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アナログコンピュータとは、電気的、機械的、または油圧的な量など、数学的原理に従って動作する物理現象（アナログ信号）を利用して、解決しようとしている問題をモデル化する計算機（コンピュータ）の一種です。これに対し、デジタルコンピュータは、変化する量を記号的に、かつ時間と振幅の両方の離散値（デジタル信号）で表現します。
アナログコンピュータは非常に幅広い複雑さを持つことができます。計算尺やノモグラムは最も単純なものですが、海軍の砲撃制御コンピュータや大型のハイブリッドデジタル/アナログコンピュータは最も複雑なものの中に含まれていました。[ 1 ]プロセス制御や保護リレーのための複雑なメカニズムは、制御機能や保護機能を実行するためにアナログ計算を使用していました。それらすべてに共通する特性は、コンピュータの動作方法を決定するためにアルゴリズムを使用しないことです。むしろ、解決するシステムに類似した構造（いわゆるアナログ、モデル、または類推）を使用しており、これはモデルを表しているため、アナログコンピュータという用語の由来にもなっています。
アナログコンピュータは、デジタルコンピュータの登場後も、当時一般的に高速であったため、科学および産業用途で広く使用されていましたが、1950年代から1960年代には早くも時代遅れになり始めました。ただし、航空機のフライトシミュレータ、航空機のフライトコンピュータ、大学での制御システムの教育など、特定の用途では引き続き使用されていました。アナログコンピュータの最も身近な例はおそらく機械式時計でしょう。連動した歯車の連続的かつ周期的な回転によって、時計の秒針、分針、時針が駆動されます。航空機のフライトシミュレータや合成開口レーダーなどのより複雑なアプリケーションは、デジタルコンピュータではタスクに不十分であったため、1980年代までアナログコンピューティング（およびハイブリッドコンピューティング）の領域にとどまりました。[ 2 ]
これは、現代のコンピュータの前身と考えられている初期の計算装置の例をリストアップしたものです。中には、現代の定義には当てはまらないものの、マスコミによって「コンピュータ」と呼ばれたものもあるかもしれません。
天体の位置を決定するために使用された装置の一種であるアンティキティラ機構は、イギリスの物理学者、情報科学者、科学史家のデレク・J・デ・ソラ・プライスによって初期の機械式アナログコンピュータとして記述されました。[ 3 ]これは、ギリシャのアンティキティラ島沖、キティラ島とクレタ島の間にあるアンティキティラ難破船で1901年に発見され、ヘレニズム時代の紀元前150～100年頃のものとされています。アンティキティラ機構に匹敵する複雑さを持つ装置は、1000年後まで再び現れることはありませんでした。
天文学や航海のために、計算や測定のための多くの機械的な補助器具が作られました。プラニスフィアは、紀元2世紀にプトレマイオスによって初めて記述されました。アストロラーベは、紀元前1世紀または2世紀にヘレニズム世界で発明され、しばしばヒッパルコスに帰せられます。プラニスフィアとディオプトラを組み合わせたアストロラーベは、球面天文学におけるさまざまな種類の問題を解くことができる、事実上のアナログコンピュータでした。
比例、三角法、乗算、除算の問題を解くための計算器具であるセクターは、平方根や立方根などのさまざまな関数に使用され、16世紀後半に開発され、砲術、測量、航海に応用された。
プラニメーターは、機械的な連結機構を用いて閉じた図形をなぞることで、その面積を計算する手動式の測定器であった。
計算尺は、対数の概念が発表された直後の1620～1630年頃に発明されました。これは、乗算と除算を行うための手動式アナログ計算機です。計算尺の開発が進むにつれて、逆数、平方と平方根、立方と立方根、対数や指数などの超越関数、円三角関数や双曲線三角関数などの関数を計算できる目盛りが追加されました。電子計算機によって計算尺はほとんど使われなくなりましたが、パイロット訓練用のE6-Bフライトコンピュータなど、特定の用途向けに設計されたものは今でも使われています。
1831年から1835年にかけて、数学者でエンジニアのジョヴァンニ・プラナは、滑車と円筒のシステムを通して、閏年や日の長さの変化を考慮しながら、西暦0年（紀元前1年）から西暦4000年までのすべての年の永久カレンダーを予測できる永久カレンダーマシンを考案した。[ 4 ]
