Добавлен: 28.03.2023
Просмотров: 371
Скачиваний: 8
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Калькуля́тор (лат. calculātor «счётчик») — электронное вычислительное устройство для выполнения операций над числами или алгебраическими формулами.
Калькулятор заменил механические вычислительные устройства, такие, как абаки, счёты, логарифмические линейки, механические или электромеханические арифмометры, а также математические таблицы (прежде всего — таблицы логарифмов).
В зависимости от возможностей и целевой сферы применения калькуляторы делятся на простейшие, бухгалтерские, инженерные (научные), финансовые. В отдельные классы обычно выделяют программируемые калькуляторы, дающие возможность выполнения сложных вычислений по предварительно заложенной программе, а также графические — поддерживающие построение и отображение графиков. Специализированные калькуляторы предназначены для выполнения вычислений в достаточно узкой сфере (финансовые, строительные и т. п.)
По исполнению калькуляторы могут быть настольными или компактными (карманными). Отдельные модели имеют интерфейсы для подключения персонального компьютера, печатающего устройства, внешнего модуля памяти или иных внешних устройств. Современные персональные компьютеры, сотовые телефоны, КПК и даже наручные часы могут иметь программы, выполняющие функции калькулятора.
Термином «калькулятор» также называются специализированные программы, встраиваемые в веб-сайты (например, «калькулятор калорий», «калькулятор размеров одежды» и пр.) или в бытовую технику (например, простой медицинский калькулятор может встраиваться в спортивный тренажёр).
ИСТОРИЯ КАЛЬКУЛЯТОРОВ
Латинское слово calculator «счётчик, счетовод» происходит от глагола calculo «считаю, подсчитываю», который, в свою очередь, происходит от слова calculus «камешек» (камешки использовались для счёта); calculus же является уменьшительным от calx «известь».
В Советском Союзе для обозначения малогабаритного электронного вычислительного устройства использовался термин «микрокалькулятор», впервые применённый в 1974 году для микрокалькулятора «Электроника Б3-04». Просто «калькуляторами» называли бо́льшие по размеру настольные вычислительные устройства. И настольные, и микрокалькуляторы официально назывались «ЭКВМ» (сокр. «электронные клавишные вычислительные машины»). В настоящее время термин «калькулятор» используется как для настольных, так и для карманных калькуляторов, но по отношению к тем же устройствам может употребляться и термин «микрокалькулятор», так что эти термины можно считать синонимами.
Историю вычислительных машин, в том числе и калькуляторов, традиционно начинают с суммирующей машины Паскаля, созданной в 1643 году Блезом Паскалем, и арифмометра Лейбница изобретённого в 1673 году немецким математиком Готфридом Вильгельмом Лейбницем. Массовый выпуск механических устройств автоматизации счёта начался в конце XIX века: суммирующие машины, табуляторы и арифмометры стали реальным подспорьем в бухгалтерии, статистике и инженерных расчётах.
Электронные клавишные вычислительные устройства были созданы в 1950-х годах с использованием сначала реле, а затем полупроводниковых компонентов. Первые такие приборы были размером с мебельную тумбу и весили более сотни килограммов. Так, в 1957 компанией Casio был выпущен один из первых серийных калькуляторов 14-А. Он выполнял четыре действия арифметики над 14-разрядными десятичными числами. Конструкция использовала реле, весила 140 кг и была выполнена в виде стола с тумбой-вычислительным блоком, клавиатурой и дисплеем, при работе потребляла 300 Вт.
В 1961 в Великобритании начат выпуск первого массового полностью электронного калькулятора ANITA MK VIII с 11-разрядным индикатором на газоразрядных лампах, полной клавиатурой для ввода числа + десять клавиш для ввода множителя. В СССР в 1964 году выпущен первый отечественный серийный электронный калькулятор «Вега», в США в том же году появился массовый полностью транзисторный калькулятор FRIDEN 130 (4 регистра, обратная польская нотация).
