Was sind die verschiedenen Arten von analogen Computern?
Jedes Medium, das einen kontinuierlichen Datenzustand effektiv darstellen kann, kann als Basis für einen analogen Computer dienen. Die frühesten Beispiele für analoge Computer waren mechanische Computer, die bewegliche Teile und Zahnräder verwenden. Hydraulikcomputer und elektrische Computer wurden später entwickelt. In den letzten Jahren wurden analoge Rechenprinzipien unter Verwendung optischer Computer modelliert und bildeten die Grundlage für einige neu aufkommende Implementierungen des Quantencomputers.
Ein analoger Computer verwendet ein Medium, um die Zustände diskreter Variablen darzustellen. Im Gegensatz zu digitalen Computern, die Variablen in eine Reihe von Zahlen konvertieren, arbeiten analoge Computer direkt mit Variablen. Sie transformieren Variablen und führen Operationen an ihnen durch, indem sie mechanische, elektrische oder andere Prozesse verwenden, um den Zustand der Medien, die die Variable darstellen, direkt zu ändern.
Mechanische analoge Computer haben eine alte Geschichte. Der Antikythera-Mechanismus, ein Produkt des ptolemäischen Ägyptens, modellierte die Bewegungen von Objekten, die am Himmel sichtbar waren, unter Verwendung einer komplizierten Reihe von Zahnrädern. Orreries hatten in der frühen Neuzeit eine ähnliche Funktion. Während des Ersten und Zweiten Weltkrieges wurden viel weiterentwickelte mechanische Analogcomputer verwendet, um Daten zu codieren und zu decodieren und um das Zielen großer Artilleriegeschosse zu unterstützen.
Hydraulikcomputer modellieren Daten unter Verwendung des Flüssigkeitsflusses anstelle der Bewegung mechanischer Teile. Möglicherweise sind die frühesten Beispiele die im Mittelalter verwendeten Wasseruhren. Diese verwendeten den stetigen Fluss und Druck des Wassers, um den Zeitverlauf genau zu messen. Moderne hydraulische Analogrechner verwenden den Fluss verschiedener Flüssigkeiten durch geschlossene Systeme, um Daten zu modellieren.
Elektrische analoge Computer verwenden eine von mehreren Eigenschaften der Elektrizität, um Daten darzustellen und zu manipulieren. Die gebräuchlichsten Sorten haben zu diesem Zweck in der Vergangenheit die Spannung verwendet. Diese Art von Analogcomputern ist recht leistungsfähig und kann bei der Ausführung bestimmter Funktionen frühere Digitalcomputer übertreffen, ist jedoch weniger vielseitig, da jedes neue Programm in der Regel eine physikalische Änderung der Verkabelung und der Schaltkreise erfordert.
Analoges Rechnen kann auch von optischen Computern durchgeführt werden. Diese Computer codieren Informationen in den verschiedenen Eigenschaften von Licht und verarbeiten Daten, indem sie direkt auf diese Informationen einwirken. Diese Art der Datenverarbeitung kann bestimmte Aufgaben, insbesondere die Bildanalyse, mit großer Effizienz ausführen.
Die Mehrzustandsnatur des analogen Rechnens wird auch bei der Entwicklung der ersten Generation von Quantencomputern eingesetzt. Quantencomputer können so strukturiert werden, dass sie die natürliche Ähnlichkeit zwischen bestimmten Arten physikalischer Strukturen und der zugrunde liegenden mathematischen Struktur einiger quantenmechanischer Probleme nutzen. Mit dem Aufkommen des Quantencomputers in den Kinderschuhen wird dieser Computertyp häufiger und wichtiger.