विश्लेषणात्मक इंजन



विश्लेषणात्मक इंजन अंग्रेजी गणितज्ञ और कंप्यूटर अग्रणी चार्ल्स बैबेज द्वारा डिजाइन किया गया एक प्रस्तावित यांत्रिक सामान्य-उद्देश्य वाला कंप्यूटर था। इसे पहली बार 1837 में बैबेज के अंतर इंजन के उत्तराधिकारी के रूप में वर्णित किया गया था, जो एक सरल यांत्रिक कैलकुलेटर के लिए एक डिजाइन था। विश्लेषणात्मक इंजन ने एक अंकगणितीय तर्क इकाई, सशर्त शाखाओं और लूप के रूप में नियंत्रण प्रवाह, और एकीकृत मेमोरी को शामिल किया, जिससे यह एक सामान्य-उद्देश्य वाले कंप्यूटर के लिए पहला डिज़ाइन बन गया जिसे आधुनिक शब्दों में ट्यूरिंग-पूर्ण के रूप में वर्णित किया जा सकता है। दूसरे शब्दों में, विश्लेषणात्मक इंजन की संरचना अनिवार्य रूप से वही थी जो इलेक्ट्रॉनिक युग में कंप्यूटर डिजाइन पर हावी थी। विश्लेषणात्मक इंजन चार्ल्स बैबेज की सबसे सफल उपलब्धियों में से एक है।

अपने मुख्य अभियंता के साथ संघर्ष और अपर्याप्त धन के कारण बैबेज अपनी किसी भी मशीन का निर्माण पूरा करने में सक्षम नहीं था। 1941 तक कोनराड ज़ूस ने पहला सामान्य-उद्देश्य वाला कंप्यूटर, Z3 (कंप्यूटर) | Z3 बनाया, बैबेज द्वारा 1837 में अग्रणी विश्लेषणात्मक इंजन का प्रस्ताव देने के एक सदी से भी अधिक समय बाद।

