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<hr />
<div>[[ファイル:AnalyticalMachine_Babbage_London.jpg|thumb|upright=2|right|バベッジ自身が組み立てた解析機関の一部の試作品<ref>[http://www.sciencemuseum.org.uk/objects/computing_and_data_processing/1878-3.aspx ''Babbage's Analytical Engine, 1834-1871. (Trial model)''] -Science Museum, London</ref>。[[サイエンス・ミュージアム]]（ロンドン）]]<br />
'''解析機関'''（かいせききかん、''analytical engine''）は、イギリス人数学者[[チャールズ・バベッジ]]が設計した、[[蒸気機関]]で動くはずだった機械式汎用[[コンピュータ]]であり、[[コンピュータの歴史]]上、重要なステップを刻んだ。<br />
<br />
バベッジが解析機関についてはじめて記述したのは[[1837年]]であるが、[[1871年]]の死去直前まで設計を続けた。資金や政治、法律などの問題があり、この機械は実際には製作されなかった。論理的に解析機関に匹敵する機能を持つ汎用コンピュータは、1940年代にやっと現実のものとなったのである。<br />
<br />
この機械はしばしば、当時の工作精度のため製作できなかった、とされる。これはバベッジが機関のための精度が足りないとしていたためもある。しかし、息子のヘンリー・バベッジや現代の[[サイエンス・ミュージアム]]による部分的構築によって、必要なだけの工作精度はあったことが確認されている（特に、現代の再現では、当時の工作機械についての考証のうえで行われている）<ref>[http://www.sciencemuseum.org.uk/onlinestuff/stories/babbage.aspx?page=4 Disagreeable Babbage] "Difference Engine No. 2 was the first full sized Babbage calculating engine to be completed. It was made as a research machine for display at the 1991 exhibition..."</ref> 。そのため、資金と政府の支援があれば、工作機械の精度に関しては、当時でも製作できたのではないかとされる。ただし、必要な精度がどれだけであるか、といった工学的な考え方は当時まだ無かったことも考慮する必要がある。<br />
<br />
== 歴史 ==<br />
=== 発明 ===<br />
[[File:Charles Babbage by Samuel Laurence.jpg|thumb|チャールズ・バベッジ]]<br />
<br />
チャールズ・バベッジが最初に開発しようとした機械式計算機は[[階差機関]]（''Difference Engine''）であったが、これは[[多項式]]による近似計算によって[[対数]]や[[三角関数]]の数表を作ることに特化した計算機であった。このプロジェクトはバベッジの性格的な問題や政治的な理由で失敗したが、彼はさらに汎用性のある設計が可能であると思いついた。バベッジはそれを解析機関（Analytical Engine）と呼び、設計を開始した。<br />
<br />
=== 構成 ===<br />
解析機関は、制御情報にしたがってオルゴールのようにピンを配置してあって回転、停止、逆回転するドラム群が中心となっている。そして、多くの歯車や力の伝達機構、位置や回転角などで情報を記憶・表示する仕組みなどから構成される、複雑で大きな機械である。[[蒸気機関]]を動力として、完成すれば長さ30m、幅10mという、いまの電車1.5両分もの巨大さとなっていたはずである。いわば[[蒸気機関車]]（SL）ならぬ蒸気機関計算機である。<br />
<br />
プログラムとデータの入力は、当時既に[[ジャカード織機]]のような機械式[[織機]]で使われていた[[パンチカード]]で供給される予定だった。出力としては印刷原版作成機、曲線プロッターおよびベルを準備していた。演算方式は十進数の固定小数点演算である。<br />
<br />
1,000個の50桁の数値を格納できる。[[演算装置]]（ミル、"mill"）は四則演算が可能で、さらに比較と、オプションで[[平方根]]の演算が可能であった。当初、それは[[階差機関]]を円環状に配置したらどうなるかという考察から生まれ<ref>[http://cse.stanford.edu/classes/sophomore-college/projects-98/babbage/ana-mech.htm ''Babbage’s Analytical Engine: The First True Digital Computer'']</ref>、その一方に数値格納装置を配置するようになった（さらに後に格子状の配置となった）<ref>[http://www.projects.ex.ac.uk/babbage/engines.html ''Calculating Engines''] - The Babbage Pages</ref>。現代のコンピュータの[[CPU]]のように命令をもち、ミル内部の手続きはバレル（"barrels"）と呼ばれる回転するドラムにペグ（釘）を刺すことで格納され、それによって複雑な命令を実現している<ref name="meccano">[http://www.meccano.us/analytical_engine/index.html ''Difference Engines''] - Tim Robinson's ''Meccano'' Computing Machinery web site</ref>。現代のコンピュータの同等の仕組みについては[[マイクロプログラム方式]]を参照。<br />
