MÁY TÍNH TƯƠNG TỰ: ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN, LOẠI - CÔNG NGHỆ - 2026

Máy tính tương tự là một loại máy tính sử dụng các khía cạnh thay đổi liên tục của các hiện tượng vật lý, chẳng hạn như đại lượng điện, cơ học hoặc thủy lực, để mô hình hóa vấn đề đang được giải quyết.

Đó là, chúng là những máy tính hoạt động với các con số được biểu thị bằng các giá trị liên tục có thể đo trực tiếp, chẳng hạn như áp suất, nhiệt độ, điện áp, tốc độ và trọng lượng. Ngược lại, máy tính kỹ thuật số biểu diễn các giá trị này một cách tượng trưng.

Nguồn: X-15_Analog_computer Theo cách nó được tạo ra - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52164169

Máy tính tương tự có thể có rất nhiều mức độ phức tạp. Đơn giản nhất là các quy tắc trượt và hình ảnh, trong khi máy tính điều khiển súng hải quân và máy tính kỹ thuật số / tương tự hỗn hợp lớn là những thứ phức tạp nhất. Vào thời điểm đó, chúng là những máy tính đầu tiên được phát triển.

Hệ thống điều khiển quá trình và rơ le bảo vệ sử dụng tính toán tương tự để thực hiện các chức năng điều khiển và bảo vệ.

Vào những năm 1960, nhà sản xuất chính là công ty Electronic Associates của Mỹ, với máy tính tương tự 231R, với các ống chân không và 20 bộ tích hợp. Sau đó, với máy tính tương tự 8800 của mình, với op-amps trạng thái rắn và 64 bộ tích hợp.

Thay thế bằng máy tính kỹ thuật số

Trong những năm 60 của thập niên 70, máy tính kỹ thuật số, đầu tiên dựa trên ống chân không, và sau đó là bóng bán dẫn, mạch tích hợp và bộ vi xử lý, trở nên kinh tế và chính xác hơn.

Điều này dẫn đến việc máy tính kỹ thuật số thay thế phần lớn máy tính tương tự. Tuy nhiên, máy tính tương tự vẫn tiếp tục được sử dụng trong các ứng dụng khoa học và công nghiệp, vì vào thời điểm đó chúng thường nhanh hơn nhiều.

Ví dụ, chúng tiếp tục được sử dụng trong một số ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như máy tính bay trên máy bay.

Các ứng dụng phức tạp hơn, chẳng hạn như radar khẩu độ tổng hợp, vẫn nằm dưới sự thống trị của điện toán tương tự vào những năm 1980, vì máy tính kỹ thuật số không đủ cho nhiệm vụ.

Nghiên cứu vẫn đang tiếp tục về điện toán tương tự. Một số trường đại học vẫn sử dụng máy tính tương tự để giảng dạy lý thuyết về hệ thống điều khiển.

nét đặc trưng

Xử lý dữ liệu tương tự

Máy tính tương tự được sử dụng để xử lý dữ liệu tương tự, chẳng hạn như điện áp, nhiệt độ, áp suất, tốc độ, v.v. Nó liên tục lưu trữ dữ liệu của các đại lượng vật lý này và thực hiện các phép tính với sự trợ giúp của các phép đo này.

Nó hoàn toàn khác với máy tính kỹ thuật số, sử dụng các số ký hiệu để biểu diễn kết quả.

Máy tính tương tự rất phù hợp cho các tình huống yêu cầu dữ liệu được đo trực tiếp mà không cần chuyển đổi nó thành số hoặc mã.

Sử dụng tín hiệu tương tự

Máy tính tương tự sử dụng tín hiệu tương tự, tín hiệu này có thể được biểu diễn dưới dạng sóng liên tục hoặc hình sin, chứa các giá trị thay đổi theo thời gian.

Một tín hiệu tương tự có thể thay đổi về biên độ hoặc tần số. Giá trị biên độ là cường độ của tín hiệu liên quan đến điểm cao nhất của nó, được gọi là đỉnh và các điểm thấp nhất của nó. Mặt khác, giá trị của tần số là chiều dài vật lý của nó từ trái sang phải.

Ví dụ về tín hiệu tương tự là âm thanh hoặc giọng nói của con người thông qua dây đồng nhiễm điện.

Máy tính tương tự không yêu cầu bất kỳ dung lượng lưu trữ nào vì trong một thao tác duy nhất chúng sẽ đo lường và so sánh các đại lượng.

Độ chính xác hạn chế

Các biểu diễn tương tự có độ chính xác hạn chế, thường là một vài chữ số thập phân.

