Hybriddator , hybriddator , analog-digitalt system - en typ av hybriddatorsystem (HCS), som kombinerar egenskaperna hos analoga och digitala datorenheter [1] .
Framväxten av hybridberäkningssystem var förknippad med det faktum att varken analoga eller digitala metoder var tillräckliga för ett antal problem som uppstod inom ingenjörskonst vid modellering av komplexa system.
Dessa uppgifter var:
Digitala maskiner från motsvarande era[ när? ] hade inte tillräcklig hastighet för att bearbeta framväxande datamatriser i realtid, och analoga maskiner tillät inte att uppnå alla möjliga olika simulerade situationer.
Därför hittade man en lösning för att dela upp beräkningsprocessen i flera klasser av operationer, varefter den mest komplexa funktionella signalbehandlingen tilldelas de analoga modulerna i systemet, medan beslutsalgoritmer, scenarier och inställning av initiala och slutliga villkor är tilldelas digitala moduler.
Allt detta gjorde det möjligt att minska kostnaderna för datorkraften för de använda digitala datorerna och öka hastigheten på de resulterande hybridsystemen.
I ett hybridberäkningssystem har många av nackdelarna med varje typ av dator för sig eliminerats, och fördelar som [1] [2] kombineras :
För växelverkan mellan analoga och digitala noder i GVM används speciella omvandlingsanordningar, i synnerhet en analog-till-digital-omvandlare (ADC) och en digital-till-analog-omvandlare (DAC), kontrollerade förstärkare, switchar, etc. [2]
Hybridberäkningssystem är byggda av följande element:
Ett effektivt hybridkomplex kan endast skapas som ett resultat av en grundlig studie av ämnesområdet, förtydligande av alla applikationsegenskaper och en detaljerad analys av typiska uppgifter. Därför är det fundamentalt fel att tala om en enda arkitektur av hybrida datorsystem.
Hybriddatorer kan, precis som analoga datorer, delas in i två huvudgrupper:
Det finns också analogt orienterade, digitalt orienterade och balanserade hybridberäkningssystem.
Hybridsystem löser effektivt följande huvudgrupper av uppgifter:
En av de typiska uppgifterna för den första gruppen är att modellera styrsystemet för ett valsverk. I det här fallet återger den analoga datorn dynamiken i processerna i själva bruket, och styrmaskinen är modellerad av en allmändator med ett speciellt program. Den korta varaktigheten av transienta processer i fabriksdrifter och sammankopplingen av ett stort antal kvantiteter när man försöker simulera dem helt på en realtidsdator skulle kräva användning av ultrahöghastighetsdatorer, samtidigt som noggrannheten i modelleringen av de mest kritiska , skulle snabba processer i första hand bestämmas av diskretiseringsfel.
Denna klass av uppgifter är typisk för kontroll av militära anläggningar, till exempel luftförsvarssystem eller militära formationer.
Den andra gruppen innehåller två undergrupper av uppgifter:
HemsökningsuppdragDe kännetecknas av det faktum att rörelsebanan bildas i själva rörelseprocessen som ett resultat av kontroll och yttre påverkan. När objektet närmar sig målet blir förändringshastigheten för vissa parametrar så hög att användningen av rent digitala lösningar kräver ultrahög hastighet, och en rent analog lösning kan inte täcka ett stort dynamiskt område av uppmätta värden med acceptabel noggrannhet. Dessutom kan en analog maskin inte korrekt bearbeta någon " gräns "-situation.
I det här fallet låter hybridsystemet dig kompensera för bristerna i båda teknikerna och "komma ur" onormala förhållanden.
Komplexa simulatorerKonstruktionen av beräkningsdelen av de komplexa simulatorerna visade att den största noggrannheten i modelleringen uppnås om rörelseekvationerna runt tyngdpunkten tilldelas den analoga delen, och den digitala maskinen hanterar rörelsen av tyngdpunkten i rymden och alla kinematiska relationer.
Denna grupp inkluderar vanligtvis uppgifter som löses genom att bearbeta resultaten av flera implementeringar av en slumpmässig process.
Exempel:
Implementeringen av en slumpmässig process av en analog maskin kräver för det första inte en proportionell ökning av energikostnaderna med en ökning av hastigheten, och för det andra tillåter det (till skillnad från digitala algoritmer ) att minska repeterbarheten för de genererade sekvenserna, särskilt om de är mycket långa.
