Komputer hybrydowy - Hybrid computer
Komputery hybrydowe to komputery, które wykazują cechy komputerów analogowych i komputerów cyfrowych . Komponent cyfrowy zwykle służy jako kontroler i zapewnia operacje logiczne i numeryczne , podczas gdy komponent analogowy często służy do rozwiązywania równań różniczkowych i innych matematycznie złożonych równań. Pierwszym hybrydowym systemem komputerowym do komputerów stacjonarnych był Hycomp 250, wydany przez Packard Bell w 1961 roku. Innym wczesnym przykładem był HYDAC 2400, zintegrowany komputer hybrydowy wydany przez EAI w 1963 roku. W latach 80. Marconi Space and Defense Systems Limited (pod kierownictwem Peggy Hodges ) opracowali swój „komputer hybrydowy Starglow”, który składał się z trzech komputerów analogowych EAI 8812 połączonych z komputerem cyfrowym EAI 8100, przy czym ten ostatni był również połączony z komputerem cyfrowym SEL 3200. Pod koniec XX wieku hybrydy zanikły wraz z rosnącymi możliwościami komputerów cyfrowych, w tym cyfrowych procesorów sygnałowych .
Ogólnie rzecz biorąc, komputery analogowe są niezwykle szybkie, ponieważ są w stanie rozwiązywać najbardziej złożone matematycznie równania z szybkością, z jaką sygnał przechodzi przez obwód, co na ogół stanowi znaczny ułamek prędkości światła. Z drugiej strony precyzja komputerów analogowych nie jest dobra; są one ograniczone do trzech lub co najwyżej czterech cyfr precyzji.
Komputery cyfrowe można zbudować tak, aby rozwiązywać równania z niemal nieograniczoną precyzją, ale dość wolno w porównaniu z komputerami analogowymi. Ogólnie rzecz biorąc, złożone równania matematyczne są aproksymowane przy użyciu metod iteracyjnych, które wymagają ogromnej liczby iteracji, w zależności od tego, jak dobre jest początkowe „odgadnięcie” wartości końcowej i jaka jest wymagana precyzja. (To początkowe przypuszczenie znane jest jako numeryczne „ziarno”.) W przypadku wielu operacji w czasie rzeczywistym w XX wieku takie obliczenia cyfrowe były zbyt wolne, aby mogły być bardzo przydatne (np. dla radarów z układem fazowanym o bardzo wysokiej częstotliwości lub do obliczeń pogodowych ), ale precyzja komputera analogowego jest niewystarczająca.
Komputery hybrydowe mogą być wykorzystywane do uzyskania bardzo dobrej, ale stosunkowo nieprecyzyjnej wartości „ziarna” za pomocą interfejsu komputera analogowego, który jest następnie wprowadzany do iteracyjnego procesu komputera cyfrowego w celu uzyskania końcowego pożądanego stopnia precyzji. Dzięki trzy- lub czterocyfrowemu, bardzo dokładnemu zarodkowi numerycznemu całkowity czas obliczeń cyfrowych w celu osiągnięcia pożądanej precyzji jest znacznie skrócony, ponieważ potrzeba o wiele mniej iteracji. Jednym z głównych problemów technicznych do pokonania w komputerach hybrydowych jest minimalizacja szumów cyfrowo-komputerowych w analogowych elementach obliczeniowych i układach uziemiających.
Weź pod uwagę, że układ nerwowy zwierząt jest formą komputera hybrydowego. Sygnały przechodzą przez synapsy z jednej komórki nerwowej do drugiej w postaci oddzielnych (cyfrowych) pakietów chemikaliów, które są następnie sumowane w komórce nerwowej w sposób analogowy poprzez budowanie potencjału elektrochemicznego, aż do osiągnięcia jego progu , po czym rozładowuje się i wysyła serię cyfrowych pakietów do następnej komórki nerwowej. Korzyści są co najmniej trzy: minimalizacja szumów w systemie (i raczej nie sumowanie się), brak konieczności stosowania wspólnego systemu uziemienia oraz minimalna degradacja sygnału, nawet jeśli występują znaczne różnice w aktywności ogniw wzdłuż ścieżka (tylko opóźnienia sygnału mają tendencję do zmian). Poszczególne komórki nerwowe są analogiczne do komputerów analogowych; synapsy są analogiczne do komputerów cyfrowych.
Komputery hybrydowe różnią się od systemów hybrydowych . Ten ostatni może być jedynie komputerem cyfrowym wyposażonym w przetwornik analogowo-cyfrowy na wejściu i/lub przetwornik cyfrowo-analogowy na wyjściu do przetwarzania sygnałów analogowych do zwykłego przetwarzania sygnałów cyfrowych i odwrotnie , np. , do sterowania fizycznymi systemami sterowania, takimi jak serwomechanizmy .
Hybrydowy układ komputerowy VLSI
W 2015 roku naukowcy z Columbia University opublikowali artykuł na temat małego komputera hybrydowego w technologii 65 nm CMOS. Ten hybrydowy komputer VLSI czwartego rzędu zawiera 4 bloki integratora, 8 bloków ustawień mnożnika/wzmocnienia, 8 bloków fanout do dystrybucji sygnałów w trybie prądowym, 2 ADC, 2 DAC i 2 bloki SRAM. Na chipie zaimplementowano również cyfrowe kontrolery do wykonywania instrukcji zewnętrznych. Opisany w artykule eksperyment z robotem demonstruje zastosowanie hybrydowego chipa obliczeniowego w powstających obecnie aplikacjach wbudowanych o niskim poborze mocy.
Bibliografia
Linki zewnętrzne
- Nowe narzędzie do nauki Daniel Greco i Ken Kuehl, inżynier z Wisconsin, listopad 1972, przedruk luty 2001
- Nadel LD, Kramer MR, Shultheis DC, McCulloh TA (kwiecień 1977). „Hybrydowy system komputerowy do stosowania w kardiologii”. Med Prog Technol . 4 (4): 185–91. PMID 865418 .
- „OBLICZENIA HYBRYDOWE: CO I DLACZEGO?” . Komputery i automatyka . XII (10): 10 -17. Październik 1963.