<br />
[[File:PunchedCardsAnalyticalEngine.jpg|thumb|解析機関のプログラム用の2種類の[[パンチカード]]。手前：命令入力用の「演算カード」、奥：データ入力用の「可変カード」]]<br />
<br />
プログラミングは[[機械語]]であるが、現在の[[アセンブリ言語]]の原型のような記述法が考案されている。繰り返しと条件分岐が可能であった。[[チューリング完全]]を達成していたのではないかと考える者もいる。パンチカードには演算用、定数用、ロード/ストア用の3種類がある。ロード/ストア用は演算装置と格納領域の間で数値のやりとりの指示をするパンチカードである。これら3種類のパンチカードについて、独立した3つの読取装置が対応している。<br />
<br />
=== 発表 ===<br />
[[ファイル:Ada Lovelace.jpg|thumb|200px|left|エイダ・ラブレス]]<br />
<br />
[[1842年]]、イタリア人数学者ルイジ・メナブレアはバベッジがイタリアを訪れた際にバベッジと会い、フランス語で解析機関に関する記録を残し出版した。[[1843年]]、[[エイダ・ラブレス|ラブレス伯爵夫人 エイダ・キング]]はこれを翻訳し、本文以上の訳注を記述している。彼女はその十年ほど前から解析機関に興味を持っていた。その訳注の解釈によっては、彼女を世界初の[[プログラマ]]とする者もおり、[[ベルヌーイ数]]を計算する方法（プログラム）が示されているという。プログラミング言語[[Ada]]は彼女にちなんで名づけられている。<br />
<br />
=== 完全製作の挫折そして本人と息子による部分製作 ===<br />
バベッジは設計を改良し続け、完了させていなかったため、まずクラウドソーシングによってベースとなる設計を確定させるプロジェクトを開始した<ref>{{Cite news| url = http://www.nytimes.com/2011/11/08/science/computer-experts-building-1830s-babbage-analytical-engine.html?_r=1/ | title = It Started Digital Wheels Turning | publisher=New York Times | accessdate =2011-11-10 }}</ref>。675バイト相当のメモリを持ち、7Hzのクロック周波数相当で動作する予定であった。<br />
<br />
バベッジは晩年になって解析機関の単純化したバージョンの製作を思い立ち、[[1871年]]に亡くなる直前にその一部を組み立てた<ref name="meccano" />。しかし、[[1878年]]、英国科学振興協会の委員会に、解析機関の開発は政府の財政を圧迫するという理由で製造しないことを進言されるという憂き目を見た。<br />
<br />
解析機関の完全開発は、資金枯渇そして技師とのトラブルにより実現できなかったのである。しかしそれらの問題が無くても、階差機関についてと同様、後世に発達した、複雑な機械の製作を管理する工学的手法がまだ無かったことは見落とせない。<br />
<br />
[[ファイル:Analyticalengine.jpg|thumb|right|ヘンリー・バベッジの1910年製作の階差機関演算装置<ref name="mill" />。ロンドンの[[サイエンス・ミュージアム]]に展示されている。]]<br />
[[1910年]]、バベッジの末の息子ヘンリー・バベッジはmill（演算装置）の一部とプリンター一式を製作した<ref>[http://www.computerhistory.org/babbage/henrybabbage/ Henry Prevost Babbage]</ref>。そして、これを使って[[円周率]]の倍数の計算を行った（ただし、結果は間違っていた）。これは父親の発明した解析機関のごく一部を使ったもので、プログラマブルでなく、記憶領域もなかった。<br />
<br />
ヘンリー・バベッジは、小規模な記憶装置を備えた完全な解析機関の製作も考えていた<ref name="fourmilab">[http://www.fourmilab.ch/babbage/hpb.html ''The Analytical engine''] By Major-General H. P. Babbage - From the Proceedings of the British Association, 1888;<br />
Paper read at Bath, September 12, 1888</ref>。25桁の数値を20個操作できるものを想定しており、完成すればそれでも十分印象的なものとなっただろう。1888年、ヘンリー・バベッジは「カード（プログラム）枚数と時間の問題にすぎない。数学者が解析機関で目的を果たすために枚数が要るなら使えばよいだけだ」と書いている<ref name="fourmilab" />（62.）。<br />
