Hybridní počítač - Hybrid computer

Polský hybridní počítač WAT 1001

Hybridní počítače jsou počítače, které vykazují vlastnosti analogových počítačů a digitálních počítačů . Digitální komponenta normálně slouží jako regulátor a poskytuje logické a numerické operace, zatímco analogová komponenta často slouží jako řešitel diferenciálních rovnic a jiných matematicky složitých rovnic. Prvním stolním hybridním výpočetním systémem byl Hycomp 250, který vydal Packard Bell v roce 1961. Dalším časným příkladem byl HYDAC 2400, integrovaný hybridní počítač vydaný společností EAI v roce 1963. V 80. letech 20. století společnost Marconi Space and Defense Systems Limited (pod Peggy Hodgesovou) ) vyvinuli svůj „Starglow Hybrid Computer“, který sestával ze tří analogových počítačů EAI 8812 propojených s digitálním počítačem EAI 8100, přičemž druhý z nich je také propojen s digitálním počítačem SEL 3200. Na konci 20. století hybridy ubývaly s rostoucími schopnostmi digitálních počítačů, včetně procesorů digitálních signálů .

Obecně jsou analogové počítače mimořádně rychlé, protože dokážou řešit většinu matematicky složitých rovnic rychlostí, jakou signál prochází obvodem, což je obecně znatelný zlomek rychlosti světla. Na druhou stranu přesnost analogových počítačů není dobrá; jsou omezeny na tři nebo maximálně čtyři číslice přesnosti.

Digitální počítače lze postavit tak, aby řešily rovnice s téměř neomezenou přesností, ale poměrně pomalu ve srovnání s analogovými počítači. Složité matematické rovnice se obecně aproximují pomocí iteračních metod, které berou obrovské množství iterací, v závislosti na tom, jak dobrý je počáteční „odhad“ konečné hodnoty a jak velká přesnost je požadována. (Tento počáteční odhad je znám jako numerické „semeno“.) Pro mnoho operací v reálném čase ve 20. století byly takové digitální výpočty příliš pomalé na to, aby byly hodně užitečné (např. Pro radary s velmi vysokou frekvencí s fázovanými poli nebo pro výpočty počasí) ), ale přesnost analogového počítače je nedostatečná.

Hybridní počítače lze použít k získání velmi dobré, ale relativně nepřesné hodnoty „seed“ pomocí analogového front-endu počítače, který se poté přivede do iteračního procesu digitálního počítače, aby se dosáhlo konečného požadovaného stupně přesnosti. Se třímístným nebo čtyřmístným vysoce přesným numerickým počátkem se celková doba digitálního výpočtu k dosažení požadované přesnosti dramaticky sníží, protože je zapotřebí mnohem méně iterací. Jedním z hlavních technických problémů, které je třeba u hybridních počítačů překonat, je minimalizace šumu digitálního počítače v analogových výpočetních prvcích a uzemňovacích systémech.

Vezměte v úvahu, že nervový systém u zvířat je formou hybridního počítače. Signály procházejí přes synapse z jedné nervové buňky do druhé jako diskrétní (digitální) balíčky chemikálií, které se pak analogicky sčítají v nervové buňce vytvářením elektrochemického potenciálu, dokud není dosaženo jeho prahu , načež se vybije a vysílá řadu digitálních paketů do další nervové buňky. Výhody jsou minimálně trojí: hluk v systému je minimalizován (a nemá tendenci být aditivní), není vyžadován žádný společný uzemňovací systém a je zde minimální degradace signálu, i když existují podstatné rozdíly v aktivitě buněk podél cesta (pouze zpoždění signálu se obvykle liší). Jednotlivé nervové buňky jsou analogické s analogovými počítači; synapse jsou analogické s digitálním počítačem.

Hybridní počítače se liší od hybridních systémů . Ten druhý může být pouze digitálním počítačem vybaveným analogově-digitálním převodníkem na vstupu a / nebo digitálně-analogovým převodníkem na výstupu pro převod analogových signálů pro běžné digitální zpracování signálu a naopak , např. , pro řízení fyzických řídicích systémů, jako jsou servomechanismy .

Hybridní počítačový čip VLSI

V roce 2015 publikovali vědci na Kolumbijské univerzitě článek o malém hybridním počítači v 65 nm technologii CMOS. Tento hybridní počítač VLSI 4. řádu obsahuje 4 integrační bloky, 8 bloků multiplikátoru / zesílení, 8 bloků fanout pro distribuci signálů v aktuálním režimu, 2 ADC, 2 DAC a 2 bloky SRAM. Na čipu jsou také implementovány digitální ovladače pro provádění externích pokynů. Experiment robotů v příspěvku demonstruje použití hybridního výpočetního čipu v dnešních rozvíjejících se nízkoenergetických vestavěných aplikacích.

Reference

externí odkazy

  • Nový nástroj pro vědu Daniel Greco a Ken Kuehl, inženýr ve Wisconsinu, listopad 1972, dotisk z února 2001
  • Nadel LD, Kramer MR, Shultheis DC, McCulloh TA (duben 1977). "Hybridní počítačový systém pro použití v kardiologii". Med Prog Technol . 4 (4): 185–91. PMID  865418 .
  • „HYBRIDNÍ VÝPOČET: CO A PROČ?“ . Počítače a automatizace . XII (10): 10 –17. Říjen 1963.