
【计】 analog calculation; analog computation
模拟计算(analog computation)是指利用连续变化的物理量(如电压、电流、机械位移等)直接表示数值并进行数学运算的技术体系。该术语在电子工程与计算机科学领域具有明确内涵,其核心特征是通过物理系统的自然规律实现实时连续信号处理,而非依赖离散数字逻辑。
从技术实现角度,模拟计算系统通常由运算放大器、电阻电容网络及反馈回路构成,能够直接对微分方程、积分方程等数学模型进行硬件层面的映射求解。例如,美国国家标准技术研究院(NIST)在模拟电路标准文档中指出,典型模拟计算机的积分器单元可实现$frac{V{out}}{V{in}} = -frac{1}{RC}int{0}^{t} V{in} dt$的连续时间运算。
相较于数字计算,模拟计算在特定场景展现独特优势:英国皇家工程院2024年技术报告显示,在实时控制系统(如航空航天姿态调节)和高频信号处理领域,模拟芯片的能耗效率可达数字芯片的1000倍以上。不过,其精度受限于元件公差和环境干扰,这促使现代混合计算架构的发展。
权威学术资源可参考:
“模拟计算”(Analog Computing)是一种通过连续变化的物理量(如电压、电流、机械运动等)来直接模拟数学问题或实际系统的计算方法。它与基于离散数字信号处理的“数字计算”形成对比。
原理
模拟计算的核心是将数学方程(如微分方程)映射到物理系统的行为中。例如,电路中电压的变化可代表变量随时间的变化,通过电阻、电容、运算放大器等元件构建的电路直接“求解”方程。例如,反相加法器的输出电压公式为:
$$
V_{out} = -left( frac{R_f}{R_1} V_1 + frac{R_f}{R_2} V_2 right)
$$
这类电路能实时完成运算,无需数字计算的离散化步骤。
典型应用
优缺点
随着数字计算的普及,纯模拟计算机已较少使用,但在特定领域仍有价值:
总结来说,模拟计算以连续物理量直接映射问题,适合实时、低功耗场景,而数字计算则在精度和通用性上占优,两者常互补使用。
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