Электронный калькулятор — это, как правило, портативное электронное устройство, используемое для выполнения вычислений — от элементарной арифметики до сложных математических действий .
Первый твердотельный электронный калькулятор был создан в начале 1960-х годов. Карманные устройства стали доступны в 1970-х годах, особенно после того, как Intel 4004 , первый микропроцессор , был разработан Intel для японской компании по производству калькуляторов Busicom .
Современные электронные калькуляторы варьируются от дешевых, раздающихся моделей размером с кредитную карту до прочных настольных моделей со встроенными принтерами. Они стали популярными в середине 1970-х годов, поскольку внедрение интегральных схем уменьшило их размер и стоимость. К концу этого десятилетия цены упали до такой степени, что базовый калькулятор стал доступен большинству, и они стали обычным явлением в школах.
Операционные системы компьютеров еще в раннем Unix включали интерактивные программы калькуляторов , такие как dc и hoc , а интерактивный BASIC можно было использовать для выполнения вычислений на большинстве домашних компьютеров 1970-х и 1980-х годов. Функции калькулятора включены в большинство смартфонов , планшетов и устройств типа персонального цифрового помощника (PDA).
Помимо калькуляторов общего назначения, существуют калькуляторы, предназначенные для определенных рынков. Например, существуют научные калькуляторы , которые включают тригонометрические и статистические вычисления. Некоторые калькуляторы даже способны выполнять компьютерную алгебру . Графические калькуляторы можно использовать для построения графиков функций, определенных на действительной прямой или в многомерном евклидовом пространстве . По состоянию на 2016 год [обновлять]базовые калькуляторы стоят недорого, но научные и графические модели, как правило, стоят дороже. [1]
С очень широкой доступностью смартфонов и тому подобного, специализированные аппаратные калькуляторы, хотя и широко используются, стали менее распространены, чем когда-то. В 1986 году калькуляторы все еще представляли собой, по оценкам, 41% от общей мощности оборудования общего назначения в мире для вычисления информации. К 2007 году эта цифра снизилась до менее чем 0,05%. [2]
Электронные калькуляторы содержат клавиатуру с кнопками для цифр и арифметических операций; некоторые даже содержат кнопки «00» и «000», чтобы облегчить ввод больших или меньших чисел . Большинство базовых калькуляторов назначают только одну цифру или операцию на каждую кнопку; однако в более специализированных калькуляторах кнопка может выполнять многофункциональную работу с комбинациями клавиш .
Калькуляторы обычно имеют жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) в качестве выходного устройства вместо традиционных светодиодных (LED) и вакуумных флуоресцентных дисплеев (VFD); подробности см. в разделе Технические усовершенствования .
Цифры большого размера часто используются для улучшения читаемости; при этом вместо или в дополнение к вульгарным дробям используется десятичный разделитель (обычно точка, а не запятая ). На дисплее также могут отображаться различные символы для команд функций . Дроби, такие как 1 ⁄ 3, отображаются как десятичные приближения , например, округленные до 0,33333333 . Кроме того, некоторые дроби (например, 1 ⁄ 7 , что равно 0,14285714285714 ; до 14 значащих цифр ) могут быть трудно распознаваемы в десятичной форме; в результате многие научные калькуляторы способны работать с вульгарными дробями или смешанными числами .
Калькуляторы также имеют возможность сохранять числа в памяти компьютера . Базовые калькуляторы обычно хранят только одно число за раз; более специфические типы способны хранить много чисел, представленных в переменных . Обычно эти переменные называются ans или ans(0). [3] Переменные также могут использоваться для построения формул . Некоторые модели имеют возможность расширять емкость памяти для хранения большего количества чисел; адрес расширенной памяти называется индексом массива .
Источниками питания калькуляторов являются батареи , солнечные элементы или сетевое электричество (для старых моделей), включение осуществляется с помощью переключателя или кнопки. У некоторых моделей даже нет кнопки выключения, но они предоставляют возможность отложить выключение (например, не выполняя никаких действий в течение некоторого времени, закрывая солнечные элементы или закрывая крышку ). Калькуляторы с приводом от рукоятки также были распространены в раннюю компьютерную эру.
Следующие клавиши являются общими для большинства карманных калькуляторов. Хотя расположение цифр стандартно, позиции других клавиш различаются от модели к модели; иллюстрация является примером.
Расположение цифр на калькуляторе и других цифровых клавиатурах с клавишами 7- - на два ряда выше клавиш - - взято из калькуляторов и кассовых аппаратов . Оно заметно отличается от расположения клавиш телефонных кнопочных панелей , которые имеют клавиши - - наверху и клавиши - - в третьем ряду.89123123789
В общем случае базовый электронный калькулятор состоит из следующих компонентов: [4]
Тактовая частота микросхемы процессора относится к частоте, на которой работает центральный процессор (ЦП). Она используется как индикатор скорости процессора и измеряется в тактовых циклах в секунду или герцах (Гц) . Для базовых калькуляторов скорость может варьироваться от нескольких сотен герц до диапазона килогерц .