I det här fallet fungerar en höghastighets-AVM i läget för multipel upprepning av lösningen, och bearbetningen av resultaten som erhålls vid dess utgångar, bearbetningen av gränsvillkor och beräkningen av funktionaliteter tilldelas datorn. Dessutom är det den digitala datorn som sätter kriterierna och bestämmer slutet på beräkningen utifrån dem.
Hybridlösningar gör det möjligt att minska tiden för att lösa problem av denna typ med flera storleksordningar jämfört med rent digitala algoritmer, och i vissa fall öka tillförlitligheten hos de resultat som erhålls utan betydande kostnader.
Resultat liknande effektivitet uppnås när hybridsystem studerar processerna för utbredning av excitation i biologiska system. Specificiteten för denna typ av problem, även i sin enklaste version, består modelleringen av en sådan miljö i konstruktionen av ett komplext olinjärt system av ekvationer i partiella derivator.
Lösningen av optimala kontrollproblem när den tillämpas på objekt högre än den tredje ordningen står inför grundläggande svårigheter.
Komplexiteten i att modellera och få fram en lösning ökar särskilt om den optimala kontrollen behöver sökas på ett körande system.
Det är hybridberäkningssystem som gör det möjligt att eliminera eller åtminstone minimera dessa svårigheter. För att göra detta, med hjälp av GVM, implementeras metoder som Pontryagin-maximumprincipen , vilka är extremt beräkningsmässigt komplexa.
GVM:er används också effektivt i problem där huvudsaken är konstruktionen och lösningen av olinjära partiella differentialekvationer.
Det kan vara både analysproblem och optimerings- och identifieringsproblem.
Exempel på optimeringsproblem:
När man löser dessa problem kopplas den digitala datorn till rutnätsmodellen, som upprepade gånger används i lösningsprocessen.
Tillväxten av datorkraften hos mikroprocessorer med flera storleksordningar, miniatyriseringen av digital utrustning har minskat behovet av att bygga hybridsystem för de flesta av de beskrivna uppgifterna, och för närvarande kan hybridlösningar användas:
Extrema är en familj av hybriddatorsystem för stationära datorer. När det gäller hastighet och metod för att ställa in villkor, är maskinerna i denna familj nära analoga datorer . De senaste modellerna byggdes på basis av en analog processor med ytterligare system för att ställa in initialvärdena för variabler. För att styra beräkningsprocessen användes en visuell visningsenhet och en anordning för att mäta och kontrollera tillstånden för problemet, generering av tids- och klocksignaler. De användes för att lösa system med olinjära algebraiska och transcendentala ekvationer, system med ändliga olikheter, system med vanliga och olinjära differentialekvationer med givna initiala villkor, hitta koordinaterna för maximum och minimum av en funktion av många variabler med olika begränsningar, olinjär programmering problem , etc. [1] De viktigaste egenskaperna hos de senaste modellerna:
Förutom fördelarna med "arbetsfördelningen" har hybriddatorsystem sina egna designutmaningar som inte finns i både digital och analog hårdvara.
Det största problemet är diskretiseringsfel:
Eftersom det finns multipel dubbelriktad kommunikation mellan de analoga och digitala delarna i hybridsystem, kan den varierande mängden tidsfördröjning som introduceras av mjukvarubehandling leda till icke-linjär återkoppling som inte är avsedd av modellen. När man arbetar med en digital dator med ADC- och DAC-omvandlare orsakar detta inte så stora problem, men i ett hybriddatorsystem kan detta leda till en förlust av stabilitet och störa hela systemets prestanda.
För att uppskatta felet för ett visst komplex krävs en extremt komplex analys av utrustningens primära fel och de sekundära felen som införs av transformationerna. Utan detta är det omöjligt att utveckla exakta datorsystem.
Trots att de primära felen i AVM och digital dator, från vilka hybridsystem byggs, har studerats ganska väl, har problemet med att uppskatta felet vid lösning av olinjära problem med hjälp av ett hybridkomplex ännu inte lösts.
I litteraturen finns det fall av felaktig tillskrivning till hybridberäkningssystem för analoga datorer som har separata element av diskret logik:
Det bör noteras att sådana datorer behåller den analoga representationen som den huvudsakliga, och de digitala elementen bär endast hjälpfunktioner.
| Datorkurser | |
|---|---|
| Enligt arbetsuppgifter | |
| Genom datapresentation | |
| Efter nummersystem | |
| Genom arbetsmiljö | |
| Enligt överenskommelse | |
| Superdatorer | |
| Liten och mobil | |