Kalkulator

Kalkulator

Kalkulator ili digitron je minijaturni, elektronski računar namenjen, po pravilu, jednostvanim proračunima. Pojavio se početkom sedamdesetih godina dvadesetog veka. Program „Apolo“ (let na Mesec sa ljudskom posadom) izgubio je izvore finansiranja 1969. godine kada je prvi Amerikanac stupio na Mesec. Mnogi inženjeri su, ostavši bez posla, osnovali svoje privatne firme koristeći stečena znanja i iskustva. Izmislili su uređaj baziran na integralnom kolu koje je moglo da sprovodi bazične računske operacije (sabiranje, oduzimanje, množenje i deljenje). On se sastojao od kućišta u kome je bila štampana ploča sa navedenim integralnim kolom, baterija ili akumulator, a spolja displej i tastatura. Dimenzije su bile obično takve da može da stane u džep (džepni kalkulator).

Kasnije su dodate mnoge matematičke funkcije, pa su neki kalkulatori mogli i da se programiraju. Funkcije kalkulatora su danas preuzeli stoni računari. Digitrone danas uglavnom koriste učenici, studenti, trgovci, administrativno osoblje i inženjeri za jednostavnije proračune.

Addiator DUPLEX kalkulator

U početku su ga proizvodile, po visokoj ceni, ugledne američke firme kao što su Hewlett Packard (Hjulit Pakard), Motorola (Motorola), Texas Instruments (Teksas instruments), dok ga danas proizvode najviše kineske firme po izuzetno niskoj ceni. Pojednostavljenje kalkulatora se ogleda u minijaturizaciji ili zameni baterije sa fotonaponskim ćelijama koje mogu napajati kalkulator i na sobnom svetlu.

Postoje i nešto veći kalkulatori koji se zovu stoni kalkulatori i oni su uglavnom jednostavni. Postoje složeniji kalkulatori koji su specijalizovani za razne namene. Takvi su naučni kalkulatori koji imaju tipke za trigonometrijske i slične funkcije, potom programerski koji imaju mogućnost rada sa binarnim i heksadecimalnim ciframa, kao i finansijski kalkulatori koji izračunavaju kamate i slične funkcije. Najkompleksniji su programabilni kalkulatori i oni predstavljaju klasu za sebe.

Skoro svi kalkulatori rade osnovne operacije na jedan način. Unese se jedan broj, operacija, drugi broj i na kraju znak za jednako. Međutim, pored ovoga, postoji i još jedan način koji se zove obrnuta poljska notacija i koju koriste svi kalkulatori firme Hjulit Pakard.

Uz veoma široku dostupnost pametnih telefona, tablet računara i personalnih računara, namenski hardverski kalkulatori, iako su i dalje u širokoj upotrebi, manje su uobičajeni nego što su nekada bili. Godine 1986, kalkulatori su još uvek predstavljali oko 41% svetskog hardverskog kapaciteta opšte namene za izračunavanje informacija. Do 2007. ovo se smanjilo na manje od 0,05%.

Interni rad

Unutrašnjost Casio FX-991s kalkulatora

Generalno, osnovni elektronski kalkulator se sastoji od sledećih komponenti:

• Izvor napajanja (mrežna struja, baterija i/ili solarna ćelija)
• Tastatura (uređaj za unos) – sastoji se od tipki koje se koriste za unos brojeva i funkcijskih komandi (sabiranje, množenje, kvadratni koren, itd.)
• Displej panel (izlazni uređaj) – prikazuje ulazne brojeve, komande i rezultate. Displeji sa tečnim kristalima (LCD), vakuumski fluorescentni displeji (VFD) i displeji sa svetlećim diodama (LED) koriste sedam segmenata za predstavljanje svake cifre u osnovnom kalkulatoru. Napredni kalkulatori mogu koristiti matrične ekrane.
  • Kalkulator za štampanje, pored displeja, ima jedinicu za štampanje koja štampa rezultate mastilom na rolni papira, koristeći mehanizam za štampanje.
• Procesorski čip (mikroprocesor ili centralna procesorska jedinica).

