מחשבים היברידיים: תכונות, סוגים, יתרונות, דוגמאות - טֶכנוֹלוֹגִיָה - 2025

מחשבים היברידיים הם מחשבים יש תכונות של אנלוגי ומכונות דיגיטליות. המכשיר הדיגיטלי משמש לבקרה ולפתרון פעולות חשבון לוגיות ואילו המכשיר האנלוגי משמש כפתר למשוואות דיפרנציאליות.

באופן כללי, מתקבל פיתרון משוער של משוואות מורכבות בשיטות מספריות איטרטיביות, הדורשות מספר רב של איטרציות, תלוי כמה טוב ה"זרע "הראשוני של הערך הסופי וכמה דיוק רצוי.

מחשב היברידי אנלוגי Hitachi 505. תמונה דרך philreichert.org

ציוד אנלוגי הוא בדרך כלל מהיר להפליא, מכיוון שהוא יכול לפתור משוואות מסובכות להפליא עם כמה מהר האות עובר במעגל, המהווה חלק מכובד ממהירות האור.

עם זאת, הדיוק של מחשבים אנלוגיים אינו טוב, ומוגבל לשלוש או מקסימום ארבע ספרות של דיוק.

מצד שני, ציוד דיגיטלי מיוצר כך שפתרון המשוואות מובא לדיוק כמעט מדויק, אם כי הרבה יותר איטי בהשוואה למחשבים אנלוגיים.

לפיכך, עבור פעולות רבות בזמן אמת, החישובים הדיגיטליים הללו אטים מכדי להיות מועילים, אך גם הדיוק של מחשב אנלוגי אינו מספיק. מכאן החשיבות של מחשבים היברידיים.

מאפיינים

שילוב של רכיבים אנלוגיים ודיגיטליים

מחשבים אלה מבוססים על מערכת מחשבים התואמת מכשירים אנלוגיים למכשירים דיגיטליים.

בדרך כלל הרכיבים האנלוגיים של המחשב מפעילים חישובים מתמטיים מורכבים. רכיבים דיגיטליים אחראיים הן על פעולות חשבון והן על פעולות לוגיות, והן משמשות לשליטה במערכת.

במקרה של מחשב-על, זה מתאים לשילוב של מכונות המסוגלות לעבד אותות דיגיטליים ואנלוגיים. מחשב היברידי מספק שיטה מתאימה לביצוע הדמיות מורכבות ביותר.

מיטב העולם האנלוגי והדיגיטלי

על ידי יצירת מחשב משולב מסוג זה, היתרונות של מחשוב אנלוגי וגם דיגיטלי זמינים בקלות.

מחשב היברידי מהיר בהיר כשמדובר בפתרון משוואות, גם אם החישובים מורכבים ביותר. זה כל כך בזכות נוכחותם של רכיבים אנלוגיים חיוניים לעיצוב הציוד.

לכן, המחשב ההיברידי יכול לפתור משוואות עם אותה יכולת כמו מכונה אנלוגית. בנוסף, אלמנטים דיגיטליים משמשים למניעת אחד החסרונות העיקריים של מכשיר אנלוגי לחלוטין.

במונחים השוואתיים, טווח הדיוק במחשב אנלוגי מוגבל ואילו הדיוק במחשב דיגיטלי גבוה בהרבה.

על ידי שילוב האלמנטים המאפשרים למחשב דיגיטלי לעלות בהרבה על שלוש או ארבע ספרות של דיוק, מחשוב היברידי מאפשר לטפל במשוואות הרבה יותר מהר מאשר עם האפשרות הדיגיטלית בלבד.

במילים אחרות, מחשוב היברידי מציע גם מהירות וגם דיוק, ומבטל את הצורך של המשתמש להסתפק רק במחשב דיגיטלי או אנלוגי.

יישומים טכניים

ציוד היברידי מיועד בעיקרו ליישומים טכניים שבהם לא מטפלים רק בנתונים נפרדים, אלא גם ברציפות. כלומר, הם מאפשרים עיבוד של שני סוגים אלה של נתונים.

מחשבים אנלוגיים וגם היברידיים הם מחשבים בנויים למטרה, והיישומים שלהם מוגדרים מראש בזמן התכנון.

