Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Большая витрина: от крупнейших школ до частных авторов. Сравнивайте по цене, длительности, формату и выбирайте самый подходящий курс!
Поток Железо и гаджеты доступен 24/7 благодаря поддержке друзей Хабра
Комментарии 47
Операционники всё еще продаются. Провода для их соединения тоже. Более того, входят в состав многих вполне себе цифровых микроконтроллеров. А какой-нибудь АЦП вполне себе является аналоговым вычислителем (какой-нибудь дельта-сигма с управляемым инструментальным предусилителем по сложности превысит упомянутое в статье).
Сложные аналоговые схемы мало практикуются из-за суммирования ошибки. В некотором приближении (и с рядом оговорок) погрешность равна сумме погрешностей составляющих элементов.
А аналоговых компьютеров вообще фактически не существовало т.к. не решена задача эффективного хранения аналоговой информации (любая манипуляция увеличивает искажения). Хотя кассетный магнитофон можно назвать персональным аналоговым компьютером. Операционники есть, память есть. Устройства ввода вывода есть.
Не понял, почему нельзя было решить уравнения с КДПВ правильно. Хотя, возможно, так и было задумано? Чтобы подчеркнуть проблемы аналоговых компьютеров
Для нейронных сетей и правда может взлететь: у нашего мозга с точностью тоже не очень, но задачу выживания хилой тушки в реальном мире мы неплохо решаем уже довольно давно
Есть ощущение, что у людей, привыкших к программам и компьютерам возникают определенные когнитивные искажения, когда речь идет об аналоговых компьютерах:
"Интегратор" не рассчитывает интеграл с точностью до 6 знака, "сумматор" не суммирует "36" + "6" чтобы получить "42", они вообще не рассчитывают цифры, они используются по-другому.
Это именно "вычислительные модели".
Ну например: допустим, нужно решить задачу поддержания постоянной температуры в помещении при помощи жидкостного отопления.
В обычном, бытовом случае всё довольно просто: температура упала ниже t1 - включили, стала выше t2 - выключили, можно подрегулировать пламя горелки чтобы добиться желаемой температуры.
Но что, если температура должна быть всегда ТОЧНОЙ, а вот вокруг помещения - то зной, то стужа? Это не такая простая задача! (хотя простая)
Вы включили горелку - но сначала должен нагреться теплоноситель. Вспоминаем формулу нагрева тел - поступление энергии, разность температур, время, теплоемкость...
При этом теплоноситель передает тепло помещению - снова разность температур, коэффициенты излучения радиаторов-теплообменников, теплоемкость помещения, снова время.
Само помещение при этом охлаждается снаружи - опять разность температур, коэффициенты теплопроводности ограждающих конструкций.
И всё это происходит одновременно, и нагрев, и охлаждение, и теплопередачи.
Подобные задачи решает ТАУ - теория автоматического управления. Управляющие воздействия, обратные связи, коэффициенты передачи, добротность - в итоге всё сводится к формулам с интегралами, дифференциалами и различными коэффициентами.
Часть коэффициентов вы знаете из справочников, часть можете рассчитать, решив уравнения с несколькими неизвестными, и может получиться так, что возможных решений несколько, из которых надо найти оптимальное.
А что будет, если заменить теплоноситель или материал стен? Давай, пересчитывай заново, зависимость может быть нелинейной.
Компьютер (цифровой), конечно, железный - пусть работает...
Вот на аналоговом компьютере это решается совсем по-другому: с помощью переключателей коэффициентов и перемычек буквально собирается формула расчета системы, устанавливаются какие-то исходные значения - запуск - и вот ваша итоговая температура в помещении сначала достигает целевой, а потом начинает колебаться +/- 30 градусов с некоторой частотой, потому что система вошла в режим автоколебаний, из-за того что мощность горелки слишком велика. Ее надо просто подкрутить (регулятор K1) - и вот оно, при некотором пороге автоколебания пропадают, результат соответствует заданному.
Если не соответствует - попробовать подобрать другой коэффициент (теплоемкость теплоносителя, толщину утепления стен, что-то еще). Буквально покрутить ручки настроек.
Теперь остается привести значения полученных (подкрученных) коэффициентов к реальным значениям - и можно реализовывать, оно должно работать.
Точность после запятой тут совсем ни при чём.
Причем, применять ТАУ можно не только к отоплению: тут и авиация (управления рулями), и ракетостроение (управление двигателями), и робототехника (движущиеся части), и даже совсем не технические вещи, лишь бы их можно было описать в тех же формулах: управляющие воздействия, обратные связи, инерция...
А значит, всё это можно рассчитывать на аналоговом компьютере.
Другой вопрос, что это тоже надо уметь, этому сейчас не учат, зато разработаны всякие там математические аналитические методы, которые позволяют с некоторым приближением получить результат расчетами, без моделирования...