डिजाइन
मैकेनिकल कंप्यूटिंग डिवाइस, डिफरेंस इंजन में बैबेज का पहला प्रयास, एक विशेष उद्देश्य वाली मशीन थी जिसे अनुमानित बहुपद बनाने के लिए परिमित अंतरों का मूल्यांकन करके लघुगणक और त्रिकोणमितीय कार्यों को सारणीबद्ध करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। इस मशीन का निर्माण कभी पूरा नहीं हुआ था; बैबेज का अपने मुख्य अभियंता, जोसेफ क्लेमेंट के साथ संघर्ष था, और अंततः ब्रिटिश सरकार ने परियोजना के लिए अपना धन वापस ले लिया। इस परियोजना के दौरान, बैबेज ने महसूस किया कि अधिक सामान्य डिजाइन, विश्लेषणात्मक इंजन संभव था। एनालिटिकल इंजन के डिजाइन पर काम 1833 के आसपास शुरू हुआ था। इनपुट, जिसमें प्रोग्राम (सूत्र) और डेटा शामिल हैं, मशीन को पंच कार्ड के माध्यम से प्रदान किया जाना था, उस समय यांत्रिक करघों को निर्देशित करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली एक विधि जैसे कि जैक्वार्ड लूम। आउटपुट के लिए, मशीन में एक प्रिंटर, एक कर्व प्लॉटर और एक घंटी होगी। मशीन अक्षरों में पढ़े जाने वाले कार्डों पर संख्याओं को पंच करने में भी सक्षम होगी। यह कर्मचारी साधारण आधार -10 निश्चित बिंदु अंकगणित। 40 दशमलव अंकों की 1,000 संख्याओं को रखने में सक्षम एक स्टोर (अर्थात, एक मेमोरी) होना चाहिए था प्रत्येक (सीए। 16.6 केबी)। एक अंकगणितीय इकाई (मिल) सभी चार अंकगणितीय संक्रियाओं के साथ-साथ तुलना और वैकल्पिक रूप से वर्गमूल करने में सक्षम होगी। प्रारंभ में (1838) इसकी कल्पना एक अंतर इंजन के रूप में की गई थी, जो आम तौर पर गोलाकार लेआउट में, एक तरफ से बाहर निकलने वाले लंबे स्टोर के साथ, अपने आप पर वापस घुमावदार था। बाद के चित्र (1858) एक नियमित ग्रिड लेआउट को दर्शाते हैं। एक आधुनिक कंप्यूटर में सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू) की तरह, मिल अपनी आंतरिक प्रक्रियाओं पर भरोसा करती है, जिसे रीड-ओनली मेमोरी के रूप में संग्रहीत किया जाता है। खूंटे को घूर्णन ड्रम में डाला जाता है जिसे बैरल कहा जाता है, कुछ और काम करने के लिए जटिल निर्देश जो उपयोगकर्ता का प्रोग्राम निर्दिष्ट कर सकता है। उपयोगकर्ताओं द्वारा नियोजित की जाने वाली प्रोग्रामिंग भाषा आधुनिक युग की असेंबली भाषाओं के समान थी। लूप्स और सशर्त शाखाएं संभव थीं, और इसलिए कल्पना की गई भाषा ट्यूरिंग-पूर्ण होती, जैसा कि बाद में एलन ट्यूरिंग द्वारा परिभाषित किया गया था। तीन अलग-अलग प्रकार के पंच कार्डों का उपयोग किया गया था: एक अंकगणितीय संचालन के लिए, एक संख्यात्मक स्थिरांक के लिए, और एक लोड और स्टोर संचालन के लिए, स्टोर से अंकगणितीय इकाई या वापस स्थानांतरित करने के लिए। तीन प्रकार के कार्डों के लिए तीन अलग-अलग पाठक थे। बैबेज ने 1837 और 1840 के बीच विश्लेषणात्मक इंजन के लिए कुछ दो दर्जन कार्यक्रम विकसित किए और एक कार्यक्रम बाद में विकसित किया। ये कार्यक्रम बहुपद, पुनरावृत्त सूत्र, गाऊसी उन्मूलन और बर्नौली संख्याओं का इलाज करते हैं। 1842 में, इतालवी गणितज्ञ लुइगी फेडेरिको मेनाब्रिया ने फ्रेंच में इंजन का विवरण प्रकाशित किया, 1840 में ट्यूरिन की यात्रा के दौरान बैबेज द्वारा दिए गए व्याख्यानों के आधार पर। 1843 में, विवरण का अंग्रेजी में अनुवाद किया गया और एडा लवलेस द्वारा बड़े पैमाने पर एनोटेट किया गया, जो आठ साल पहले इंजन में रुचि रखते थे। मेनाब्रिया के पेपर में उनके परिवर्धन की मान्यता में, जिसमें मशीन का उपयोग करके बर्नौली संख्याओं की गणना करने का एक तरीका शामिल था (व्यापक रूप से पहला पूर्ण कंप्यूटर प्रोग्राम माना जाता है), उन्हें पहले कंप्यूटर प्रोग्रामर के रूप में वर्णित किया गया है।