1872年にウィリアム・トムソン卿によって発明された潮汐予測機は、浅瀬での航行に非常に役立った。この装置は滑車とワイヤーのシステムを用いて、特定の場所における一定期間の潮位を自動的に予測するものであった。
微分解析器は、積分によって微分方程式を解くように設計された機械式アナログコンピュータで、積分を実行するためにホイールアンドディスク機構を使用していました。1876 年、ジェームズ トムソンはすでにこのような計算機の構築の可能性について議論していましたが、ボールアンドディスク積分器の出力トルクが限られているため行き詰まっていました。その後、いくつかのシステムが登場し、特にスペインのエンジニアレオナルド トーレス ケベドは、多項式の実数および複素数の根を解くためのさまざまなアナログマシンを構築しました。 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]また、ミケルソンとストラットンは、ケルビン積分器ではなく 80 個のバネのアレイを使用してフーリエ解析を実行したハーモニック アナライザーを開発しました。この研究は、不連続点付近のフーリエ表現におけるオーバーシュートのギブス現象の数学的理解につながりました。 [ 8 ]微分解析器では、1 つの積分器の出力が次の積分器の入力、またはグラフ出力を駆動します。トルク増幅器は、これらの機械の動作を可能にした画期的な技術であった。1920年代以降、ヴァネヴァー・ブッシュらは機械式微分解析装置を開発した。
デュマレスクは、1902年頃にイギリス海軍のジョン・デュマレスク中尉によって発明された機械式計算機である。これはアナログ計算機であり、射撃管制問題の重要な変数を自艦の動きと標的艦の動きに関連付けた。ヴィッカース式レンジクロックなどの他の装置と組み合わせて使用されることが多く、射程と偏角のデータを生成することで、艦の砲照準を継続的に調整することができた。開発が進むにつれて、デュマレスクには複雑さを増した様々なバージョンが製造された。
1912年までに、アーサー・ポーレンは微分解析器を基にした、射撃管制システム用の電気駆動式機械式アナログコンピュータを開発した。これは第一次世界大戦中にロシア帝国海軍で使用された。[ 9 ]
1929年から、当時数値計算方法では解けないほど大規模な電力系統の計算問題を解決するために交流ネットワークアナライザが構築されました。 [ 10 ]これらは基本的に、実物大システムの電気的特性の縮尺モデルでした。ネットワークアナライザは解析的手法や手計算では処理できないほど大規模な問題を扱えるため、原子核物理学や構造物の設計における問題の解決にも使用されました。1950年代末までに50台以上の大型ネットワークアナライザが構築されました。
第二次世界大戦時代の砲撃指揮装置、砲撃データ計算機、爆撃照準器には機械式アナログ計算機が使用されていました。1942年、ヘルムート・ヘルツァーはペーネミュンデ陸軍研究センターで完全電子式アナログ計算機を組み込み制御システム（混合装置）として構築し、加速度と姿勢（ジャイロスコープで測定）からV-2ロケットの軌道を計算し、ミサイルを安定させて誘導しました。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14][ 15 ]機械式アナログ計算機は第二次世界大戦、朝鮮戦争、そしてベトナム戦争後もずっと砲撃管制において非常に重要であり、かなりの数が製造されました。
1930年から1945年にかけて、オランダではヨハン・ファン・フェーンが、水路の形状変化に伴う潮汐流を計算・予測するためのアナログコンピュータを開発した。1950年頃、このアイデアはデルタールへと発展し、オランダ南西部の河口閉鎖（デルタ計画）を支援する水理学的アナロジーコンピュータとなった。
FERMIACは、物理学者エンリコ・フェルミが中性子輸送の研究を支援するために 1947 年に発明したアナログ コンピュータです。 [ 16 ]プロジェクト サイクロンは、動的システムの解析と設計のために 1950 年にリーブスによって開発されたアナログ コンピュータです。[ 17 ]プロジェクト タイフーンは、1952 年に RCA によって開発されたアナログ コンピュータです。4,000 個以上の電子管で構成され、100 個のダイヤルと 6,000 個のプラグイン コネクタを使用してプログラムしました。[ 18 ] MONIACコンピュータは、1949 年に初めて公開された国民経済の油圧アナロジーです。[ 19 ]
