विश्लेषणात्मक इंजन

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चार्ल्स बैबेज द्वारा निर्मित विश्लेषणात्मक इंजन के मुद्रण तंत्र के साथ गणना मशीन का भाग, जैसा कि विज्ञान संग्रहालय (लंदन) में प्रदर्शित किया गया है[1]
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विश्लेषणात्मक इंजन अंग्रेजी गणितज्ञ और कंप्यूटर के आविष्कार कर्ता चार्ल्स बैबेज द्वारा डिजाइन किया गया एक यांत्रिक कंप्यूटर था। जो सामान्य उद्देश्य की पूर्ति के लिए बनाया गया था. [2][3] इसे पहली बार 1837 में बैबेज के अंतर इंजन के उत्तराधिकारी यानि आधुनिक प्रतिरूप के रूप में विकसित किया गया थाI जिसे सरल शैली में एक यांत्रिक कैलकुलेटर की तरह डिज़ाइन किया गयाI इस यांत्रिक इंजन की आंतरिक प्रणाली का विश्लेषण पर ज्ञात हुआ कि इसमें अंकगणितीय तर्क,कंडीशनल ब्रांचिंग नाम की कम्प्यूटरीकृत भाषा, एकीकृत मेमोरी को एक साथ अन्तर्निहित करके सामान्य उद्देश्य के लिए तैयार किया गया कैलकुलेटर के रूप में पहला यांत्रिक कंप्यूटर था. जिसे आधुनिक शब्दों में ट्यूरिंग-पूर्ण के रूप में वर्णित किया जा सकता है।[4][5] दूसरे शब्दों में, विश्लेषणात्मक इंजन की संरचना अनिवार्य रूप से वही थी जो इलेक्ट्रॉनिक युग में कंप्यूटर डिजाइन की थी I [3]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।[6][7] बैबेज द्वारा 1837 में अग्रणी विश्लेषणात्मक इंजन का प्रस्ताव देने के एक सदी से भी अधिक समय बाद।1941 तक कोनराड ज़ूस ने पहला सामान्य-उद्देश्य वाला कंप्यूटर Z3 आविष्कार कियाI [3]


डिजाइन

मशीन को प्रोग्राम करने के लिए दो तरह के पंच कार्ड का इस्तेमाल किया जाता है। अग्रभूमि: निर्देशों को इनपुट करने के लिए 'ऑपरेशनल कार्ड'; पृष्ठभूमि: 'परिवर्तनीय कार्ड', डेटा इनपुट करने के लिए

मैकेनिकल कंप्यूटिंग डिवाइस में डिफरेंट तरह के इंजन को डिज़ाइन करने का बैबेज का पहला प्रयास विशेष उद्देश्य वाली मशीन थीI जिसे अनुमानित बहुपद बनाने के लिए परिमित अंतरों का मूल्यांकन करके लघुगणक और त्रिकोणमितीय कार्यों को सारणीबद्ध करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। बैबेज का अपने मुख्य अभियंता जोसेफ क्लेमेंट के साथ संघर्ष चल रहा था चल रहा थाI जिस कारणवश इस यांत्रिक मशीन का निर्माण कभी पूरा नहीं हुआI अंततः ब्रिटिश सरकार ने परियोजना के लिए अपना धन वापस ले लिया।[8][9][10]