Базовое объяснение того, как выполняются вычисления в простом калькуляторе с четырьмя функциями:
Для выполнения вычисления 25 + 9 на большинстве калькуляторов необходимо нажать клавиши в следующей последовательности: .2 5 + 9 =
Другие функции обычно выполняются с помощью повторяющихся сложений или вычитаний.
Большинство карманных калькуляторов выполняют все вычисления в двоично-десятичном коде (BCD), а не в двоичном коде. BCD распространен в электронных системах, где должно отображаться числовое значение, особенно в системах, состоящих исключительно из цифровой логики и не содержащих микропроцессор. Используя BCD, можно значительно упростить обработку числовых данных для отображения, рассматривая каждую цифру как отдельную подсхему. Это гораздо лучше соответствует физической реальности аппаратного обеспечения отображения — например, разработчик может выбрать использование ряда отдельных идентичных семисегментных дисплеев для построения измерительной схемы. Если бы числовое количество хранилось и обрабатывалось как чисто двоичное, интерфейс с таким дисплеем потребовал бы сложной схемы. Поэтому в случаях, когда вычисления относительно просты, работа с BCD может привести к более простой общей системе, чем преобразование в двоичный код и обратно. (Например, компакт-диски хранят номер дорожки в BCD, ограничивая их 99 дорожками.)
Тот же аргумент применим, когда оборудование этого типа использует встроенный микроконтроллер или другой небольшой процессор. Часто меньший код получается при представлении чисел внутри в формате BCD, поскольку преобразование из двоичного представления или в двоичное может быть дорогим на таких ограниченных процессорах. Для этих приложений некоторые небольшие процессоры имеют арифметические режимы BCD, которые помогают при написании процедур, которые манипулируют величинами BCD. [5] [6]
Там, где калькуляторы имеют дополнительные функции (такие как квадратный корень или тригонометрические функции ), требуются программные алгоритмы для получения высокоточных результатов. Иногда требуются значительные усилия по проектированию, чтобы вместить все желаемые функции в ограниченное пространство памяти, доступное в чипе калькулятора , с приемлемым временем расчета. [7]
Первыми известными инструментами, использовавшимися для арифметических вычислений, были: кости (использовались для подсчета предметов), галька и счетные доски , а также счеты , которые, как известно, использовались шумерами и египтянами до 2000 г. до н. э. [8] За исключением механизма Антикитеры ( астрономического устройства «вне времени» ), развитие вычислительных инструментов началось около начала 17-го века: геометрический военный компас ( Галилея ), логарифмы и кости Непера ( Непера ) и логарифмическая линейка ( Эдмунда Гюнтера ). [1]
В эпоху Возрождения механический калькулятор был изобретен Вильгельмом Шиккардом в 1623 году [9] , а позднее Блезом Паскалем в 1642 году [10]. Устройство, которое порой несколько переоценивалось как способное выполнять все четыре арифметические операции с минимальным вмешательством человека. [11] Калькулятор Паскаля мог складывать и вычитать два числа напрямую и, таким образом, если это было скучно, умножать и делить путем повторения. Машина Шиккарда, сконструированная несколькими десятилетиями ранее, использовала умный набор механизированных таблиц умножения для облегчения процесса умножения и деления с арифмометром в качестве средства выполнения этой операции. Ведутся споры о том, следует ли считать Паскаля или Шикарда известным изобретателем счетной машины из-за различий (например, разных целей) обоих изобретений. [12] За Шиккардом и Паскалем последовал Готфрид Лейбниц , который потратил сорок лет на разработку четырехоперационного механического калькулятора, ступенчатого счетного устройства , и в процессе изобрел свое колесо Лейбница , но не смог разработать полностью рабочую машину. [13] В 17 веке также было предпринято пять неудачных попыток разработать счетные часы. [14]
XVIII век ознаменовался появлением некоторых заметных усовершенствований, первым из которых был Полени с первыми полностью функциональными счетными часами и четырехоперационной машиной, но эти машины почти всегда были единственными в своем роде . Луиджи Торки изобрел первую машину прямого умножения в 1834 году: это была также вторая в мире машина с клавишным управлением после машины Джеймса Уайта (1822). [15] Только в XIX веке и в период промышленной революции начали происходить реальные разработки. Хотя машины, способные выполнять все четыре арифметические функции, существовали и до XIX века, усовершенствование процессов производства и изготовления накануне промышленной революции сделало возможным крупномасштабное производство более компактных и современных устройств. Арифмометр , изобретенный в 1820 году как четырехоперационный механический калькулятор, был выпущен в производство в 1851 году как арифмометр и стал первым коммерчески успешным устройством; Сорок лет спустя, к 1890 году, было продано около 2500 арифмометров [16] плюс еще несколько сотен от двух производителей клонов арифмометров (Burkhardt, Германия, 1878 и Layton, Великобритания, 1883), а Felt and Tarrant, единственный другой конкурент в настоящем коммерческом производстве, продал 100 комптометров . [17]
Только в 1902 году был разработан привычный пользовательский интерфейс с кнопками, с появлением арифмометра Дальтона, разработанного Джеймсом Л. Дальтоном в Соединенных Штатах .
