Калькулятор (от лат. calculator - счетчик), малогабаритное, электронное вычислительное устройство. Латинское слово calculator "счётчик, счетовод" происходит от глагола calculo "считаю, подсчитываю".

В CCCP "калькуляторами" называли большие по размеру настольные вычислительные устройства.  Термин микрокалькулятор появился в 1974 г. впервые применённый для устройства  "Электроника Б3-04". И настольные, и микрокалькуляторы официально назывались "ЭКВМ - электронные клавишные вычислительные машины".

Прототипом калькулятора можно считать "антикитерский" механизм, устройство, которое могло выполнять операции сложения, вычитания и деления (150-100 г. до н.э.).

Выпуск первых массовых полностью транзисторных калькуляторов - FRIDEN 130 в США и "Вега" с СССР начат в 1964 г.

Конструкция

Типичный калькулятор имеет дисплей (индикатор) и специальную клавиатуру, изготовленные в едином корпусе, в котором помещается также электронная схема калькулятора и элементы питания.

Дисплей

В качестве дисплея в современных калькуляторах применяются, в основном, индикаторы на жидких кристаллах (ЖКИ). Профессиональные бухгалтерские калькуляторы исполняются как с ЖКИ, так и с вакуумно-люминесцентными индикаторами (последние потребляют гораздо больше электроэнергии, что неудобно при батарейном питании, зато они хорошо видны при слабом внешнем освещении).

Клавиатура

Клавиатура калькуляторов содержит клавиши (кнопки), нажатие которых обеспечивает ввод чисел и выполнение операций и функций. Клавиатура содержит как минимум следующие клавиши:

·        Цифровые - десять клавиш с арабскими цифрами от 0 до 9, для ввода чисел. Традиционно клавиши 1-9 располагаются квадратом 3x3, единица - слева внизу, девятка - справа вверху, нуль - отдельно, под единицей.

·        Десятичная запятая (точка) - для ввода десятичного разделителя.

·        Арифметические операции - для ввода операций "+" (сложение),         "-" (вычитание), "×" (умножение), "÷" (деление).

·        Знак равенства "=" - для выполнения последней операции в цепочных вычислениях в калькуляторах с арифметической или алгебраической логикой.

·        Ввод - для завершения ввода числа в калькуляторах с обратной польской записью.

·        Очистка - для обнуления значения на индикаторе и отмены операции, если таковая была введена.

Процессор и память

Процессор и память современных калькуляторов физически представляют собой электронные микросхемы большой и сверхбольшой степени интеграции. В калькуляторах используются как специализированные микросхемы, так и универсальные. Значительная часть калькуляторов использует внутреннее представление чисел в виде двоично-десятичного кода (BCD), что значительно упрощает схемы ввода-вывода, но отрицательно сказывается на скорости вычислений и требует несколько больше памяти для хранения того же объёма данных, по сравнению с обычным двоичным кодированием.

Память калькулятора логически в большинстве случаев представляет собой набор регистров, каждый из которых может хранить одно число. Калькулятор имеет как минимум два операционных регистра, хранящих данные, находящиеся в обработке в текущий момент. Традиционно первый операционный регистр (значение которого отображается на дисплее калькулятора), обозначается как "X", а второй операционный регистр (который хранит ранее введённый операнд) - как "Y".

Помимо этого, в калькуляторе может выделяться один или более командно-доступный регистр памяти для хранения констант или промежуточных результатов вычислений. В калькуляторах с одним регистром памяти клавиши управления этим регистром обозначаются, как правило, следующим образом:

·        CM (MC) - очистка регистра памяти, то есть запись в него значения 0 (нуль).

·        M, П, STO - сохранение в регистре текущего значения из операционного регистра X (числа, отображаемого на дисплее).

·        MR, RM, RC, ИП - копирование значения из регистра памяти в операционный регистр X (на дисплей).

·        MR(c) - комбинированная клавиша извлечения значения из регистра памяти и очистки регистра. При однократном её нажатии значение из регистра памяти копируется в операционный регистр X (на дисплей), а при нажатии её два раза подряд в регистр памяти записывается нуль.

·        M+, M-, M×, M÷ - выполнение указанной после "M" операции между текущим значением в регистре памяти и значением на дисплее, с помещением результата снова в регистр памяти.

Если регистров памяти несколько, они обычно нумеруются или обозначаются буквами латинского алфавита. В этом случае для выполнения операций с регистрами используются клавиши с вышеописанными обозначениями, после которых дополнительно нажимаются соответствующие цифровые или буквенные клавиши.

Элементы питания

В качестве элементов питания калькулятора могут использоваться солевые, щелочные или литий-ионные батареи или аккумуляторы. В современных калькуляторах, большинство из которых имеет крайне невысокое энергопотребление, практически повсеместно используются миниатюрные дисковые литий-ионные элементы. Некоторые производители снабжают калькуляторы солнечными батареями, мощности которых вполне хватает для работы инженерного калькулятора средних возможностей. Однако наиболее сложные и производительные программируемые калькуляторы требуют достаточно ёмких и мощных элементов питания, и в них могут использоваться несколько крупноразмерных элементов или аккумуляторов. Калькуляторы в настольном исполнении, а тем более - снабжённые печатающим устройством, могут также работать от электросети.

Типы калькуляторов

Простейшие калькуляторы предназначены для выполнения только ординарных арифметических расчётов в быту и младшей школе. Имеют небольшие размеры и вес, обычно не более одного дополнительного регистра памяти и минимальное число функций (как правило, только арифметические операции и, возможно, одна-две функции, такие, как извлечение квадратного корня, обратная функция, смена знака или вычисление процентов). Не поддерживают представление чисел с плавающей запятой.