Độ chính xác của một máy tính tương tự bị giới hạn bởi các yếu tố tính toán của nó, cũng như chất lượng của nguồn bên trong và các kết nối điện.

Nó chủ yếu bị giới hạn bởi độ chính xác của thiết bị đọc được sử dụng, thường là ba hoặc bốn chữ số thập phân.

Lập trình

Lập trình trong máy tính tương tự liên quan đến việc chuyển đổi các phương trình của bài toán thành mạch máy tính tương tự.

Máy tính tương tự để làm gì?

Chúng được sử dụng để biểu diễn dữ liệu bằng các đại lượng có thể đo được, chẳng hạn như điện áp hoặc vòng quay của bánh răng, để giải quyết một vấn đề, thay vì biểu thị dữ liệu dưới dạng số.

Giám sát và kiểm soát

Trong hệ thống giám sát và điều khiển, chúng được sử dụng để xác định công thức kiểm soát và tính toán các thông số của quá trình, chẳng hạn như hiệu quả, công suất, hiệu suất và các thông số khác.

Nếu bạn có thể gán một biểu thức toán học xác định mối liên kết của một tham số với tọa độ của một đối tượng, máy tính tương tự có thể giải phương trình tương ứng.

Ví dụ, máy tính tương tự được sử dụng rộng rãi để đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ thống điện và có thể đóng vai trò là bộ điều chỉnh tự động.

Chúng thường được sử dụng để kiểm soát các quá trình như trong các nhà máy lọc dầu, nơi các phép đo lưu lượng và nhiệt độ liên tục là quan trọng.

Phân tích nâng cao

Bằng cách giải nhiều lần hệ phương trình mô tả một quá trình được kiểm soát, một máy tính tương tự có thể quét một số lượng lớn các giải pháp thay thế trong một thời gian ngắn. Để làm điều này, nó sử dụng các giá trị khác nhau trong các tham số có thể thay đổi trong quá trình này.

Chất lượng yêu cầu có thể được đảm bảo bằng các tín hiệu điều khiển do máy tính tương tự công bố.

Các giá trị do máy tính xác định được truyền đến một thiết bị điều chỉnh, thiết bị này sẽ điều chỉnh các điểm kiểm soát.

Xác định tín hiệu nhiễu hoặc tín hiệu hữu ích

Độ lớn của tín hiệu nhiễu hoặc tín hiệu hữu ích được xác định bằng cách sử dụng các phương trình vi phân mô tả hệ thống động lực học, các giá trị của điều kiện ban đầu, ngoài các thay đổi được xác định trong thống kê đo nhiễu và tín hiệu.

Một máy tính tương tự cũng có thể được sử dụng để xây dựng các công cụ tự động ghi lại nhiễu và tạo ra tín hiệu điều khiển, tín hiệu này sẽ phụ thuộc vào đặc tính và số lượng của nhiễu.

Mô phỏng hệ thống động

Các mô phỏng có thể được thực hiện trong thời gian thực hoặc ở tốc độ rất cao, do đó cho phép thử nghiệm với các lần chạy lặp lại với các biến đã thay đổi.

Chúng đã được sử dụng rộng rãi trong mô phỏng máy bay, nhà máy điện hạt nhân và cả trong các quy trình hóa chất công nghiệp.

Các thành phần

Hoạt động khuếch đại

Hầu hết các máy tính tương tự điện hoạt động bằng cách điều khiển điện áp hoặc sự khác biệt tiềm ẩn. Thành phần cơ bản của nó là bộ khuếch đại hoạt động, là một thiết bị có dòng điện đầu ra tỷ lệ với chênh lệch điện thế đầu vào của nó.

Bằng cách làm cho dòng điện đầu ra này chạy qua các thành phần thích hợp, thu được nhiều khác biệt tiềm năng hơn và có thể thực hiện nhiều phép toán khác nhau, bao gồm cộng, trừ, nghịch đảo và tích hợp.

Một máy tính tương tự điện bao gồm nhiều loại bộ khuếch đại. Chúng có thể được kết nối với nhau để tạo ra một biểu thức toán học có độ phức tạp lớn và với vô số biến.

Các thành phần thủy lực

Các thành phần thủy lực chính có thể bao gồm đường ống, van và thùng chứa.

Thành phần cơ khí

Có thể có trục quay để vận chuyển dữ liệu trong máy tính, bánh răng vi sai, bộ tích hợp đĩa, bi hoặc con lăn, cam 2-D và 3-D, bộ phân giải cơ học và bộ nhân, và mô-men xoắn servo.

Linh kiện điện và điện tử

- Điện trở và tụ điện chính xác.

- Mổ nội soi.

- Cấp số nhân.

- Chiết áp.

- Máy phát chức năng cố định.