В 1921 году Эдит Кларк изобрела «калькулятор Кларка», простой графический калькулятор для решения линейных уравнений, включающих гиперболические функции. Это позволило инженерам-электрикам упростить расчеты индуктивности и емкости в линиях электропередачи . [18]
Калькулятор Curta был разработан в 1948 году и, хотя и был дорогим, стал популярным благодаря своей портативности. Это чисто механическое ручное устройство могло выполнять сложение, вычитание, умножение и деление. К началу 1970-х годов электронные карманные калькуляторы положили конец производству механических калькуляторов, хотя Curta остается популярным предметом коллекционирования.
Первые мэйнфреймовые компьютеры, изначально использовавшие электронные лампы , а затем транзисторы в логических схемах, появились в 1940-х и 1950-х годах. Электронные схемы, разработанные для компьютеров, также нашли применение в электронных калькуляторах.
Компания Casio Computer Company в Японии выпустила в 1957 году калькулятор Model 14-A , который стал первым в мире полностью электрическим (относительно) компактным калькулятором. Он не использовал электронную логику, а был основан на релейной технологии и был встроен в стол. Калькулятор IBM 608 с коммутационной панелью был первым полностью транзисторным продуктом IBM, выпущенным в 1957 году; это была система консольного типа с вводом и выводом на перфокартах, и он заменил более ранний, более крупный, ламповый IBM 603 .
В октябре 1961 года был анонсирован первый в мире полностью электронный настольный калькулятор, британский Bell Punch / Sumlock Comptometer ANITA ( A New Inspiration T o A rithmetic/ A ccounting). [19] [20] Эта машина использовала электронные лампы , лампы с холодным катодом и Dekatron в своих схемах, с 12 лампами с холодным катодом «Nixie» для своего дисплея. Были представлены две модели, Mk VII для континентальной Европы и Mk VIII для Великобритании и остального мира, обе для поставок с начала 1962 года. Mk VII был немного более ранней конструкцией с более сложным режимом умножения и вскоре был заменен на более простой Mark VIII. ANITA имел полную клавиатуру, похожую на механические комптометры того времени, особенность, которая была уникальной для него и более позднего Sharp CS-10A среди электронных калькуляторов. ANITA весила примерно 33 фунта (15 кг) из-за своей большой системы трубок. [21] Bell Punch производила механические калькуляторы с клавишным управлением типа комптометра под названиями «Plus» и «Sumlock» и поняла в середине 1950-х годов, что будущее калькуляторов лежит в электронике. Они наняли молодого выпускника Норберта Кица, который работал над ранним компьютерным проектом British Pilot ACE , чтобы тот возглавил разработку. ANITA хорошо продавалась, поскольку это был единственный доступный электронный настольный калькулятор, а также он был тихим и быстрым.
Технология ламп ANITA была заменена в июне 1963 года на произведенный в США Friden EC-130, который имел полностью транзисторную конструкцию, стек из четырех 13-значных чисел, отображаемых на 5-дюймовой (13 см) электронно-лучевой трубке (ЭЛТ), и представил рынку калькуляторов обратную польскую нотацию (RPN) по цене 2200 долларов, что примерно в три раза превышало стоимость электромеханического калькулятора того времени. Как и Bell Punch, Friden был производителем механических калькуляторов, который решил, что будущее за электроникой. В 1964 году было представлено больше полностью транзисторных электронных калькуляторов: Sharp представила CS-10A, который весил 25 килограммов (55 фунтов) и стоил 500 000 иен (4555,81 доллара США), а Industria Macchine Elettroniche из Италии представила IME 84, к которому можно было подключить несколько дополнительных клавиатур и дисплеев, чтобы несколько человек могли им пользоваться (но, по-видимому, не одновременно). Victor 3900 был первым, в котором вместо отдельных транзисторов использовались интегральные схемы , но производственные проблемы задержали продажи до 1966 года.