Sadržaj procesorskog čipa

Jedinica	Funkcija
Jedinica za skeniranje (prozivanje)	Kada je kalkulator uključen, on skenira tastaturu čekajući da uhvati električni signal kada se pritisne taster.
Kodirajuća jedinica	Konvertuje brojeve i funkcije u binarni kod.
X registar i Y registar	Oni su skladišta brojeva u kojima se brojevi privremeno čuvaju dok se vrše proračuni. Svi brojevi prvo ulaze u registar X; na displeju se prikazuje broj u X registru
Registarska zastavica	Funkcija za proračun se čuva ovde dok kalkulatoru ne zatreba.
Permanentna memorija (ROM)	Instrukcije za ugrađene funkcije (aritmetičke operacije, kvadratni koreni, procenti, trigonometrija, itd.) se čuvaju ovde u binarnom obliku. Ova uputstva su programi, trajno se čuvaju i ne mogu se izbrisati.
Korisnička memorija (RAM)	Skladište u kome korisnik može da čuva brojeve. Sadržaj korisničke memorije korisnik može promeniti ili obrisati.
Aritmetičko-logička jedinica (ALU)	ALU izvršava sve aritmetičke i logičke instrukcije i daje rezultate u binarnom kodiranom obliku.
Binarno dekoderska jedinica	Konvertuje binarni kod u decimalne brojeve koji se mogu prikazati na displeju.

Primer

Osnovno objašnjenje o tome kako se proračuni izvode u jednostavnom kalkulatoru sa četiri funkcije:

Da bi se izvršilo izračunavanje 25 + 9, na većini kalkulatora se pritiskaju tasteri sledećim redosledom: 2 5 + 9 =.

• Kada se unese 2 5, to biva prihvaćeno jedinicom za skeniranje; broj 25 se kodira i šalje u X registar;
• Zatim, kada se pritisne taster +, instrukcija „dodavanja“ se takođe kodira i šalje u zastavicu ili statusni registar;
• Drugi broj 9 se kodira i šalje u X registar. Ovo potiskuje (pomera) prvi broj u Y registar;
• Kada se pritisne dirka =, „poruka” (signal) iz zastavice ili statusnog registra govori trajnoj ili nepromenljivoj memoriji da je operacija „dodavanje”;
• Brojevi u X i Y registrima se zatim učitavaju u ALU i izračunavanje se vrši prateći uputstva iz stalne ili nepromenljive memorije;
• Odgovor, 34 se šalje (pomera) nazad u X registar. Odatle, jedinica binarnog dekodera ga konvertuje u decimalni broj (obično binarno kodiran decimalni), a zatim se prikazuje na displeju.

Numerička reprezentacija

Većina džepnih kalkulatora sve svoje proračune obavlja u binarno kodirano decimalno (BCD), a ne binarno. BCD je uobičajen pristup u elektronskim sistemima gde treba da se prikaže numerička vrednost, posebno u sistemima koji se isključivo sastoje od digitalne logike, a ne sadrže mikroprocesor. Korišćenjem BCD-a, manipulacija numeričkim podacima za prikaz može biti u velikoj meri pojednostavljena tretiranjem svake cifre kao zasebnog pojedinačnog potkola. Ovo se mnogo više poklapa sa fizičkom realnošću hardvera displeja — dizajner bi mogao da odluči da koristi seriju odvojenih identičnih ekrana od sedam segmenata da bi, na primer, izgradio merno kolo. Ako bi se numerička količina čuvala i manipulisala kao čista binarna, povezivanje sa takvim ekranom zahtevalo bi složeno kolo. Stoga, u slučajevima kada su proračuni relativno jednostavni, rad sa BCD-om može dovesti do jednostavnijeg ukupnog sistema od pretvaranja u i iz binarnog. (Na primer, CD-ovi zadržavaju broj numere u BCD-u, ograničavajući ih na 99 numera.)

Isti argument se primenjuje kada hardver ovog tipa koristi ugrađeni mikrokontroler ili drugi mali procesor. Često manji izvorni kod rezultira kada se brojevi interno predstavljaju u BCD formatu, pošto konverzija iz ili u binarni prikaz može biti skupa na tako ograničenim procesorima. Za ove aplikacije, neki mali procesori imaju BCD aritmetičke režime, koji pomažu pri pisanju rutina koje manipulišu BCD količinama.

Tamo gde kalkulatori imaju dodatne funkcije (kao što su kvadratni koren ili trigonometrijske funkcije), softverski algoritmi su potrebni za dobijanje rezultata visoke preciznosti. Ponekad je potreban značajan napor u dizajnu da bi se sve željene funkcije uklopile u ograničeni memorijski prostor koji je dostupan u čipu kalkulatora, uz prihvatljivo vreme izračunavanja.