निर्माण
अपने जीवन के अंत में, बैबेज ने मशीन का एक सरलीकृत संस्करण बनाने के तरीकों की तलाश की, और 1871 में अपनी मृत्यु से पहले इसके एक छोटे से हिस्से को इकट्ठा किया। 1878 में, ब्रिटिश एसोसिएशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ साइंस की एक समिति ने विश्लेषणात्मक इंजन को यांत्रिक सरलता के चमत्कार के रूप में वर्णित किया, लेकिन इसके निर्माण के खिलाफ सिफारिश की। समिति ने मशीन की उपयोगिता और मूल्य को स्वीकार किया, लेकिन इसे बनाने की लागत का अनुमान नहीं लगा सका, और यह सुनिश्चित नहीं था कि मशीन बनने के बाद मशीन सही ढंग से काम करेगी या नहीं। 1880 से 1910 तक रुक-रुक कर, बैबेज के बेटे हेनरी प्रीवोस्ट बैबेज मिल के एक हिस्से और प्रिंटिंग उपकरण का निर्माण कर रहे थे। 1910 में, यह पाई के गुणकों की एक (दोषपूर्ण) सूची की गणना करने में सक्षम था। यह पूरे इंजन का केवल एक छोटा सा हिस्सा था; यह प्रोग्राम करने योग्य नहीं था और इसमें कोई भंडारण नहीं था। (इस खंड की लोकप्रिय छवियों को कभी-कभी गलत लेबल किया गया है, जिसका अर्थ है कि यह पूरी मिल या यहां तक ​​कि पूरा इंजन था।) हेनरी बैबेज की विश्लेषणात्मक इंजन मिल लंदन में विज्ञान संग्रहालय में प्रदर्शित है। हेनरी ने छोटे भंडारण क्षमता के साथ पूर्ण इंजन का एक प्रदर्शन संस्करण बनाने का भी प्रस्ताव रखा: शायद पहली मशीन के लिए दस (कॉलम) प्रत्येक में पंद्रह पहियों के साथ करेंगे। ऐसा संस्करण प्रत्येक 25 अंकों की 20 संख्याओं में हेरफेर कर सकता है, और उन संख्याओं के साथ क्या करने के लिए कहा जा सकता है, वह अभी भी प्रभावशाली हो सकता है। यह केवल कार्ड और समय का सवाल है, 1888 में हेनरी बैबेज ने लिखा, ... और कोई कारण नहीं है कि गणितज्ञ के उद्देश्यों के लिए विश्लेषणात्मक इंजन में यदि आवश्यक हो तो (बीस हजार) कार्ड का उपयोग नहीं किया जाना चाहिए।

1991 में, लंदन साइंस म्यूज़ियम ने बैबेज डिफरेंस इंजन नंबर 2 का एक पूर्ण और काम करने वाला नमूना बनाया, एक डिज़ाइन जिसमें विश्लेषणात्मक इंजन के विकास के दौरान बैबेज द्वारा खोजे गए शोधन शामिल थे। इस मशीन को बैबेज के लिए उपलब्ध सामग्री और इंजीनियरिंग सहनशीलता का उपयोग करके बनाया गया था, इस सुझाव को खारिज करते हुए कि बैबेज के डिजाइन अपने समय की विनिर्माण तकनीक का उपयोग नहीं कर सकते थे। अक्टूबर 2010 में, जॉन ग्राहम-कमिंग ने बैबेज की योजनाओं के गंभीर ऐतिहासिक और अकादमिक अध्ययन को सक्षम करने के लिए सार्वजनिक सदस्यता द्वारा धन जुटाने के लिए एक योजना 28 अभियान शुरू किया, ताकि एक पूरी तरह से काम कर रहे आभासी डिजाइन का निर्माण और परीक्षण किया जा सके जो बदले में निर्माण को सक्षम करेगा। भौतिक विश्लेषणात्मक इंजन के।  मई 2016 तक, वास्तविक निर्माण का प्रयास नहीं किया गया था, क्योंकि बैबेज के मूल डिजाइन चित्रों से अभी तक कोई सुसंगत समझ प्राप्त नहीं की जा सकी है। विशेष रूप से यह स्पष्ट नहीं था कि क्या यह अनुक्रमित चर को संभाल सकता है जो लवलेस के बर्नौली कार्यक्रम के लिए आवश्यक थे। 2017 तक, योजना 28 के प्रयास ने बताया कि सभी सूचीबद्ध सामग्री का एक खोज योग्य डेटाबेस उपलब्ध था, और बैबेज की स्वैच्छिक स्क्रिबलिंग पुस्तकों की प्रारंभिक समीक्षा पूरी हो चुकी थी। बैबेज के कई मूल चित्र डिजीटल हो चुके हैं और सार्वजनिक रूप से ऑनलाइन उपलब्ध हैं।

निर्देश सेट
बैबेज को आधुनिक प्रोसेसर मैनुअल की तरह इंजन के लिए निर्देशों का एक स्पष्ट सेट लिखने के लिए नहीं जाना जाता है। इसके बजाय उन्होंने अपने कार्यक्रमों को उनके निष्पादन के दौरान राज्यों की सूची के रूप में दिखाया, यह दिखाते हुए कि प्रत्येक चरण पर कौन सा ऑपरेटर चलाया गया था, इस बात का थोड़ा संकेत है कि नियंत्रण प्रवाह कैसे निर्देशित किया जाएगा।