Computer Engineering Associates は 1950 年にCaltechからスピンアウトし、Gilbert D. McCann、Charles H. Wilts、Bart Locanthi によって開発された「直接アナログ電気アナログコンピュータ」（「現場問題の解決のための最大かつ最も印象的な汎用アナライザ設備」）を使用して商用サービスを提供しました。[ 20 ] [ 21 ]
教育用アナログコンピュータは、アナログ計算の原理を実証した。1960年頃に米国の Heath Company が製造した、199 ドルの教育用アナログコンピュータHeathkit EC-1 である。[ 22 ]これは、9 つの演算増幅器とその他のコンポーネントを接続するパッチコードを使用してプログラムされた。[ 23 ] General Electricも、1960 年代初頭に、2 つのトランジスタトーンジェネレータと 3 つのポテンショメータからなるシンプルな設計の「教育用」アナログコンピュータキットを販売した。ポテンショメータのダイヤルを手動で方程式を満たすように配置したときに発振器の周波数がゼロになるように配線されていた。ポテンショメータの相対抵抗は、解かれる方程式の式に相当する。どのダイヤルが入力で、どのダイヤルが出力かによって、乗算または除算を実行できた。精度と分解能は限られており、単純な計算尺の方が正確だった。しかし、このユニットは基本的な原理を実証した。
アナログコンピュータの設計は、電子工学雑誌に掲載されました。その一例として、1968 年 1 月号のPractical Electronicsに掲載された PEAC (Practical Electronics analogue computer) があります。 [ 24 ]また、より現代的なハイブリッドコンピュータの設計は、2002 年にEveryday Practical Electronicsに掲載されました。 [ 25 ] EPE ハイブリッドコンピュータで説明されている例としては、ハリアー垂直離着陸機のようなVTOL 航空機の飛行があります。[ 25 ]航空機の高度と速度は、コンピュータのアナログ部分によって計算され、デジタルマイクロプロセッサを介して PC に送信され、PC の画面に表示されます。
産業プロセス制御においては、温度、流量、圧力、その他のプロセス条件を自動的に制御するためにアナログループコントローラが用いられてきた。これらのコントローラの技術は、純粋な機械式積分器から、真空管や固体素子を用いたもの、マイクロプロセッサによるアナログコントローラのエミュレーションまで多岐にわたる。
ばねやダンパー（粘性流体ダンパー）などの線形機械部品と、コンデンサ、インダクタ、抵抗器などの電気部品との類似性は、数学的に見て非常に顕著である。これらは同じ形式の方程式を用いてモデル化することができる。
しかし、これらのシステムの違いこそが、アナログコンピューティングの有用性を生み出している。複雑なシステムは、多くの場合、紙とペンによる分析には適さず、何らかのテストやシミュレーションが必要となる。レーシングカーのサスペンションのような複雑な機械システムは、製造コストが高く、変更も困難である。さらに、高速テスト中に精密な機械的測定を行うことは、さらなる困難を伴う。
対照的に、複雑な機械システムの挙動をシミュレートするために、その電気的な等価物を構築するのは非常に安価です。エンジニアは、いくつかの演算増幅器（オペアンプ）といくつかの受動線形部品を配置して、シミュレート対象の機械システムと同じ方程式に従う回路を形成します。すべての測定はオシロスコープで直接行うことができます。この回路では、例えば、積分器のパラメータを調整することで、バネの（シミュレートされた）剛性を変更できます。電気システムは物理システムのアナロジーであるため、そのように呼ばれていますが、機械的なプロトタイプよりもはるかに安価で、変更もはるかに容易で、一般的に安全です。
電子回路は、シミュレーション対象の物理システムよりも速く、あるいは遅く動作させることもできる。電子アナログコンピュータの熟練ユーザーは、デジタルシミュレーションに比べて、問題に対するより詳細な制御と理解が得られると述べている。
電子アナログコンピュータは、微分方程式で記述される状況を表現するのに特に適しています。歴史的に、微分方程式系が従来の方法では解くのが非常に困難な場合によく使用されていました。簡単な例として、ばね-質量系のダイナミクスは次の式で記述できます。、 と質量の垂直位置として、減衰係数、ばね定数と地球の重力。アナログ計算では、方程式は次のようにプログラムされます。等価アナログ回路は、状態変数用の2つの積分器から構成される。（速度）と（位置）、インバータ1個、ポテンショメータ3個。