Полупроводниковые калькуляторы быстро усложнялись. В 1965 году компания Wang Laboratories выпустила калькулятор Wang LOCI-2, который мог вычислять логарифмы, Casio представила первый калькулятор со встроенной памятью «Casio 001» (размеры 37×48×25 см, вес 17кг), а Olivetti выпустила «Programma 101» — первый калькулятор, который мог сохранять программу и многократно выполнять вычисления по ней. В 1967 году свой настольный программируемый калькулятор AL-1000 представила Casio, а в СССР начался выпуск «ЭДВМ-П» — калькулятора с вычислением трансцендентных функций. Наконец, в 1969 году Hewlett-Packard выпустила настольный программируемый калькулятор для научно-технических расчётов HP 9100A. Он имел 16 дополнительных регистров памяти, 192 шага программы, вычислял одной командой все основные математические функции и позволял писать программы со сложной логикой, к нему можно было подключать устройство хранения данных и принтер. Калькулятор помещался на столе и весил около 18 кг. HP 9100A и его расширенная версия HP 9100B были, вероятно, наиболее совершенными калькуляторами, выполненными на дискретных полупроводниковых элементах.
Калькуляторы современного вида, то есть малогабаритные карманные или настольные, начали выпускаться с 1970 года, когда промышленность освоила выпуск интегральных микросхем, резко сокративших размеры и массу электронных приборов и снизивших их энергопотребление до уровня, позволяющего калькулятору работать от комплекта батарей хотя бы в течение нескольких часов. В 1970 году Sharp и Canon начали продажи калькуляторов, которые можно было держать в руке (весом порядка 800 г). В 1971 появился первый действительно карманный (131×77×37 мм) калькулятор 901B фирмы Bomwar; он выполнял 4 арифметические операции, имел дисплей на светодиодах и стоил 240 долларов.
В 1972 году Hewlett Packard выпустила HP-35 — первый карманный калькулятор для инженерных расчётов, поддерживающий вычисление прямых и обратных тригонометрических функций, логарифмов и антилогарифмов, извлечение корня и возведение в произвольную степень; использовалась логика RPN с четырьмя операционными регистрами, имелся дополнительный регистр памяти. Модель была очень популярной, за 3,5 года было продано более 300000 экземпляров при цене 395 USD (около 2366 USD в ценах 2018 года). HP-35 стал родоначальником целого семейства калькуляторов Hewlett Packard использующих RPN, и вошёл в поддерживаемый IEEE «IEEE milestones» — список исторически значимых изобретений и устройств в области электротехники и электроники. В 2007 году специально в память об этой модели фирма выпустила калькулятор под названием «HP-35s» — неграфический инженерный программируемый калькулятор с логикой RPN, сохранивший, насколько это возможно, общую компоновку HP-35 и имеющий с ним определённое сходство.
В 1973 году в продаже появился калькулятор Sharp EL-805, в котором впервые был использован ЖК-дисплей, в 1978 — карманный калькулятор Casio Mini card (толщина 3.9 мм). В 1979 Hewlett Packard выпустила первый калькулятор с алфавитно-цифровым индикатором — HP-41C, программируемый, с возможностью подключения дополнительных модулей — RAM, ROM, устройства чтения штрих-кодов, кассеты с магнитной лентой, флоппи-дисков, принтеров и др. В 1985 появился первый программируемый калькулятор с графическим дисплеем Casio FX-7000G.
В целом во вторую половину 1980-х годов и последующее десятилетие происходил процесс удешевления калькуляторов и снижения их энергопотребления. Значительно увеличился срок автономной работы калькуляторов. Питание от солнечных батарей и ЖК-дисплеи из экзотики перешли в разряд ординарного оборудования, одновременно практически исчезли из употребления калькуляторы со светодиодными индикаторами (за исключением отдельных настольных моделей).
Несмотря на широкое распространение компьютеров, в том числе портативных, а также гаджетов, имеющих большую вычислительную мощность (смартфоны, планшеты, мини-ноутбуки, даже часы), калькуляторы и в XXI веке продолжают оставаться востребованными на рынке. При этом нередко можно наблюдать ситуацию, когда пользователь, работающий за мощным компьютером, держит на столе калькулятор и периодически обращается к нему. Аналитики сообщают, что одновременно с распространением гаджетов, теоретически способных заменить калькулятор, снижается спрос лишь на простейшие карманные калькуляторы, которые используются для эпизодических бытовых расчётов.[4] Преимуществом «настоящих» калькуляторов продолжает оставаться эргономика, разработанная под конкретное применение, простота обращения, минимум необходимых сервисных операций, портативность и большой срок автономной работы.