Я ещё застал в 1996 году АВК-6 (такой: https://habr.com/ru/companies/timeweb/articles/1052834/), был на лабораторных... Сейчас вся ТАУ на цифровом моделировании преподаётся, да.
Скажите пожалуйста, вы же сейчас PID контроллер описали? Правда?
А еще аналоговые компьютеры в артилерии применяли, так там вообще без операционных усилителей обходились.
Просто автор перепутал тёплое с мягким (вычисление и моделирование).
хотя отечественные конденсаторы и резисторы в цепях обратной связи имели погрешности в 5–10 раз большие.
Что-то странное... Допуски что у нас, что у зарубежных, были одинаковые, ничего не мешало 1% резисторы поставить или сколько там надо было. Вообще, обратная связь и нужна для того, чтобы всякую погрешность сгладить. Остальное подкрутить подстроечником.
Подстроечник - намного хуже простого резистора. Не говоря уже о точных.
В Жигулях тоже болты с гайками были по стандартам, как у всех, но были и нюансы как с качеством изготовления, так и с качеством сплавов, из которых они изготавливались. Почему - вопрос дискуссионный, но результат был.
То же самое - с элементной базой. По некоторым оценкам военную приёмку, для изготовления "изделий", проходило только порядка 30%, остальное отбраковывалось и шло в гражданский ширпотреб.
При общем плановом производстве отнять у военки лишние точные резисторы - ну, это не самая простая задача. Их нельзя просто закупить больше, их нет.
А нужны они, например, для того чтобы делитель 1:100 делил на 100, а не на 101 или на 99. Что как раз в цепях обратной связи может привести к очень разным результатам.
При общем плановом производстве отнять у военки лишние точные резисторы - ну, это не самая простая задача. Их нельзя просто закупить больше, их нет
Хм, а заложить их в план - не вариант?
На следующую пятилетку.
Включая всю цепочку вплоть до дОбычи каких-нибудь бокситов. Потому что нельзя просто так взять и купить сырье - оно уже распланировано под другие задачи, в прошлой пятилетке. В Госплане не дураки сидят!
ЗЫ: был такой Новосибирский радиозавод, выпускал всякое под маркой Вега. В статьях в Радио они жаловались, что не могут запустить очередную модель, потому что нет пластмассы для корпусов, ну нету, не планировалось. Чисто для примера
Допуски что у нас, что у зарубежных, были одинаковые, ничего не мешало 1% резисторы поставить или сколько там надо было
У советских радиолюбителей даже был такой мем - "Армянские конденсаторы", продукция заводов этой республики имела крайне плохую репутацию. Электронная промышленность СССР плохо умела в массовый выпуск с предсказуемо хорошим качеством и военная приёмка решала проблему лишь частично. Приходилось усложнять схемы, обвязывая каскады обратными связями, чтоб сделать их менее чувствительными к разбросу в компонентах.
Вот-вот.
Не то чтобы промышленность не умела - культура производства была такая, что условный Васян запросто может покурить в чистом цеху, пока никто не видит, а бычок кинуть в автоклав с раствором, чтобы не спалили.
Утрирую, конечно, но всеобщий пофигизм и "план любой ценой" свое дело делали. Зарплату все равно заплатят, и премию - план же есть. А что потом оно криво-косо - да и пофиг.
аналоговая модель имитирует поведение системы заменяя ее переменные конкретными физическими величинами – сигналами тока и напряжения. Отсюда и ее главный недостаток – подверженность влиянию помех, включая разброс параметров электронных компонентов, из которых она построена. А все потому что в качестве носителя информации выбраны амплитудно-фазовые характеристики обрабатываемых сигналов, которые не устойчивы к помехам. Если перенести информацию в частотную область, то тогда погрешности компонентов уже не играют никакой роли. И точность можно повышать сколь угодно (в некоторых пределах, конечно) за счет выбора более высоких частот. Осталось только придумать способ частотного кодирования, который бы поддавался бы аналоговой обработке. Как это могло бы быть устроено (примерно): числа кодируются, например, частотой 1 – это 1Гц , 2 – это 2Гц и т. д. ну понятно. Простое сложение в этой системе не работает поскольку существует такая вещь как суперпозиция: если сложить две волны разных частот, то они продолжат свое независимое существование как ни в чем не бывало. Поэтому потребуется некоторая среда передачи или электронный компонент, который бы разрушал суперпозицию. Тогда вычисления начнут работать. Это может быть какой-нибудь нелинейный элемент. Но, к сожалению, нелинейная физика требует очень высоких энергий. А так, как минимум, сложение работало бы параллельно с вычитанием, скажем если бы была квадратичная нелинейная среда для передачи сигнала то сложение 1 + 2 и вычитание выполнялось бы так 
Слагаемые в сердине, если их детектировать, дадут и сумму и разность аргументов.