סוגים

2 ב 1 PC

עבור מחשב נייד, המונח "מחשב היברידי" משמש להתייחס למחשב 2-ב -1. מחשב מסוג זה מורכב ממסך ומקלדת ניתנים, ובכך משלב פונקציונליות של מחשב נייד וטאבלט.

למחשבים היברידיים אלה יש כוח של מחשב ובנוסף, על ידי ניתוק המקלדת, יש להם ניוד של טאבלט.

לדוגמה, מחשב היברידי זה יכול לשמש לביצוע איתו משימות במהלך היום ואז על ידי הפרדת המסך כדי ליהנות ממנו בגלישה במיטה בפייסבוק ובאינסטגרם.

מחשבים אלקטרוניים היברידיים גדולים

נעשה בהם שימוש נרחב משנות השישים ועד אמצע שנות השמונים. היו להם כמה מאות מגברים תפעוליים.

הם פתרו קבוצות מורכבות ונרחבות מאוד של מודלים מתמטיים של משוואות דיפרנציאליות.

לדוגמא, טיסות חלל של שש דרגות חופש, קינטיקה של תגובות כימיות אקזוותרמיות, מערכות בקרה למפעלי עיבוד מזון ומערכת החיסון האנושית.

מערכות היברידיות לשימוש כללי

מדובר במחשבים המאפיינים את היכולת להשתמש ביישומים שונים או להיות מסוגלים לפתור סוגים רבים של בעיות.

רבים מהסוגים הללו של מחשבים היברידיים היו בעת ובעונה אחת מערכות ייעודיות המיועדות להיות מחשבים היברידיים במשרה חלקית שבהם ניתן היה להשיג את התוצאה במהירות מסוימת.

מחשבים היברידיים ייעודיים

הם כוללים תוכניות סטטיות שלא ניתנות להתאמה. הם מוטבעים בדרך כלל במערכות פיזיות המשמשות בדרך כלל כסימולטורים למערכת המשנה, בקרי פונקציות או מנתחי פלט.

לדוגמא, המחשב הפנאומטי משתמש במפוח ובזרירי אוויר בכדי לייצר פונקציות כפל, חלוקה או שורש מדויקות של אותות הקלט, המקודד את הנתונים כלחצי אוויר.

יתרונות וחסרונות

- יתרון

מְהִירוּת

למחשבים אלה מהירות מחשוב אדירה בזכות התצורה שמציעה המערכת האנלוגית. זה שימושי למדי כאשר מחפשים תוצאות מספריות למשוואות דיפרנציאליות, כמו במקרה של הדמיית טיסה.

למטרות אלה נעשה שימוש במערכות אנלוגיות מכיוון שהן מהירות יותר מהמחשבים הדיגיטליים, ומספקות פתרונות בפחות זמן. עם זאת, דיוק התוצאות היה מוטל בספק.

לפיכך, מחשב היברידי מספק תוצאות מהירות ומדוייקות, והינו בעל שימוש עצום כאשר מנסים לפתור משוואות מורכבות בזמן אמת וחיוני להשיג את התוצאות באופן מיידי.

דיוק רב

התוצאות שהתקבלו עם ציוד היברידי מתבררות כמדויקות ורווחיות הרבה יותר מאלה של מכונות קודמות. זה נובע מהרכיב הדיגיטלי של המחשב ההיברידי.

עם המחשב ההיברידי נוצרים ערכי "זרע" במהירות, אם כי מבלי שהם מדויקים במתמטיקה, מכיוון שערך זה מושג בקצה הקדמי של המחשוב האנלוגי.

ערך זה נשלח לקצה הקדמי הדיגיטלי, אשר באמצעות תהליך איטרטיבי משיג זרע מספרי מדויק. הזמן הכולל הנדרש לחישוב ערך מדויק זה הוא הרבה פחות משימוש במחשב אנלוגי או דיגיטלי בלבד.

עיבוד נתונים מקוון

ניתן לראות בקלות את ערכו של מחשב היברידי כאשר יש צורך לנהל משוואות בזמן אמת.

