Гибридный компьютер

Гибридный компьютер, гибридная вычислительная машина, аналого-цифровая система — вид гибридной вычислительной системы (ГВС), сочетающий в себе свойства аналоговых и цифровых вычислительных устройств.

Простейшее гибридное устройство. Аналоговый штангенциркуль с цифровым блоком измерения

Польский гибридный компьютер WAT 1001

История

Появление гибридных вычислительных систем было сопряжено с тем, что для ряда возникающих в технике задач моделирования сложных систем ни аналогового, ни цифрового методов не хватило.

Таковыми задачами стали: Автоматическое управление быстро движущимися объектами; Оптимизация систем управления; Тренажёры авиационной, в особенности боевой техники.

Цифровые машины соответствующей эпохи[когда?] не имели достаточного быстродействия для обработки возникающих массивов данных в реальном времени, а аналоговые машины не позволяли достичь всего возможного разнообразия моделируемых ситуаций.

Поэтому было найдено решение разделить вычислительный процесс на несколько классов операций, после чего возложить наиболее сложную функциональную обработку сигналов на аналоговые модули системы, а алгоритмы принятия решений, сценарии и задание начальных и конечных условий — на цифровые модули.

Всё это позволило снизить затраты вычислительной мощности применяемых ЦВМ и повысить быстродействие получившихся гибридных систем.

Отличительные особенности

В гибридной вычислительной системе устранены многие недостатки, свойственные каждому из типов вычислительных машин в отдельности, и объединены такие преимущества, как:

• высокая точность и быстродействие;
• многообразие возможностей управления и программирования, присущее цифровым системам;
• непосредственное взаимодействие с контролируемой и управляемой аппаратурой, присущее аналоговым системам.
• отсутствие в критичных узлах дополнительных преобразований физических величин и обусловленных этим временных задержек и погрешностей дискретизации.
• сравнительно малое количество простых элементов, реализующих сложные функциональные зависимости, присущее аналоговым системам.

Классификация

Гибридные вычислительные машины, как и аналоговые, можно разделить на две основных группы:

• Специализированные — гибридные системы, рассчитанных на решение только одного класса задач, однако позволяющих делать это с максимальной эффективностью.
• Универсальные — гибридные системы, ориентированные на решение широкого класса задач. Построение таких систем означает написание специализированных программ под соответствующее оборудование и специальных программ, обслуживающих связь машин в единый комплекс, а также автоматизирующих процесс подготовки и постановки задач на едином языке программирования комплекса.

Также различают аналого-ориентированные, цифро-ориентированные и сбалансированные гибридные вычислительные системы.

• В аналого-ориентированных системах цифровой блок (блоки) используется как дополнительное внешнее устройство к основной АВМ. Использование в качестве периферийного узла подготовки и преобразования данных существенно повышает мощность и функциональные возможности аналоговой части гибридной системы.
• В цифро-ориентированные системы являются АВМ с цифровым управлением и логикой, они строятся на аналоговой вычислительной и дискретной логических сетях так, что аналоговая сеть реализует условия задачи, а дискретная поиск решений. АВМ моделирует элементы реального оборудования (в том числе и с участием реальных деталей оного), а также служит для многократного выполнения функционально сложных подпрограмм и задач (решение уравнений в частных производных, обращение матриц, генерации непрерывных функций), тем самым значительно экономя вычислительную мощность цифрового модуля.
• Сбалансированные системы самые мощные. Они как правило состоят из универсальных цифровых и универсальных аналоговых вычислительных машин. При этом каждая из частей системы может функционировать автономно.

Типы

• Время-импульсный компьютер
• Частотно-импульсный компьютер

Применение

Гибридными системами эффективно решаются следующие основные группы задач:

• Моделирование в реальном масштабе времени автоматических систем управления, содержащих как аналоговые, так и цифровые устройства;
• Воспроизведение в реальном масштабе времени процессов, содержащих высокочастотные составляющие и переменные, изменяющиеся в широком амплитудном и частотном диапазоне;
• Статистическое моделирование;
• Моделирование биологических систем;
• Решение уравнений в частных производных;
• Оптимизация систем управления.