電子アナログコンピュータには欠点があります。回路の電源電圧の値が、変数が変化できる範囲を制限するのです（変数の値は特定のワイヤ上の電圧で表されるため）。したがって、各問題は、回路が供給できる電圧を用いてそのパラメータと寸法を表現できるようにスケーリングする必要があります。例えば、ばね振り子の速度と位置の予想される大きさなどです。スケーリングが不適切な変数は、電源電圧の制限によって値が「クランプ」される可能性があります。あるいは、スケーリングが小さすぎると、ノイズレベルが高くなることがあります。どちらの場合も、回路が物理システムの不正確なシミュレーションを生成する原因となります。（最新のデジタルシミュレーションは、変数の値が大きく変化してもはるかに堅牢ですが、それでもこれらの問題から完全に免れるわけではありません。浮動小数点デジタル計算は大きなダイナミックレンジをサポートしますが、大きな値のわずかな違いが数値的不安定性につながると、精度が低下する可能性があります。）
アナログコンピュータの読み出し精度は、主に読み出し装置の精度によって制限され、一般的には有効数字3桁または4桁であった。（現代のデジタルシミュレーションはこの点で遥かに優れている。デジタル任意精度演算により、任意の精度を実現できる。）しかし、ほとんどの場合、モデル特性とその技術的パラメータの不確実性を考慮すれば、アナログコンピュータの精度で十分である。
特定の計算専用の小型コンピュータは、現在でも産業用制御機器の一部として使用されていますが、1950年代から1970年代にかけては、汎用アナログコンピュータが、特に航空機、軍事、航空宇宙分野における動的システムのリアルタイムシミュレーションに十分な速度を持つ唯一のシステムでした。アナログコンピュータの基本技術は通常、演算増幅器（低周波制限がないため「連続電流増幅器」とも呼ばれる）ですが、1960年代には、フランスのANALACコンピュータで、中周波搬送波と非散逸可逆回路という代替技術を使用する試みが行われました。
1960年代の米国では、ニュージャージー州ウェストロングブランチのElectronic Associatesが、231Rアナログコンピュータ（真空管、20個の積分器）と、その後EAI 8800アナログコンピュータ（ソリッドステート演算増幅器、64個の積分器）を製造し、主要なメーカーとなった。[ 26 ]そのライバルは、ミシガン州アナーバーのApplied Dynamicsであった。
1970年代には、力学の問題に関わる大企業や行政機関はすべて、次のようなアナログ計算センターを所有していた。
アナログ計算機はいくつかの主要な構成要素から成ります。[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
パッチパネルでは、さまざまな接続や経路を設定・切り替えることで、機器の構成や信号の流れを決定できます。これにより、ユーザーはアナログコンピューティングシステムを柔軟に構成・再構成し、特定のタスクを実行させることができます。
パッチパネルは、データフローを制御したり、信号源、増幅器、フィルタ、その他のコンポーネントなど、システム内のさまざまなブロック間の接続を接続・切断したりするために使用されます。これにより、アナログ演算の設定や実験において、利便性と柔軟性が向上します。
パッチパネルは、コネクタを備えた物理的なパネルとして提供される場合もあれば、より現代的なシステムでは、信号接続と経路を仮想的に管理できるソフトウェアインターフェースとして提供される場合もある。
アナログ機器の出力装置は、システムの具体的な目的に応じて様々です。例えば、グラフ表示器、オシロスコープ、グラフ記録装置、テレビ接続モジュール、電圧計などが挙げられます。これらの装置を用いることで、アナログ信号の可視化や、測定結果、あるいは演算結果の表示が可能になります。
これらは、一般的なアナログ計算機に見られる基本的な構成要素です。実際の構成や構成要素は、具体的な実装方法や機械の用途によって異なる場合があります。
アナログ演算装置は高速ですが、デジタル演算装置は汎用性と精度に優れています。アナログ・デジタルハイブリッドの基本的な考え方は、両方の処理を組み合わせて効率を最大限に高めることです。このようなハイブリッド基本デバイスの一例として、ハイブリッド乗算器があります。ハイブリッド乗算器では、一方の入力がアナログ信号、もう一方の入力がデジタル信号で、出力はアナログ信号です。これは、デジタル的にアップグレード可能なアナログポテンショメータとして機能します。この種のハイブリッド技術は、レーダーの信号処理や組み込みシステムのコントローラなど、計算時間が非常に重要な高速な専用リアルタイム計算に主に使用されます。
