technique de calcul analogique et hybride (suite)

Il existe d’autres méthodes utilisant des calculateurs analogiques à courant continu qui permettent de s’affranchir de la limitation du nombre des points d’espace. Ce sont des méthodes soit série-parallèle (méthode pyramidale), soit série (espace continu, temps discret), pour lesquelles sont nécessaires d’une part la mise en mémoire et la régénération de fonctions, d’autre part l’automatisation des calculateurs analogiques.

Le calcul hybride

Les calculateurs hybrides sont nés en 1958 lorsque, aux États-Unis, on connecta des calculateurs analogiques et des calculateurs numériques pour tenter d’améliorer des simulations relatives à la dynamique des missiles. La raison de telles expériences reposait sur le besoin d’utiliser de nouveaux moyens de calcul capables de résoudre, en temps réel ou accéléré, des modèles mathématiques plus élaborés pour lesquels les calculateurs analogiques seuls n’étaient pas assez précis et les calculateurs numériques pas assez rapides. Or, cette connexion de calculateurs analogiques et numériques a permis d’allier leurs qualités respectives. Il existe un autre type de calculateur hybride, moins général, mais dont les performances semblent particulièrement intéressantes pour résoudre les équations aux dérivées partielles régissant des problèmes de champs : ce type, qui associe un calculateur numérique à un réseau de résistances électriques, a été en particulier étudié et développé au Centre national de la recherche scientifique.

Interface

On appelle interface l’ensemble des éléments qui permettent les échanges d’informations entre le calculateur analogique et le calculateur numérique. On y distingue trois types d’échanges.

• Les échanges de données analogiques et numériques obtenus par la conversion de tensions analogiques en mots compatibles avec la structure du calculateur numérique et réciproquement.
Ces échanges sont réalisés par des canaux A-D (analogue-digital) dans le sens analogique numérique et par des canaux D-A (digital-analogue) dans le sens inverse.

Les canaux A-D permettent la transformation d’informations parallèles continues en informations séquentielles discrètes. Ils comportent une mémoire tampon analogique, un multiplexeur, un convertisseur analogique-numérique et un registre tampon. Le rôle de la mémoire tampon est de prélever sur le calculateur analogique, à des temps réguliers, des échantillons de même date. Ces échantillons sont alors portés, par l’intermédiaire du multiplexeur, à l’entrée du convertisseur analogique-numérique. Le résultat des conversions apparaît généralement sous la forme d’un train de mots numériques de 14 bits, un bit étant réservé au signe. Les performances en vitesse actuellement obtenues sont fonction de la structure adoptée pour l’interface et des logiciels associés. Le temps de conversion propre au convertisseur seul est de l’ordre de 4 μs, le temps de multiplexage qui permet de passer d’un canal au suivant est de l’ordre de 8 μs.

Les canaux D-A comportent seulement des registres tampons et des convertisseurs numériques-analogiques en nombre égal. Le rôle des registres tampons est de permettre, à partir des informations fournies de façon séquentielle par le calculateur numérique, une transmission parallèle par blocs de mots vers le calculateur analogique. Les convertisseurs analogiques-numériques sont soit du type DAC (digital analogue converter), soit du type DAM (digital analogue multiplier) : dans le premier cas, ils délivrent des tensions proportionnelles aux nombres fournis par le calculateur numérique ; dans le second cas, ils délivrent des tensions dont les valeurs sont proportionnelles au produit d’une variable numérique par une variable analogique. Les convertisseurs DAC ou DAM sont actuellement capables de réaliser une conversion en 40 μs.

À l’existence des convertisseurs DAC et DAM, il faut ajouter celle d’un opérateur assez récent, le DCA (digital controlled attenuator), appelé improprement potentiomètre numérique. Un tel opérateur réalise, mais plus lentement, la même opération que celle qui est effectuée par un convertisseur du type DAM. Compte tenu de son temps d’affichage, de l’ordre de 250 μs en mode individuel, l’opérateur DAC est davantage utilisé pour modifier rapidement des coefficients lorsque le calculateur analogique est en mode mémoire, conditions initiales ou calcul. Son prix est inférieur à celui d’un multiplieur analogique numérique.

• Les échanges de signaux logiques.
— Dans le sens analogique-numérique, la liaison est réalisée par des lignes d’état (sense lines) et des lignes d’interruption (interrupt lines). Les premières renseignent le calculateur numérique sur l’état logique du calculateur analogique et éventuellement sur l’état des variables analogiques par l’intermédiaire des liaisons analogiques logiques. Les secondes permettent l’arrêt de l’exécution de programmes numériques en cours ; c’est pourquoi on les trouve classées quelquefois parmi les circuits de commande et de contrôle.
— Dans le sens numérique-analogique, les lignes d’ordres (control lines) pourvoient en signaux les éléments de logique parallèle du calculateur analogique soit pour alimenter les ou des circuits de logique câblée, soit pour commuter, par l’intermédiaire des portes analogiques (D-A switch), des liaisons entre opérateurs analogiques.

L’information logique qui circule dans un sens ou dans l’autre suivant la nature des lignes peut être utilisée, soit de façon globale, c’est-à-dire considérée tel un mot de 16 bits élaboré à partir de 16 niveaux ou variables logiques, soit de façon ponctuelle, c’est-à-dire considérée comme un ensemble de niveaux représentant des fonctions indépendantes.

• La commande et le contrôle du calculateur analogique.
Un calculateur analogique possède son propre module de commande. L’interface qui lui est associée permet d’accéder à ce module en autorisant le calculateur numérique à donner tous les ordres qui sont nécessaires :
— commande des modes analogiques et logiques, c’est-à-dire conditions initiales, calcul, mémoire, remise à zéro, etc. ;
— affichage automatique des potentiomètres et atténuateurs numériques ;
— lecture des tensions à la sortie des différents opérateurs analogiques par l’intermédiaire d’un voltmètre numérique incorporé au calculateur analogique ;
— sélection des différentes constantes de temps associées aux intégrateurs analogiques.