Στην επιστήμη των υπολογιστών, το "Analog" αναφέρεται σε ένα σύστημα ή μια αναπαράσταση που χρησιμοποιεί συνεχείς φυσικές ποσότητες να αντιπροσωπεύουν δεδομένα ή να εκτελούν υπολογισμούς. Αυτές οι ποσότητες μπορούν να ποικίλουν ομαλά και συνεχώς σε ένα εύρος τιμών.
Παραδείγματα αναλογικών ποσοτήτων περιλαμβάνουν:
* Τάση: Η διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού σε ένα κύκλωμα.
* ρεύμα: Η ροή του ηλεκτρικού φορτίου.
* Συχνότητα: Ο αριθμός των κύκλων ανά δευτερόλεπτο ενός σήματος.
* Θερμοκρασία: Ο βαθμός θερμότητας ή ψυχρότητα.
* Πίεση: Η δύναμη ασκείται ανά μονάδα επιφάνειας.
* ένταση φωτός: Η ποσότητα φωτεινής ενέργειας ανά περιοχή μονάδας.
Χαρακτηριστικά αναλογικών συστημάτων:
* Συνεχής αναπαράσταση: Τα δεδομένα αντιπροσωπεύονται από ένα συνεχές εύρος τιμών και όχι από διακριτά βήματα.
* ευαισθησία στον θόρυβο: Τα αναλογικά σήματα επηρεάζονται εύκολα από το θόρυβο, το οποίο μπορεί να διαστρεβλώσει τις πληροφορίες που φέρουν.
* πολυπλοκότητα: Τα αναλογικά κυκλώματα μπορούν να γίνουν πολύπλοκα και δύσκολο να σχεδιαστούν με ακρίβεια για περίπλοκες υπολογισμούς.
* Λιγότερο ακριβές: Περιορισμένη ακρίβεια σε σύγκριση με τα ψηφιακά συστήματα λόγω των εγγενών περιορισμών στη μέτρηση και τον χειρισμό των συνεχών ποσοτήτων.
Οι σύγχρονες τεχνολογίες υπολογιστών είναι κατά κύριο λόγο ψηφιακές . Τα ψηφιακά συστήματα χρησιμοποιούν διακριτές τιμές (συνήθως αντιπροσωπεύονται από bits - 0 ή 1) για να αντιπροσωπεύουν δεδομένα και να εκτελούν λειτουργίες. Ωστόσο, οι αναλογικές έννοιες εξακολουθούν να παίζουν ρόλο:
1. Διασύνδεση στον πραγματικό κόσμο: Ο φυσικός κόσμος είναι εγγενώς αναλογικός. Οι σύγχρονοι υπολογιστές συχνά αλληλεπιδρούν με αναλογικά σήματα μέσω των μετατροπέων αναλογικών προς ψηφιακό (ADCs) και Μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογία (DACS) .
* adcs: Μετατρέψτε τα συνεχή αναλογικά σήματα (π.χ. από αισθητήρες όπως μικρόφωνα, ανιχνευτές θερμοκρασίας ή αισθητήρες φωτός) σε διακριτά ψηφιακά δεδομένα που μπορεί να επεξεργαστεί ο υπολογιστής.
* DACS: Μετατρέψτε τα ψηφιακά δεδομένα από τον υπολογιστή σε αναλογικά σήματα που μπορούν να ελέγξουν τις φυσικές συσκευές (π.χ. ηχεία, κινητήρες, οθόνες).
Χωρίς αυτούς τους μετατροπείς, οι υπολογιστές θα ήταν τυφλοί και κωφοί στον αναλογικό κόσμο γύρω τους.
2. Υποκείμενη φυσική των ψηφιακών κυκλωμάτων: Ενώ τα ψηφιακά κυκλώματα λειτουργούν με διακριτά επίπεδα τάσης (που αντιπροσωπεύουν 0 και 1), η υποκείμενη φυσική των τρανζίστορ και άλλων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων εξακολουθεί να είναι αναλογική. Η ροή των ηλεκτρονίων μέσα σε ένα τρανζίστορ είναι μια συνεχής διαδικασία. Ωστόσο, ο σχεδιασμός του ψηφιακού κυκλώματος στοχεύει στον έλεγχο και να περιορίσει αυτά τα αναλογικά αποτελέσματα για τη δημιουργία αξιόπιστης και προβλέψιμης ψηφιακής συμπεριφοράς.
