวเตอร์อนาล็อกไฮโดรกลไกแห่งทศวรรษ 1950" (PDF) . IEEE Control Systems Magazine . 27 (1): 69– 74. doi : 10.1109/MCS.2007.284511 . ISSN 1066-033X . S2CID 37510407 . เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อวันที่ 9 ตุลาคม 2565
- ^ "ประวัติ – บัญชี" . me100.caltech.edu .
- ^ Karplus, Walter J. (1958). "การจำลองแบบอนาล็อก: การแก้ปัญหาภาคสนาม" . McGraw-Hill – ผ่าน Google Books.
- ^ Petersen, Julie K. (2003). พจนานุกรมภาพประกอบใยแก้วนำแสง . CRC Press. หน้า 441. ISBN 978-0-8493-1349-3.
- ^ "คอมพิวเตอร์อนาล็อกเพื่อการศึกษา Heathkit EC-1"พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์คอมพิวเตอร์ เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2010 เรียกดูเมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม 2010
- ^ [1]อิเล็กทรอนิกส์เชิงปฏิบัติ มกราคม พ.ศ. 2511
- ^ a bคอมพิวเตอร์ไฮบริด EPE - ตอนที่ 1 (พฤศจิกายน 2545), ตอนที่ 2 (ธันวาคม 2545), อิเล็กทรอนิกส์เชิงปฏิบัติในชีวิตประจำวัน
- ^ "คำอธิบายระบบ EAI 8800 ระบบคำนวณทางวิทยาศาสตร์" (PDF) 1 พฤษภาคม 2508 เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อ 9 ตุลาคม 2565 เรียกดูเมื่อ17กันยายน2562
- ^ (1) Truitt, TD และ AE Rogers. พื้นฐานของคอมพิวเตอร์อนาล็อก (นิวยอร์ก: John F. Rider, Inc., 1960)
- ^ (2) Johnson, CL Analog Computer Techniques (นิวยอร์ก: McGraw-Hill Book Company, Inc., 1956)
- ^ (3) Howe, RM พื้นฐานการออกแบบของส่วนประกอบคอมพิวเตอร์อนาล็อก (Princeton, NJ: D. Van Nostrand Co., Inc. , 1960)
- ^เชื่อมต่อ (4) Ashley, JR บทนำสู่การคำนวณแบบอนาล็อก (นิวยอร์ก: John Wiley & Sons, Inc. , 1963)
- ^ Small, James S. (2001). ทางเลือกแบบอนาล็อก คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ในสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกา ค.ศ. 1930-1975ลอนดอน: Routledge หน้า 119–178
- ^ Havranek, Bill (1 สิงหาคม 2509). "บทบาทของคอมพิวเตอร์ไฮบริดในการจำลองการขนส่งเหนือเสียง". Simulation . 7 (2): 91– 99. doi : 10.1177/003754976600700213 . S2CID 208871610 .
- ^ Clymer, A. Ben. "คอมพิวเตอร์อนาล็อกเชิงกลของ Hannibal Ford และ William Newell" (PDF) . IEEE Annals of the History of Computing . 15 (2): 28.
- ^ "กลไกควบคุมเพลิงขั้นพื้นฐาน" . maritime.org .
- ^ Svoboda, Antonín (1948). กลไกการคำนวณและการเชื่อมโยง . สำนักพิมพ์โดเวอร์. หน้า 110–115 .
- ^ "คอมพิวเตอร์อนาล็อก" . Comdyna . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 1 ธันวาคม 2017 . สืบค้นเมื่อ6 ตุลาคม 2008 .
- ^ "เครื่องจักร Kirchhoff-Lukasiewicz "
- ^ "ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ฮาร์วาร์ด "
- ^ "เกล็น โคแวน" . Concordia.ca . สืบค้นเมื่อ 5 กุมภาพันธ์ 2016 .
- ^ Cowan, GER; Melville, RC; Tsividis, Y. (1 กุมภาพันธ์ 2548). "คอมพิวเตอร์อนาล็อก VLSI/ตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์สำหรับคอมพิวเตอร์ดิจิทัล". ISSCC. 2005 IEEE International Digest of Technical Papers. การประชุมวงจรโซลิดสเตท 2005.เล่ม 1. หน้า 82–586 . doi : 10.1109/ISSCC.2005.1493879 . ISBN 978-0-7803-8904-5. S2CID 38664036 .