Инженерные калькуляторы предназначены для научных и инженерных расчётов различной степени сложности. Ориентированы на научных работников, инженеров, студентов технических специальностей и старших школьников.

Поддерживают вычисление элементарных функций. Обычный минимум: квадрат и квадратный корень, обратная функция, десятичные и натуральные логарифмы и антилогарифмы, прямые и обратные тригонометрические функции. Но зачастую общее число поддерживаемых функций может составлять до нескольких сотен. По этой причине клавиатура инженерных калькуляторов содержит клавиши двойного/тройного назначения; в некоторых моделях на одну кнопку может быть возложено до четырёх функций. Наиболее развитые модели поддерживают не только числовые, но и символьные вычисления.

Бухгалтерские калькуляторы ориентированы на профессиональные арифметические расчёты с денежными суммами, то есть на применение бухгалтерами и кассирами. Обычно выпускаются в настольном исполнении, имеют корпус с крупными клавишами и дисплеем большого размера. Клавиатура может дополнительно содержать клавиши для более удобного ввода денежных сумм (кнопки "00" и "000"). Поддерживается большое число знаков (индикатор вмещает до 12-15 цифр). Режимы работы с фиксированным количеством разрядов дробной части и автоматическое округление. Обычно имеют не более одного-двух регистров памяти, но поддерживают арифметические операции с записью в регистр и вычисление процентов. Как правило, не имеют на клавиатуре кнопок двойного/тройного назначения.

Финансовые калькуляторы можно рассматривать как подкласс инженерных. Они ориентированы на выполнение финансовых расчетов и поддерживают стандартный минимальный набор математических функций, к которому добавляются операции со сложными процентами и специфические функции, применяемые в банковской сфере и иных финансовых приложениях.

Программируемые калькуляторы по функциональным возможностям находятся на уровне сложных инженерных калькуляторов, но дополнительно они дают возможность многократно повторять сложные вычисления, создавая и исполняя программы пользователя.

Графические калькуляторы имеют графический экран и поддерживают команды, которые позволяют отображать графики функций или даже выводить на экран произвольные рисунки. Все графические калькуляторы являются программируемыми.

Логика операций

Калькулятор реализует один (очень редко - два) из трёх вариантов логики операций, то есть порядка ввода команд, который требуется для выполнения арифметических вычислений. Это арифметическая логика, алгебраическая логика и логика вычислений с обратной польской записью. Первые две базируются на инфиксной нотации (когда в записи формулы знак бинарной операции помещается между операндами), последняя - на постфиксной нотации (когда знак операции помещается после операндов, к которым он относится).

Арифметическая логика

Базируется на инфиксной нотации без приоритетов и скобок. Для выполнения операции "a * b" сначала набирает значение a, затем нажимает одну из клавиш бинарной операции ("+", "-", "×", "÷"), затем набирает значение b и нажимает клавишу "=".

Арифметическая логика наиболее проста в реализации, поскольку требует для любых вычислений только два операционных регистра для двух последних операндов и сохранения только одной, последней введённой операции. Она вполне удобна для простых расчётов, но не соответствует математическим правилам и затрудняет расчёты по сложным формулам.

Алгебраическая логика

Строится на инфиксной записи операций, но, в отличие от арифметической, учитывает в вычислениях принятые в математике приоритеты операций и позволяет пользоваться скобками.

Алгебраическая логика позволяет выполнять вычисления по математическим формулам, вводя данные, операции и скобки в том порядке, в котором они записаны в формуле, не задумываясь о правильном порядке выполнения операций.

Обратная бесскобочная логика

Этот тип логики базируется на обратной польской нотации (RPN, Reverse Polish Notation) выражений, в которой сначала записываются подряд значения операндов, а после них - знак выполняемой операции.

Архитектура калькуляторов с обратной бесскобочной логикой характеризуется наличием стека операционных регистров размером не менее трёх и специфической команды.

RPN функционально аналогична обычной инфиксной записи со скобками, но при этом вычисления тех же самых выражений требуют меньшего числа нажатий на клавиши. Для обычного калькулятора это лишь несколько ускоряет работу оператора. RPN популярна в программируемых калькуляторах.

Программы калькуляторы

Программируемый калькулятор (ПМК) обладает, помимо всех качеств сложного инженерного калькулятора, функциями ввода, редактирования и выполнения программ, то есть так или иначе описанных последовательностей вычислений, которые, будучи однажды введены, могут многократно повторно использоваться.

·        Статистические калькуляторы предназначены для выполнения различных расчетов, необходимых при обработке больших массивов данных - результатов социологических опросов, научных исследований и тому подобное. Имеют средства для быстрого вычисления распределений, отклонений, корреляций, средних значений и так далее. Большинство инженерных калькуляторов также поддерживают важнейшие статистические функции.

·        Медицинские калькуляторы - используются врачами, фармацевтами, медсёстрами, студентами-медиками. Могут быть реализованы как в виде отдельного устройства, планшета для обхода больных, так и в виде программы универсального компьютера - КПК. Реализуют функции медицинского справочника, обеспечивают медицинские расчеты со справочным материалом, расчет дозировки лекарств, доступ к базам данных лечебного учреждения и так далее.

·        Калькулятор беременности - рассчитывает беременности срок и её ход при помощи календаря.

·        Калькулятор калорий - рассчитывают калорийность отдельных блюд и помогают следить за соблюдением калорийности диеты.

·        Ипотечный калькулятор - для расчёта банковских займов..

·        Штурманский калькулятор - для выполнения навигационных расчетов.

и другие типы программ-калькуляторов: калькулятор вкладов, курсов валют, НДС, ОСАГО и т.д.

Основные производители

Hewlett Packard

CASIO

Texas Instruments

Citizen

 

Используемые источники

1. https://ru.wikipedia.org/

2. http://calcsoft.ru