Las computadoras híbridas son computadoras que presentan características de las computadoras analógicas y digitales . El componente digital normalmente actúa como controlador y proporciona operaciones lógicas y numéricas , mientras que el componente analógico a menudo actúa como solucionador de ecuaciones diferenciales y otros problemas matemáticos complejos.
El primer sistema de computación híbrido de escritorio fue el Hycomp 250, lanzado por Packard Bell en 1961. [1] Otro ejemplo temprano fue el HYDAC 2400, una computadora híbrida integrada lanzada por EAI en 1963. [2] En la década de 1980, Marconi Space and Defense Systems Limited (bajo la dirección de Peggy Hodges ) desarrolló su "Computadora híbrida Starglow", que consistía en tres computadoras analógicas EAI 8812 conectadas a una computadora digital EAI 8100, esta última también conectada a una computadora digital SEL 3200. [3] A finales del siglo XX, los híbridos disminuyeron con el aumento de las capacidades de las computadoras digitales, incluidos los procesadores de señales digitales . [4]
En general, los ordenadores analógicos son extraordinariamente rápidos, ya que son capaces de resolver la mayoría de las ecuaciones matemáticamente complejas a la velocidad a la que una señal atraviesa el circuito, que suele ser una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Por otra parte, la precisión de los ordenadores analógicos no es buena; están limitados a tres o, como máximo, cuatro dígitos de precisión.
Se pueden construir computadoras digitales para resolver ecuaciones con una precisión casi ilimitada, pero a un ritmo bastante lento en comparación con las computadoras analógicas. Generalmente, las ecuaciones matemáticas complejas se aproximan utilizando métodos iterativos que requieren una gran cantidad de iteraciones, dependiendo de lo buena que sea la "estimación" inicial del valor final y de la precisión deseada. (Esta estimación inicial se conoce como la "semilla" numérica). Para muchas operaciones en tiempo real en el siglo XX, estos cálculos digitales eran demasiado lentos para ser de mucha utilidad (por ejemplo, para radares de matriz en fase de frecuencia muy alta o para cálculos meteorológicos), pero la precisión de una computadora analógica es insuficiente.
Los ordenadores híbridos pueden utilizarse para obtener un valor "semilla" muy bueno, pero relativamente impreciso , utilizando una interfaz de ordenador analógico, que luego se introduce en un proceso iterativo de ordenador digital para lograr el grado final deseado de precisión. Con un valor semilla numérico de tres o cuatro dígitos, de gran precisión, el tiempo total de cálculo digital para alcanzar la precisión deseada se reduce drásticamente, ya que se requieren muchas menos iteraciones. Uno de los principales problemas técnicos que se deben superar en los ordenadores híbridos es minimizar el ruido de ordenador digital en los elementos de computación analógicos y los sistemas de conexión a tierra.
Consideremos que el sistema nervioso de los animales es una especie de ordenador híbrido. Las señales pasan a través de las sinapsis de una célula nerviosa a la siguiente como paquetes discretos (digitales) de sustancias químicas, que luego se suman dentro de la célula nerviosa de forma analógica mediante la creación de un potencial electroquímico hasta que se alcanza su umbral , momento en el que se descarga y envía una serie de paquetes digitales a la siguiente célula nerviosa. Las ventajas son al menos triples: se minimiza el ruido dentro del sistema (y tiende a no ser aditivo), no se requiere un sistema de conexión a tierra común y hay una degradación mínima de la señal incluso si hay diferencias sustanciales en la actividad de las células a lo largo de un camino (sólo los retrasos de la señal tienden a variar). Las células nerviosas individuales son análogas a los ordenadores analógicos; las sinapsis son análogas a los ordenadores digitales.
Los ordenadores híbridos se diferencian de los sistemas híbridos . Estos últimos pueden no ser más que un ordenador digital equipado con un convertidor analógico-digital en la entrada y/o un convertidor digital-analógico en la salida, para convertir señales analógicas para el procesamiento de señales digitales ordinarias y, a la inversa , por ejemplo, para accionar sistemas de control físico, como servomecanismos .
En 2015, investigadores de la Universidad de Columbia publicaron un artículo [5] sobre una computadora híbrida a pequeña escala en tecnología CMOS de 65 nm. Esta computadora híbrida VLSI de cuarto orden contiene 4 bloques integradores, 8 bloques multiplicadores/de ajuste de ganancia, 8 bloques de distribución de señales en modo corriente, 2 ADC, 2 DAC y 2 bloques SRAM. También se implementan controladores digitales en el chip para ejecutar las instrucciones externas. Un experimento con robots en el artículo demuestra el uso del chip de computación híbrido en las aplicaciones integradas de bajo consumo emergentes de la actualidad.