<br />
=== 後年の階差機関完成 ===<br />
ヘンリー・バベッジの1910年製作の[[階差機関]]第2号の演算装置が、設計後153年の時を経て2002年に完成された。ロンドンのサイエンス・ミュージアムに展示されている<ref name="mill">[http://www.sciencemuseum.org.uk/objects/computing_and_data_processing/1896-58.aspx ''Henry Babbage's Analytical Engine Mill, 1910''] Science Museum, London</ref>。<br />
<br />
もうひとつ2008年3月に、大富豪の資金で階差機関第2号と同一のものが完全に製作された。<br />
米国のコンピュータ歴史博物館で展示されている。<br />
その（さすがに蒸気機関ではないが）動く様子が[http://www.computerhistory.org/babbage/ 同館サイト]で見られる。<br />
<br />
=== 解析機関完成へ向かって ===<br />
[[2010年]][[10月]]、イギリスのプログラマー[[:w:John Graham-Cumming|ジョン・グラハム＝カミング]]が、完全な解析機関を製作するために寄付を募るキャンペーンを開始した<ref>[http://www.bbc.co.uk/news/technology-11530905 Campaign builds to construct Babbage Analytical Engine]、[[BBC]]、[[2010年]][[10月14日]]</ref>。そして2011年、グラハム＝カミングらは解析機関を製作するプロジェクト "Plan 28" を立ち上げた。グラハム＝カミングは、バベッジの没後150周年の[[2021年]]までに完成させることを目標とした<ref>{{Cite news| url= http://www.bbc.co.uk/news/technology-15001514 | title=Babbage Analytical Engine designs to be digitised | work=BBC News | author= | date=2011-09-21 | accessdate=2012-03-19 }}</ref>。[[2013年]]の時点では、解析機関製作プロジェクトは進行途中の状態であり、完成してはいない<ref>[http://plan28.org 解析機関製作プロジェクト「Plan 28」]</ref>。<br />
<br />
== 解析機関は世界初のコンピュータか？ ==<br />
設計だけであったとしても、解析機関が[[コンピュータ]]と呼べるかどうかは興味深い。[[階差機関]]も解析機関も、[[二進法|二進]]方式ではないにしても[[アナログ計算機]]ではなくディジタル的な（連続的な物理量ではなく、離散的に数値を表現する）計算機械である。階差機関は命令に基づいて動くものではない点で、ある種の「専用演算装置」であった（ディジタルとアナログという違いはあるが、アナログ計算機の一種の[[微分解析機]]に少し似ていると言えるかもしれない（訳語の関係で日本語ではそんなに雰囲気が無いが、英語ではそれぞれ difference engine, analytical engine と differential analyser である））。解析機関は、命令によってプログラマブルになった点は、原始的なコンピュータといえる。しかし、解析機関はいくつかの点で現在のコンピュータの要件を欠いている。<br />
<br />
大きく異なるのはメモリにアドレスがないことである。解析機関の記憶領域はいわば[[レジスタ (コンピュータ)|レジスタ]]であり、レジスタを個別に指定することはできるが、整数値のリニアなアドレスで指定できるメモリが無かったため、第2次世界大戦後に実現されたいわゆる[[プログラム内蔵方式]]（[[ノイマン型]]）のコンピュータにおける'''プログラムカウンタ'''に直接相当するものは存在しないことになり、それらを前提としたプログラミング技法も不可能だったということになる<ref>後のENIACにおける「コンピュータ」と呼べるかどうか、という議論に少し似ている。</ref>（ただし、計算理論的には、メモリは指定できれば良いのであって、必ずしもリニアなアドレス付けでなければならない、ということはない<ref>例えばチューリングマシンの一般的な構成では、テープは右か左に1コマずつ移動できるだけで、アドレスが付いているわけではない</ref>）。<br />
<br />
理論上重要である点に、プログラムを可変か否か、という点がある。この能力については否定的な意見もあるが、バベッジの残している記述をもとに備わっていたとする論者もいる。たとえば[[ダグラス・ホフスタッター]]は（『[[ゲーデル、エッシャー、バッハ]]』p. 42）解析機関についてバベッジとラブレスが、自分自身のプログラムを書き換えることが可能であると考えていたとみている。さらに、数を計算する計算機としての機能だけでなく、数以外の対象も扱う[[情報処理]]機械であると認識していたとしている。<br />
<br />
== 性能 ==<br />
