ハイブリッドコンピュータ：機能、種類、利点、例 - 技術 - 2025

ハイブリッドコンピュータは、アナログとデジタル機器の機能を持っているコンピュータです。デジタルデバイスは論理演算の制御と解決に使用され、アナログデバイスは微分方程式のソルバーとして使用されます。

一般に、複雑な方程式の近似解は、反復数値法を使用して取得されます。これは、最終値の初期「シード」の精度と必要な精度に応じて、多数の反復を必要とします。

Hitachi 505アナログハイブリッドコンピューター。philreichert.org経由の画像

アナログ機器は、信号が回路を通過する速度と非常に複雑な方程式を解くことができるため、通常、驚くほど高速です。これは、光速のかなりの部分です。

ただし、アナログコンピューターの精度は良くなく、3桁または最大4桁の精度に制限されています。

一方、デジタル機器は、方程式の解がほぼ正確な精度になるように製造されていますが、アナログコンピューターと比較するとはるかに低速です。

したがって、多くのリアルタイム操作では、これらのデジタル計算は遅すぎて役に立たないが、アナログコンピュータの精度も十分ではない。したがって、ハイブリッドコンピュータの重要性。

特徴

アナログコンポーネントとデジタルコンポーネントの組み合わせ

これらのコンピューターは、アナログデバイスとデジタルデバイスを一致させるコンピューターシステムに基づいています。

通常、コンピューターのアナログコンポーネントは複雑な数学的計算を実行します。デジタルコンポーネントは、算術演算と論理演算の両方を担当し、システムの制御にも使用されます。

スーパーコンピューターの場合、デジタル信号とアナログ信号を処理できる機械の組み合わせに相当します。ハイブリッドコンピュータは、非常に複雑なシミュレーションを実行するための適切な方法を提供します。

最高のアナログとデジタルの世界

このタイプの統合コンピュータを作成することにより、アナログコンピューティングとデジタルコンピューティングの両方の利点をすぐに利用できます。

ハイブリッドコンピュータは、計算が非常に複雑であっても、方程式を解くのに非常に高速です。これは、機器の設計に不可欠なアナログコンポーネントが存在するおかげです。

したがって、ハイブリッドコンピュータは、アナログマシンと同じ機能で方程式を解くことができます。さらに、デジタル要素は、完全なアナログデバイスの主な欠点の1つを排除するのに役立ちます。

比較すると、アナログコンピュータの精度の範囲は限られていますが、デジタルコンピュータの精度ははるかに高くなっています。

デジタルコンピューターが3桁または4桁の精度をはるかに超えることができる要素を統合することにより、ハイブリッドコンピューティングでは、デジタルオプションのみを使用する場合よりもはるかに速く方程式を処理できます。

言い換えると、ハイブリッドコンピューティングは速度と精度の両方を提供し、ユーザーがデジタルまたはアナログコンピューターだけで解決する必要をなくします。

技術アプリケーション

ハイブリッド機器は基本的に、個別のデータだけでなく連続的なデータも処理される技術的アプリケーションを対象としています。つまり、これらの2つのタイプのデータを処理できます。

アナログコンピュータとハイブリッドコンピュータはどちらも専用コンピュータであり、それらのアプリケーションは設計時に事前定義されています。

タイプ

1 PCに2つ

ラップトップの場合、「ハイブリッドコンピュータ」という用語は、2-in-1 PCを指します。このタイプのPCは、取り外し可能な画面とキーボードで構成され、ラップトップとタブレットの機能を組み合わせています。

これらのハイブリッドコンピューターはコンピューターの能力を備えており、さらにキーボードを切り離すことでタブレットの携帯性も備えています。

たとえば、このハイブリッドコンピュータを使用して、日中にタスクを実行した後、画面を分離してFacebookやInstagramでベッドブラウジングを楽しむことができます。

大型ハイブリッド電子コンピューター

1960年代から1980年代半ばまで幅広く使用され、数百のオペアンプを備えていました。

彼らは、非常に複雑で広範な微分方程式の数学モデルのセットを解きました。

たとえば、6自由度の宇宙飛行、発熱化学反応の速度論、食品加工プラントの制御システム、人間の免疫抑制システムなどです。

汎用ハイブリッドシステム

それらは、さまざまなアプリケーションを使用したり、さまざまなタイプの問題を解決したりできるという特性を持つコンピューターです。

これらの種類のハイブリッドコンピュータの多くは、かつては特殊用途のシステムであり、特定の速度で結果を得ることができるパートタイムハイブリッドコンピュータでした。

ハイブリッド専用コンピューター

調整できない静的プログラムが含まれます。それらは通常、サブシステムシミュレーター、ファンクションコントローラー、または出力アナライザーとして一般的に使用される物理システムに組み込まれています。

