¿Qué es una computadora analógica?

Todas las computadoras, ya sean digitales o analógicas, ejecutan operaciones matemáticas.

Una computadora digital hace esto usando matemáticas binarias donde las entradas y salidas de la computadora están compuestas por una o más señales y esas señales pueden representar individualmente solo dos valores. Tradicionalmente, los dos valores se denominan 1 o 0, o alto y bajo, o encendido y apagado.

Por el contrario, una computadora analógica produce un resultado matemático utilizando señales de entrada y salida que representan individualmente un número infinito de valores. Por ejemplo, una sola entrada o salida de una computadora analógica puede representar cada valor decimal entre, e incluyendo, 0 y 1.

Como ejemplo, considere cómo ambas computadoras podrían representar el valor 0.4527. Mientras que una computadora digital requeriría 13 salidas o entradas binarias para representar el número, una computadora analógica requiere solo una.

A pesar de la capacidad de una computadora analógica para producir un número infinito de valores, la precisión del número representado es limitada. Por el contrario, una computadora digital, con un número suficiente de entradas y salidas, puede representar cualquier número con una precisión infinita efectiva.

Las limitaciones de precisión de una computadora analógica son una consecuencia de los elementos ruidosos que son inherentes a todos los circuitos analógicos que conforman una computadora analógica. Este ruido puede ser aleatorio o estático. Las computadoras digitales no sufren de ruido. En resumen, donde se requiere alta precisión, invariablemente se usa una computadora digital.

Volviendo al valor de 0.4527, si se compara una gran cantidad de computadoras analógicas, la operación analógica diseñada para producir 0.4527 puede variar de tal manera que el número en todas las computadoras varía de 0.4524 a 0.4530; un error de +/- 0.0003. Por el contrario, si se compara una gran cantidad de computadoras digitales, cada una de ellas produciría exactamente el mismo número y exactamente 0.4527.

Independientemente de la precisión requerida en una computadora, típicamente una computadora analógica que resuelve el mismo problema que una computadora digital también será más costosa.

Otro beneficio adicional de las computadoras digitales es que se pueden reconfigurar rápidamente para resolver un número infinito de tareas, mientras que se deben construir diferentes computadoras analógicas para resolver cada tarea única. Hay algunas computadoras analógicas reconfigurables, pero su capacidad de configuración es extremadamente limitada.

En resumen, prácticamente todas las computadoras modernas son digitales porque son capaces de ejecutar un número infinito de tareas diferentes con mayor precisión y menor costo que una computadora analógica.

Las computadoras analógicas modernas generalmente se encuentran en aplicaciones donde el cálculo es muy simple y fijo, requiere una potencia operativa extremadamente baja y / o debe ejecutarse a velocidades más rápidas que sea posible con una computadora digital. El número de aplicaciones para computadoras analógicas continúa disminuyendo a un ritmo rápido.

Vea mi respuesta aquí: ¿Puede la teoría de la complejidad computacional encajar en el paradigma de la computación analógica? Si no, ¿cuál sería una buena definición de complejidad en la computación analógica?

Subconjunto de dicha respuesta:
Una computadora analógica es un circuito electrónico (típicamente) que representa una ecuación diferencial de la misma forma que algún otro sistema. Una computadora analógica es un modelo físico de ese sistema. El sistema modelado podría ser mecánico, químico, biológico, eléctrico u otra cosa. En algunos casos, puede hacer que los diferenciales sean casi idénticos; aunque si las frecuencias / constantes de tiempo del sistema que está modelando son muy bajas, puede aumentar intencionalmente las frecuencias / constantes de tiempo para que no tenga que esperar tanto.

Se usaron computadoras analógicas para simular el comportamiento de expresiones matemáticas que contienen derivadas e integrales, y de esta manera encontrar soluciones a ecuaciones diferenciales.

La diferenciación y la integración se pueden realizar fácilmente utilizando amplificadores operacionales, dispositivos que existían mucho antes que las computadoras digitales. Los amplificadores operacionales (junto con componentes periféricos pasivos, como condensadores y resistencias) son dispositivos analógicos. Su uso para la computación matemática da lugar al término “computadora analógica”.

En la actualidad, se prefieren las técnicas digitales por varias razones, como la ubicuidad y la velocidad de las computadoras digitales modernas, y la inmunidad al ruido eléctrico y la distorsión inherente a los circuitos analógicos.

La computadora analógica usa un voltaje para representar una solución a una ecuación diferencial. La ecuación se estableció en un panel de conexiones. Todas las constantes se establecieron en potenciómetros. Un interruptor de inicio permitió al operador registrar la salida en un gráfico de franjas frente al tiempo. Pensé que era más fácil que programar en C o Fortran. En la prueba de misiles de la década de 1970 en el rango de misiles White Sands, los datos de seguimiento del radar fueron capturados por potenciómetros montados en el eje del plato del radar. Los datos de ángulo se enviaron a varias computadoras analógicas para convertir los ángulos y el rango a datos xy para trazar en tablas de trazado grandes.

