10 différences entre ordinateurs analogiques et numériques

En raison des limitations de l'informatique numérique dans les années 1960 et 1970, les ingénieurs, techniciens et scientifiques résolvaient des problèmes complexes à l'aide d'ordinateurs analogiques. Un ordinateur analogique génère des signaux continus via des cadrans et commutateurs pour l'entrée, et des mètres pour la sortie. Avec les progrès de la technologie numérique, l'informatique analogique a décliné à la fin du XXe siècle, bien que nombre de ses concepts persistent dans la conception de synthétiseurs musicaux. Bien que chacun résolve des problèmes similaires, plusieurs différences notables existent entre ordinateurs analogiques et numériques.

Sortie des ordinateurs analogiques et numériques

Les ordinateurs numériques produisent des nombres en sortie. L'ordinateur utilise des écrans, imprimantes, lecteurs de disque et autres périphériques pour capturer cette sortie. Les ordinateurs analogiques génèrent des signaux de tension, et disposent de jeux de mètres analogiques et d'oscilloscopes pour afficher ces tensions.

Types de circuits électroniques

Les circuits des ordinateurs analogiques utilisent des amplificateurs opérationnels, générateurs de signaux et réseaux de résistances et condensateurs. Ces circuits traitent des signaux de tension continus. Les ordinateurs numériques emploient divers circuits de commutation tout-ou-rien, tels que microprocesseurs, générateurs d'impulsions d'horloge et portes logiques.

Signaux discrets versus continus

La caractéristique principale distinguant le numérique de l'analogique est la nature des signaux. Les signaux numériques ont deux états discrets : activé ou désactivé. L'état désactivé est généralement zéro volt, l'état activé typiquement cinq volts. Les signaux analogiques sont continus. Ils peuvent prendre toute valeur entre deux extrêmes, par exemple -15 et +15 volts. La tension d'un signal analogique peut être constante ou varier dans le temps.

Capacités d'émulation différentes

Grâce à l'amélioration technologique, les ordinateurs numériques rapides peuvent émuler le comportement des ordinateurs analogiques. Par exemple, un programme sur ordinateur numérique peut calculer une onde sinusoïdale de 2 000 Hz en temps réel, avec une précision et une fiabilité que les circuits analogiques ne peuvent égaler. Les ordinateurs analogiques ont une capacité limitée à imiter les systèmes numériques.

Disponibilité pour les utilisateurs

Peu d'exemples d'ordinateurs analogiques subsistent. Les composants et conceptions existent encore, mais peu cherchent à les construire. En revanche, presque tous les ordinateurs en fonctionnement aujourd'hui sont numériques, allant de simples contrôleurs d'appareils électroménagers à des supercalculateurs de taille industrielle comptant des milliers de microprocesseurs.

Niveau de bruit

Les ordinateurs analogiques doivent composer avec un niveau minimal de bruit électrique dans les circuits, ce qui affecte la précision. Les circuits numériques ont aussi du bruit électrique, mais il a peu ou pas d'effet sur la précision ou la fiabilité.

Programmation des ordinateurs analogiques et numériques

On peut programmer les deux types, mais les méthodes diffèrent. Les ordinateurs numériques utilisent des listes soigneusement rédigées d'instructions complexes : comparer deux nombres, déplacer des données d'un emplacement à un autre, multiplier deux nombres, etc.

Pour programmer un ordinateur analogique, on connecte électriquement différents sous-systèmes entre eux avec des câbles de raccordement. Par exemple, connecter un générateur de signal à un bouton de commande qui fait varier l'amplitude du signal.

Taille des ordinateurs

Un ordinateur analogique peut être un petit système de bureau de la taille d'un gros livre, mais de grandes armoires chargées d'équipement sont aussi des ordinateurs analogiques. Un ordinateur numérique peut être une minuscule puce de quelques millimètres carrés, mais aussi une installation serveur de taille industrielle.

Différences de coordination des signaux

Un ordinateur numérique coordonne ses signaux via une horloge maîtresse. Celle-ci produit un flux haute fréquence d'impulsions électriques tout-ou-rien ; chaque impulsion est un « tick » d'horloge. Toute activité dans l'ordinateur, de la comparaison de nombres au déplacement de données en mémoire, prend un nombre défini de cycles d'horloge. La vitesse de l'horloge détermine la vitesse globale de l'ordinateur.

Dans un ordinateur analogique, les signaux circulent simplement d'un circuit au suivant, sans coordination centrale préétablie. Faute de coordination, les ordinateurs analogiques peuvent révéler plus facilement des comportements chaotiques et imprévisibles que les systèmes numériques.

Complexité du stockage des données

La nature numérique et discrète des ordinateurs numériques simplifie le stockage des données. Un circuit mémoire copie et conserve les états discrets d'un autre circuit.

Pour les ordinateurs analogiques, le stockage est plus difficile car ils utilisent des signaux continus. Un circuit stockant un signal analogique est sujet à la dérive temporelle. La meilleure approche pour les ordinateurs analogiques est hybride : convertir le signal analogique en nombre et stocker ce nombre dans un circuit numérique.