एलन जी. ब्रोमली ने माना है कि शर्तों के परीक्षण के बाद सशर्त ब्रांचिंग के कार्य के रूप में कार्ड डेक को आगे और पीछे की दिशाओं में पढ़ा जा सकता है, जो इंजन को ट्यूरिंग-पूर्ण बना देगा:

"...कार्डों को आगे बढ़ने और उलटने का आदेश दिया जा सकता है (और इसलिए लूप में)..."

1845 में पहली बार, विभिन्न सेवा कार्यों के लिए उपयोगकर्ता संचालन की शुरूआत, जिसमें सबसे महत्वपूर्ण, उपयोगकर्ता कार्यक्रमों में लूपिंग के उपयोगकर्ता नियंत्रण के लिए एक प्रभावी प्रणाली शामिल है।

इस बात का कोई संकेत नहीं है कि ऑपरेशन और वेरिएबल कार्ड को बदलने की दिशा कैसे निर्दिष्ट की जाती है। अन्य सबूतों की अनुपस्थिति में मुझे न्यूनतम डिफ़ॉल्ट धारणा को अपनाना पड़ा है कि ऑपरेशन और वेरिएबल कार्ड दोनों को केवल पीछे की ओर घुमाया जा सकता है क्योंकि बैबेज के नमूना कार्यक्रमों में उपयोग किए गए लूप को लागू करने के लिए आवश्यक है। गति की दिशा को उपयोगकर्ता के नियंत्रण में रखने में कोई यांत्रिक या माइक्रोप्रोग्रामिंग कठिनाई नहीं होगी।

इंजन के अपने एमुलेटर में, फोरमिलाब कहते हैं:

"इंजन का कार्ड रीडर शुरू से अंत तक कार्ड को एक के बाद एक श्रृंखला में संसाधित करने के लिए बाध्य नहीं है। इसके अलावा, यह उन कार्डों द्वारा निर्देशित किया जा सकता है जो इसे पढ़ता है और सलाह देता है कि क्या मिल का रन-अप लीवर सक्रिय है, या तो कार्ड श्रृंखला को आगे बढ़ा सकता है, हस्तक्षेप करने वाले कार्डों को छोड़ सकता है, या पीछे, जिससे पहले पढ़े गए कार्ड को एक बार संसाधित किया जा सकता है फिर से।"

यह एमुलेटर एक लिखित प्रतीकात्मक निर्देश सेट प्रदान करता है, हालांकि इसका निर्माण बैबेज के मूल कार्यों पर आधारित होने के बजाय इसके लेखकों द्वारा किया गया है। उदाहरण के लिए, एक भाज्य कार्यक्रम इस प्रकार लिखा जाएगा:

एन0 6 एन1 1 एन2 1 × एल1 एल0 एस 1 - एल0 एल2 S0 एल2 एल0 सीबी?11

जहां सीबी सशर्त शाखा निर्देश या संयोजन कार्ड है जिसका उपयोग नियंत्रण प्रवाह को कूदने के लिए किया जाता है, इस मामले में 11 कार्ड से पिछड़ा हुआ है।

अनुमानित प्रभाव
बैबेज ने समझा कि एक स्वचालित कंप्यूटर का अस्तित्व उस क्षेत्र में रुचि जगाएगा जिसे अब एल्गोरिथम दक्षता के रूप में जाना जाता है, अपने पैसेज फ्रॉम द लाइफ ऑफ ए फिलॉसफर में लिखते हुए, जैसे ही एक विश्लेषणात्मक इंजन मौजूद होता है, यह आवश्यक रूप से विज्ञान के भविष्य के पाठ्यक्रम का मार्गदर्शन करेगा।. जब भी इसकी सहायता से कोई परिणाम मांगा जाता है, तब यह प्रश्न उठता है कि मशीन द्वारा कम से कम समय में गणना के किस क्रम से इन परिणामों को प्राप्त किया जा सकता है?