.png/1280px-Elka-22_(I197211).png)
Затем последовал ряд моделей электронных калькуляторов от этих и других производителей, включая Canon , Mathatronics, Olivetti , SCM (Smith-Corona-Marchant), Sony , Toshiba и Wang . Ранние калькуляторы использовали сотни германиевых транзисторов , которые были дешевле кремниевых транзисторов , на нескольких печатных платах. Использовались следующие типы дисплеев: ЭЛТ, холоднокатодные Nixie-лампы и лампы накаливания . Технология памяти обычно основывалась на памяти с линией задержки или памяти на магнитных сердечниках , хотя Toshiba "Toscal" BC-1411, по-видимому, использовала раннюю форму динамической оперативной памяти, построенной из дискретных компонентов. Уже тогда существовало желание иметь более мелкие и менее энергоемкие машины.
Болгарский калькулятор ELKA 6521 [ 22] [23], представленный в 1965 году, был разработан Центральным институтом вычислительных технологий и построен на заводе «Электроника» в Софии . Название происходит от EL ektronen KA lkulator , и он весил около 8 кг (18 фунтов). Это первый калькулятор в мире, который включает функцию квадратного корня . Позже в том же году были выпущены ELKA 22 (с люминесцентным дисплеем) [22] [24] [25] и ELKA 25 со встроенным принтером. Было разработано несколько других моделей, пока в 1974 году не была выпущена первая карманная модель ELKA 101. Надписи на нем были латинскими буквами , и он экспортировался в западные страны. [22] [26] [27] [28]
Первые настольные программируемые калькуляторы были произведены в середине 1960-х годов. Они включали Mathatronics Mathatron (1964) и Olivetti Programma 101 (конец 1965), которые были твердотельными, настольными, печатающими, с плавающей точкой, алгебраическим вводом, программируемыми, хранимыми программами электронными калькуляторами. [29] [30] Оба могли быть запрограммированы конечным пользователем и распечатывать свои результаты. Programma 101 получила гораздо более широкое распространение и имела дополнительную функцию автономного хранения программ с помощью магнитных карт. [30]
Другим ранним программируемым настольным калькулятором (и, возможно, первым японским) был Casio (AL-1000), выпущенный в 1967 году. Он имел дисплей на газоразрядных индикаторах , транзисторную электронику и память на ферритовых сердечниках. [31]
Программируемый калькулятор Monroe Epic появился на рынке в 1967 году. Большое печатающее настольное устройство с прикрепленной напольной башней логики, его можно было запрограммировать на выполнение многих компьютерных функций. Однако единственной инструкцией ветвления был подразумеваемый безусловный переход (GOTO) в конце стека операций, возвращающий программу к ее начальной инструкции. Таким образом, было невозможно включить какую-либо логику условного перехода (IF-THEN-ELSE). В эту эпоху отсутствие условного перехода иногда использовалось для того, чтобы отличить программируемый калькулятор от компьютера.
Первый советский программируемый настольный калькулятор ИСКРА 123, работающий от электросети, был выпущен в начале 1970-х годов.
Электронные калькуляторы середины 1960-х годов были большими и тяжелыми настольными машинами из-за использования сотен транзисторов на нескольких платах с большим потреблением энергии, для которых требовался источник питания переменного тока. Были предприняты большие усилия, чтобы поместить логику, необходимую для калькулятора, во все меньшее и меньшее количество интегральных схем (чипов), и калькуляторная электроника была одним из передовых краев развития полупроводников . Американские производители полупроводников лидировали в мире в разработке полупроводников с большой интеграцией (БИС), втискивая все больше и больше функций в отдельные интегральные схемы. Это привело к альянсам между японскими производителями калькуляторов и американскими полупроводниковыми компаниями: Canon Inc. с Texas Instruments , Hayakawa Electric (позже переименованная в Sharp Corporation ) с североамериканской Rockwell Microelectronics (позже переименованной в Rockwell International ), Busicom с Mostek и Intel и General Instrument с Sanyo .
К 1970 году калькулятор можно было изготовить, используя всего несколько микросхем с низким энергопотреблением, что позволило создавать портативные модели, работающие от перезаряжаемых батарей.Первым карманным калькулятором был прототип 1967 года под названием Cal Tech , разработкой которого руководил Джек Килби из Texas Instruments в исследовательском проекте по созданию портативного калькулятора. Он мог складывать, умножать, вычитать и делить, а его выходным устройством была бумажная лента. [32] [33] [34] [35] [36] [37] В результате проекта «Cal-Tech» Texas Instruments получила основные патенты на портативные калькуляторы. [a]
Первые коммерческие портативные калькуляторы появились в Японии в 1970 году и вскоре стали продаваться по всему миру. Среди них были Sanyo ICC-0081 "Mini Calculator", Canon Pocketronic и Sharp QT-8B "micro Compet". Canon Pocketronic был разработкой проекта "Cal-Tech". У него не было традиционного дисплея; числовой вывод осуществлялся на термобумажную ленту.
Sharp приложила большие усилия для уменьшения размера и мощности и представила в январе 1971 года Sharp EL-8 , также продаваемый как Facit 1111, который был близок к тому, чтобы быть карманным калькулятором. Он весил 1,59 фунта (721 грамм), имел вакуумный флуоресцентный дисплей , перезаряжаемые NiCad батареи и первоначально продавался по цене 395 долларов США.