1970年代初頭、アナログコンピュータメーカーは、アナログコンピュータとデジタルコンピュータを連携させることで、両方の技術の利点を活かそうと試みた。このようなシステムでは、デジタルコンピュータがアナログコンピュータを制御し、初期設定、複数のアナログ処理の開始、データの自動供給と収集を行った。また、デジタルコンピュータは、アナログ-デジタル変換器やデジタル-アナログ変換器を用いて、計算自体にも参加することができた。
ハイブリッドコンピュータの最大手メーカーはエレクトロニック・アソシエイツ社でした。同社のハイブリッドコンピュータモデル8900は、デジタルコンピュータと1つ以上のアナログコンソールで構成されていました。これらのシステムは主にNASAのアポロ計画やスペースシャトル、ヨーロッパのアリアンなどの大規模プロジェクトに特化しており、特に統合段階では、最初はすべてがシミュレーションされ、徐々に実際のコンポーネントがシミュレーションされた部品と置き換えられていきます。[ 31 ]
1970年代当時、ハイブリッドコンピュータ上で一般的な商用コンピューティングサービスを提供していた企業として知られていたのは、フランスのCISI社ただ1社だけだった。
この分野で最も参考になるのは、エアバスとコンコルドの自動着陸システムの各認証のための10万回のシミュレーション実行である。[ 32 ]
1980年以降、純粋なデジタルコンピュータは急速に進歩し、アナログコンピュータに匹敵する速度に達した。アナログコンピュータの速度の鍵の一つは完全並列演算であったが、これは同時に制約でもあった。問題に必要な方程式の数が増えるほど、たとえ時間的な制約がない場合でも、より多くのアナログ部品が必要となった。問題を「プログラミング」するということは、アナログ演算子を相互接続することを意味し、取り外し可能な配線パネルがあっても、汎用性はそれほど高くなかった。
歴史を通じて、様々な種類の機械式アナログ計算機が発明されてきた。それらは、単純な装置（例えばプラニメーター）から、第二次世界大戦中の海軍砲を誘導した複雑な射撃管制システムまで多岐にわたる。
ある程度の複雑さを持つ実用的な機械式アナログコンピュータは、回転軸を使用して変数をある機構から別の機構に伝達していました。ケーブルとプーリーは、個々の高調波成分を合計する潮汐予測機であるフーリエ合成器で使用されていました。あまり知られていない別のカテゴリでは、回転軸は入力と出力のみに使用され、精密なラックとピニオンが使用されていました。ラックは、計算を実行するリンク機構に接続されていました。1950年代後半にLibrascope社が製造した少なくとも1つの米国海軍ソナー射撃管制コンピュータは、このタイプであり、Mk.56砲射撃管制システムの主要コンピュータも同様でした。[ 33 ]
これらのコンピュータは、演算要素間で変数を伝達するために、精密なマイターギア差動装置（2 つのシャフト回転の合計または差を生成するように配置された一対のベベルギア）をよく使用していました。たとえば、フォード計器マーク I 火器制御コンピュータには、約 160 個のマイターギア差動装置が含まれていました。[ 34 ] [ 35 ]
別の変数に関する積分は、一方の変数によって駆動される回転ディスクによって行われた。出力は、ディスク上のもう一方の変数に比例した半径の位置に配置されたピックアップ装置（例えばホイール）から得られた。（小さなローラーで支えられた一対の鋼球を備えたキャリアが特に効果的であった。ディスクの表面に平行な軸を持つローラーが出力を提供し、ローラーはバネによって一対の鋼球に押し付けられていた。）
カムによって1つの変数の任意の関数が提供され、ギア機構によってフォロワーの動きがシャフトの回転に変換される。
2つの変数の機能は、3次元カムによって実現された。優れた設計の一つでは、一方の変数がカムを回転させた。半球状のフォロワーは、カムの回転軸と平行な回転軸を中心にキャリアを移動させた。回転運動が出力となった。もう一方の変数は、フォロワーをカムの軸に沿って移動させた。実用的な応用例の一つとして、砲術における弾道計算が挙げられる。
極座標から直交座標への変換は、機械式レゾルバ（米海軍の射撃管制コンピュータでは「コンポーネントソルバー」と呼ばれていた）によって行われた。共通軸上の2枚のディスクが、ピン（短いシャフト）が付いたスライドブロックの位置を決定した。一方のディスクはフェースカムであり、フェースカムの溝にあるブロック上のフォロワーが半径を設定した。ピンに近いもう一方のディスクには、ブロックが移動する直線状のスロットがあった。入力された角度によって後者のディスクが回転した（半径が一定の場合、フェースカムディスクはもう一方の（角度）ディスクと一緒に回転した。差動装置といくつかのギアがこの補正を行った）。