इस परियोजना के दौरान बैबेज ने महसूस किया कि एनालिटिकल यानि विश्लेषिक इंजन के तौर इससे अधिक सामान्य एवं सरल इंजन का निर्माण सम्भव हो सकता हैI.1833 के आसपास एनालिटिकल इंजन के डिजाइन पर काम शुरू हुआ।[11][12]इनपुट के तौर पर जिसमें प्रोग्राम, और डेटा शामिल हैंI [13][8] जिन्हें मशीन में पंच कार्ड के माध्यम से उपलब्ध किया जाता थाI उस समय यांत्रिक करघों को निर्देशित करने के लिए जैक्वार्ड लूम विधि का प्रयोग किया जाता थाI वहीं दूसरी ओर आउटपुट के लिए मशीन में एक प्रिंटर, एक कर्व प्लॉटर और एक घंटी थीI [8] मशीन अक्षरों में पढ़े जाने वाले कार्डों पर लिखित संख्याओं को पंच करने में भी सक्षम थी। वहीं इस बात का आकलन भी किया गया कि इस मशीन में साधारणतया 40 दशमलव अंकों की 1,000संख्याओं को स्टोर करने में सक्षम थीI यह मशीन अंकगणितीय अंकगणितीय संक्रियाओं के साथ-साथ तुलना और वैकल्पिक रूप से वर्गमूल करने में सक्षम थी ।[14] प्रारंभ में (1838) इसकी कल्पना एक अंतर इंजन के रूप में की गई थी जो आम तौर पर गोलाकार ले-आउट में थी I इस मशीन का प्रारूप चित्रों के माध्यम से समझा जा सकता हैI आधुनिक कंप्यूटर में यह मशीन सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू) की तरह आंतरिक क्रियाओं पर काम करती हैI जिसे रीड-ओनली मेमोरी के रूप में संग्रहीत किया जाता है। उपयोगकर्ता को प्रोग्राम को निर्दिष्ट करने के लिए एक खूंटे की तरह दिखने वाले बैरल का प्रयोग होता हैI उपयोगकर्ताओं द्वारा नियोजित की जाने वाली प्रोग्रामिंग भाषा आधुनिक युग की असेंबली भाषाओं के समान थी। लूप्स और कंडीशनल ब्रांचिंग संभव थींI 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 मशीन में तीन अलग-अलग प्रकार के पंच कार्डों का उपयोग किया गया थाI 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।[15][16] ये कार्यक्रम बहुपद, पुनरावृत्त सूत्र, गाऊसी उन्मूलन और बर्नौली संख्याओं को निर्देशित करते थेI 1840 में ट्यूरिन की यात्रा के दौरान बैबेज द्वारा दिए गए व्याख्यानों के आधार पर1842 में इतालवी गणितज्ञ लुइगी फेडेरिको मेनाब्रिया ने फ्रेंच में इंजन का विवरण प्रकाशित कियाI[17] [18] 1843 में विवरण का अंग्रेजी में अनुवाद किया गया और एडा लवलेस द्वारा बड़े पैमाने पर एनोटेट किया गयाI [13]

निर्माण

1910 में निर्मित हेनरी बैबेज की विश्लेषणात्मक इंजन मिल,[19]विज्ञान संग्रहालय (लंदन) में

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।[1][6][20]1878 में ब्रिटिश एसोसिएशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ साइंस की एक समिति ने विश्लेषणात्मक इंजन को यांत्रिक सरलता के चमत्कार के रूप में वर्णित कियाI समिति ने मशीन की उपयोगिता और मूल्य को स्वीकार कियाI लेकिन इसे बनाने की लागत का अनुमान नहीं लगाया जा सका I मशीन का निर्माण किया गया तो ये सुनिश्चित नहीं था कि यह सुनिश्चित नहीं था कि मशीन बनने के बाद सही ढंग से काम करेगी या नहीं।[21][22]

1880 से 1910 [23] बैबेज और उनके बेटे हेनरी प्रीवोस्ट बैबेज ने मिलकर मशीन के एक हिस्से मिल प्रिंटिंग उपकरण का निर्माण काफी धीमी गति से कियाI 1910 में यह PI,पाई के गुणनखंड कि गणना करने में सक्षम थीI यह पूरे इंजन का केवल एक छोटा सा हिस्सा थाi यह प्रोग्राम करने योग्य नहीं था और इसमें कोई भंडारण नहीं था। हेनरी बैबेज की विश्लेषणात्मक इंजन का प्रतिरूप लंदन में विज्ञान संग्रहालय में प्रदर्शित किया गया है।[19] हेनरी ने छोटे भंडारण क्षमता के साथ पूर्ण इंजन का एक प्रदर्शन संस्करण बनाने का भी प्रस्ताव रखाI यह पहली मशीन होगी जिसने शायद दस कॉलम और प्रत्येक कॉलम में पंद्रह पहिये थेI ऐसा संस्करण प्रत्येक 25 अंकों की 20 संख्याओं में हेरफेर करके उसे प्रभावित रूप से प्रदर्शित किया जा सकता हैI 1888 में हेनरी बैबेज ने लिखा मशीन में कार्ड्स का कोई खास उपयोग नहीं हैI गणितज्ञ के उद्देश्यों के लिए विश्लेषणात्मक इंजन में यदि आवश्यक हो तो कार्ड का उपयोग नहीं किया जाना चाहिए।[24]

1991 में लंदन साइंस म्यूज़ियम ने बैबेज डिफरेंस इंजन नंबर 2 का एक पूर्ण और काम करने वाला नमूना बनायाI डिज़ाइन में विश्लेषणात्मक इंजन के विकास के दौरान बैबेज द्वारा खोजे गए शोध शामिल थे।[4]इस मशीन को इस सुझाव को खारिज करते हुए कि बैबेज के डिजाइन अपने समय की विनिर्माण तकनीक का उपयोग नहीं कर सकते थे।बैबेज के लिए उपलब्ध सामग्री और इंजीनियरिंग सहनशीलता का उपयोग करके बनाया गया थाI [25]

