green_fr (green_fr) wrote,
green_fr
green_fr

Category:

Pour le science № 522 — аналоговые компьютеры

Статья о том, что в 2006 году музей Arts et Métiers приобрёл в свою коллекцию компьютер EAI 8800. В коллекции музея уже была куча всего разного, от Паскалины до Крея, и они явно не собирались коллекционировать все компьютеры истории, но тем не менее, эту 3-тонную махину взяли. Потому что это целый пласт вычислительной техники, о котором лично я даже не подозревал — аналоговые компьютеры. Конкретнее — электрические аналоговые компьютеры, в отличие от той же логарифмической линейки, которую можно считать механической аналоговой вычислительной машиной.



Насколько я понял, принцип состоит в том, чтобы построить электрическую схему, которая моделирует нужный нам процесс, подать ток и посмотреть, что будет. Например, стандартная колебательная схема «генератор — сопротивление — индукция — конденсатор» прекрасно моделирует колебание маятника или груза на пружине. Ничего общего в физическом принципе, но и там и там процессы описываются одинаковыми уравнениями — profit.

Метод постепенно развился и привёл к модульным компьютерам, когда ты не сам придумываешь и паяешь нужную тебе схему, а покупаешь набор стандартных деталей (сумматор, интегратор, дифференциатор и пр.), плюс логику, которая поможет тебе добавить («написать») элементы чисто твоей системы. Всё это можно соединить проводами и запустить. По сравнению с цифровыми компьютерами того времени — фантастика.

Во-первых, не нужно переводить свои вычисления в формализм информатики (что такое «переменная» или «цикл»?), вычисления на бумаге прямо переводятся (если переводятся) в схему для механического конструктора. То есть вот ты пишешь дифур, и непосредственно для него собираешь калькулятор — вместо того, чтобы кодить и плодить перфокарты. Это не быстрее, но это понятнее для инженера.

Во-вторых, скорость вычисления: включил ток — смотришь на результат. Опять таки, вместо того, чтобы несколько часов ждать, пока твои перфокарты переварит и обработает цифровая машина. Ты можешь изменить параметры и немедленно увидеть реакцию на них системы. Моделируя какой-то эффект, ты можешь играть со временем модели, ускоряя слишком медленные процессы и наоборот, замедляя взрыв, например.

В этом месте меня озарило, откуда растут ноги у SimuLink. Я на каждой презентации MathWorks тщетно пытался понять, кто этим вообще может пользоваться, такая экзотика! Теперь понятно, кто.

Пишут про точность расчётов — каждый элемент можно было довести до точности 10-4 (золотые разъёмы на проводах — это из той эпохи), таким образом общая точность получалась порядка 10-2 — 10-3. Что выглядит смешно по сравнению с «абсолютной точностью» цифровых компьютеров, но совсем неплохо по сравнению с точностью математических моделей — а если мы занимаемся не абстрактными расчётами, то нас ведь интересует соответствие результата не решению уравнения, а поведению реального предмета в реальных условиях.

Ещё забавный пассаж про отрыв инженеров от математиков. Очевидно, что аналоговыми компьютерами пользовались скорее инженеры-практики, которые могли не быть в курсе каких-то базовых понятий математики. В этом месте вспоминается анекдот (кажется, от avva, но не могу найти) про медицинский журнал, в котором недавно на полном серьёзе опубликовали статью, описывающую чуть ли не принцип интегрирования — революционная техника, призванная упростить множество расчётов! Так и тут — пишут об инженерах, своим умом дошедших до методов решения дифуров, которые сводились к известным с начала века методам. В этом месте я порадовался, вспомнив институтский курс программирования, на котором мы проходили методы Рунге-Кутта — тогда мне это казалось совершенно ненужным (по этому предмету у меня была одна из двух троек, из-за которых не получался красный диплом), и только теперь понятно, что это вообще было и зачем.

Возвращаясь к переданному в музей компьютеру. В начале 1970-х он успел поработать на CEA и EDF, на нём считали французские ядерные реакторы. С середины 1970-х по середину 1980-х никто не знает, где он был (напоминаю, речь идёт о 3-тонной машине, занимающей большую комнату). А с середины 1980-х на нём в Matra считали баллистические ракеты. Пишут о том, как в 1960-х годах для разработки одной ракеты делали порядка 200 запусков, и как использование компьютеров привело к снижению этого числа до 15 в 1990-х (сейчас довели до единиц реальных запусков). Понятно, что им давно уже не пользуются, собирались выбросить при очередной реорганизации пространства, но перед этим догадались позвонить в музей, спросить, не нужно ли им такое счастье?

Заканчивается статья разной современной экзотикой, так или иначе на тему аналоговых компьютеров. Например, биохимический-компьютер (MIT, 2017) — данные «вводятся» концентрацией или количеством реактивов, химические реакции каким-то образом моделируют различные системы, которые сейчас моделируются цифровыми системами, например тренировку нейронной сети.
Tags: pour la science
Subscribe

  • Альтернативы

    Итак, флешмоб, мне mbla выдала пары концептов на выбор. Мне больше всего было интересно, что ей покажется нетривиальным в моём выборе…

  • Телефоны-фотоаппараты

    Я продолжаю офигевать от качества фотоаппаратов современных телефонов. Сестра прислала фоточку, а там на фоне видно звёздное небо. Мне стало…

  • Линьяно 2021

    Этим летом устроили себе «День сурка» второго порядка: после года, проведённого как один нескончаемый день, решили провести летний отпуск в точности…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 32 comments

  • Альтернативы

    Итак, флешмоб, мне mbla выдала пары концептов на выбор. Мне больше всего было интересно, что ей покажется нетривиальным в моём выборе…

  • Телефоны-фотоаппараты

    Я продолжаю офигевать от качества фотоаппаратов современных телефонов. Сестра прислала фоточку, а там на фоне видно звёздное небо. Мне стало…

  • Линьяно 2021

    Этим летом устроили себе «День сурка» второго порядка: после года, проведённого как один нескончаемый день, решили провести летний отпуск в точности…