機構のフレームを参照すると、ピンの位置は角度と大きさの入力によって表されるベクトルの先端に対応していた。そのピンには四角いブロックが取り付けられていた。
直交座標出力（通常は正弦波と余弦波）は、前述のブロックにそれぞれスロットが設けられた2枚のスロット付きプレートから得られた。プレートは直線的に移動し、一方のプレートの動きはもう一方のプレートの動きと直角をなしていた。スロットは移動方向に対して直角に配置されていた。各プレートは、蒸気機関愛好家にはおなじみのスコッチヨークのような構造をしていた。
第二次世界大戦中、同様の機構で直交座標を極座標に変換する試みが行われたが、あまり成功せず、大幅な設計変更（米国海軍、Mk.1 からMk.1A ）で廃止された。
乗算は、相似な直角三角形の幾何学に基づいた仕組みによって行われた。直角三角形の三角関数の用語、具体的には対辺、隣辺、斜辺を用いて、隣辺は作図によって固定された。ある変数によって対辺の大きさが変化する。多くの場合、この変数は符号が変化する。斜辺は隣辺と一致する場合（入力値がゼロの場合）、または隣辺を超えて移動する場合があり、これは符号の変化を表す。
通常、ピニオン機構を備えたラックが（三角関数で定義された）反対側の辺と平行に移動することで、斜辺と一致する溝を持つスライドの位置が決まります。ラック上のピボットにより、スライドの角度は自由に変化します。スライドのもう一方の端（三角関数でいう角度）では、フレームに固定されたピン上のブロックが、斜辺と隣接する辺の間の頂点を定義します。
隣接する辺上の任意の距離において、それに垂直な直線は斜辺と特定の点で交わる。その点と隣接する辺との間の距離は、1頂点からの距離と2対辺の長さの積である分数で表される。
このタイプの乗数における2番目の入力変数は、隣接する辺に垂直なスロット付きプレートの位置を決定します。そのスロットにはブロックが配置され、そのブロックのスロット内での位置は、すぐ隣にある別のブロックによって決定されます。後者のブロックは斜辺に沿ってスライドするため、2つのブロックは（三角関数上の）隣接する辺から、積に比例した距離だけ離れた位置に配置されます。
製品を出力として得るために、3つ目の要素である別のスロット付きプレートも、理論上の三角形の（三角法上の）対辺に平行に移動します。通常どおり、スロットは移動方向に対して垂直です。スロット内のブロックは、斜辺ブロックに支点として回転し、所定の位置に配置します。
中程度の精度で済む場合に使用される特殊なタイプの積分器は、円盤ではなく鋼球をベースとしていた。この積分器には2つの入力があり、1つは鋼球を回転させるためのもので、もう1つは鋼球の回転軸の角度を定義するためのものだった。その軸は常に、2つの移動用ピックオフローラーの軸を含む平面上にあり、ローリングボール式コンピュータマウスの機構と非常によく似ていた（その機構では、ピックオフローラーは鋼球とほぼ同じ直径だった）。ピックオフローラーの軸は互いに直角になっていた。
ピックオフ面の上と下に配置された一対のローラーは、ギアで連結された回転ホルダーに取り付けられていた。このギアは角度入力によって駆動され、ボールの回転軸を決定した。もう一方の入力は「下側」のローラーを回転させ、ボールを回転させた。
基本的に、コンポーネントインテグレータと呼ばれるこの機構全体は、1つの動作入力と2つの出力、そして角度入力を備えた可変速駆動装置でした。角度入力は、入力角度の正弦と余弦に応じて、「動作」入力と出力間の結合比（および方向）を変化させました。
電気機械式位置サーボ（別名トルク増幅器）は、計算処理自体は行わないものの、回転軸型の機械式アナログコンピュータにおいて、後続の計算機構の入力部に動作トルクを供給するため、また、海軍コンピュータにおける大型トルク伝達シンクロなどの出力データ伝送装置を駆動するために不可欠な役割を果たしていた。
計算に直接関与しないその他の読み出し機構としては、内部変数を表示するための補間ドラムダイヤルを備えた内部オドメーターのようなカウンターや、機械式の多回転式リミットストップなどがあった。
アナログ式射撃管制コンピューターでは、回転速度を正確に制御することが精度の基本要素であったため、バランスホイール、ヒゲゼンマイ、宝石軸受差動装置、ツインローブカム、およびバネ式接点によって平均速度が制御されるモーターが採用されていた（これらのコンピューターが設計された当時、艦船の交流電源周波数は必ずしも正確ではなく、信頼性も十分ではなかった）。