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 योजना 28 अभियान शुरू कियाI ताकि काम कर रहे आभासी डिजाइन का निर्माण और परीक्षण किया जा सकेI जो मशीन के निर्माण लिए करने में सक्षम हो। भौतिक विश्लेषणात्मक इंजन के।[26][27][28] मई 2016 तक, वास्तविक निर्माण का प्रयास नहीं किया गया थाI क्योंकि बैबेज के मूल डिजाइन चित्रों से अभी तक कोई सही जानकारी नहीं मिलीI विशेष रूप से यह स्पष्ट नहीं था कि क्या यह अनुक्रमित चर को संभाल सकता है या नहीं I[29] 2017 तक, योजना 28 के प्रयास ने बताया कि सभी सूचीबद्ध सामग्री का खोज योग्य डेटाबेस उपलब्ध थाI [30] बैबेज के कई मूल चित्र डिजीटल हो चुके हैं और सार्वजनिक रूप से ऑनलाइन उपलब्ध हैं।[31]


निर्देश सेट

1840 से विश्लेषणात्मक इंजन का योजना आरेख

बैबेज को आधुनिक प्रोसेसर इंजन के लिए निर्देशों को स्पष्ट सेट लिखने से अधिक कार्यक्रमों को निष्पादन के दौरान ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए जाना गया थाI जिसमें उन्होंने निर्धारित किया था कि प्रत्येक चरण में ये मशीन कैसे कार्य करेगीI जो नियंत्रण प्रवाह के निर्देशों के लिए संकेत थेI

1845 में पहली बार विभिन्न सेवा कार्यों के लिए उपयोगकर्ता संचालन की शुरूआत हुईI जिसमें सबसे महत्वपूर्ण कार्यक्रमों में उपयोगकर्ता नियंत्रण के लिए एक प्रभावी प्रणाली शामिल हैIइस बात का कोई संकेत नहीं है कि ऑपरेशन और वेरिएबल कार्ड 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 यह प्रणाली आवश्यक है।

इंजन के अपने एमुलेटर में फोरमिलाब कहते हैं कि 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 पढ़ सकने वाले कार्यों को भी कार्डों द्वारा निर्देशित किया जा सकता हैI मशीन में इनबिल्ट कार्ड्स यह निर्देश देने में भी सक्षम हैं कि मिल का रन-अप लीवर सक्रिय हैI यह लीवर कार्ड श्रृंखला को आगे बढ़ा सकता हैI हस्तक्षेप करने वाले कार्डों को पीछे छोड़ सकता है और पढ़े गए कार्डों को संशोधित किया जा सकता हैI यह एमुलेटर यानि यंत्रानुकरणकारी लिखित प्रतीकात्मक निर्देश सेट प्रदान करता हैI हालांकि इसका निर्माण बैबेज के मूल कार्यों पर आधारित होने के बजाय इसके लेखकों द्वारा किया गया है। 

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 संचारित करने के लिए किया जाता हैI इस मामले में 11 कार्ड से पिछड़ा हुआ है।

प्रभाव

अनुमानित प्रभाव

बैबेज का मानना था कि स्वचालित कंप्यूटर का अस्तित्व उस क्षेत्र में जागरूकता  और रूचि जगाएगा जिसे अब एल्गोरिथम दक्षता के रूप में जाना जाता हैI अपने पैसेज फ्रॉम द लाइफ ऑफ ए फिलॉसफर में लिखते हुए बैबेज जिक्र करते हैं कि एक विश्लेषणात्मक इंजन के तौर पर यह मशीन भविष्य में काफी कारगार साबित होगीI यह इंजन मशीन आवश्यक रूप से भविष्य के विज्ञान के पाठ्यक्रम का मार्गदर्शन करेगीI 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?[32]


कंप्यूटर विज्ञान

1872 से हेनरी ने अपने पिता के काम के साथ लगन से काम करना जारी रखा और 1875 में उनकी सेवानिवृत्ति के समय धीमे स्वरुप में इस विषय पर कार्य किया गयाI

1908 में एनालिटिकल इंजन के लिए अपना खुद का डिज़ाइन प्रकाशित किया।जबकि पर्सी लुडगेट ने 1914 में इंजन के बारे में लिखा थाI[33] ऐसा माना जाता है  कि लुडगेट का इंजन बहुत छोटा लगभग 8 क्यूबिक फ़ीट '230L' का होगा Iजो भुजा की लंबाई के घन से मेल खाती हैI बैबेज की तुलना में काल्पनिक रूप से दो 20-दशमलव-अंकीय संख्याओं को लगभग छह सेकंड में गुणा करने में सक्षम होगा।[34]

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 पर आधारित फ्लोटिंग पॉइंट नंबर प्रतिनिधित्व शामिल थेI इस प्रणाली के लिए 1920 में एक प्रारंभिक प्रोटोटाइप बनायागया ।[34]