- ↑กัว, หนิง; หวง อี้เผิง; ไหม, เต๋า; ปาติล ส.; เฉา, จิ; ซอก, มิงกู; ส.ต. เศรษฐมาธาวัน.; Tsividis, Y. (1 กันยายน 2558) "การคำนวณแบบไฮบริดเวลาต่อเนื่องกับความไม่เชิงเส้นที่ตั้งโปรแกรมได้" การประชุม ESSCIRC ประจำปี 2558 - การประชุมวงจรโซลิดสเตตยุโรปครั้ง ที่41 (ESSCIRC)หน้า 279– 282. ดอย : 10.1109/ESSCIRC.2015.7313881 . ไอเอสบีเอ็น 978-1-4673-7470-5S2CID 16523767
- ^ "การกลับมาของคอมพิวเตอร์อนาล็อก" 20 มิถุนายน 2559
- ↑ เบนจามิน แครมเมอร์; เซบาสเตียน บิลโลเดลล์; สิเมโอน กันยา; อารอน ไลบ์ฟรีด; อันเดรียส กรุบล์; วิตาลี คาราเซนโก; คริสเตียน เพห์เล; คอร์บิเนียน ชไรเบอร์; ยานนิค สแตรดมันน์; โยฮันเนส ไวส์; โยฮันเนส เชมเมล; ดูโปรไฟล์ ORCIDFriedemann Zenke (25 มกราคม 2022) "การไล่ระดับสีตัวแทนสำหรับการคำนวณ neuromorphic แบบแอนะล็อก " พีนัส . 119 (4) e2109194119. Bibcode : 2022PNAS..11909194C . ดอย : 10.1073/pnas.2109194119 . PMC 8794842 . PMID35042792 .
- ^ "The Analog Thing: จดหมายข่าวฉบับที่ 1" . the-analog-thing.org .
- ^ "จดหมายข่าวสภาการจำลอง" . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 28 พฤษภาคม 2013
ลิงก์ภายนอก
- Charette, François (2006). "เทคโนโลยีขั้นสูงจากกรีกโบราณ" Nature . 444 (7119): 551– 552. doi : 10.1038/444551a . PMID 17136077 .
- คอมพิวเตอร์เครื่องแรก
- แหล่งรวบรวมคอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ขนาดใหญ่ พร้อมรูปภาพ เอกสาร และตัวอย่างการใช้งานมากมาย (บางส่วนเป็นภาษาเยอรมัน)
- พิพิธภัณฑ์คอมพิวเตอร์เก่า (Old Computer Museum) มีคอมพิวเตอร์อนาล็อกและดิจิทัลรุ่นเก่าจำนวนมากจัดแสดงอยู่
- การหายตัวไปอย่างน่าทึ่ง: คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์คริส บิสเซลล์ มหาวิทยาลัยเปิด มิลตัน คีนส์ สหราชอาณาจักร เข้าถึงเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ 2550
- พิพิธภัณฑ์คอมพิวเตอร์เยอรมัน ที่จัดแสดงคอมพิวเตอร์อนาล็อกที่ยังใช้งานได้อยู่
- พื้นฐานของคอมพิวเตอร์อนาล็อกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 6 สิงหาคม 2552 ที่Wayback Machine
- การคำนวณแบบอนาล็อก ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ฮาร์วาร์ด
- คอมพิวเตอร์เครือข่ายพลังงาน Enns – คอมพิวเตอร์อนาล็อกสำหรับวิเคราะห์ระบบไฟฟ้า (โฆษณาจากปี 1955)
- บริษัทพัฒนา Librascope – ประเภท LC-1 PV-1 "เครื่องคำนวณสมดุล" ของกองทัพเรือสมัยสงครามโลกครั้งที่ 2
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ คอมพิวเตอร์อนาล็อก
คอมพิวเตอร์อนาล็อกหรือคอมพิวเตอร์แบบอนาล็อก คือเครื่อง คำนวณประเภทหนึ่ง(คอมพิวเตอร์) ที่ใช้ปรากฏการณ์ทางกายภาพ เช่น ปริมาณ ทางไฟฟ้าทางกลหรือทางไฮดรอลิก...
สารตั้งต้น
นี่คือรายชื่อตัวอย่างของอุปกรณ์คำนวณยุคแรกๆ ที่ถือเป็นต้นกำเนิดของคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ บางชนิดอาจถูกสื่อมวลชนเรียกว่า "คอมพิวเตอร์" แม้ว่าอาจจะไม่ตรงกับคำจำกัดความสมัยใหม่ก็ตาม
ยุคสมัยใหม่
เครื่องคำนวณดู มาเรสค์ (Dumaresq) เป็นอุปกรณ์คำนวณเชิงกลที่คิดค้นขึ้นราวปี ค.ศ.
คอมพิวเตอร์อนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์
ความคล้ายคลึงกันระหว่างชิ้นส่วนเชิงกลเชิงเส้น เช่น สปริง และ แดมเปอร์ (ตัวหน่วงแบบใช้ของเหลวหนืด) กับชิ้นส่วนเชิงไฟฟ้า เช่น ตัวเก็บประจุ ตัว เหนี่ยวนำ และ ตัวต้านทาน นั้น น่าทึ่งมากในแง่ของคณิตศาสตร์ พวกมันสามารถจำลองได้โดยใช้สมการในรูปแบบเดียวกัน