कंप्यूटर विज्ञान
1872 से हेनरी ने अपने पिता के काम के साथ लगन से काम करना जारी रखा और फिर 1875 में रुक-रुक कर सेवानिवृत्ति में। पर्सी लुडगेट ने 1914 में इंजन के बारे में लिखा था और 1908 में एनालिटिकल इंजन के लिए अपना खुद का डिज़ाइन प्रकाशित किया। रेफरी> यहां ऑनलाइन उपलब्ध है: Fano.co.UK इसे विस्तार से तैयार किया गया था, लेकिन इसे कभी नहीं बनाया गया, और चित्र कभी नहीं मिले। लुडगेट का इंजन बहुत छोटा होगा (लगभग .) 8 cuft, जो भुजा की लंबाई के घन से मेल खाती है 2 ft) बैबेज की तुलना में, और काल्पनिक रूप से दो 20-दशमलव-अंकीय संख्याओं को लगभग छह सेकंड में गुणा करने में सक्षम होगा।

ऑटोमेटिक्स पर अपने निबंध (1913) में लियोनार्डो टोरेस वाई क्वेवेडो ने एक बैबेज प्रकार की गणना मशीन तैयार की जिसमें इलेक्ट्रोमैकेनिकल भागों का उपयोग किया गया जिसमें फ्लोटिंग-पॉइंट अंकगणित | फ्लोटिंग पॉइंट नंबर प्रतिनिधित्व शामिल थे और 1920 में एक प्रारंभिक प्रोटोटाइप बनाया।

वन्नेवर बुश के पेपर इंस्ट्रुमेंटल एनालिसिस (1936) में बैबेज के काम के कई संदर्भ शामिल थे। उसी वर्ष उन्होंने इलेक्ट्रॉनिक डिजिटल कंप्यूटर के निर्माण की समस्याओं की जांच के लिए रैपिड अरिथमेटिकल मशीन प्रोजेक्ट शुरू किया।

इस आधारभूत कार्य के बावजूद, बैबेज का काम ऐतिहासिक अस्पष्टता में गिर गया, और विश्लेषणात्मक इंजन 1930 और 1940 के दशक में इलेक्ट्रोमैकेनिकल और इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटिंग मशीनों के बिल्डरों के लिए अज्ञात था, जब उन्होंने अपना काम शुरू किया, जिसके परिणामस्वरूप कई वास्तुशिल्प नवाचारों को फिर से आविष्कार करने की आवश्यकता हुई बैबेज प्रस्तावित किया था। हॉवर्ड एकेन, जिन्होंने जल्दी से अप्रचलित इलेक्ट्रोमैकेनिकल कैलकुलेटर, हार्वर्ड मार्क I का निर्माण किया, 1937 और 1945 के बीच, बैबेज के काम की प्रशंसा अपने कद को बढ़ाने के तरीके के रूप में की, लेकिन मार्क I के निर्माण के दौरान विश्लेषणात्मक इंजन की वास्तुकला के बारे में कुछ भी नहीं जानते थे।, और विश्लेषणात्मक इंजन के निर्मित हिस्से की उनकी यात्रा को मेरे जीवन की सबसे बड़ी निराशा माना। मार्क I ने एनालिटिकल इंजन से कोई प्रभाव नहीं दिखाया और एनालिटिकल इंजन की सबसे प्रेजेंटेटिव आर्किटेक्चरल फीचर, कंडीशनल ब्रांचिंग का अभाव था। जे. प्रेस्पर एकर्ट और जॉन डब्ल्यू. मौचली इसी तरह पहले इलेक्ट्रॉनिक सामान्य-प्रयोजन कंप्यूटर, ENIAC के लिए अपने डिजाइन के पूरा होने से पहले बैबेज के विश्लेषणात्मक इंजन के काम के विवरण से अवगत नहीं थे।