Однако усилия по разработке интегральных схем достигли кульминации в начале 1971 года с выпуском первого «калькулятора на чипе» MK6010 от Mostek [40] , за которым в том же году последовала Texas Instruments. Хотя эти ранние ручные калькуляторы были очень дорогими, эти достижения в электронике, вместе с разработками в области технологии отображения (такими как вакуумный флуоресцентный дисплей , светодиод и ЖК-дисплей ), привели в течение нескольких лет к дешевому карманному калькулятору, доступному всем.
В 1971 году Pico Electronics [41] и General Instrument также представили свою первую совместную работу в области ИС, полную однокристальную ИС калькулятора для калькулятора Monroe Royal Digital III. Pico была ответвлением пяти инженеров-конструкторов GI, чьей целью было создание однокристальных ИС калькуляторов. Pico и GI добились значительного успеха на растущем рынке карманных калькуляторов.
Первым по-настоящему карманным электронным калькулятором был Busicom LE-120A "HANDY", который поступил в продажу в начале 1971 года. [42] Сделанный в Японии, он также был первым калькулятором, использовавшим светодиодный дисплей, первым ручным калькулятором, использовавшим одну интегральную схему (тогда провозглашенным "калькулятором на чипе"), Mostek MK6010, и первым электронным калькулятором, работающим от сменных батареек. Используя четыре элемента размера AA, LE-120A имеет размеры 4,9 на 2,8 на 0,9 дюйма (124 мм × 71 мм × 23 мм).
Первый карманный калькулятор европейского производства DB 800 [43] [44] был выпущен в мае 1971 года компанией Digitron в Буе , Хорватия (бывшая Югославия ) с четырьмя функциями, восьмиразрядным дисплеем и специальными символами для отрицательных чисел, а также предупреждением о том, что в расчете слишком много цифр для отображения.
Первый карманный калькулятор американского производства Bowmar 901B (широко известный как The Bowmar Brain ), размером 5,2 на 3,0 на 1,5 дюйма (132 мм × 76 мм × 38 мм), вышел осенью 1971 года с четырьмя функциями и восьмиразрядным красным светодиодным дисплеем по цене 240 долларов США , а в августе 1972 года четырехфункциональный Sinclair Executive стал первым тонким карманным калькулятором размером 5,4 на 2,2 на 0,35 дюйма (137,2 мм × 55,9 мм × 8,9 мм) и весом 2,5 унции (71 г). Он продавался по цене около 79 фунтов стерлингов ( 194 доллара США в то время). К концу десятилетия аналогичные калькуляторы стоили менее 5 фунтов стерлингов (6,85 доллара США). После двухлетней разработки, включая неудачное партнерство с Texas Instruments, Eldorado Electrodata выпустила пять карманных калькуляторов в 1972 году. Один из них, названный Touch Magic, был «не больше пачки сигарет», согласно данным административного управления . [45]
Первый карманный калькулятор советского производства «Электроника Б3-04» [46] был разработан в конце 1973 года и поступил в продажу в начале 1974 года.
Одним из первых недорогих калькуляторов был Sinclair Cambridge , выпущенный в августе 1973 года. Он продавался по цене £29,95 ($41,03) или на £5 ($6,85) дешевле в виде набора, а более поздние модели включали некоторые научные функции. Калькуляторы Sinclair были успешными, потому что они были намного дешевле конкурентов; однако их конструкция приводила к медленным и менее точным вычислениям трансцендентных функций (максимум три десятичных знака точности). [47]
Тем временем компания Hewlett-Packard (HP) разрабатывала карманный калькулятор. Выпущенный в начале 1972 года, он отличался от других базовых четырехфункциональных карманных калькуляторов, доступных в то время, тем, что это был первый карманный калькулятор с научными функциями, который мог заменить логарифмическую линейку . HP-35 стоимостью $395 , как и почти все более поздние инженерные калькуляторы HP, использует обратную польскую запись (RPN), также называемую постфиксной записью. Вычисление типа «8 плюс 5» с использованием RPN выполняется нажатием клавиш 8, Enter↑, 5, и +; вместо алгебраической инфиксной записи : 8, +, 5, =. Он имел 35 кнопок и был основан на чипе Mostek Mk6020.
К концу 1975 года был завершен выпуск первого советского научного карманного калькулятора «Б3-18».
В 1973 году Texas Instruments (TI) представила SR-10 ( SR означает логарифмическую линейку ), карманный калькулятор с алгебраическим вводом , использующий научную нотацию , за 150 долларов. Вскоре после этого SR-11 получил дополнительную клавишу для ввода числа пи (π). В следующем году за ним последовал SR-50 , в который были добавлены функции логарифма и тригонометрии, чтобы конкурировать с HP-35, а в 1977 году вышла на массовый рынок линейка TI-30 , которая производится до сих пор.