たとえば、空気圧コンピュータはエアベローズとノズルを使用して、入力信号の正確な乗算、除算、または平方根関数を生成し、データを気圧としてエンコードします。

長所と短所

-アドバンテージ

速度

これらのコンピューターは、アナログシステムによって提供される構成のおかげで、非常に高速なコンピューティングを実現しています。これは、飛行シミュレーションの場合のように、微分方程式の数値結果を探すときに非常に役立ちます。

これらの目的のために、デジタルシステムよりも高速で、短時間でソリューションを提供できるアナログシステムが使用されていました。ただし、これらの結果の精度には疑問が残ります。

したがって、ハイブリッドコンピュータは、高速かつ正確な結果を提供し、リアルタイムで複雑な方程式を解こうとするときに非常に有用であり、結果を即座に取得することが不可欠です。

優れた精度

ハイブリッド機器で得られた結果は、以前の機械よりもはるかに正確で収益性が高いことがわかりました。これは、ハイブリッドコンピュータのデジタルコンポーネントが原因です。

ハイブリッドコンピュータを使用すると、「シード」値は迅速に生成されますが、この値はアナログコンピューティングのフロントエンドで達成されるため、数学的に正確ではありません。

この値はデジタルフロントエンドに送信され、反復プロセスを通じて正確な数値シードが取得されます。この正確な値を計算するために必要な合計時間は、アナログまたはデジタルのみのコンピューターを使用するよりもはるかに短いです。

オンラインデータ処理

リアルタイムで方程式を管理する必要がある場合、ハイブリッドコンピュータの価値は容易にわかります。

厳密にアナログのデバイスでは、完全に正確ではない高速のリターンが提供され、デジタルデバイスでは、計算に時間がかかる正確なレスポンスが提供されるのと同様に、ハイブリッドアプローチでは、後でではなく、すぐに回答を得ることができます。

これらの回答は、アナログ機器が提供する迅速な回答よりも詳細で有用です。

- 不利益

現代では、デジタルシグナルプロセッサがハイブリッドコンピュータの必要性に取って代わりました。

ハイブリッドシステム

真のハイブリッドコンピュータは単なるハイブリッドシステムではないことを考慮することが重要です。ハイブリッドコンピュータは、デバイスが高速かつ正確に動作するために必要なコンポーネントで構築されています。

ハイブリッドシステムとして販売されている製品は、入力用のアナログ-デジタルコンバーターと、出力を管理するためのデジタル-アナログコンバーターが追加されたデジタルコンピューター機器にすぎません。

このようなシステムは、通常、真のハイブリッドコンピュータよりも効率が低いと考えられています。

例

サービスステーションのガスポンプには、燃料流量の測定値を数量と価格に対応する値に変換するプロセッサが含まれています。

ビジネスでは、これらのコンピューターをプロセス制御システムとして化学業界で使用できます。

HRS-100

スタンドアロンハイブリッドコンピュータの例は、1970年代に広く使用されたHRS-100です。

これは、動的システムを実際の加速された時間スケールで研究するために開発および開発されました。また、ソ連の研究所における幅広い科学的課題の効率的な解決のためにも。

医療分野

EKG、心エコー、超音波、ホルターモニタリングマシンは、ハイブリッドコンピュータの例です。

医療分野で使用される診断の多くはこのカテゴリに分類されます。

たとえば、病院の集中治療室では、患者の血圧と体温を測定するアナログデバイスが使用されます。これらの値は変換され、数値形式でデジタルディスプレイに表示されます。

ハイブリッドコンピュータがデータを処理できる速度を考慮して、データのオンライン処理に関する研究が行われています。

実際、ハイブリッドコンピュータはオハイオ大学の医用生体工学センターに設置されており、心臓カテーテル検査データが赤外線光学機構を介してさまざまな病院からハイブリッドコンピュータに送信されます。

このデータはリアルタイムで分析され、結果はすぐに医師に提供されます。したがって、カテーテル法の手順と結果の生成との間の待機期間は大幅に短縮されます。

HP羨望x2

これは、2つのデバイスが1つに組み込まれているという利点を提供する超薄型ハイブリッドパーソナルコンピューターです。タブレットとしても使えるノートパソコンです。

マグネットクロージャーを介してキーボードから取り外すと、タブレットになるように取り外すことができる画面が含まれています。

参考文献

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2. Wise Geek（2019）。ハイブリッドコンピュータとは 出典：wisegeek.com。
3. Center for Computing History（2019）。ハイブリッドコンピュータとは何ですか。なぜですか。取得元：computehistory.org.uk。
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