अन्य प्रारंभिक कंप्यूटरों की तुलना
यदि विश्लेषणात्मक इंजन बनाया गया होता, तो यह डिजिटल, प्रोग्राम योग्य और ट्यूरिंग-पूर्ण होता। हालाँकि, यह बहुत धीमा रहा होगा। लुइगी फेडेरिको मेनाब्रिया ने स्केच ऑफ द एनालिटिकल इंजन में रिपोर्ट किया: मिस्टर बैबेज का मानना ​​​​है कि वह अपने इंजन द्वारा, तीन मिनट में दो नंबरों का उत्पाद बना सकते हैं, जिनमें से प्रत्येक में बीस अंक होते हैं। हार्वर्ड मार्क की तुलना करके मैं वही कार्य केवल छह सेकंड में कर सकता था। एक आधुनिक पीसी एक सेकंड के अरबवें हिस्से में भी यही काम कर सकता है।

लोकप्रिय संस्कृति में

 * साइबरपंक उपन्यासकार विलियम गिब्सन और ब्रूस स्टर्लिंग ने वैकल्पिक इतिहास के स्टीमपंक उपन्यास का सह-लेखन किया, जिसका शीर्षक द डिफरेंस इंजन था जिसमें बैबेज का अंतर और विश्लेषणात्मक इंजन विक्टोरियन समाज के लिए उपलब्ध हो गए। उपन्यास कम्प्यूटेशनल प्रौद्योगिकी के प्रारंभिक परिचय के परिणामों और प्रभावों की पड़ताल करता है।
 * मोडेम द्वारा मोरियार्टी, जैक निमर्सहाइम की एक लघु कहानी, एक वैकल्पिक इतिहास का वर्णन करती है जहां बैबेज का विश्लेषणात्मक इंजन वास्तव में पूरा हो गया था और ब्रिटिश सरकार द्वारा अत्यधिक वर्गीकृत माना गया था। शर्लक होम्स और मोरियार्टी के पात्र वास्तव में विश्लेषणात्मक इंजन के लिए लिखे गए प्रोटोटाइप कार्यक्रमों का एक सेट थे। यह लघु कहानी होम्स का अनुसरण करती है क्योंकि उसका कार्यक्रम आधुनिक कंप्यूटरों पर लागू किया जाता है और उसे बैबेज के विश्लेषणात्मक इंजन के आधुनिक समकक्षों में फिर से अपनी दासता के खिलाफ प्रतिस्पर्धा करने के लिए मजबूर होना पड़ता है।
 * इसी तरह की सेटिंग का उपयोग सिडनी पडुआ ने वेबकॉमिक द थ्रिलिंग एडवेंचर्स ऑफ लवलेस एंड बैबेज में किया है। इसमें एक वैकल्पिक इतिहास है जहां एडा लवलेस और बैबेज ने विश्लेषणात्मक इंजन का निर्माण किया है और रानी विक्टोरिया के अनुरोध पर अपराध से लड़ने के लिए इसका इस्तेमाल किया है। कॉमिक बैबेज और लवलेस की आत्मकथाओं और पत्राचार पर गहन शोध पर आधारित है, जिसे बाद में हास्य प्रभाव के लिए घुमाया जाता है।
 * ओरियन्स आर्म ऑनलाइन प्रोजेक्ट में माकिना बब्बागेन्सी, पूरी तरह से संवेदनशील बैबेज-प्रेरित मैकेनिकल कंप्यूटर शामिल हैं। प्रत्येक एक बड़े क्षुद्रग्रह के आकार का है, जो केवल माइक्रोग्रैविटी स्थितियों में जीवित रहने में सक्षम है, और डेटा को मानव मस्तिष्क की गति से 0.5% पर संसाधित करता है।

बाहरी संबंध

 * The Babbage Papers, Science Museum archive
 * The Analytical Engine at Fourmilab, includes historical documents and online simulations
 * Image of a later Plan of Analytical Engine with grid layout (1858)
 * First working Babbage "barrel" actually assembled, circa 2005
 * Special issue, IEEE Annals of the History of Computing, Volume 22, Number 4, October–December 2000
 * Babbage, Science Museum, London
 * Plan 28: Building Charles Babbage's Analytical Engine
 * Plan 28: Building Charles Babbage's Analytical Engine
 * Plan 28: Building Charles Babbage's Analytical Engine