上記のように解析機関は、[[デジタル]]方式で[[プログラム (コンピュータ)|プログラム]]可能で[[チューリング完全]]であるが、もちろん今の感覚からすれば非常に低速であった。[[エイダ・ラブレス]]は「バベッジ氏は彼の機関を使えば、20桁の数同士の乗算を3分以内に計算できると信じている」と記している。同じ計算を [[Harvard Mark I]] なら6秒でできる。現代のPCなら187[[ナノ秒]]でできる（[[Intel Core 2 Duo]] T7800 2.6 GHz, [[Java]]言語 任意精度BigDecimal型による9×(10の19乗)に同じものを乗算）。<br />
<br />
とはいえ、[[ムーアの法則]]に従って成長しているコンピュータの性能の曲線を過去に向かって延ばしてみると、{{要出典|=バベッジの解析機関はその曲線で示されるよりずっと高性能だったことに驚く|date=2013年8月|title=（当時）設計上の機械と実在の機械を比較するのは妥当ではないと考えられる}}。<br />
<br />
==影響==<br />
<br />
===コンピュータ科学===<br />
この節は、主として[[コンピュータ科学]]的視点から、解析機関とその後の計算機械の関係について議論する。前述の「コンピュータと言えるか」という議論もその一つであろう。<br />
<br />
解析機関は、後世にいくつか散発的に気がついた者もいたが、多くは忘れられていた。パーシ・ルードゲイトは1915年に解析機関について記述しており、独自の解析機関も詳細に設計している（ただし、製作はしなかった）。ルードゲイトの機関はバベッジのものよりも小さく（約230リットルの容積）、20桁の数値の乗算を6秒でできると予測された。[[レオナルド・トーレス・ケベード]]と[[ヴァネヴァー・ブッシュ]]も同様にバベッジの解析機関を知っていたが、彼ら3人の発明家は互いを知らなかった。<br />
<br />
バベッジの解析機関と密接に関連する業績としては、[[ニューヨーク]]の[[ベル研究所]]で[[ジョージ・スティビッツ]]が[[第二次世界大戦]]中に行った研究開発と、第二次世界大戦中に[[ハワード・エイケン]]が[[ハーバード大学]]で行った研究開発がある。彼らは電気機械式（リレーと機械（歯車など）を併用する）コンピュータを開発しており、解析機関と似ている部分があった。エイケンのマシンは[[IBM]]の援助によって開発されたもので[[Harvard Mark I]]と呼ばれている。<br />
<br />
[[ハワード・エイケン]]はチャールズ・バベッジを心の師と仰いでいた<ref>book ''Howard Aiken: Portrait of a Computer Pioneer'' by Bernard Cohen, Chapter 8 ''Aiken's Background in Computing and Knowledge of Babbage's Machines.'' pp61-71</ref>。エイケンは1886年にヘンリー・バベッジが製作した解析機関の一部を大学で1930年代に発見し、そこから着想を得たという<ref>[http://portal.acm.org/citation.cfm?id=56900&dl=&coll=&CFID=15151515&CFTOKEN=6184618 ''Babbage and Aiken''] - IEEE Annals of the History of Computing, Volume 10 , Issue 3 (July 1988)</ref>。彼は後にバベッジの著作を手にする機会を得ており、それについて次のように述べている。<br />
{{quote|そこに計算機について学ぶべきことがあった。それは全てであり、私はその本から全てを学んだ。}}<br />
しかし、その後の「全電子式」コンピュータへと開発を進めたのは、エイケンではなく、そこからの影響を受けた、より「冒険的」な人々であった。<br />
<br />
[[分子ナノテクノロジー]]では、超小型の高性能コンピュータの構築手法として、解析機関のような機構による[[論理回路]]が提案されている<ref>[http://www.npl.washington.edu/AV/altvw35.html Report on Nanocon 1] by John G. Gramer</ref><ref name="meccano" />。<br />
{{quote|解析機関が現実となれば、科学の未来を導くのに必須の道具となるだろう。|チャールズ・バベッジ|Passages from the Life of a Philosopher}}<br />
<br />
===小説===<br />
「[[サイバーパンク]]の教祖と煽動者」[[ウィリアム・ギブスン]]と[[ブルース・スターリング]]は、（サイバーパンクから派生した）[[スチームパンク]]をうけて「彼らのスチームパンク」として[[歴史改変SF|歴史改変]]小説『[[ディファレンス・エンジン]]』を共同執筆した。この小説では、ビクトリア朝時代の社会でバベッジの（階差機関と）解析機関が実現し、さらにその技術が高度に発展した世界を描いている（内容は「階差機関」におさまるものでないが、改変された歴史の差、というイメージのため、そちらをタイトルに採っている）。この小説は、コンピューターの発達が史実よりも早かった世界で、歴史がいかに史実と違う方向に変化するかを描いた小説である。<br />
<br />