3. Σχεδιασμός μικτού σήματος: Πολλά σύγχρονα ολοκληρωμένα κυκλώματα συνδυάζουν τόσο τα αναλογικά όσο και τα ψηφιακά εξαρτήματα στο ίδιο τσιπ. Αυτό είναι κοινό σε εφαρμογές όπως:
* Επεξεργασία ήχου: Συνδυάζοντας αναλογικούς ενισχυτές και φίλτρα με τεχνικές επεξεργασίας ψηφιακού σήματος.
* Επικοινωνίες: Ενσωμάτωση κυκλωμάτων αναλογικής ραδιοσυχνοτήτων (RF) με ψηφιακή επεξεργασία βασικής ζώνης.
* Διαχείριση ενέργειας: Χρησιμοποιώντας αναλογικά κυκλώματα ελέγχου για τη ρύθμιση της τάσης και του ρεύματος σε ψηφιακές συσκευές.
4. Νευρομορφικό υπολογισμό: Αυτό το αναδυόμενο πεδίο αντλεί έμπνευση από το αναλογικό και μαζικά παράλληλη αρχιτεκτονική του εγκεφάλου. Σκοπός του είναι να δημιουργήσει συστήματα ηλεκτρονικών υπολογιστών που μπορούν να εκτελούν σύνθετες εργασίες, όπως η αναγνώριση προτύπων, με πολύ χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας από τους παραδοσιακούς ψηφιακούς υπολογιστές. Τα νευρομορφικά τσιπ συχνά χρησιμοποιούν αναλογικά κυκλώματα για να μιμηθούν τη συμπεριφορά των νευρώνων και των συνάψεων.
5. Quantum Computing: Αν και δεν είναι αυστηρά "αναλογικό" με την παραδοσιακή έννοια, η κβαντική υπολογιστική χρησιμοποιεί συχνά συνεχή φυσικά φαινόμενα (όπως η υπέρθεση και η εμπλοκή) για την εκτέλεση υπολογισμών. Η χειραγώγηση αυτών των κβαντικών καταστάσεων μπορεί να θεωρηθεί ως αξιοποίηση αναλογικών ιδιοτήτων για υπολογισμό.
Γιατί κυριαρχούν τα ψηφιακά συστήματα:
Παρά τη συνεχιζόμενη συνάφεια των αναλογικών εννοιών, τα ψηφιακά συστήματα έχουν γίνει το κυρίαρχο πρότυπο για τον υπολογισμό λόγω πολλών πλεονεκτημάτων:
* Ακρίβεια και αξιοπιστία: Τα ψηφιακά συστήματα είναι λιγότερο ευαίσθητα στον θόρυβο και μπορούν να διατηρήσουν υψηλή ακρίβεια σε μεγάλες περιόδους.
* Προγραμματισμός και ευελιξία: Τα ψηφιακά συστήματα μπορούν εύκολα να προγραμματιστούν και να αναδιαμορφωθούν για την εκτέλεση διαφορετικών εργασιών.
* Επιμελητικότητα: Τα ψηφιακά κυκλώματα μπορούν να κλιμακωθούν σε μικρότερα μεγέθη και να ενσωματωθούν σε σύνθετα συστήματα με σχετική ευκολία.
* Κόστος-αποτελεσματικότητα: Οι ψηφιακές διαδικασίες κατασκευής είναι εξαιρετικά βελτιστοποιημένες, οδηγώντας σε χαμηλότερο κόστος παραγωγής.
Συνοπτικά:
Ενώ οι σύγχρονοι υπολογιστές λειτουργούν κυρίως σε ψηφιακές αρχές, οι αναλογικές έννοιες παραμένουν σημαντικές για τη διασύνδεση με τον πραγματικό κόσμο, την κατανόηση της θεμελιώδους φυσικής των κυκλωμάτων και την ανάπτυξη εξειδικευμένων αρχιτεκτονικών υπολογιστών. Οι αναλογικές και ψηφιακές τεχνολογίες συχνά συνυπάρχουν και συμπληρώνουν ο ένας τον άλλον σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Η σχέση μεταξύ τους δεν είναι αντικαταστάτη, αλλά συνεργασίας, αξιοποιώντας τα πλεονεκτήματα κάθε προσέγγισης για τη δημιουργία ισχυρών και ευέλικτων συστημάτων υπολογιστών.
Πνευματικά δικαιώματα © Γνώση Υπολογιστών Όλα τα δικαιώματα κατοχυρωμένα