電子アナログコンピュータの前面パネルには、パッチコード（両端にプラグが付いた柔軟な電線）を接続して問題設定を構成する相互接続を行うためのジャック（単接点ソケット）が多数備えられています。さらに、スケールファクターを設定（必要に応じて変更）するための高精度高分解能ポテンショメータ（可変抵抗器）も備えられています。また、通常は、中程度の精度で電圧を測定するためのゼロ点中心のアナログ式ポインタ型メーターも搭載されています。安定した高精度電圧源により、既知の値が得られます。
一般的な電子アナログコンピュータには、演算を行うオペアンプ（演算増幅器）が数個から100個以上搭載されています。オペアンプは、非常に高いゲインと安定した入力（低く安定したオフセット）を持つ特殊なフィードバック増幅器です。オペアンプは常に高精度フィードバック部品と組み合わせて使用され、動作時には入力部品から流入する電流をほぼ完全に打ち消します。代表的な構成では、オペアンプの大部分は加算増幅器であり、アナログ電圧を加算および減算して、その結果を出力ジャックに出力します。また、コンデンサフィードバックを備えたオペアンプも通常構成に含まれており、入力の合計を時間に対して積分します。
他の変数に関する積分は、ほぼ機械式アナログ積分器の専売特許であり、電子式アナログコンピュータではほとんど行われません。しかし、問題の解が時間によって変化しない場合は、時間を変数の1つとして用いることができます。
その他の演算要素としては、アナログ乗算器、非線形関数発生器、アナログ比較器などが挙げられる。
電気アナログコンピュータで使用されるインダクタやコンデンサなどの電気素子は、非理想的な影響を低減するために慎重に製造する必要がありました。例えば、交流電源ネットワークアナライザの構築において、計算機に（実際の電源周波数ではなく）より高い周波数を使用する理由の一つは、より高品質のインダクタをより容易に製造できるという点でした。多くの汎用アナログコンピュータはインダクタの使用を完全に避け、高品質のコンデンサは比較的容易に製造できるため、抵抗素子と容量素子のみを使用して解決できる形で問題を再構成しました。
アナログコンピュータでは電気的特性を利用するため、計算は通常リアルタイム（またはそれ以上）で行われ、その速度は主に演算増幅器やその他の演算素子の周波数応答によって決まります。電子アナログコンピュータの歴史には、いくつかの特殊な高速タイプが存在しました。
非線形関数や計算は、非線形性を実現するために抵抗器とダイオードを様々な組み合わせで構成した特殊な回路である関数発生器を設計することで、限られた精度（3桁または4桁）で構築できます。一般的に、入力電圧が増加するにつれて、導通するダイオードの数が増えていきます。
トランジスタのベース・エミッタ接合部の順方向電圧降下は、温度補正を行うことで、実用的な精度を持つ対数関数または指数関数を得ることができます。オペアンプは出力電圧をスケーリングし、コンピュータの他の部分で使用できるようにします。
何らかの計算をモデル化した物理的なプロセスはすべて、アナログコンピュータとして解釈できる。アナログ計算の概念を説明するために考案された例としては、スパゲッティの束を数字のソートのモデルとして使用すること、板、釘、輪ゴムを点群の凸包を求めるモデルとして使用すること、紐を結び合わせてネットワーク内の最短経路を求めるモデルとして使用することなどが挙げられる。これらはすべて、 Dewdney (1984)に記載されている。
アナログコンピュータは複雑な構造を持つことが多いが、その中核には計算を実行する一連の主要コンポーネントが存在する。オペレーターはコンピュータの構造を通してこれらのコンポーネントを操作する。
主要な油圧部品には、パイプ、バルブ、容器などが含まれる。
主要な機械部品としては、コンピュータ内部でデータを伝送するための回転軸、マイターギア差動装置、ディスク／ボール／ローラー積分器、カム（2次元および3次元）、機械式レゾルバおよび乗算器、トルクサーボなどが挙げられる。
主要な電気・電子部品には以下が含まれる可能性があります。
電気式アナログコンピュータで使用される主要な数学演算は以下のとおりです。
アナログコンピュータの設計によっては、除算よりも乗算の方がはるかに好まれる場合がある。除算は、演算増幅器のフィードバック経路にある乗算器を用いて行われる。
時間微分はあまり頻繁には用いられず、実際には可能な限り問題を再定義することで回避される。これは周波数領域ではハイパスフィルタに相当し、高周波ノイズが増幅されることを意味する。また、微分は不安定性を招くリスクもある。