イギリスの作家[[チャイナ・ミエヴィル]]の『ペルディード・ストリート・ステーション』にもバベッジの解析機関に似た装置が登場する。[[S・M・スターリング]]の ''[[:en:The Peshawar Lancers|The Peshawar Lancers]]'' にも巨大な蒸気駆動の解析機関が登場する。[[ニール・スティーヴンスン]]の『[[ダイヤモンド・エイジ]]』では、分子ナノテクノロジーが遍在する世界を描いており、バベッジの解析機関に似た設計の分子サイズの機械が描かれている。他にも、[[チャールズ・シェフィールド]]の「わが心のジョージア」がある。<br />
<br />
== 脚注・出典 ==<br />
{{Reflist}}<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
* 『バベッジのコンピュータ』[[新戸雅章]]（著）、[[筑摩書房]]（1996年）、ISBN 4480041982<br />
<br />
==外部リンク==<br />
すべて英文。<br />
* [http://www.computerhistory.org/babbage/ Tha Babbage Engine] - [http://www.computerhistory.org/ コンピュータ歴史博物館（米・カリフォルニア）] 動画、写真、原理、人物解説含む。<br />
* [http://www.meccano.us/analytical_engine/index.html] - Meccano 動画含む。<br />
* [http://www.fourmilab.ch/babbage The Analytical Engine at Fourmilab]<br />
* [http://www.cs.ncl.ac.uk/research/pubs/articles/papers/398.pdf From Analytical Engine to Electronic Digital Computer: The Contributions of Ludgate, Torres, and Bush], [[ブライアン・ランデル]], ''Annals of the History of Computing''誌, 1982年10月、Volume 4, Number 4<br />
* L. F. Menabrea, Ada Augusta, [http://www.fourmilab.ch/babbage/sketch.html Sketch of the Analytical Engine], Bibliothèque Universelle de Genève, Number 82, October 1842.<br />
* [http://cse.stanford.edu/classes/sophomore-college/projects-98/babbage/ana-mech.htm "General Plan of Babbage's great calculating engine" (1840),] の図と操作・プログラミングに関する解説（スタンフォード大学のサイト [http://cse.stanford.edu/classes/sophomore-college/projects-98/babbage/index.htm "Precursor to Modern Computing: Charles Babbage and His Calculating Engines."] より）<br />
* [http://www.projects.ex.ac.uk/babbage/engines.html Plan of Analytical Engine with grid layout] (1858)<br />
* [http://www.meccano.us/analytical_engine/index.html 2005年ごろ実際に制作され動作したバベッジのバレル ("barrel")] - その[[マイクロプログラム方式]]が機能することを実証した。<br />
* [http://csdl2.computer.org/persagen/DLAbsToc.jsp?resourcePath=/dl/mags/an/&toc=comp/mags/an/2000/04/a4toc.xml Special issue], ''IEEE Annals of the History of Computing'', Volume 22, Number 4, October–December 2000.<br />
* [http://www.sciencemuseum.org.uk/onlinestuff/stories/babbage.aspx ''Babbage''] Science Museum, London.<br />
<br />
{{DEFAULTSORT:かいせききかん}}<br />
[[Category:コンピュータ史]]<br />
[[Category:数学に関する記事]]<br />
[[Category:機械式計算機]]</div>60.110.212.65 Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /home/users/1/sub.jp-asate/web/wiki/extensions/HeadScript/HeadScript.php:3) in /home/users/1/sub.jp-asate/web/wiki/includes/WebResponse.php on line 46