כשם שמכשיר אנלוגי בהחלט היה מספק החזרות מהירות שאינן מדויקות לחלוטין, ומכשיר דיגיטלי היה מספק תגובות מדויקות יותר שייקח זמן רב יותר לחישוב, הגישה ההיברידית מאפשרת תשובות כעת ולא מאוחר יותר.

תשובות אלה גם מפורטות ושימושיות יותר מהתשובות המהירות המסופקות על ידי ציוד אנלוגי.

- חסרון

בתקופות מודרניות יותר, מעבדי האות הדיגיטלי החליפו את הצורך במחשבים היברידיים.

מערכת היברידית

חשוב לקחת בחשבון כי מחשב היברידי אמיתי אינו סתם מערכת היברידית. המחשב ההיברידי בנוי עם הרכיבים הדרושים כדי לאפשר למכשיר לפעול במהירות ובדיוק.

מוצרים המשווקים כמערכות היברידיות הם לא יותר מציוד מחשבים דיגיטלי שנוסף לממיר אנלוגי-דיגיטלי לכניסה, וממיר דיגיטלי-אנלוגי לניהול הפלט.

מערכת כזו נחשבת בדרך כלל פחות יעילה ממחשב היברידי אמיתי.

דוגמאות

משאבות הדלק בתחנת שירות מכילות מעבד שממיר את מדידת זרימת הדלק לערכים המתאימים לכמות ולמחיר.

בעסקים ניתן להשתמש במחשבים אלה בתעשייה הכימית כמערכות בקרת תהליכים.

HRS-100

דוגמה למחשב היברידי עצמאי הוא HRS-100, אשר שימש בהרחבה במהלך שנות השבעים.

הוא הומצא ופותח כדי ללמוד מערכות דינמיות בסולם הזמן האמיתי והמואץ. גם לפיתרון יעיל של מגוון רחב של משימות מדעיות במכוני ברית המועצות.

אזור רפואי

מכונות לניטור EKG, אקו לב, אולטראסאונד והולטר הן דוגמאות למחשבים היברידיים.

רבות מהאבחנות בהן נעשה שימוש בתחום הרפואי נכללות בקטגוריה זו.

לדוגמה, ביחידה לטיפול נמרץ בבתי חולים משתמשים במכשיר אנלוגי המודד את לחץ הדם ואת הטמפרטורה של המטופל. ערכים אלה מומרים ומוצגים בתצוגה דיגיטלית בצורה מספרית.

בהתחשב במהירות שבה מחשבים היברידיים יכולים לעבד נתונים, נעשה מחקר בנושא עיבוד נתונים מקוון.

למעשה, הותקן מחשב היברידי במרכז להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת אוהיו, שם מועברים נתוני צנתור לב מבתי חולים שונים למחשב ההיברידי, באמצעות מנגנון אופטי אינפרא אדום.

נתונים אלה מנותחים בזמן אמת והתוצאות זמינות לרופא באופן מיידי. לפיכך, תקופת ההמתנה בין הליך הצנתור לבין יצירת התוצאות מצטמצמת במידה ניכרת.

HP Envy x2

זהו מחשב אישי היברידי אולטרה-אטין שמספק את היתרון בכך שיש שני מכשירים מובנים לאחד. זהו מחשב נייד שיכול לשמש גם כטאבלט.

הוא מכיל מסך הניתן להסרה כדי להפוך לטאבלט, על ידי ניתוקו מהמקלדת דרך סגר מגנטי.

הפניות

1. הגדרות (2019). הגדרות למחשבים היברידיים. לקוח מ: definitions.net.
2. Wise Geek (2019). מהו מחשב היברידי? נלקח מ: wisegeek.com.
3. המרכז להיסטוריית מחשוב (2019). מהו מחשב היברידי ומדוע? לקוח מ: computinghistory.org.uk.
4. Sciencing (2019). סוגי מחשבים היברידיים. נלקח מ: sciencing.com.
5. אסבה לי (2019). היתרונות של מחשבים היברידיים. נלקח מ: techwalla.com.
6. תקוות מחשב (2019). מחשב היברידי. נלקח מ: computerhope.com.