Analogrechner

Analogcomputer oder Analogrechner sind Computer, die ihre Berechnungen auf der Basis fließender Zustandsübergänge durchführen. Sie repräsentieren ihre Daten also nicht als diskrete Werte wie die Digitalcomputer, sondern als kontinuierliche – eben analoge – Größen, zum Beispiel in Form von geometrischen Längen oder Winkeln oder elektrischen Spannungen oder Strömen.

Bekannte alte Beispiele für Analogrechner sind die verschiedenen Arten von Rechenschiebern und mechanischen Planimetern, die seit dem 19. Jahrhundert weit verbreitet waren, bis sie in den 1970er Jahren durch digitale elektronische Geräte abgelöst wurden.

Analogrechner wurden insbesondere in den 1940er Jahren entwickelt zur Lösung von gewöhnlichen Differentialgleichungen. Technisch nutzbar waren diese Rechner zum Beispiel zur Simulation von Flugbahnen von Artilleriegeschossen und Bomben.

Als einfaches Beispiel für einen Multiplikationscomputer kann man sich einen Audioverstärker vorstellen, bei dem das Eingangssignal (z. B. vom Plattenspieler) mit einer großen Zahl (dem Verstärkungsfaktor) multipliziert wird, um am Lautsprecher hörbar zu werden. Der Verstärkungsregler (Lautstärkeregler) stellt also den Multiplikator ein.

Es sind viele weitere elektronische Schaltungen bekannt, z. B. Integratoren, Differentiatoren, Summierer, Multiplizierer, Dividierer, Funktionsgeber, Koeffizientenpotentiometer (Spannungsteiler Ua= k*Ui) mit denen mathematische Probleme gelöst werden können. Die Ergebnisse stehen meist sofort zur Verfügung und werden mittels Messgeräten, z. B. Voltmeter oder Oszillograph, angezeigt. Allerdings ist es schwer mit diesen Schaltungen Texte auszugeben.

Ein weiteres Problem analoger Rechner ist die Genauigkeit. Man kann nur Messgeräte bauen, die einen maximalen Messbereich von 6 bis 7 Zehnerpotenzen (= Zahlen mit 6 bis 7 Stellen) eines Wertes erfassen können (man kann also die Masse eines LKW nicht auf Milligramm genau messen). Das reicht bei geschickter Skalierung der Eingangsgrößen für die meisten physikalischen Fragestellungen aus. Gegenbeispiele: Umsatz eines Großunternehmens in Cent, Berechnung einer Flugbahn zum Mars (Anfangswertproblem, Anzahl der Rechenschritte).

Ein kommerziell verfügbarer Analogrechner Ende der 1970er-Jahre sah z. B. so aus, dass man ein großes Steckbrett hatte, auf dem eine feste Anzahl von Addierern, Integratoren, Multiplikatoren sowie Eingabe durch Analogpotentiometer angeordnet war. Durch Steckleitungen (die das "Programm" bildeten) wurden diese Einheiten untereinander verbunden, womit man in der Regel Differentialgleichungen nachbildete und sie in Echtzeit löste. Mit vertretbarem Aufwand war eine Genauigkeit von 4 Dezimalstellen erreichbar.

Ein analoger Zellulärer Automat zur Simulation von Grundwasserströmungen wurde zum Beispiel auf die folgende Weise aufgebaut:

Man stellte ein zweidimensionales Feld aus Kondensatoren zusammen, deren Kapazität dem Wasserspeichervermögen eines kleinen Teilgebietes des Bodens entsprach, und verband diese dann mit Widerständen mit ihren direkten Nachbarn, wobei die Leitfähigkeit der Widerstände der Wasserdurchlässigkeit des entsprechenden Teilgebietes des Bodens entsprach. Dazu kamen nun Quellgebiete als über Widerstände geregelte Spannungseinleitungen, und Brunnen als über Widerstände geregelte Spannungsableitungen. Die an den Knotenpunkten dieses Netzes gemessene Spannung entsprach dann dem zu erwartenden Grundwasserstand, und die Ströme in den Widerständen entsprachen der zu erwartenden Grundwasserströmung.

Zur Berechnung von Gezeiten wurden mechanische Analogrechner eingesetzt, wie man sie im Deutschen Schiffahrtsmuseum in Bremerhaven sehen kann.

Zwischenzeitlich gab es auch sogenannte Hybridrechner, die digitale und analoge Rechenwerke hatten.

Literatur

Sigvard Strandh: Die Maschine – Geschichte, Elemente, Funktion. ISBN 3-451-18873-2, Seite 191

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