Hybrid-Computer - Hybrid computer

Polnischer Hybridcomputer WAT 1001

Hybridcomputer sind Computer, die Merkmale von analogen Computern und digitalen Computern aufweisen . Die digitale Komponente dient normalerweise als Controller und bietet logische und numerische Operationen, während die analoge Komponente oft als Löser von Differentialgleichungen und anderen mathematisch komplexen Gleichungen dient. Das erste Desktop-Hybrid-Computersystem war der Hycomp 250, der 1961 von Packard Bell herausgebracht wurde. Ein weiteres frühes Beispiel war der HYDAC 2400, ein integrierter Hybridcomputer, der 1963 von EAI herausgebracht wurde. In den 1980er Jahren wurde Marconi Space and Defense Systems Limited (unter Peggy Hodges) entwickelten ihren "Starglow Hybrid Computer", der aus drei EAI 8812-Analogcomputern bestand, die mit einem EAI 8100-Digitalcomputer verbunden waren, wobei letzterer auch mit einem SEL 3200-Digitalcomputer verbunden war. Ende des 20. Jahrhunderts schwanden Hybride mit den zunehmenden Fähigkeiten digitaler Computer einschließlich digitaler Signalprozessoren .

Im Allgemeinen sind Analogcomputer außerordentlich schnell, da sie in der Lage sind, die meisten mathematisch komplexen Gleichungen mit der Geschwindigkeit zu lösen, mit der ein Signal die Schaltung durchquert, was im Allgemeinen einem beträchtlichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Andererseits ist die Präzision analoger Computer nicht gut; sie sind auf drei oder höchstens vier Stellen Genauigkeit begrenzt.

Digitale Computer können so gebaut werden, dass sie die Lösung von Gleichungen mit nahezu unbegrenzter Genauigkeit durchführen, aber im Vergleich zu analogen Computern ziemlich langsam. Im Allgemeinen werden komplexe mathematische Gleichungen mit iterativen Verfahren angenähert, die eine große Anzahl von Iterationen erfordern, je nachdem, wie gut die anfängliche "Schätzung" beim Endwert ist und wie viel Präzision gewünscht wird. (Diese anfängliche Schätzung ist als numerischer "Seed" bekannt.) Für viele Echtzeitoperationen im 20. Jahrhundert waren solche digitalen Berechnungen zu langsam, um von großem Nutzen zu sein (z. B. für sehr hochfrequente Phased-Array-Radare oder für Wetterberechnungen ), aber die Präzision eines analogen Computers reicht nicht aus.

Hybridcomputer können verwendet werden, um einen sehr guten, aber relativ ungenauen "Startwert" zu erhalten, indem ein analoges Computer-Front-End verwendet wird, das dann in einen digitalen Computer-iterativen Prozess eingespeist wird, um den endgültigen gewünschten Genauigkeitsgrad zu erreichen. Mit einem drei- oder vierstelligen, hochgenauen numerischen Seed wird die gesamte digitale Rechenzeit zum Erreichen der gewünschten Genauigkeit drastisch reduziert, da viel weniger Iterationen erforderlich sind. Eine der wichtigsten technischen Probleme in Hybrid - Computer zu überwinden ist digital-Computer minimiert Rauschen in analogen Elemente und Erdungsanlagen zu berechnen.

Bedenken Sie, dass das Nervensystem von Tieren eine Form von Hybridcomputern ist. Signale werden als diskrete (digitale) Chemikalienpakete über die Synapsen von einer Nervenzelle zur nächsten geleitet, die dann in der Nervenzelle auf analoge Weise durch Aufbau eines elektrochemischen Potentials bis zum Erreichen seiner Schwelle summiert werden , woraufhin es sich entlädt und sendet eine Reihe von digitalen Paketen an die nächste Nervenzelle. Die Vorteile sind mindestens dreifach: Das Rauschen innerhalb des Systems wird minimiert (und neigt nicht dazu, sich zu addieren), es ist kein gemeinsames Erdungssystem erforderlich und es gibt nur eine minimale Verschlechterung des Signals, selbst wenn es erhebliche Aktivitätsunterschiede der Zellen entlang einer Pfad (nur die Signalverzögerungen neigen dazu, zu variieren). Die einzelnen Nervenzellen sind analog zu analogen Computern; die Synapsen sind analog zu digitalen Computern.

Hybridcomputer unterscheiden sich von Hybridsystemen . Letzteres darf höchstens ein digitaler Computer sein, der mit einem Analog-Digital-Wandler am Eingang und/oder einem Digital-Analog-Wandler am Ausgang ausgestattet ist, um analoge Signale für die gewöhnliche digitale Signalverarbeitung umzuwandeln, und umgekehrt , z , zum Antreiben physikalischer Steuersysteme wie Servomechanismen .

VLSI-Hybrid-Computerchip

Im Jahr 2015 veröffentlichten Forscher der Columbia University einen Artikel über einen kleinen Hybridcomputer in 65-nm-CMOS-Technologie. Dieser VLSI-Hybridcomputer 4. Ordnung enthält 4 Integratorblöcke, 8 Multiplikator-/Verstärkungseinstellungsblöcke, 8 Fanout-Blöcke zum Verteilen von Strommodussignalen, 2 ADCs, 2 DACs und 2 SRAMs-Blöcke. Auf dem Chip sind auch digitale Controller zum Ausführen der externen Befehle implementiert. Ein Roboterexperiment in der Veröffentlichung demonstriert die Verwendung des Hybrid-Computerchips in den heutigen aufkommenden eingebetteten Anwendungen mit niedrigem Stromverbrauch.

Verweise

Externe Links

  • A New Tool for Science Von Daniel Greco und Ken Kuehl, The Wisconsin Engineer, Nov. 1972, Nachdruck Feb. 2001
  • Nadel LD, Kramer MR, Shulteis DC, McCulloh TA (April 1977). „Ein hybrides Computersystem für den Einsatz in der Kardiologie“. Med Prog-Techn . 4 (4): 185–91. PMID  865418 .
  • "HYBRID-RECHNUNG: WAS UND WARUM?" . Computer und Automatisierung . XII (10): 10 –17. Okt 1963.