Un ábaco probablemente califica como una computadora analógica. Wikipedia, la enciclopedia libre Abacus

Charles Babbage desarrolló varios diseños diferentes de computadoras mecánicas en el siglo XIX.

En Seúl, Corea, hay varios palacios que datan de los emperadores que gobernaron Corea hasta principios del siglo XX. En uno de los palacios, además de muchos otros artículos realmente interesantes, hay un reloj de agua, una clepsidra. Cómo funcionó realmente está más allá de mí: un dispositivo Rube Goldberg si alguna vez lo hubo. Se utilizó agua que goteaba para hacer funcionar el mecanismo, que golpearía dos campanadas / campanas diferentes para marcar varios momentos y eventos durante el día.

Una búsqueda en Google le dará numerosos ejemplos de diferentes clepsidras que se han desarrollado. También puede buscar en la computadora mecánica de Google y obtener mucha más información, incluidas fotos.

Cuando era niño, mi primo me hizo una computadora analógica que era un puente Wheatstone con perillas graduadas en las resistencias variables. Movió las perillas hasta que el puente se equilibró, luego leyó los valores de las perillas. Básicamente, podría resolver ecuaciones AxB = C, lo mismo que una regla de cálculo. Esto fue alrededor de 1968, antes de las calculadoras electrónicas.

En la universidad, alrededor de 1977, conocí una computadora analógica real que usaba amplificadores operacionales. Podría resolver ecuaciones diferenciales simultáneas modelando las variables con voltaje eléctrico. No hay instrucciones, ni reloj, ni registros; es una forma de trabajo completamente diferente. La programación de la computadora fue cableando físicamente los componentes con cables en un tablero de conexiones. Con un amplificador operacional, si se coloca un condensador en la ruta de retroalimentación, el dispositivo funciona como un integrador: puede modelar una ecuación como V = V0 + A * integral (V) dt.

Las constantes como A se modelaron con resistencias variables, básicamente una perilla. De hecho, se trataba de una computadora híbrida: estaba conectada a una computadora digital que operaba relés eléctricos, cerrando interruptores para establecer los voltajes iniciales en los integradores, y luego abriéndose para permitir que el voltaje cambiara a medida que se cargaban los condensadores. Las salidas eran los voltajes en diferentes puntos, que se podían monitorear con un medidor o un osciloscopio o un registrador gráfico. Cuando lo vi, se había configurado para simular una suspensión de automóvil, con resortes y amortiguadores y neumáticos. En ese momento (1970) podía resolver ese tipo de problema (ecuaciones diferenciales) más rápido que una computadora digital que tenía que repetir aproximaciones sucesivas, pero fue obsoleto en solo unos pocos años a medida que las computadoras digitales se volvieron más rápidas y potentes.

Wikipedia tiene algunas imágenes: puedes ver las perillas y los cables de la clavija

Si se trata de circuitos de electrónica analógica, simplemente mueve gradientes de voltaje hasta que alcanza un equilibrio. Si se trata de una calculadora mecánica, no la llamo “computación”, sino “física” y, en ese caso, los engranajes actúan como entidades semi-discretas que se han calculado previamente para un sistema numérico particular.

Una computadora analógica o una computadora analógica es una forma de computadora que utiliza los aspectos continuamente cambiantes de los fenómenos físicos, como las cantidades eléctricas, mecánicas o hidráulicas, para modelar el problema que se está resolviendo.

Esto es de Wikipedia: “Una computadora analógica es una forma de computadora que utiliza los aspectos continuamente cambiantes de los fenómenos físicos, tales como cantidades eléctricas, mecánicas o hidráulicas para modelar el problema que se está resolviendo”.

Antes de tener micro chips y transistores, usábamos computadoras analógicas que usaban tubos de vacío para la construcción de circuitos analógicos como sumadores y multiplicadores.

Los estadounidenses usaron uno del tamaño de un autobús durante la Segunda Guerra Mundial.

Una computadora analógica usaría niveles de señal continuos, los voltajes en la computadora variarían entre ciertos rangos para operar, mientras que una computadora digital solo usaría dos niveles de voltaje distintos, digamos 0v y 5v en todo el dispositivo.

Una computadora analógica no ejecuta instrucciones. No son computadoras de uso general, no pueden hacer cosas como un navegador web. Están configurados para simular un sistema particular. La computadora económica de Phillip, 1949. es un ejemplo de una computadora analógica configurada para simular la economía del Reino Unido. Podría, por ejemplo, probar el efecto de aumentar los impuestos aumentando el flujo a través de la válvula que simula impuestos.