حاسوب هجين

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
الكمبيوتر الهجين البولندي WAT 1001

الحواسيب الهجينة هي حواسيب تجمع بين خصائص الحواسيب التناظرية والرقمية. عادةً ما يعمل المكون الرقمي كوحدة تحكم ويوفر العمليات المنطقية والرقمية ، بينما يعمل المكون التناظري غالبًا كأداة لحل المعادلات التفاضلية وغيرها من المسائل الرياضية المعقدة.

تاريخ

كان أول نظام حوسبة هجين مكتبي هو Hycomp 250، الذي أصدرته شركة Packard Bell عام 1961. [ 1 ] ومن الأمثلة المبكرة الأخرى HYDAC 2400، وهو حاسوب هجين متكامل أصدرته شركة EAI عام 1963. [ 2 ] في ثمانينيات القرن العشرين، طورت شركة Marconi Space and Defense Systems Limited (تحت إدارة بيغي هودجز ) حاسوبها الهجين "Starglow"، الذي يتكون من ثلاثة حواسيب تناظرية من طراز EAI 8812 متصلة بحاسوب رقمي من طراز EAI 8100، والذي بدوره متصل بحاسوب رقمي من طراز SEL 3200. [ 3 ] في أواخر القرن العشرين، تضاءل استخدام الحواسيب الهجينة مع تزايد قدرات الحواسيب الرقمية، بما في ذلك معالجات الإشارات الرقمية . [ 4 ]

بشكل عام، تتميز الحواسيب التناظرية بسرعتها الفائقة، لقدرتها على حل معظم المعادلات الرياضية المعقدة بنفس سرعة انتقال الإشارة عبر الدائرة، والتي تُعدّ عادةً جزءًا كبيرًا من سرعة الضوء. مع ذلك، فإن دقة الحواسيب التناظرية ليست جيدة؛ إذ تقتصر على ثلاثة أرقام، أو أربعة أرقام كحد أقصى.

يمكن تصميم الحواسيب الرقمية لحل المعادلات بدقة شبه مطلقة، ولكن ببطء شديد مقارنةً بالحواسيب التناظرية. عمومًا، تُقارب المعادلات الرياضية المعقدة باستخدام طرق تكرارية تتطلب عددًا هائلًا من التكرارات، اعتمادًا على مدى دقة التخمين الأولي للقيمة النهائية ومستوى الدقة المطلوب. (يُعرف هذا التخمين الأولي باسم "البذرة" العددية). في العديد من العمليات الآنية في القرن العشرين، كانت هذه الحسابات الرقمية بطيئة للغاية بحيث لا تُجدي نفعًا يُذكر (على سبيل المثال، في رادارات المصفوفة الطورية عالية التردد أو في حسابات الطقس)، ولكن دقة الحاسوب التناظري غير كافية.

يمكن استخدام الحواسيب الهجينة للحصول على قيمة أولية جيدة جدًا ولكنها غير دقيقة نسبيًا، وذلك باستخدام وحدة معالجة تناظرية، تُغذى بدورها إلى عملية تكرارية في الحاسوب الرقمي للوصول إلى درجة الدقة المطلوبة. مع قيمة أولية رقمية عالية الدقة مكونة من ثلاثة أو أربعة أرقام، ينخفض ​​إجمالي وقت الحساب الرقمي اللازم للوصول إلى الدقة المطلوبة بشكل كبير، نظرًا لقلة عدد التكرارات المطلوبة. ومن أبرز التحديات التقنية التي يجب التغلب عليها في الحواسيب الهجينة تقليل التشويش الرقمي في عناصر الحوسبة التناظرية وأنظمة التأريض.