Но чудес не бывает. Повышение точности машины на знак будет прибавлять к стоимости элементов ноль.
А точность цифровой техники растёт линейно от роста разрядов. Т.е. цена - логарифм от точности.
А как насчëт временнóй кодировки сигналов, где за вычисления отвечала бы непосредственно топология процессора - расстояния между элементами, дополнительные волноводы или заглушки? Было бы это хоть как-то жизнеспособно?
Для вычисления – нет, а как память – да, топология может использоваться. Фактор расстояния может лишь задержать сигнал, и как его не обрабатывай получишь лишь сдвинутую копию 
. Когда требуется доступ к прошлым данным, временная задержа будет работать. Так строятся некоторые аналоговые фильтры, в частности. Но выполнять какие-либо вычисления подход не может.
Есть вариант перехода от аналоговых сигналов к солитонам. Это такие волны, у которых есть, грубо говоря, начало и конец, и которые обладают свойствами частиц. И у них могут быть характеристики аналогичные заряду или массе, за счет чего они могут взаимодействовать друг с другом. Например, можно накапливать, "заряд", получая сумму без каких-либо затрат энергии на вычисление и хранение. Собственно, это то что сейчас и пытаются делать на "натуральных" зарядах для ускорения операций MAC.
Если у нас один сигнал +2 вольта, и мы плюсуем второй сигнал -1 вольт, аналоговый сумматор даст нам ответ 1 вольт, а как вы представляете себе сигнал -1 Гц? Вы представляете какие костыли придется городить для отрицательных значений? Ну да, давайте выберем нулем 50 МГц, ага. Вычтем-ка из него единичку... Что-то она потерялась на фоне помех)
Кстати, почему вы решили, что сгенерировать ровно 1 Гц проще, чем ровно 1 В?
для аналогового суммирования потребуется тянуть амплитуду аргументов к заданному уровню, а это энергозатратно. Генерировать 1Гц можно и цифровыми методами — это уже детали. Частота является одной из наиболее точно измеряемых физических величин, в отличие от напряжения. Речь же идет о неточностях в аналоговых схемах из-за дрейфа параметров и технологических разбросов, к которым частотные коды не чувствительны. А вообще, ваш комментарий звучит так как будто мы уже занимаемся разработкой такой системы прямо здесь с помощью форума. Это просто идея, которая, возможно, столкнет кого-то с наезженной колеи "классических" аналоговых вычислений, и появится какой-нибудь стартап, который на костылях или без костылей создаст новый тип экономного вычислителя не греющего атмосферу.
Ну как бы да, частоту в 50 Гц можно измерить точнее, чем в 50 вольт, но как быть с измерением, скажем, 0.02 Гц? Сколько времени нужно для точного измерения такой частоты?
я не готов ответить на этот вопрос. Конкретику можно получить, начав исследования. Для это нужны деньги, люди, время и пр. Тогда в процессе и сама идея может измениться до неузнаваемости. Вот перешли же как-то от амплитудной модуляции в радиовещании к частотной. Может и в вычислениях и моделировании это можно сделать, просто никто до сегодняшнего дня не ставил такую задачу. Просто сам идея выглядит заманчиво: сложи гармоники, пропусти через любой нелинейный элемент, и, получи в результате сумму или разность чисел. Причем даже неважно что на выходе будет каша, главное что из каши можно путем фильтрации достать то что нужно. Делают же из диода (нелинейного элемента) генератор высокой частоты, подавая на него гармонику низкой. Звучит как вычисление, где некоторая переменная (исходная частота) умножается на константу. Значит все-таки какую-то арифметику на частотах можно реализовать.
Да, это гораздо проще. Дома, с паяльником 10-7 а то и 10-8 сделаю. А если взяться всерьез то и 10-13 можно
Быстрее какой цифровой машины? Какого года? На какой задаче?
А это не очевидно что ли? Любой. На той задаче, для которой данная аналоговая машина сконструирована.
Погрешность | Во сколько раз шкала больше ошибки | Эквивалент в битах
Как это подсчитано? Расчёты из предположения, что питание 100 вольт или +- 100 вольт приходит на операционник, а мы считаем потерю напряжения на резисторе обратной связи? Я не понял связь точности номиналов деталей с битами.
От напряжения питания требуется в основном его стабильность. А конкретная величина Uпит выбрана исходя из получения хорошего соотношения сигнал/шум, и допустимого напряжения для радиодеталей. Если например шумы в схеме составляют 9 милливольт, то при рабочих напряжениях до 90 вольт, соотношение сигнал/шум составит 10000. Причем реальное рабочее значение С/Ш будет раз в 10 меньше - то есть примерно 1000. Значит при таком соотношении С/Ш возможны вычисления с точностью до 1/1000, то есть 0.1%.
