Loading...

Počítání bez čísel.
Analogové počítače
se po desítkách let
vracejí

Logaritmické pravítko je analogové. Kalkulačka je digitální. Vinylová deska analogová. CD je digitální. Fotografický film je analogový. Mechanické hodinky jsou analogové. Svět je analogový. Počítače jsou digitální. Většinou. Ale ne vždycky.

Pokud ve slově analogový slyšíte „analogie“, slyšíte správně. Podobnost, vzájemná úměrnost, přirovnání – to je překlad z řečtiny, odkud tento termín pochází. V technické terminologii se výraz „analogový“ především běžně používá jako opak pojmu „digitální“.

Nejlépe se to vysvětluje na příkladu záznamu hudby. Hudebnímu CD říkáme digitální proto, že záznam na něm je posloupností čísel, tedy počítačovými daty. Zvuková vlna, která přenese hudbu do našich uší, však žádnou posloupností čísel není. Když ve studiu pořizovali nahrávku, museli zvukovou vlnu do čísel převést. Přehrávání zvuku je pak opačným postupem, zaznamenaná a uložená čísla rekonstruují zvukovou vlnu. Vinylová deska a gramofon fungují úplně jinak. Záznam má podobu spirálové drážky. Ta při přehrávání vede jemný hrot, jehož výkyvy se převádějí na elektrický signál, zesilují a tvoří zvuk. Spojitý zvukový signál je zaznamenán spojitým médiem, nikoli rozsekán na nepatrné úseky digitálním vzorkováním.

Kola, kladky a převody

Týž princip se dá uplatnit v mnoha jiných oblastech. Analogový počítač je v podstatě model nějakého systému, nějakého kusu reality – model, který se řídí stejnými zákonitostmi jako modelovaný systém. Pražský orloj můžeme pokládat za analogový počítač. Pomocí důmyslné sestavy ozubených kol modeluje pohyb nebeských těles.

Mechanický princip je u analogových počítačů častý. K dokonalosti ho přivedl například stroj – slovo přístroj zde rozhodně nestačí – přezdívaný Old Brass Brains, „Stará dobrá mosazná hlava“, oficiálně Tide-Predicting Machine No. 2, tedy zařízení pro výpočet přílivu a odlivu. Do chodu je uvedl Geodetický úřad Spojených států roku 1910 a používal do roku 1965, kdy roli Staré dobré hlavy převzal moderní počítač. Stroj váží tunu, tvoří ho ozubená kola, kladky a převody – a je velmi přesným modelem velmi složitého systému, jímž se řídí čas a výška přílivu a odlivu v konkrétním místě pobřeží.

Plný kbelík výpočtů

Analogové počítače ale nemusí být jen mechanické. Výstřední, leč patrně geniální novozélandský ekonom Bill Philips postavil roku 1949 stroj nazvaný MONIAC, který se snažil simulovat celý chod národní ekonomiky Spojeného království, a to na hydraulickém principu. Trubky, kohoutky, ventily a nádrže znázorňovaly toky peněz, úsloví „přiškrtit kohoutek“ nabylo doslovného významu.

Existují též pneumatické počítače, kde jako výpočetní médium slouží stlačený vzduch. Svého času se považovaly za vhodné záložní zařízení pro případ jaderné války, po níž by veškerá elektronika v důsledku silných elektromagnetických pulsů přestala fungovat.

A tím se už dostáváme ke skutečným analogovým počítačům – těm, které po několik desítek let dominovaly technickým a inženýrským výpočtům, těm, které pomohly dostat astronauty na Měsíc.

Zdířky, kabely a Apollo

Klasický analogový počítač používá elektrické napětí, jehož proměnlivý časový průběh se dá nastavit. Používá širokou paletu pomůcek, které dovedou nejen integrovat, ale také derivovat, zpožďovat, sčítat či násobit. Můžeme je propojovat sériově i paralelně a vytvářet tak složité výpočetní obvody. Ty odpovídají nějakým rovnicím, matematickému modelu. A když to jsou stejné rovnice jako například ty, jež popisují pohyb kosmické lodi, pak můžeme zkoušet různé počáteční podmínky či drobně měnit nastavení; analogový počítač okamžitě ukáže, co se bude se systémem dít. Například to, jestli Apollo 11 mine Měsíc, srazí se s ním, anebo poklidně zaparkuje na jeho oběžné dráze, jak to potřebujeme.

Navenek je hlavní částí analogového počítače deska se spoustou zdířek, často barevně odlišených. Propojovacími kabely od zdířky ke zdířce se stroj programuje. Otočnými knoflíky nastavujeme vstupní hodnoty, na ručičkách potenciometrů nebo na osciloskopu sledujeme výstup – a to je celé. Takový počítač má samozřejmě omezené použití. Textový editor nebo Photoshop na něm nikdy fungovat nebude. Pro mnohé technické výpočty je však skoro dokonalý. Tím pádem se nabízí otázka, proč dnes najdeme analogové počítače skoro výhradně v technickém muzeu?

Nová generace

Hlavní příčinou úpadku analogových počítačů byla jejich přílišná specializace. Dovedly jen něco, byť velmi dobře; jen simulaci systémů vyvíjejících se v čase. Digitální počítače naproti tomu byly a jsou univerzální. Tím pádem se jich začalo vyrábět a prodávat mnohem víc, jejich cena klesala, přibývalo lidí, kteří s nimi dovedli zacházet. Specializovaný nástroj dost často nezvládne konkurovat nástroji univerzálnímu. Po několik desítek let se zdálo, že analogové počítače mají odzvoněno.

Poslední dobou se však situace mění. Numerické výpočty některých vědeckých úloh – proudění kapalin, předpovědi počasí, kvantová chemie, materiálové inženýrství – se ocitají za hranicí možností dnešních počítačů. Stále dokonalejší matematické teorie vedou k rovnicím, které je velmi těžké naprogramovat. I když se to podaří, výpočet může trvat roky. Na analogovém počítači se však rovnice neprogramuje, ale vlastně jen zapisuje: v jazyce zdířek a kabelů. Stačí ji umět v této formě vyjádřit, vyřeší se pak sama, když zapneme proud. A okamžitě, bez čekání.

To je důvod, proč zájem o analogové počítače ožívá. Není ani zdaleka jisté, že nová generace analogových počítačů dospěje do komerčního stádia – poptávka může být nakonec příliš malá a obtíže příliš velké. V každém případě však jde o jeden z nejzajímavějších dnešních trendů ve výpočetní technice.

Petr Koubský
Deník N


Tento článek publikujeme ve spolupráci s Deníkem N.