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।[34]

इस आधारभूत कार्य के बावजूद बैबेज का काम ऐतिहासिक अस्पष्टता में गिर गयाI विश्लेषणात्मक इंजन 1930 और 1940 के दशक में इलेक्ट्रोमैकेनिकल और इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटिंग मशीनों के बिल्डरों के लिए अज्ञात थाI जब उन्होंने अपना काम शुरू किया तब बैबेज द्वारा प्रस्तावित कई वास्तुशिल्प नवाचारों को फिर से आविष्कार करने की आवश्यकता महसूस हुई। हॉवर्ड एकेन, जिन्होंने जल्दी से अप्रचलित इलेक्ट्रोमैकेनिकल कैलकुलेटर हार्वर्ड मार्क का निर्माण कियाI विश्लेषणात्मक इंजन के निर्मित हिस्से की उनकी यात्रा को जीवन की सबसे बड़ी निराशा माना।[35] मार्क ने एनालिटिकल इंजन से कोई प्रभाव नहीं दिखाया और एनालिटिकल इंजन की सबसे प्रेजेंटेटिव आर्किटेक्चरल फीचर क्योंकि इस प्रणाली में कंडीशनल ब्रांचिंग का अभाव था।[35] जे. प्रेस्पर एकर्ट और जॉन डब्ल्यू. मौचली भी 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।[36][37]


अन्य प्रारंभिक कंप्यूटरों की तुलना

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 हैंI जिनमें से प्रत्येक में बीस अंक होते हैं।[38]

हार्वर्ड मार्क की तुलना करके मैं वही कार्य केवल छह सेकंड में कर सकता था। ऐसा माना जाता है कि एक आधुनिक पीसी एक सेकंड के अरबवें हिस्से में भी यही काम कर सकता है।

Further information: History of computing hardware § Early digital computer characteristics
Name First operational Numeral system Computing mechanism Programming Turing complete Memory
Difference Engine Not built until the 1990s (design 1820s) Decimal Mechanical Not programmable; initial numerical constants of polynomial differences set physically No Physical state of wheels in axes
Analytical Engine Not built (design 1830s) Decimal Mechanical Program-controlled by punched cards Yes Physical state of wheels in axes
Ludgate's Analytical Engine Not built (design 1909) Decimal Mechanical Program-controlled by punched cards Yes Physical state of rods
Torres y Quevedo's Analytical machine 1920 Decimal Electromechanical Not programmable; input and output settings specified by patch cables No Mechanical relays
Zuse Z1 (Germany) 1939 Binary floating point Mechanical Not programmable; cipher input settings specified by patch cables No Physical state of rods
Bombe (Poland, UK, US) 1939 (Polish), March 1940 (British), May 1943 (US) Character computations Electro-mechanical Not programmable; cipher input settings specified by patch cables No Physical state of rotors
Zuse Z2 (Germany) 1940 Binary floating point Electro-mechanical (Mechanical memory) Program-controlled by punched 35 mm film stock No Physical state of rods
Zuse Z3 (Germany) May 1941 Binary floating point Electro-mechanical Program-controlled by punched 35 mm film stock In principle Mechanical relays
Atanasoff–Berry Computer (US) 1942 Binary Electronic Not programmable; linear system coefficients input using punched cards No Regenerative capacitor memory
Colossus Mark 1 (UK) December 1943 Binary Electronic Program-controlled by patch cables and switches No Thermionic valves (vacuum tubes) and thyratrons
Harvard Mark I – IBM ASCC (US) May 1944 Decimal Electro-mechanical Program-controlled by 24-channel punched paper tape (but no conditional branch) No Mechanical relays[39]
Zuse Z4 (Germany) March 1945 (or 1948)[40] Binary floating point Electro-mechanical Program-controlled by punched 35 mm film stock In 1950 Mechanical relays
ENIAC (US) July 1946 Decimal Electronic Program-controlled by patch cables and switches Yes Vacuum tube triode flip-flops
Manchester Baby (UK) 1948 Binary Electronic Binary program entered into memory by keyboard[41] (first electronic stored-program digital computer) Yes Williams cathode ray tube
EDSAC (UK) 1949 Binary Electronic Five-bit opcode and variable-length operand (first stored-program computer offering computing services to a wide community). Yes Mercury delay lines


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।[42]
  • इसी तरह की सेटिंग का उपयोग सिडनी पडुआ ने वेबकॉमिक द थ्रिलिंग एडवेंचर्स ऑफ लवलेस एंड बैबेज में किया है।[43][44] 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।[45] 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।[46]


संदर्भ

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ग्रन्थसूची


बाहरी संबंध

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