Hybrid computer , hybrid computer , analog-digital system - en type hybrid computing system (HCS), der kombinerer egenskaberne ved analoge og digitale computerenheder [1] .
Fremkomsten af hybride computersystemer var forbundet med det faktum, at hverken analoge eller digitale metoder var tilstrækkelige til en række problemer, der opstod inden for ingeniørarbejde i modellering af komplekse systemer.
Disse opgaver var:
Digitale maskiner fra den tilsvarende æra[ hvornår? ] havde ikke tilstrækkelig hastighed til at behandle nye dataarrays i realtid, og analoge maskiner tillod ikke at opnå hele den mulige række af simulerede situationer.
Derfor blev der fundet en løsning til at opdele beregningsprocessen i flere klasser af operationer, hvorefter den mest komplekse funktionelle signalbehandling tildeles systemets analoge moduler, mens beslutningsalgoritmer, scenarier og indstilling af indledende og endelige betingelser er tildelt digitale moduler.
Alt dette gjorde det muligt at reducere omkostningerne ved computerkraft på de brugte digitale computere og øge hastigheden af de resulterende hybridsystemer.
I et hybridt computersystem er mange af de ulemper, der er forbundet med hver type computer separat, blevet elimineret, og fordele såsom [1] [2] er kombineret :
Til samspillet mellem analoge og digitale knudepunkter i GVM'en bruges specielle konverteringsanordninger, især en analog-til-digital-konverter (ADC) og en digital-til-analog-konverter (DAC), styrede forstærkere, switche osv. [2]
Hybride computersystemer er bygget af følgende elementer:
Et effektivt hybridkompleks kan kun skabes som et resultat af en grundig undersøgelse af fagområdet, afklaring af alle applikationsfunktioner og en detaljeret analyse af typiske opgaver. Derfor er det grundlæggende forkert at tale om en enkelt arkitektur af hybride computersystemer.
Hybride computere kan ligesom analoge computere opdeles i to hovedgrupper:
Der er også analog-orienterede, digital-orienterede og balancerede hybride computersystemer.
Hybridsystemer løser effektivt følgende hovedgrupper af opgaver:
En af de typiske opgaver for den første gruppe er modellering af styresystemet på et valseværk. I dette tilfælde gengiver den analoge computer dynamikken i processerne i selve møllen, og styremaskinen er modelleret af en almencomputer med et specielt program. Den korte varighed af transiente processer i mølledrev og sammenkoblingen af et stort antal mængder, når man forsøger at simulere dem fuldstændigt på en realtidscomputer, ville kræve brugen af ultra-højhastighedscomputere, mens nøjagtigheden af modellering af de mest kritiske , vil hurtige processer primært blive bestemt af diskretiseringsfejl.
Denne klasse af opgaver er typisk for kontrol af militære faciliteter, for eksempel luftforsvarssystemer eller militære formationer.
Den anden gruppe omfatter to undergrupper af opgaver:
Homing missionerDe er kendetegnet ved, at bevægelsens bane dannes i selve bevægelsesprocessen som følge af kontrol og ydre påvirkninger. Når objektet nærmer sig målet, bliver ændringshastigheden af nogle parametre så høj, at brugen af rent digitale løsninger kræver ultrahøj hastighed, og en rent analog løsning er ikke i stand til at dække et stort dynamisk område af målte værdier med acceptabel nøjagtighed. Derudover kan en analog maskine ikke behandle nogen " grænse "-situation korrekt.
I dette tilfælde giver hybridsystemet dig mulighed for at kompensere for manglerne ved begge teknologier og "komme ud" af unormale forhold.
Komplekse simulatorerKonstruktionen af den beregningsmæssige del af de komplekse simulatorer viste, at den største nøjagtighed af modellering opnås, hvis bevægelsesligningerne omkring tyngdepunktet tildeles den analoge del, og den digitale maskine beskæftiger sig med bevægelsen af tyngdepunktet i rum og alle kinematiske relationer.
Denne gruppe inkluderer normalt opgaver, der løses ved at behandle resultaterne af flere implementeringer af en tilfældig proces.
Eksempler:
Implementeringen af en tilfældig proces af en analog maskine kræver for det første ikke en proportional stigning i energiomkostningerne med en stigning i hastigheden, og for det andet tillader den (i modsætning til digitale algoritmer ) at reducere repeterbarheden af de genererede sekvenser, især hvis de er meget lange.
