АВМ. Антикитерский механизм. Первые авм
 Скачать 18.8 Kb.
|
|
АВМ Введение Сегодня я хотел бы поделиться с вами информацией об аналоговых вычислительных машинах. Эти устройства разрабатывались задолго до появления современных цифровых компьютеров и по сей день имеют определенное значение в научных и инженерных приложениях, где требуется высокая точность и скорость вычислений. Разница между цифрового и аналогового компьютера в самом способе представления информации. Аналоговый компьютер оперирует непрерывными величинами, величинами, способными принимать любые значения и изменяться непрерывно. Они способны довольно успешно моделировать разнообразные физические процессы, на которые цифровому бы потребовалось огромное количество операций. Цифровой компьютер оперирует дискретными величинами и символами. Простота, надёжность, устойчивость к помехам, точность вычислений дали возможность их применять в самом широком спектре задач. Таким образом в настоящее время подавляющее большинство компьютеров — цифровые. Но такая ситуация сложилась всего 100 лет назад, до 21 века АВМ удерживали лидерство, точнее ЭВМ просто не существовало. Так что получается, АВМ прошлое поколение ЭВМ или новые АВМ мы еще увидим в будущем? Антикитерский механизм. Первые АВМ. Одним из первых аналоговых компьютеров является Антиките́рский механи́зм — механическое устройство, поднятое в 1901 году с древнего судна. Остатки судна и его груз обнаружены греческим водолазом 4 апреля 1900 года недалеко от греческого острова Андики́тира. Механизм датируется приблизительно второй половиной II века до нашей эры (по некоторым оценкам — до 205 года до н. э.). Хранится в Национальном археологическом музее в Афинах. Механизм содержал не менее 30 бронзовых шестерён в прямоугольном деревянном корпусе, на бронзовых передней и задней панелях которого были размещены циферблаты со стрелками. Две прямоугольные бронзовые защитные пластины прикрывали переднюю и заднюю панель. Ориентировочные размеры в сборе 31,5×17×6 см. Механизм использовался для расчёта движения небесных тел и позволял узнать дату 42 астрономических событий. Устройства, аналогичные антикитерскому механизму, упоминаются более чем в дюжине литературных произведений, которые написаны с 300 года до нашей эры по 500 год нашей эры. Также довольно популярным считается астролябия. Это изобретение было известным в научных кругах среди астрологов и астрономов еще до нашей эры, помогало определять местоположение звезд на небе и разбираться в длительности суток. Первым аналоговым вычислительным устройством можно считать логарифмическую линейку которую разработал Уильям Отред в 1622 году. Машина для прогнозирования приливов и отливов В конце 19-го начале 20- го веков многие АВМ создавались, чтобы предсказать приливы, отливы и нерегулярные вариации в их высотах - которые изменяются в смесях ритмов, которые никогда (в совокупности) не повторяются в точности. Они были необходимы, чтобы сократить трудоемкие и подверженные ошибкам вычисления при прогнозировании приливов и отливов. Такие машины обычно давали прогнозы на годы вперед. Состояние, к которому наука предсказания приливов пришла к 1870-м годам, можно резюмировать: астрономические теории Луны и Солнца определили частоты и силы различных компонентов силы, генерирующей приливы. Но для эффективного прогнозирования в любом конкретном месте требовалось измерение адекватной выборки местных приливных наблюдений, чтобы показать местный отклик приливов на этих разных частотах, по амплитуде и фазе. Затем эти наблюдения нужно было проанализировать, чтобы получить коэффициенты и фазовые углы. Затем, в целях прогнозирования, эти местные приливные константы должны были быть рекомбинированы, каждая с различным компонентом сил, генерирующих приливы, к которым он применяется, и в каждой последовательности будущих дат и времени, а затем различные элементы, наконец, собраны вместе, чтобы получить их совокупные эффекты. В эпоху, когда вычисления производились вручную и мозгом, карандашом, бумагой и таблицами, это было признано чрезвычайно трудоемким и подверженным ошибкам делом. Ульям Томсон, лорд Кельвин, признал, что нужен был удобный и предпочтительно автоматизированный способ многократной оценки суммы приливных членов, таких как: содержащий 10, 20 или даже больше тригонометрических членов, так что вычисление может быть удобно полностью повторено для каждого из очень большого числа различных выбранных значений даты / времени . Это была суть проблемы, решаемой машинами для предсказания приливов и отливов. Томсон задумал создать механизм, который оценивал бы эту тригонометрическую сумму физически, например, как вертикальное положение пера, которое затем могло бы нарисовать кривую на движущейся полосе бумаги. Ему было доступно несколько механизмов для преобразования вращательного движения в синусоидальное. Один из них показан на схеме. Вращающееся ведущее колесо оснащено смещенным от центра штифтом. Вал с горизонтальной прорезью может свободно перемещаться вертикально вверх и вниз. Смещенный от центра штифт колеса находится в прорези. В результате, когда штифт перемещается вместе с колесом, он может заставить вал перемещаться вверх и вниз в определенных пределах. Такое расположение показывает, что когда ведущее колесо вращается равномерно, скажем по часовой стрелке, вал движется синусоидально вверх и вниз. Вертикальное положение центра паза в любой момент может быть выражено как , где - радиальное расстояние от центра колеса до штифта, - это скорость, с которой колесо поворачивается (в радианах в единицу времени), и - начальный фазовый угол стержня, измеренный в радианах от положения на 12 часов до углового положения, в котором стержень находился в нулевой момент времени. Такое расположение представляет собой физический аналог всего одного тригонометрического члена. Томсону нужно было построить физическую сумму многих таких членов. Сначала он склонялся к использованию шестеренок. Затем он обсудил проблему с инженером Бошамом Тауэром перед собранием Британской ассоциации в 1872 году, и Тауэр предложил использовать устройство, которое (как он помнил) когда-то использовалось Уитстоном . Это была цепь, которая попеременно проходила над и под последовательностью шкивов на подвижных валах. Цепь закреплялась на одном конце, а другой (свободный) конец утяжелялся для удержания натяжения. По мере того, как каждый вал перемещается вверх или вниз, он поднимает или освобождает цепь соответствующей длины. Перемещения свободного (подвижного) конца цепи представляют собой сумму перемещений различных валов. Подвижный конец держали туго натянутым и снабжался ручкой и движущейся полосой бумаги, на которой перо рисовало приливную кривую. В некоторых конструкциях подвижный конец лески был соединен вместо этого с циферблатом и шкалой, по которой можно было считывать приливные высоты. Один из проектов Томсона для вычислительной части машины для прогнозирования приливов и отливов показан на рисунке. Длинный шнур с одним закрепленным концом проходил вертикально вверх и над первым верхним шкивом, затем вертикально вниз и под следующим и так далее. Все эти шкивы перемещались вверх и вниз с помощью кривошипов, и каждый шкив принимал или выпускал шнур в зависимости от направления, в котором он двигался. Все эти кривошипы приводились в движение цепями колес, зацепляющихся в колеса, закрепленные на приводном валу. Наибольшее количество зубьев на любом колесе было 802, зацепляющимся с другим из 423. Все остальные колеса имели сравнительно небольшое количество зубцов. Маховик с большой инерцией позволял оператору быстро вращать машину, не дергая шкивы, и таким образом съезжать с годовой кривой примерно за двадцать пять минут. Показанная на рисунке машина была рассчитана на пятнадцать компонентов. |