一般的に、アナログコンピュータは非理想的な影響によって制限されます。アナログ信号は、直流と交流の振幅、周波数、位相という4つの基本要素で構成されています。これらの特性の実際の範囲の限界が、アナログコンピュータの性能を制限します。これらの限界には、演算増幅器のオフセット、有限ゲイン、周波数応答、ノイズフロア、非線形性、温度係数、半導体デバイス内の寄生効果などが含まれます。市販の電子部品の場合、入出力信号のこれらの側面の範囲は常に性能指標となります。
1950 年代から 1970 年代にかけて、真空管、トランジスタ、集積回路、マイクロプロセッサをベースとしたデジタル コンピュータは、より経済的で高精度になりました。これにより、デジタル コンピュータはアナログ コンピュータをほぼ完全に置き換えることになりました。それでも、アナログ計算の研究は今でも行われています。いくつかの大学では、制御システム理論を教えるためにアナログ コンピュータを使用しています。アメリカの Comdyna 社は小型のアナログ コンピュータを製造していました。[ 36 ]インディアナ大学ブルーミントン校では、Jonathan Mills が発泡シートの電圧をサンプリングすることに基づく拡張アナログ コンピュータを開発しました。[ 37 ]ハーバード ロボティクス研究所では、[ 38 ]アナログ計算は研究テーマです。Lyric Semiconductor のエラー訂正回路はアナログ確率信号を使用しています。計算尺は、飛行訓練で飛行コンピュータとして今でも使用されています。
超大規模集積回路(VLSI) 技術の発展に伴い、コロンビア大学のヤニス・ツィヴィディスの研究グループは、標準 CMOS プロセスでアナログ/ハイブリッド コンピュータの設計を再検討している。2 つの VLSI チップが開発されており、1 つは 2005 年にグレン・コーワン [ 39 ] が開発した 80 次アナログ コンピュータ (250 nm)、もう 1 つは 2015 年に寧郭が開発した 4 次ハイブリッド コンピュータ (65 nm) [ 41 ]で、 どちらもエネルギー効率の高いODE /PDE アプリケーションを対象としている。グレンのチップには 16 個のマクロが含まれており、その中には 25 個のアナログ演算ブロック (積分器、乗算器、ファンアウト、少数の非線形ブロック) がある。寧のチップには 1 つのマクロ ブロックが含まれており、その中には積分器、乗算器、ファンアウト、ADC、SRAM、DAC を含む 26 個の演算ブロックがある。任意の非線形関数の生成は、SRAM ブロックに非線形関数データを格納する ADC+SRAM+DAC チェーンによって可能になります。関連論文の実験では、VLSI アナログ/ハイブリッド コンピュータが、5% 以内の精度を達成しながら、解法時間とエネルギーの両方で 1 ～ 2 桁の優位性を示したことが明らかになり、これは、エネルギー効率の高い近似計算の分野でアナログ/ハイブリッド コンピューティング技術を使用することの有望性を示しています。2016年に、研究者チームがアナログ回路を使用して微分方程式を解くコンパイラを開発しました。 [ 42 ]
アナログコンピュータもニューロモルフィックコンピューティングで使用されており、2021年に研究者グループが、スパイクニューラルネットワークと呼ばれる特定のタイプの人工ニューラルネットワークがアナログニューロモルフィックコンピュータで動作できることを示しました。[ 43 ]
2021年、ドイツの企業anabrid GmbHは、主に教育および科学用途向けの小型低価格アナログコンピュータであるTHE ANALOG THING （略称THAT）の生産を開始しました。 [ 44 ]同社はアナログメインフレームやハイブリッドコンピュータも構築しています。
以下は、実際に構築または使用されたアナログコンピュータの例です。
アナログ（オーディオ）シンセサイザーは、アナログコンピュータの一種とみなすこともできます。実際、その技術は元々、電子アナログコンピュータ技術を部分的に基盤としていました。ARP 2600のリングモジュレーターは、実際には中程度の精度を持つアナログ乗算器でした。
シミュレーション評議会（またはシミュレーション評議会）は、米国のアナログコンピュータユーザーの協会でした。現在は国際モデリングおよびシミュレーション協会として知られています。1952年から1963年までのシミュレーション評議会のニュースレターはオンラインで入手可能で、当時の懸念事項や技術、ミサイルにアナログコンピュータが一般的に使用されていたことがわかります。[ 45 ]
