Computadoras híbridas

¿Qué son las computadoras híbridas?

Las computadoras híbridas son equipos que presentan particularidades de máquinas analógicas y digitales. El dispositivo digital se utiliza para controlar y resolver operaciones lógico-aritméticas, mientras que el dispositivo analógico se usa como solucionador de ecuaciones diferenciales.

Generalmente, una solución aproximada de ecuaciones complejas se obtiene utilizando métodos numéricos iterativos, que requieren un gran número de iteraciones, dependiendo de cuán buena sea la “semilla” inicial del valor final y cuánta precisión se desea.

Habitualmente, los equipos analógicos son asombrosamente rápidos, porque pueden resolver ecuaciones de inmensa complicación con la rapidez con la que la señal recorre el circuito, que es una porción respetable de la velocidad de la luz.

Sin embargo, la precisión de las computadoras analógicas no es buena, estando limitadas a tres o máximo cuatro dígitos de precisión.

Por otro lado, los equipos digitales se fabrican para que la solución de las ecuaciones sea llevada a una precisión casi exacta, aunque de forma mucho más lenta si se compara con las computadoras analógicas.

Así, para muchas operaciones en tiempo real, estos cálculos digitales tienen una velocidad demasiado lenta para que sean de utilidad, pero la precisión de una computadora analógica tampoco es suficiente. De ahí la importancia de las computadoras híbridas.

Características de las computadoras híbridas

– Combinación de procesamiento. Analógicas: procesan datos continuos, como temperatura, presión, velocidad, sonido, voltaje, etc. Digitales: procesan datos discretos (binarios), lo que permite cálculos exactos, almacenamiento y programación. Una computadora híbrida integra ambos métodos para obtener velocidad y precisión.

– Rapidez y precisión. La parte analógica ofrece gran velocidad en el manejo de señales continuas. La parte digital aporta la precisión matemática y la capacidad de almacenamiento.

– Conversión de datos. Incluyen convertidores analógico-digitales (ADC) y digital-analógicos (DAC) para transformar datos de un formato a otro. Esto permite, por ejemplo, tomar una señal del mundo real (analógica), procesarla digitalmente y devolver una salida analógica.

– Aplicaciones. Se usan en áreas científicas y de ingeniería que requieren procesar datos del entorno en tiempo real, como simuladores de vuelo, control de procesos industriales, sistemas médicos (como equipos de monitoreo de pacientes o marcapasos), investigaciones en física y química. También en supercomputadoras híbridas que combinan CPU y GPU para tareas de inteligencia artificial y simulaciones complejas.

Tipos de computadoras híbridas

• PC 2 en 1. Para una computadora portátil se utiliza el término “computadora híbrida” para referenciar a una PC 2 en 1. Este tipo de PC lo componen una pantalla y un teclado desmontables, combinando así la funcionalidad de una computadora portátil y de una tableta. Estas computadoras híbridas tienen el poder de una computadora y adicionalmente, al desconectar el teclado, tienen la portabilidad de una tableta. Por ejemplo, se podría utilizar esta computadora híbrida para realizar tareas con ella durante el día y luego, separando la pantalla, poder disfrutarla en la cama navegando en las redes sociales.
• Computadoras electrónicas híbridas grandes. Se utilizaron considerablemente desde la década de 1960 hasta mediados de la década de 1980. Poseían varios cientos de amplificadores operacionales. Resolvían conjuntos enormemente complejos y extensos de modelos matemáticos de ecuaciones diferenciales. Por ejemplo, vuelos espaciales de seis grados de libertad, cinética de las reacciones químicas exotérmicas, sistemas de control para plantas de procesamiento de alimentos y el sistema inmunosupresor humano.
• Sistemas híbridos de uso general. Son computadoras que pueden utilizar diferentes aplicaciones o resolver numerosos tipos de problemas. Muchas de estas computadoras híbridas fueron en algún momento sistemas de propósito especial, siendo equipos híbridos a tiempo parcial en donde se podía obtener el resultado a una cierta velocidad.
• Computadoras híbridas de uso específico. Incluyen programas estáticos que no permiten ser ajustados. Por lo general, están integradas en sistemas físicos que se utilizan comúnmente como simuladores de un subsistema, controladores de funciones o analizadores de resultados. Por ejemplo, la computadora neumática utiliza fuelles de aire y boquillas para generar funciones precisas de multiplicación, división o raíz cuadrada de las señales de entrada, codificando los datos como presiones de aire.