تخيل أن الجهاز العصبي لدى الحيوانات أشبه بحاسوب هجين. تنتقل الإشارات عبر المشابك العصبية من خلية عصبية إلى أخرى على شكل حزم منفصلة (رقمية) من المواد الكيميائية، ثم تُجمع داخل الخلية العصبية بطريقة تناظرية عن طريق بناء جهد كيميائي كهربائي حتى بلوغه عتبة معينة ، وعندها تُفرغ الخلية جهدها وترسل سلسلة من الحزم الرقمية إلى الخلية العصبية التالية. تتعدد مزايا هذه الطريقة، فهي تقلل التشويش داخل النظام إلى أدنى حد (ولا يميل إلى التراكم)، ولا تتطلب نظام تأريض مشترك، كما أن تدهور الإشارة ضئيل للغاية حتى مع وجود اختلافات كبيرة في نشاط الخلايا على طول المسار (حيث يقتصر الاختلاف على تأخير الإشارة فقط). تُشبه الخلايا العصبية الفردية الحواسيب التناظرية، بينما تُشبه المشابك العصبية الحواسيب الرقمية.

تختلف الحواسيب الهجينة عن الأنظمة الهجينة . قد لا يكون النظام الهجين أكثر من حاسوب رقمي مزود بمحول تناظري إلى رقمي عند المدخل و/أو محول رقمي إلى تناظري عند المخرج، لتحويل الإشارات التناظرية لمعالجة الإشارات الرقمية العادية، وعلى العكس من ذلك ، على سبيل المثال، لتشغيل أنظمة التحكم الفيزيائية، مثل الآليات المؤازرة .

شريحة حاسوب هجينة بتقنية VLSI

في عام ٢٠١٥، نشر باحثون من جامعة كولومبيا ورقة بحثية [ ٥ ] حول حاسوب هجين صغير الحجم  بتقنية CMOS 65 نانومتر. يحتوي هذا الحاسوب الهجين من نوع VLSI من الرتبة الرابعة على ٤ وحدات تكامل، و٨ وحدات ضرب/ضبط كسب، و٨ وحدات توزيع إشارات نمط التيار، ووحدتي تحويل تناظري رقمي (ADC)، ووحدتي تحويل رقمي تناظري (DAC)، ووحدتي ذاكرة وصول عشوائي ثابتة (SRAM). كما تم دمج وحدات تحكم رقمية على الشريحة لتنفيذ التعليمات الخارجية. وتُظهر تجربة روبوتية في الورقة البحثية استخدام شريحة الحوسبة الهجينة في تطبيقات الأنظمة المدمجة منخفضة الطاقة الناشئة حاليًا.

مراجع

  1. ↑ "HYCOMP"250-THE FIRST DESKTP HYBRlD ANALOG/Digital COMPUTALSYSTEM" (PDF) .
  2. ↑ "HYDAC 2400 Hybrid Digital/Analog Computer" (PDF) .
  3. ↑ AGARDograph رقم 279 مسح لمنشآت محاكاة الصواريخ وميكانيكا الطيران في حلف شمال الأطلسي (ملف PDF) . حلف شمال الأطلسي. 1983.
  4. ↑ البديل التناظري ، الحاسوب الإلكتروني التناظري في بريطانيا والولايات المتحدة الأمريكية، 1930-1975، بقلم جيمس إس سمول
  5. ^ قوه نينغ. هوانغ، ييبنغ؛ ماي، تاو؛ باتيل، س.؛ تساو، تشي؛ سيوك، مينجو؛ سيثومادهافان، S .؛ تسيفيديس، ي. (2015/09/01). “الحساب الهجين في الوقت المستمر مع اللاخطية القابلة للبرمجة”. مؤتمر ESSCIRC 2015 - المؤتمر الأوروبي الحادي والأربعون لدوائر الحالة الصلبة (ESSCIRC) . ص 279 – 282. دوى : 10.1109/ESSCIRC.2015.7313881 . رقم ISBN  978-1-4673-7470-5. S2CID 16523767 . 
  • أداة جديدة للعلم بقلم دانيال جريكو وكين كويل، مجلة مهندس ويسكونسن، نوفمبر 1972، أعيد طبعه في فبراير 2001
  • نادل إل دي، وكريمر إم آر، وشولتيس دي سي، وماكولو تي إيه (أبريل 1977). "نظام حاسوبي هجين للاستخدام في طب القلب". مجلة التقدم الطبي والتكنولوجيا . 4 (4): 185-191 . PMID 865418 . 
  • "الحوسبة الهجينة: ما هي ولماذا؟" . الحواسيب والأتمتة . 12 (10): 10-17 . أكتوبر 1963.