В 1978 году возникла новая компания Calculated Industries , которая сосредоточилась на специализированных рынках. Их первый калькулятор, Loan Arranger [48] (1978) был карманным калькулятором, предназначенным для сферы недвижимости, с запрограммированными функциями для упрощения процесса расчета платежей и будущих значений. В 1985 году CI выпустила калькулятор для строительной отрасли под названием Construction Master [49] , который был запрограммирован на выполнение общих строительных расчетов (таких как углы, лестницы, математика кровли, уклон, подъем, пробег и преобразование дробей футы-дюймы). Это был первый калькулятор в линейке калькуляторов, связанных со строительством.
Первым программируемым карманным калькулятором был HP-65 , выпущенный в 1974 году; он имел емкость 100 инструкций и мог хранить и извлекать программы с помощью встроенного считывателя магнитных карт. Два года спустя HP-25C представил непрерывную память , т. е. программы и данные сохранялись в памяти CMOS при выключении питания. В 1979 году HP выпустила первый алфавитно-цифровой , программируемый, расширяемый калькулятор HP-41 C. Его можно было расширить с помощью модулей оперативной памяти (ОЗУ, для памяти) и постоянной памяти (ПЗУ, для программного обеспечения), а также периферийных устройств, таких как считыватели штрих-кодов , микрокассеты и дисководы , термопринтеры для рулонов бумаги и различные интерфейсы связи ( RS-232 , HP-IL , HP-IB ).
Первый советский карманный программируемый калькулятор с батарейным питанием, «Электроника Б3-21» , был разработан к концу 1976 года и выпущен в начале 1977 года. [50] Преемник Б3-21, « Электроника Б3-34» не был обратно совместим с Б3-21, даже если он сохранил обратную польскую нотацию (RPN). Таким образом, Б3-34 определил новый набор команд, который позже использовался в серии более поздних программируемых советских калькуляторов. Несмотря на очень ограниченные возможности (98 байт памяти инструкций и около 19 стековых и адресуемых регистров), людям удавалось писать для них всевозможные программы, включая приключенческие игры и библиотеки функций, связанных с исчислением, для инженеров. Для этих машин были написаны сотни, возможно, тысячи программ, от практического научного и делового программного обеспечения, которое использовалось в реальных офисах и лабораториях, до забавных игр для детей. Калькулятор « Электроника МК-52» (использующий расширенный набор команд Б3-34, имеющий внутреннюю память EEPROM для хранения программ и внешний интерфейс для карт EEPROM и другой периферии) использовался в советской космической программе (для полета «Союза ТМ-7» ) в качестве резервной копии бортового компьютера.
Эта серия калькуляторов также была отмечена большим количеством крайне контринтуитивных таинственных недокументированных функций, несколько похожих на « синтетическое программирование » американского HP-41 , которые эксплуатировались путем применения обычных арифметических операций к сообщениям об ошибках, переходов на несуществующие адреса и других методов. Ряд уважаемых ежемесячных изданий, включая научно-популярный журнал « Наука и жизнь » , имели специальные колонки, посвященные методам оптимизации для программистов калькуляторов и обновлениям недокументированных функций для хакеров, что переросло в целую эзотерическую науку со многими ответвлениями, называемую « еггогология ». Сообщения об ошибках на этих калькуляторах появляются как русское слово «ЕГГОГ» («ЕГГОГ»), что, неудивительно, переводится как «Ошибка».
Похожая хакерская культура в США вращалась вокруг HP-41 , который также отличался большим количеством недокументированных функций и был намного мощнее B3-34 .
В 1970-х годах портативные электронные калькуляторы быстро развивались. Красный светодиод и сине-зеленые вакуумные флуоресцентные дисплеи потребляли много энергии, и калькуляторы либо имели короткий срок службы батареи (часто измеряемый часами, поэтому были распространены перезаряжаемые никель-кадмиевые батареи ), либо были большими, чтобы в них можно было вставлять более крупные, более емкие батареи. В начале 1970-х годов жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи) находились в зачаточном состоянии, и было много опасений, что они будут иметь только короткий срок службы. Busicom представила калькулятор Busicom LE-120A "HANDY" , первый карманный калькулятор и первый со светодиодным дисплеем, и анонсировала Busicom LC с ЖК-дисплеем. Однако с этим дисплеем возникли проблемы, и калькулятор так и не поступил в продажу. Первые успешные калькуляторы с ЖК-дисплеями были произведены Rockwell International и продавались с 1972 года другими компаниями под такими названиями, как: Dataking LC-800 , Harden DT/12 , Ibico 086 , Lloyds 40 , Lloyds 100 , Prismatic 500 (он же P500 ), Rapid Data Rapidman 1208LC . ЖК-дисплеи были ранней формой, использующей режим динамического рассеяния DSM , при котором цифры выглядели яркими на темном фоне. Для отображения высококонтрастного дисплея эти модели освещали ЖК-дисплей с помощью лампы накаливания и твердого пластикового световода, что сводило на нет низкое энергопотребление дисплея. Эти модели, по-видимому, продавались всего год или два.