Ventajas y desventajas de las computadoras híbridas

Ventajas

• Velocidad. Tienen una enorme velocidad de cálculo gracias a la configuración ofrecida por el sistema analógico. Esto resulta bastante útil cuando se buscan resultados numéricos para ecuaciones diferenciales, como en la simulación de vuelo. Para estos fines se habían utilizado los sistemas analógicos por ser más rápidos que las computadoras digitales, proporcionando las soluciones en menos tiempo. Sin embargo, la exactitud de estos resultados era cuestionable. Así, una computadora híbrida facilita resultados rápidos y precisos, siendo de una inmensa utilidad cuando se busca resolver ecuaciones complejas en tiempo real y es imprescindible obtener los resultados al instante.
• Gran precisión. Los resultados obtenidos con los equipos híbridos resultan mucho más precisos y de mayor provecho que los de las máquinas anteriores. Esto es debido al componente digital de la computadora híbrida. Con la computadora híbrida los valores “semilla” son generados rápidamente, aunque sin ser matemáticamente precisos, ya que este valor se logra con la parte frontal de computación analógica. Este valor es enviado a la parte frontal digital, que mediante un proceso iterativo obtiene una semilla numérica precisa. El tiempo total necesario para calcular este valor preciso es mucho menor que si se utilizara una computadora solo analógica o digital.
• Procesamiento de datos en línea. El valor de una computadora híbrida se observa fácilmente cuando existe la necesidad de administrar ecuaciones en tiempo real. Así como un dispositivo estrictamente analógico proporcionaría retornos rápidos que no son del todo precisos, y un dispositivo digital proporcionaría respuestas más precisas que tomarían más tiempo para calcular, el enfoque híbrido permite obtener respuestas ahora en lugar de más adelante. Esas respuestas son también más detalladas y útiles que las respuestas rápidas proporcionadas por el equipo analógico.

Desventajas

En los tiempos más modernos, los procesadores de señales digitales han reemplazado la necesidad de computadoras híbridas.

• Sistema híbrido. Es importante considerar que una computadora híbrida verdadera no es simplemente un sistema híbrido. La computadora híbrida está construida con los componentes necesarios para permitir que el dispositivo funcione con velocidad y precisión. Los productos comercializados como sistemas híbridos no son más que equipos informáticos digitales que se han complementado con un convertidor de analógico a digital para la entrada, y un convertidor de digital a analógico para gestionar la salida. Un sistema de este tipo normalmente se considera menos eficiente que una verdadera computadora híbrida.

Ejemplos de computadoras híbridas

• Surtidores de gasolina. Estos dispositivos contienen un procesador que convierte la medición del flujo de combustible en valores correspondientes a la cantidad y el precio. En los negocios, estas computadoras se pueden usar en la industria química como sistemas de control de procesos.
• HRS-100. Un ejemplo es la HRS-100, que se usó ampliamente durante la década de 1970. Fue inventada y desarrollada para estudiar los sistemas dinámicos en la escala de tiempo real y acelerado. También para la resolución eficiente de una amplia gama de tareas científicas en los institutos de la URSS.
• Área médica. Las máquinas de electrocardiograma, de ecocardiograma, de ultrasonido y de monitoreo Holter son ejemplos de computadoras híbridas. Muchos de los diagnósticos que se utilizan en el campo de la medicina entran en esta categoría. Por ejemplo, en la Unidad de Cuidados Intensivos de los hospitales se utiliza un dispositivo analógico que mide la presión arterial y la temperatura del paciente. Estos valores son convertidos y mostrados en una pantalla digital en forma numérica. Asimismo, se aprovecha el procesamiento de datos en línea, de diversos hospitales. Estos datos son analizados en tiempo real y los resultados se ponen de inmediato a disposición del médico. Así, se reduce considerablemente el período de espera entre el procedimiento de cateterización y la generación de resultados.
• HP Envy x2. Es una computadora personal híbrida ultradelgada que brinda el beneficio de tener incorporados dos dispositivos en uno. Es una computadora portátil que puede ser utilizada también como tableta. Contiene una pantalla que se puede remover para convertirse en una tableta, al apartarla del teclado a través de un cierre magnético.

Referencias

1. Definitions for Hybrid Computer. Recuperado de definitions.net.
2. What is a Hybrid Computer? Recuperado de wisegeek.com.
3. Types of Hybrid Computers. Recuperado de sciencing.com.
4. The Advantages of Hybrid Computers. Recuperado de techwalla.com.
5. Hybrid computer. Recuperado de computerhope.com.