Функциональность калькуляторов изменилась с конца XX века не слишком сильно, хотя прогресс сказывается и на них. Принципиальным новшеством стало снабжение топовых моделей научных калькуляторов системами символьной алгебры. Появление дешёвых ЖК-дисплеев с достаточно высоким разрешением привело к появлению нового класса калькуляторов — графических. За счёт роста производительности и удешевления электронных компонентов выросла скорость вычислений и объём памяти, соответственно, усложнились используемые языки программирования и увеличились возможности программируемых калькуляторов. Семисегментные индикаторы постепенно уступают место полноценным графическим дисплеям даже у обычных научных калькуляторов (что позволяет более естественно отображать формулы и результаты вычислений). В последние годы у инженерных калькуляторов появились цветные ЖК-дисплеи высокого разрешения и сенсорные экраны.
Если не считать простейшие приспособления для облегчения вычислений в виде обычных русских счётов, то первым массово производимым устройством для автоматизации вычислений в России был арифмометр Однера. Изобретённый в 1874 году арифмометр начал серийно производиться с 1890 года на Санкт-Петербургском механическом заводе. Модель оказалась столь удачной, что девяносто лет, до конца 1970-х, производилась лишь с небольшими усовершенствованиями (модель «Феликс-М»).
В 1950-х годах в СССР было налажено серийное производство электромеханических калькуляторов с электрическим приводом — модели «Быстрица», «ВММ», «ВМП» и др. В 1964 году разработан и начал серийно производиться первый в СССР полностью электронный настольный калькулятор «Вега», в котором использовались дискретные полупроводники и память на ферритовых элементах.
Первый советский калькулятор, выполненный с использованием микросхем — Искра 111Т. Программируемые калькуляторы начали производиться в 1972 году с настольной «Искра 123». В 1974 году был выпущен первый карманный калькулятор — «Электроника Б3-04»; именно в связи с ним впервые был использован термин «микрокалькулятор». Первым массовым советским инженерным калькулятором стала Электроника Б3-18: поступив в продажу в 1976 году она впоследствии была дважды модифицирована (Б3-18А и Б3-18М) и производилась до середины 1980-х годов. Со второй половины 1970-х годов в СССР было освоено производство калькуляторов всех типов и назначений; общее число типов советских калькуляторов порядка сотни, среди них имеются как аналоги западных моделей, так и полностью собственные разработки.
Первым карманным программируемым калькулятором в СССР была «Электроника Б3-21» выпускавшаяся с 1977 года; использовала логику RPN с двумя операционными регистрами, память на 13 регистров и 60 шагов программы. Калькулятор стал родоначальником серии, куда вошли, кроме него, настольные калькуляторы МК-46, МК-64, MC-1103, совместимые по архитектуре и системе команд, с дополнительными возможностями — могли работать в качестве средства контроля производственного процесса, для чего имели систему ввода с измерителем напряжения на 8 каналов и дополнительный индикатор для отображения отклонения измеренного значения от вычисленного.
В 1979 году появился программируемый калькулятор Б3-34, выпускавшийся в корпусе, аналогичном Б3-21, но существенно превосходящий его по возможностям и несовместимый по системе команд. Позже появился его функциональные аналог МК-54, в котором были использованы бескорпусные микросхемы, за счёт чего уменьшен размер, масса, снижена цена. МК-56 — настольное исполнение МК-54. Все три модели полностью программно-совместимы, для них было выпущено несколько широко известных справочников с программами научно-технических вычислений, а также серии статей в популярных журналах «Техника — молодёжи» и «Наука и жизнь», обучающие программированию, описывающие особенности калькуляторов и содержащие примеры программ, от технических до игровых. В 1985 году появились две новые модели того же ряда, МК-61 и МК-52, с расширенным набором функций и увеличенной памятью. МК-52 позволял подключать блок дополнительной памяти для хранения программ и данных и библиотеку программ. В 1985 году в издательстве «Наука» вышло первое издание самого массового в СССР справочника по расчётам на микрокалькуляторах проф. В. П. Дьяконова, тираж всех трёх изданий книги составил 1,05 млн экз.