Theo bản chất của các phép toán

Tuyến tính

Các thành phần tuyến tính thực hiện các phép toán cộng, tích phân, thay đổi dấu, nhân với một hằng số và các phép toán khác.

Phi tuyến tính

Bộ tạo hàm tái tạo các mối quan hệ phi tuyến tính. Có các thành phần máy tính được thiết kế để tái tạo một chức năng được chỉ định, từ một, hai hoặc nhiều đối số.

Thông thường trong lớp này để phân biệt giữa các thiết bị tái tạo các hàm không liên tục đối số đơn và các thiết bị chia cấp số nhân.

Hợp lý

Trong số các thành phần logic có các thiết bị logic tương tự, được thiết kế để tách số lượng lớn hơn hoặc nhỏ hơn giữa các số lượng khác nhau, thiết bị logic rời rạc, mạch chuyển tiếp và một số đơn vị đặc biệt khác.

Tất cả các thiết bị logic thường được kết hợp thành một, được gọi là thiết bị logic song song. Nó được trang bị bảng vá lỗi riêng để kết nối các thiết bị logic riêng lẻ với nhau và với các thành phần tương tự khác của máy tính.

Các loại

Máy tính cơ khí

Chúng được chế tạo từ các thành phần cơ khí, chẳng hạn như đòn bẩy và bánh răng, thay vì các thành phần điện tử.

Các ví dụ phổ biến nhất là thêm máy và bộ đếm cơ học, sử dụng sự quay của các bánh răng để thực hiện các phép cộng hoặc đếm. Các ví dụ phức tạp hơn có thể thực hiện phép nhân và phép chia, và thậm chí cả phép phân tích.

Các máy tính cơ học thực tế nhất sử dụng các trục quay để vận chuyển các biến từ cơ chế này sang cơ chế khác.

Trong bộ tổng hợp Fourier, một máy dự đoán thủy triều, cáp và ròng rọc đã được sử dụng để bổ sung các thành phần sóng hài.

Điều quan trọng là phải đề cập đến các thiết bị bay cơ học trong tàu vũ trụ ban đầu, cho thấy kết quả tính toán không phải dưới dạng chữ số, mà thông qua sự dịch chuyển của các bề mặt chỉ thị.

Các tàu vũ trụ có người lái của Liên Xô được trang bị một thiết bị gọi là Globus. Điều này cho thấy chuyển động tượng hình của Trái đất thông qua sự dịch chuyển của một quả địa cầu thu nhỏ, ngoài các chỉ số về vĩ độ và kinh độ.

Máy tính điện

Chúng phổ biến hơn vì chúng có băng thông rộng hơn đáng kể và thuận tiện cho việc kết nối với các máy tính khác và với các phần tử điều khiển thiết bị.

Họ sử dụng các tín hiệu điện chạy qua các điện trở và tụ điện khác nhau để mô phỏng các hiện tượng vật lý, thay vì tương tác cơ học của các thành phần.

Thiết kế của các phần tử tương tự của máy tính dựa trên các bộ khuếch đại điện tử dòng điện một chiều. Chúng có độ lợi cao ở chế độ mạch hở.

Tùy thuộc vào cấu trúc của mạch đầu vào và mạch phản hồi, một amp op thực hiện một phép toán tuyến tính hoặc phi tuyến tính. Cũng là sự kết hợp của các thao tác này.

Loại máy tính tương tự này đã được sử dụng rộng rãi trong công nghệ điện toán và quân sự vào giữa thế kỷ 20, chẳng hạn như trong các vụ thử máy bay và tên lửa.

Sự khác biệt với kỹ thuật số

Truyền tín hiệu

Tín hiệu kỹ thuật số có hai trạng thái rời rạc, tắt hoặc mở. Trạng thái tắt là 0 vôn và trạng thái bật là 5 vôn. Đây là lý do tại sao máy tính kỹ thuật số sử dụng dữ liệu số nhị phân, dưới dạng 0 và 1.

Tín hiệu tương tự là liên tục. Chúng có thể ở bất kỳ đâu giữa hai cực, chẳng hạn như -15 và +15 vôn. Điện áp của tín hiệu tương tự có thể không đổi hoặc thay đổi theo thời gian.

Nghĩa là, trong máy tính tương tự, dữ liệu được truyền dưới dạng tín hiệu liên tục. Trong máy tính số, chúng được truyền dưới dạng tín hiệu rời rạc.

Các loại mạch

Các mạch máy tính tương tự sử dụng bộ khuếch đại hoạt động, bộ tạo tín hiệu, mạng điện trở và tụ điện. Các mạch này xử lý tín hiệu điện áp liên tục.

