バベッジ自身が組み立てた解析機関の一部の試作品[ 1] サイエンス・ミュージアム （ロンドン） 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。
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。
バベッジが当時、機関のための工作精度が足りないとしたこともあり、この機械はしばしば、その理由で製作できなかったとされる。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[ 2]
チャールズ・バベッジ 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。
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。
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。
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[ 3] [ 4] 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[ 5] マイクロプログラム方式 を参照。
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」 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。
エイダ・ラブレス 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 、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。
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[ 5] 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。
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。
ヘンリー・バベッジの1910年製作の階差機関演算装置[ 6] サイエンス・ミュージアム に展示されている。 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[ 7] 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。
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[ 8] [ 8]
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[ 6]
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。
米国のコンピュータ歴史博物館で展示されている。
動く様子が同館サイト で見られる。
2010年 10月 、イギリスのプログラマージョン・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[ 9] [ 10] 2021年 までに完成させることを目標とした[ 11] 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[ 12]
階差機関 も解析機関も、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。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。
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 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。
プログラムを書き換える機能が備わっていなかったのではないかという意見もあるが、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。
上記のように解析機関は、デジタル 方式でプログラム 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）。
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記述する。
解析機関は、後世にいくら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。
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。
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[ 13] [ 14]
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。
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。
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[ 15] [ 5]
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
「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 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。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。
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 The Peshawar Lancers 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。
すべて英文。
Tha Babbage Engine - 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。[1] - Meccano 動画含む。The Analytical Engine at Fourmilab 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 4L. F. Menabrea, Ada Augusta, Sketch of the Analytical Engine , Bibliothèque Universelle de Genève, Number 82, October 1842.
"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 "Precursor to Modern Computing: Charles Babbage and His Calculating Engines." より）Plan of Analytical Engine with grid layout (1858)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。Special issue , IEEE Annals of the History of Computing , Volume 22, Number 4, October–December 2000.Babbage 
