Хибридна изчислителна система

Хибридната изчислителна система е аналогово-цифрова изчислителна машина, иначе комбинирана изчислителна машина, с други думи, комбиниран комплекс, състоящ се от няколко електронни компютъра, използващи различни изображения на величини (цифрови и аналогови) и свързани чрез обща система за управление. В допълнение към цифровите и аналоговите машини и контролната система, хибридната изчислителна система по правило включва вътрешносистемни комуникационни устройства, преобразуватели на стойности и външно оборудване. Хибридната изчислителна система е компютърен комплекс, това е основната й разлика от хибридната изчислителна машина, която е получила това име, тъй като се основава на хибридни елементи за вземане на решения или използва цифрови и аналогови елементи.

В литературата хибридните изчислителни системи често включват механизми за управление с многократно използване на елементи за вземане на решения, оборудвани с устройство с памет, механизми за управление с цифрово управление на програми и механизми за управление с паралелна логика. Изчислителните машини от този вид, въпреки че имат елементи, използвани в цифровите компютри, все още запазват аналоговия начин за представяне на стойности и всички специфични разлики и свойства на AVM. Появата на хибридни изчислителни системи се обяснява с факта, че за решаването на повечето нови проблеми, свързани с управлението на движещи се обекти, създаването на сложни симулатори, оптимизацията и моделирането на системи за управление и т.н., възможностите на отделни цифрови компютри и AVM вече са недостатъчни.

Разделянето на изчислителния процес на отделни операции, които се извършват от цифров компютър и AVM в комплекс, в процеса на решаване на проблем намалява количеството изчислителни операции, решени на цифров компютър, което при равни други условия значително увеличава общата производителност на хибридните изчислителни системи.

Съществуват балансирани, дигитално ориентирани и аналогово ориентирани хибридни изчислителни системи.

В системите от първи тип цифровите компютри се използват като допълнително външно устройство към AVM, което е необходимо за формиране на сложни нелинейни зависимости, съхраняване на крайните резултати и за изпълнение на програмен контрол на AVM. В системите от втория тип AVM се използва като допълнително външно устройство на цифров компютър, което е проектирано да симулира части от реално оборудване, многократно изпълнение на малки подпрограми.

Изобретяването на ефективни хибридни комплекси изисква преди всичко изясняване на основните области на тяхното използване и задълбочен анализ на стандартни проблеми от тези области.

В резултат се установява целесъобразна структура на хибридния комплекс и се налагат изисквания към отделните му части.

Проблемите, които се решават успешно с помощта на хибридни изчислителни системи, могат да бъдат разделени на следните основни групи: симулация на автоматични системи за управление в реално време, състоящи се както от цифрови, така и от аналогови устройства; възпроизвеждане в реално време на действия, които съдържат високочестотни компоненти и променливи, които варират в широк диапазон; моделиране на биологични системи; статистическо моделиране; оптимизация на системите за управление; решение на частни диференциални уравнения.

Примерът за задачата на първата група може да бъде моделирането на системата за управление на валцована мелница. Динамиката на протичащите в нея процеси се пресъздава на аналогова машина, а на универсален цифров компютър от средния клас се симулира специализирана машина, управляваща мелницата. Поради краткотрайността на преходните процеси в задвижванията на валцовите машини, обща симулация на такива процеси в реално време ще изисква използването на ултрависокоскоростни цифрови компютри. Подобни задачи са доста често срещани във военните системи за контрол.

Задачите за управление на движещи се обекти, включително задачи за самонасочване, както и задачи, възникващи при създаване на изчислителен елемент от сложни симулатори, са стандартни за втората група. За задачите за самонасочване е характерно формирането на траектория на движение директно в процеса на движение. Високият процент на вариация на някои параметри, когато обектът се приближава до целта, изисква висока скорост на системата за управление, която надвишава възможностите на настоящите цифрови компютри, и в същото време, голям динамичен обхват изисква висока точност, което е трудно да се постигнете с AVM. При решаването на такъв проблем на хибридни изчислителни системи е препоръчително да се присвои симулация на уравненията на движението около центъра на тежестта на аналоговата част на системата, а движението на самия център на тежестта и кинематичните параметри към цифровите част от изчислителната система.