Máy tính kỹ thuật số sử dụng nhiều loại mạch bật / tắt, chẳng hạn như bộ vi xử lý, bộ tạo xung nhịp và cổng logic.

Tức là, máy tính kỹ thuật số sử dụng mạch điện tử, trong khi máy tính tương tự sử dụng điện trở cho dòng tín hiệu liên tục.

Độ chính xác

Máy tính tương tự phải đối phó với một mức độ nhiễu điện nhất định trong mạch, ảnh hưởng đến độ chính xác của chúng. Các mạch của máy tính kỹ thuật số cũng có nhiễu điện, mặc dù điều này không ảnh hưởng đến độ chính xác hoặc độ tin cậy.

Mặt khác, máy tính tương tự không thể tạo ra kết quả lặp lại với một kết quả khớp chính xác. Điều này có nghĩa là máy tính tương tự kém chính xác hơn so với máy tính kỹ thuật số.

Lập trình

Cả máy tính tương tự và máy tính kỹ thuật số đều có thể được lập trình, mặc dù các phương pháp khác nhau.

Máy tính kỹ thuật số sử dụng các chuỗi lệnh phức tạp, chẳng hạn như so sánh hoặc nhân hai số hoặc di chuyển dữ liệu từ nơi này sang nơi khác.

Để lập trình một máy tính tương tự, các hệ thống con khác nhau được kết nối điện bằng cáp với nhau. Ví dụ, một bộ tạo tín hiệu được kết nối với một núm điều khiển, để thay đổi cường độ của tín hiệu.

Ví dụ

Đồng hồ lâu đài

Máy tính nổi tiếng này có khả năng lưu trữ các hướng dẫn lập trình. Đứng trên độ cao hơn ba mét, thiết bị hiển thị thời gian, cung hoàng đạo và cả quỹ đạo của mặt trời và mặt trăng.

Do đó, phần tính toán của thiết bị cho phép người dùng đặt thời lượng thay đổi trong ngày tùy theo mùa. Được mô tả vào năm 1206, chiếc máy tính này rất phức tạp vào thời đó.

Quy tắc trượt

Một trong những máy tính tương tự cơ học đơn giản và dễ nhận biết nhất là quy tắc trượt. Đây là một thiết bị để tính toán gần đúng toán học cơ bản.

Người dùng trượt một thanh đã đánh dấu để căn chỉnh nó với các dấu khác nhau trên một thanh khác, do đó đọc thiết bị dựa trên sự căn chỉnh của các dấu khác nhau đó.

Máy phân tích vi sai

Máy tính tương tự cơ học này có khả năng giải các phương trình vi phân. Với thiết kế cũ từ đầu những năm 1800, máy phân tích vi sai được hoàn thiện vào những năm 1930 và được sử dụng cho đến giữa thế kỷ 20.

Nó được coi là máy tính hiện đại đầu tiên. Nó nặng 100 tấn và chứa 150 động cơ, cộng với hàng trăm dặm của cáp kết nối rơle và ống chân không.

Theo tiêu chuẩn ngày nay, máy chạy chậm. Trên thực tế, nó chỉ nhanh hơn khoảng một trăm lần so với một người vận hành sử dụng máy tính để bàn.

Những ví dụ khác

- Nhà dự đoán Kerrison.

- Kính thiên thư, máy tính cân bằng và trọng lượng của máy bay.

- Máy tích phân cơ học như planimeter.

- Biểu đồ danh nghĩa.

- Kính che mặt bắn phá Norden.

- Máy tính liên quan đến điều khiển hỏa hoạn.

- Máy tích nước.

- MONIAC, mô hình kinh tế.

Hội đồng mô phỏng là một hiệp hội của những người sử dụng máy tính tương tự ở Hoa Kỳ.

Các bản tin của Hội đồng Mô phỏng từ năm 1952 đến năm 1963 hiện có sẵn trực tuyến. Chúng cho thấy những công nghệ thời bấy giờ và cả cách sử dụng phổ biến của máy tính analog.

Người giới thiệu

1. Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí (2019). Máy tính tương tự. Lấy từ: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Máy tính Analog. Lấy từ: trầnpedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Máy tính tương tự là gì? - Định nghĩa. Ghi chú Ecomputer. Lấy từ: ecomputernotes.com.
4. Bách khoa toàn thư Britannica (2019). Máy tính tương tự. Lấy từ: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 Sự khác biệt giữa Máy tính Tương tự và Kỹ thuật số. Lấy từ: techwalla.com.
6. Từ điển miễn phí (2019). Máy tính tương tự. Lấy từ: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Bách khoa toàn thư (2002). Máy tính, Analog. Lấy từ: encyclopedia.com.