Более успешная серия калькуляторов с использованием отражающего DSM-LCD была выпущена в 1972 году компанией Sharp Inc. с моделью Sharp EL-805 , которая была тонким карманным калькулятором. Эта и еще несколько подобных моделей использовали технологию калькулятора на подложке (COS) компании Sharp. Расширение одной стеклянной пластины, необходимой для жидкокристаллического дисплея, использовалось в качестве подложки для монтажа необходимых чипов на основе новой гибридной технологии. Технология COS могла быть слишком дорогой, поскольку она использовалась только в нескольких моделях, прежде чем Sharp вернулась к обычным печатным платам.
В середине 1970-х годов появились первые калькуляторы с жидкокристаллическими дисплеями на основе полевого эффекта, скрученными нематическими (TN) с темными цифрами на сером фоне, хотя ранние часто имели желтый фильтр поверх них, чтобы отсекать вредные ультрафиолетовые лучи. Преимущество ЖК-дисплеев в том, что они являются пассивными модуляторами света, отражающими свет, которые требуют гораздо меньше энергии, чем светоизлучающие дисплеи, такие как светодиоды или VFD. Это привело к появлению первых калькуляторов размером с кредитную карту, таких как Casio Mini Card LC-78 1978 года, которые могли работать месяцами при обычном использовании на кнопочных элементах питания.
Также были усовершенствованы электронные компоненты калькуляторов. Все логические функции калькулятора были втиснуты в первые интегральные схемы (ИС) «калькулятора на чипе» в 1971 году, но это была передовая технология того времени, выход продукции был низким, а стоимость высокой. Многие калькуляторы продолжали использовать две или более ИС, особенно научные и программируемые, вплоть до конца 1970-х годов.
Потребление энергии интегральными схемами также было снижено, особенно с введением технологии КМОП . Появившись в Sharp "EL-801" в 1972 году, транзисторы в логических ячейках КМОП-ИС потребляли ощутимую мощность только при изменении состояния. Светодиодные и VFD - дисплеи часто требовали дополнительных транзисторов драйвера или ИС, тогда как ЖК-дисплеи были более податливы к непосредственному управлению от самой ИС калькулятора.
Благодаря такому низкому энергопотреблению появилась возможность использования солнечных элементов в качестве источника питания, что было реализовано примерно в 1978 году в таких калькуляторах, как Royal Solar 1 , Sharp EL-8026 и Teal Photon .
В начале 1970-х годов карманные электронные калькуляторы стоили очень дорого, по цене двух-трехнедельной заработной платы, и поэтому были предметом роскоши. Высокая цена была обусловлена тем, что их конструкция требовала множества механических и электронных компонентов, производство которых было дорогим, а производственные циклы были слишком малы, чтобы использовать экономию масштаба . Многие фирмы увидели, что в бизнесе калькуляторов можно получить хорошую прибыль с маржой по таким высоким ценам. Однако стоимость калькуляторов упала по мере совершенствования компонентов и методов их производства, и эффект экономии масштаба стал ощущаться.
К 1976 году стоимость самого дешевого карманного калькулятора с четырьмя функциями упала до нескольких долларов, что составляет около 1/20 от стоимости пять лет назад. Результатом этого стало то, что карманный калькулятор стал доступным, и теперь производителям стало трудно получать прибыль от калькуляторов, что привело к тому, что многие фирмы вышли из бизнеса или закрылись. Фирмы, которые выжили, производя калькуляторы, как правило, имели большой объем производства высококачественных калькуляторов или производили высокоспециализированные научные и программируемые калькуляторы. [ необходима цитата ]
Первым калькулятором, способным выполнять символьные вычисления, был HP-28C , выпущенный в 1987 году. Он мог, например, решать квадратные уравнения символьно. Первым графическим калькулятором был Casio fx-7000G, выпущенный в 1985 году.
Два ведущих производителя, HP и TI, выпустили калькуляторы со все большим количеством функций в 1980-х и 1990-х годах. На рубеже тысячелетий граница между графическим калькулятором и карманным компьютером не всегда была четкой, поскольку некоторые очень продвинутые калькуляторы, такие как TI-89 , Voyage 200 и HP-49G, могли дифференцировать и интегрировать функции , решать дифференциальные уравнения , запускать программное обеспечение для обработки текстов и PIM , а также подключаться по проводам или через ИК-порт к другим калькуляторам/компьютерам.