I dette tilfælde fungerer en højhastigheds-AVM i tilstanden med flere gentagelser af løsningen, og behandlingen af resultaterne opnået ved dens udgange, behandlingen af grænsebetingelser og beregningen af funktionaliteter er tildelt computeren. Derudover er det den digitale computer, der sætter kriterierne og bestemmer slutningen af beregningen ud fra dem.
Hybride løsninger gør det muligt at reducere tiden til at løse problemer af denne type med flere størrelsesordener sammenlignet med rene digitale algoritmer, og i nogle tilfælde øger pålideligheden af de opnåede resultater uden væsentlige omkostninger.
Resultater svarende til effektivitet opnås, når hybridsystemer studerer processerne for udbredelse af excitation i biologiske systemer. Specificiteten af denne type problemer, selv i deres enkleste version, består modelleringen af et sådant miljø i konstruktionen af et komplekst ikke-lineært system af ligninger i partielle derivater.
Løsningen af optimale kontrolproblemer, når den anvendes på objekter højere end tredje orden, står over for fundamentale vanskeligheder.
Kompleksiteten i at modellere og opnå en løsning øges især, hvis den optimale styring skal søges på et kørende system.
Det er hybride computersystemer, der gør det muligt at eliminere eller i det mindste minimere disse vanskeligheder. For at gøre dette implementeres ved hjælp af GVM metoder som Pontryagin maximum princippet , som er ekstremt beregningsmæssigt komplekse.
GVM'er bruges også effektivt i problemer, hvor det vigtigste er konstruktionen og løsningen af ikke-lineære partielle differentialligninger.
Det kan både være analyseproblemer og optimerings- og identifikationsproblemer.
Eksempler på optimeringsproblemer:
Ved løsning af disse problemer kobles den digitale computer til netmodellen, som gentagne gange bruges i løsningsprocessen.
Væksten i mikroprocessorers computerkraft med flere størrelsesordener, miniaturiseringen af digitalt udstyr har reduceret behovet for at bygge hybridsystemer til de fleste af de beskrevne opgaver, og på nuværende tidspunkt kan hybridløsninger bruges:
Extrema er en familie af stationære hybride computersystemer. Med hensyn til hastighed og metode til indstilling af betingelser er maskinerne i denne familie tæt på analoge computere . De seneste modeller blev bygget på basis af en analog processor med yderligere systemer til indstilling af de indledende værdier af variabler. For at styre computerprocessen blev der brugt en visuel visningsenhed og en enhed til måling og styring af betingelserne for problemet, generering af tids- og ursignaler. De blev brugt til at løse systemer af ikke-lineære algebraiske og transcendentale ligninger, systemer med endelige uligheder, systemer med almindelige og ikke-lineære differentialligninger med givne begyndelsesbetingelser, finde koordinaterne for maksimum og minimum af en funktion af mange variable med forskellige begrænsninger, ikke-lineær programmering problemer osv. [1] De vigtigste kendetegn ved de nyeste modeller:
Ud over "arbejdsdelingsfordelene" har hybride computersystemer deres egne designudfordringer, der ikke findes i både digital og analog hardware.
Hovedproblemet er diskretiseringsfejl:
Da der er flere tovejskommunikation mellem de analoge og digitale dele i hybridsystemer, kan den variable mængde tidsforsinkelse, der indføres af softwarebehandling, føre til ikke-lineær feedback, som ikke er tilsigtet af modellen. Når man arbejder med en digital computer med ADC- og DAC-konvertere, giver dette ikke så væsentlige problemer, men i et hybridt computersystem kan det føre til tab af stabilitet og forstyrre hele systemets ydeevne.
For at estimere fejlen i et bestemt kompleks kræves en ekstremt kompleks analyse af udstyrets primære fejl og de sekundære fejl introduceret af transformationerne. Uden dette er det umuligt at udvikle nøjagtige computersystemer.
På trods af at de primære fejl i AVM og digital computer, hvorfra hybridsystemer er bygget, er blevet studeret ganske godt, er problemet med at estimere fejlen ved at løse ikke-lineære problemer ved hjælp af et hybridkompleks endnu ikke blevet løst.
I litteraturen er der tilfælde af fejlagtig tilskrivning til hybride computersystemer af analoge computere, der har separate elementer af diskret logik:
Det skal bemærkes, at sådanne computere beholder den analoge repræsentation som den vigtigste, og de digitale elementer bærer kun hjælpefunktioner.
| Computer klasser | |
|---|---|
| I henhold til opgaver | |
| Ved datapræsentation | |
| Efter talsystem | |
| Af arbejdsmiljø | |
| Efter aftale | |
| Supercomputere | |
| Lille og mobil | |