Представьте например сумматор на ОУ. Математически он выражается Uвых := k1*U1 + k2*U2 где k - коэффициенты полученные соотношением сопротивлений резисторов. Если резисторы неточные, соответственно и коэффициенты будут с некоторым отклонением. И результат суммирования тоже окажется с некоторой ошибкой. Или еще проще, усилитель с Kус := R1/R2 при неточных резисторах вместо скажем Kус = 2 вы получите Kус = 1.98. То есть результат будет с точностью 1%. В цифровом виде подобная точность обеспечивается 7 битами 1/128, так как 2^7 = 128.
Причем реальное рабочее значение С/Ш будет раз в 10 меньше - то есть примерно 1000
Тысяча чего, в чём "тысяча" измеряется ? Откуда взялось число 1000, почему в реальной схеме С/Ш будет в 10 раз меньше, если он должен увеличиться? Тут я предполагаю, что " 9 милливольт" вы написали только про одиночный операционный усилитель, а в собранном изделии добавится помех от других элементов.
То есть результат будет с точностью 1%. В цифровом виде подобная точность обеспечивается 7 битами 1/128, так как 2^7 = 128.
Откуда взялось 7 бит и число 128 ? Из расчёта что 6 бит мало, а 7 бит вмещают погрешность?
Такие сумматоры рисовали в старых схемах, одной обратной связью обходились.
С чего, с чего! С того, что весь этот авторский текст полон ошибочных предпосылок, ошибочных выводов, и откровенной лжи. Не надо ходить и мыть за старым человеком, мажущим все говном - по традиции его просто изолируют в отдельную мягкую комнату, даже если когда нужно он ведёт себя как положено. Не всё что написано является правдой.
Аналоговая часть считает почти бесплатно, а вот поговорить с внешним миром стоит дорого.
Аналогично в мозге. Низкоуровневые древние отделы работают чрезвычайно быстро (поэтому мы можем играть в настольный теннис и на рояле), но все, что связано с осознаванием и тем более с переводом мыслей и идей в слова – чрезвычайно медленно.
Дарю идею.
Здесь же периодически появляются статьи от пытающихся заниматься алгоритмической торговлей на бирже.
Вот аналоговый компьютер для этих целей приспособить.
Прям прикольная вещь была бы мне кажется.
Крутанул ручки - "вчера цена упала на 0.5%, сегодня выросла на 2%", щёлкнул тумблеры - "международная обстановка на троечку", "нефть стабильно".
И на вольтметре смотришь "ага... 48 вольт, значит пора закрывать позицию" :)
Такой... Биржевой дизельпанк :)
Современный чип SSD - в какой-то мере аналоговая микросхема, хранящая в ячейках памяти аналоговый сигнал и с работающими на гигагерцах 3...4-битных ЦАП и АЦП в устройстве ввода-вывода.
То, что 50 лет назад были резисторы с погрешностью 0.1-1%%, это одно, сейчас в промышленных масштабах выпускаю с точность. 0.001% и минимальным температурным дрейфом. Так что проблема не в этом. Просто аналоговый вычислитель настроен на вычисление одной функции. Вы можете поменять параметры, но чтобы изменить функцию, вам надо переделать схему. В цифровых это решается на программном уровне.
Вы можете поменять параметры, но чтобы изменить функцию, вам надо переделать схему. В цифровых это решается на программном уровне.
Если ПЛИСы научились делать, что мешает аналоговые блочки соединять программно?
Аналоговые вычислители из блоков и состояли. Программировали не клацанье по клавишам, а втыканием блоков в стенд и коммутацией их.
Описание этого действа и есть программа.
Кроме точности резисторов, те АВМ имели точность вывода порядка 1% - что рассмотришь на осцилографе или вольтметре. Мягко говоря, не слишком точно.
А по поводу аналоговых вычислений в чипах памяти - уж очень соблазнительно вынести вычисления ближе к месту хранения. Думаю, всё к этому идёт. И не все последние модели имеют триллионы параметров - тот же qwen3.8 запускался на 30 млрд.
Что-то хабр опять зациклился на электричестве, когда есть оптика...
Очередное расследование ИИшки...
на картинке некорректные уравнения - аналоговый Барт Симпсон не справился. это печально - потому как в настоящих Симпсонах к математике относились очень уважительно.
А теперь - главное. И здесь всё переворачивается. Тире астрономических длинн.
Повсюду неназванные «первоисточники», тайные манускрипты… Как будто Лавкрафта читаешь.
Тематику вы нашли очень интересную, признаю.
В новой памяти омическое сопротивление не меняется, вы неправильно аналогию приводите.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Аналоговые компьютеры решали уравнения мгновенно. Почему это их не спасло