Zanimljivost

Reč digitron je dobila ime po kompaniji Digitron u mestu Buje, Istra, Hrvatska koja ga je prva sklapala u SFRJ i nametnula se na tržištu kao robna marka.

Galerija

• 
  Kalkulator Sharp PC-1430
• 
  Računarska mašina CALCOREX
• 
  Računarska mašina CURTA
• 
  Računarska mašina Hanovera
• 
  Računarska mašina Facit
• 
  Računarska mašina Mercedes

Literatura

• Hamrick, Kathy B. (oktobar 1996). „The History of the Hand-Held Electronic Calculator”. The American Mathematical Monthly. The American Mathematical Monthly, Vol. 103, No. 8. 103 (8): 633—639. JSTOR 2974875. doi:10.2307/2974875. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Marguin, Jean (1994). Histoire des instruments et machines à calculer, trois siècles de mécanique pensante 1642–1942 (na jeziku: francuski). Hermann. ISBN 978-2-7056-6166-3. 
• Williams, Michael R. (1997). History of Computing Technology. Los Alamitos, California: IEEE Computer Society. ISBN 978-0-8186-7739-7. 
• Ifrah, Georges (2001). The Universal History of Computing. John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-39671-0. 
• Prof. S. Chapman (31. 10. 1942). „Blaise Pascal (1623–1662) Tercentenary of the calculating machine”. Nature. London. 150 (3809): 508—509. Bibcode:1942Natur.150..508C. doi:10.1038/150508a0 . 
• U.S. Patent 2.668.661 – Complex computer – G. R. Stibitz, Bell Laboratories, 1954 (filed 1941, refiled 1944), electromechanical (relay) device that could calculate complex numbers, record, and print results.
• U.S. Patent 3.819.921 – Miniature electronic calculator – J. S. Kilby, Texas Instruments, 1974 (originally filed 1967), handheld (3 lb (1,4 kg)) battery operated electronic device with thermal printer
  • The Japanese Patent Office granted a patent in June 1978 to Texas Instruments (TI) based on US patent 3819921, notwithstanding objections from 12 Japanese calculator manufacturers. This gave TI the right to claim royalties retroactively to the original publication of the Japanese patent application in August 1974. A TI spokesman said that it would actively seek what was due, either in cash or technology cross-licensing agreements. 19 other countries, including the United Kingdom, had already granted a similar patent to Texas Instruments. – New Scientist, 17 August 1978 pp. 455, and Practical Electronics (British publication), October 1978 pp. 1094.
• U.S. Patent 4.001.566 – Floating Point Calculator With RAM Shift Register – 1977 (originally filed GB March 1971, US July 1971), very early single chip calculator claim.
• U.S. Patent 5.623.433 – Extended Numerical Keyboard with Structured Data-Entry Capability – J. H. Redin, 1997 (originally filed 1996), Usage of Verbal Numerals as a way to enter a number.
• European Patent Office Database – Many patents about mechanical calculators are in classifications G06C15/04, G06C15/06, G06G3/02, G06G3/04
• Ball, Guy; Flamm, Bruce (1997). Collectors Guide to Pocket Calculators. Wilson/Barnett Pub. ISBN 1-888840-14-5.  – includes an extensive history of early pocket calculators and highlights over 1,500 different models from the early 1970s. Book still in print.

Spoljašnje veze

• On TI's US Patent No. 3819921 – at TI website
• 30th Anniversary of the Calculator – From Sharp's web presentation of its history; including a picture of the CS-10A desktop calculator
• "Things that Count: the rise and fall of calculators"
• The Old Calculator Web Museum – Documents the technology of desktop calculators, mainly early electronics
• History of Mechanical Calculators
• Vintage Calculators Web Museum – Shows the development from mechanical calculators to pocket electronic calculators
• The Museum of HP calculators (slide rules/mech. section)
• Microprocessor and single chip calculator history; foundations in Glenrothes, Scotland
• HP-35 Arhivirano na sajtu Wayback Machine (11. februar 2022) – A thorough analysis of the HP-35 firmware including the Cordic algorithms and the bugs in the early ROM
• Bell Punch Company and the development of the Anita calculator – The story of the first electronic desktop calculator
• Epocalc computers & calculators manufacturers database – List of calculator manufacturers
• Dentaku-Museum Arhivirano na sajtu Wayback Machine (4. mart 2022) - Shows mainly Japanese calculators but also others.