Computadora hibrida

computadoras híbridas son computadoras que presentan características de computadoras analógicas y digitales. El componente digital normalmente sirve como controlador y proporciona operaciones lógicas y numéricas, mientras que el componente analógico a menudo sirve como solucionador de ecuaciones diferenciales y otros problemas matemáticos complejos.

Historia

El primer sistema informático híbrido de escritorio fue el Hycomp 250, lanzado por Packard Bell en 1961. Otro ejemplo temprano fue el HYDAC 2400, un ordenador híbrido integrado lanzado por EAI en 1963. En la década de 1980, Marconi Space and Defense Systems Limited ( bajo Peggy Hodges) desarrolló su "Computadora híbrida Starglow", que consistía en tres computadoras analógicas EAI 8812 conectadas a una computadora digital EAI 8100, esta última también conectada a una computadora digital SEL 3200. A finales del siglo XX, los híbridos disminuyeron con las crecientes capacidades de las computadoras digitales, incluidos los procesadores de señales digitales.

En general, las computadoras analógicas son extraordinariamente rápidas, ya que son capaces de resolver la mayoría de las ecuaciones matemáticamente complejas a la velocidad a la que una señal atraviesa el circuito, que generalmente es una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Por otra parte, la precisión de las computadoras analógicas no es buena; están limitados a tres, o como máximo, cuatro dígitos de precisión.

Se pueden construir computadoras digitales para llevar la solución de ecuaciones a una precisión casi ilimitada, pero con bastante lentitud en comparación con las computadoras analógicas. Generalmente, las ecuaciones matemáticas complejas se aproximan utilizando métodos iterativos que requieren un gran número de iteraciones, dependiendo de qué tan buena sea la "suposición" inicial. cuál es el valor final y cuánta precisión se desea. (Esta suposición inicial se conoce como "semilla" numérica). Para muchas operaciones en tiempo real en el siglo XX, estos cálculos digitales eran demasiado lentos para ser de mucha utilidad (p. ej. , para radares en fase de muy alta frecuencia o para cálculos meteorológicos), pero la precisión de un ordenador analógico es insuficiente.

Se pueden utilizar computadoras híbridas para obtener una 'semilla' muy buena pero relativamente imprecisa. valor, utilizando una interfaz de computadora analógica, que luego se introduce en un proceso iterativo de computadora digital para lograr el grado de precisión final deseado. Con una semilla numérica de alta precisión de tres o cuatro dígitos, el tiempo total de cálculo digital para alcanzar la precisión deseada se reduce drásticamente, ya que se requieren muchas menos iteraciones. Uno de los principales problemas técnicos a superar en los ordenadores híbridos es minimizar el ruido de los ordenadores digitales en los elementos informáticos analógicos y en los sistemas de puesta a tierra.

Considere que el sistema nervioso de los animales es una forma de computadora híbrida. Las señales pasan a través de las sinapsis de una célula nerviosa a la siguiente como paquetes discretos (digitales) de sustancias químicas, que luego se suman dentro de la célula nerviosa de forma analógica mediante la creación de un potencial electroquímico hasta que se alcanza su umbral, tras lo cual se descarga y envía una serie de paquetes digitales a la siguiente célula nerviosa. Las ventajas son al menos triples: el ruido dentro del sistema se minimiza (y tiende a no ser aditivo), no se requiere un sistema de conexión a tierra común y hay una degradación mínima de la señal incluso si hay diferencias sustanciales en la actividad de las celdas a lo largo de una línea. ruta (sólo los retrasos de la señal tienden a variar). Las células nerviosas individuales son análogas a las computadoras analógicas; las sinapsis son análogas a las computadoras digitales.

Las computadoras híbridas son distintas de los sistemas híbridos. Este último no podrá ser más que un ordenador digital equipado con un convertidor analógico-digital en la entrada y/o un convertidor digital-analógico en la salida, para convertir señales analógicas para el procesamiento ordinario de señales digitales, y a la inversa, por ejemplo, para accionar sistemas de control físico, como servomecanismos.

Chip informático híbrido VLSI

En 2015, investigadores de la Universidad de Columbia publicaron un artículo sobre una computadora híbrida a pequeña escala con tecnología CMOS de 65 nm. Esta computadora híbrida VLSI de cuarto orden contiene 4 bloques integradores, 8 bloques de configuración de ganancia/multiplicador, 8 bloques de distribución para distribuir señales en modo actual, 2 bloques ADC, 2 DAC y 2 SRAM. También se implementan controladores digitales en el chip para ejecutar las instrucciones externas. Un experimento con robot descrito en el artículo demuestra el uso del chip informático híbrido en las aplicaciones integradas de bajo consumo emergentes de hoy en día.