Финансовый калькулятор HP 12c выпускается до сих пор. Он был представлен в 1981 году и до сих пор выпускается с небольшими изменениями. HP 12c отличался режимом обратной польской записи ввода данных. В 2003 году было выпущено несколько новых моделей, включая улучшенную версию HP 12c, «HP 12c platinum edition», в которой было добавлено больше памяти, больше встроенных функций и добавлен алгебраический режим ввода данных.
Calculated Industries конкурировала с HP 12c на рынках ипотеки и недвижимости, дифференцируя маркировку клавиш; заменяя «I», «PV», «FV» на более простые термины маркировки, такие как «Int», «Term», «Pmt», и не используя обратную польскую нотацию . Однако более успешные калькуляторы CI включали линейку строительных калькуляторов, которая развивалась и расширялась в 1990-х годах по настоящее время. По словам Марка Боллмана [51] , историка математики и калькуляторов и доцента математики в колледже Альбион, «Construction Master является первым в длинной и прибыльной линейке строительных калькуляторов CI», которая пронесла их через 1980-е, 1990-е годы и по настоящее время.
В большинстве стран ученики используют калькуляторы для школьных заданий. Первоначально [ кем? ] было некоторое сопротивление этой идее из-за страха, что пострадают базовые или элементарные арифметические навыки. [ нужна ссылка ] Остаются разногласия относительно важности способности выполнять вычисления в уме , при этом некоторые учебные программы ограничивают использование калькулятора до тех пор, пока не будет достигнут определенный уровень мастерства, в то время как другие больше концентрируются на обучении методам оценки и решению задач. Исследования показывают, что неадекватное руководство по использованию вычислительных инструментов может ограничить тип математического мышления, которым занимаются ученики. [52] Другие утверждали [ кем? ] , что использование калькулятора может даже привести к атрофии основных математических навыков или что такое использование может помешать пониманию сложных алгебраических концепций. [53] В декабре 2011 года министр образования Великобритании Ник Гибб выразил обеспокоенность тем, что дети могут стать «слишком зависимыми» от использования калькуляторов. [54] В результате использование калькуляторов должно быть включено в пересмотр учебной программы . [54] В Соединенных Штатах многие преподаватели математики и советы по образованию с энтузиазмом одобрили стандарты Национального совета учителей математики (NCTM) и активно продвигали использование калькуляторов в классах, начиная с детского сада и заканчивая средней школой.
Персональные компьютеры часто поставляются с программой-калькулятором, которая эмулирует внешний вид и функции калькулятора, используя графический пользовательский интерфейс для отображения калькулятора. Примерами являются Windows Calculator , Apple's Calculator и KDE's KCalc . Большинство персональных помощников по работе с данными (PDA) и смартфонов также имеют такую функцию.
Фундаментальное различие между калькулятором и компьютером заключается в том, что компьютер можно запрограммировать таким образом, чтобы программа могла выполнять различные операции в зависимости от промежуточных результатов , в то время как калькуляторы изначально спроектированы со встроенными определенными функциями (такими как сложение , умножение и логарифмы ). Различие не является четким: некоторые устройства, классифицируемые как программируемые калькуляторы, имеют функции программирования , иногда с поддержкой языков программирования (таких как RPL или TI-BASIC ).
Например, вместо аппаратного умножителя калькулятор может реализовать математику с плавающей точкой с кодом в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) и вычислять тригонометрические функции с помощью алгоритма CORDIC , поскольку CORDIC не требует большого умножения. Последовательные логические конструкции битов более распространены в калькуляторах, тогда как параллельные конструкции битов доминируют в компьютерах общего назначения, поскольку последовательная конструкция битов минимизирует сложность чипа , но занимает гораздо больше тактовых циклов . Это различие размывается в высокопроизводительных калькуляторах, которые используют процессорные микросхемы, связанные с проектированием компьютеров и встраиваемых систем, в большей степени архитектуры Z80 , MC68000 и ARM , а также некоторые индивидуальные конструкции, специализированные для рынка калькуляторов.
Паскаль и Лейбниц в семнадцатом веке, а также Дидро в более поздний период пытались построить машину, которая могла бы заменить человеческий интеллект в комбинировании цифр.
В 1893 году немецкому изобретателю счетной машины Артуру Буркхардту было поручено привести машину Лейбница в рабочее состояние, если это возможно. Его отчет был благоприятным, за исключением последовательности в переносе.
Использование калькуляторов будет рассматриваться как часть обзора национальной учебной программы после того, как министр образования Ник Гибб выразил обеспокоенность тем, что устная и письменная арифметика детей страдает из-за зависимости от устройств. Гибб сказал: «Дети могут стать слишком зависимыми от калькуляторов, если будут использовать их в слишком раннем возрасте. Они не должны тянуться к гаджету каждый раз, когда им нужно выполнить простую арифметику. [...]»
