У Радянському Союзі для позначення малогабаритного обчислювального пристрою використовувався термін «мікрокалькулятор», вперше застосований 1973 року для мікрокалькулятора «Електроніка Б3-04». Просто «калькуляторами» називали великі за розміром настільні обчислювальні пристрої. І настільні та мікрокалькулятори офіційно називалися ЕКОМ – електронні клавішні обчислювальні машини.
В даний час у зв’язку з тим, що в англійській мові використовується лише термін «калькулятор» (calculator), термін «мікрокалькулятор» поступово виходить з обігу.
У минулому для математичних обчислень використовувалися абаки, рахівниці, математичні таблиці (особливо таблиці логарифмів), логарифмічні лінійки і механічні або електромеханічні арифмометри.
Існують калькулятори, вбудовані в персональні комп'ютери, стільникові телефони і навіть наручні годинники.
Першим механічним пристосуванням у Росії для автоматизації розрахунків були рахівниці. Цей «народний калькулятор» протримався на робочих місцях продавців в українських магазинах фактично до середини 90-х років. Одночасно з рахівницями у наукових колах, ще з дореволюційних часів, успішно використовувалися логарифмічні лінійки, що з XVII століття практично не змінювались, вони прослужили «вірою і правдою» до появи калькуляторів.
Намагаючись якось автоматизувати процес обчислень, людство винаходило механічні обчислювальні пристрої. Одним з таких пристроїв стали арифмометри.
Починаючи з ХІХ століття, арифмометри отримали дуже широке застосування. Ними виконувалися навіть дуже складні розрахунки, наприклад, розрахунки балістичних таблиць для артилерійських стрільб. Існувала навіть особлива професія – лічильник – людина, яка з арифмометром працювала швидко і дотримувалась певних послідовних інструкцій (таку послідовність дій згодом ставали називати програмою). Але такі розрахунки проводилися надто повільно, так як при таких розрахунках вибір виконуваних дій та запис результатів проводилися людиною. Перші арифмометри були дорогі, ненадійні, складні у ремонті й громіздкі.
Мабуть, один з останніх за часом та принципових винаходів в механічній лічильній техніці було зроблено жителем Петербурга Вільгодтом Однером. Збудований Однером в 1890 року арифмометр фактично нічим не відрізнявся від сучасних йому подібних машин. Однер з компаньйоном налагодив й випуск своїх арифмометрів – по 500 штук на рік. До 1914 року у самій лише Росії налічувалося більше 22 тисяч арифмометрів Однера. У першій чверті ХХ століття ці арифмометри були єдиними математичними машинами, що широко застосовувались у різноманітних галузях діяльності. А починаючи з 1931 року у СРСР випускається арифмометр «Фелікс», один із варіантів арифмометра Однера.
Пристрій було оптимізовано для мінімальної ціни, в результаті, арифмометр у 1970-і роки коштував близько 13 рублів, але якість виготовлення була невисокою. З іншого боку, в арифмометрі використаний дуже простий і в той же час надійний транспортний механізм каретки, який відрізняв його від усіх західних аналогів.
Проте згодом крутити ручку починало набридати, і людський розум винайшов електричні лічильні машини, які арифметичні дії виконували автоматично чи напівавтоматично. Нижче зображена популярна в 50-ті роки ХХ століття багатоклавішна обчислювальна машина ВММ–2. Ця модель мала дев’ять розрядів і 17 порядків. Вона відзначалася габаритами 440x330x240 мм та масою в 23 кілограми.
І все-таки наука взяла своє. У повоєнні роки почала бурхливо розвиватися електроніка і перші комп’ютери – електронно-обчислювальні машини (ЕОМ). На початку 1960-х років між комп’ютерами і найпотужнішими лічильно-клавішними обчислювальними машинами утворилося багато суттєвих відмінностей у параметрах.
Перший масовий електронний калькулятор ANITA MK VIII, що виник в Англії 1961 року, являв собою пристрій, що працював на газорозрядних лампах. Це пристрій був досить громіздким за сучасними мірками, він оснащувалося клавіатурою для введення числа, а також додатковою 10-ти клавішною консоллю для задання множника.
Поширення настільних електронно-клавішних обчислювальних машин (ЕКОМ) почалося 1964 року, коли в бувшому СРСР освоєно серійний випуск ЕКОМ «Вега» і розпочато випуск настільних ЕКОМ в ряді інших країн. 1967 року з’явилася ЕДОМ-11 (електронна десяти клавішна обчислювальна машина) – перша у нашій країні ЕКОМ, яка автоматично обчислювала тригонометричні функції.
Подальший розвиток обчислювальної техніки нерозривно пов’язаний з досягненнями мікроелектроніки.
Перші радянські настільні калькулятори, які з'явилися 1971 року, швидко завоювали популярність. Калькулятори створювалися на базі великих інтегральних схем (ВІС), а тому працювали тихо, споживали мало енергії, вираховували швидко і безпомилково. Собівартість мікросхем швидко знижувалася, і можна було подумати над створенням МК кишенькового розміру, ціна якого була б доступна широкому споживачеві.
Одним з перших масових радянських мікрокалькуляторів був «Електроніка Б3-14», випущений 1971 року. Він був створений на заводі «Ангстрем» на мікросхемі операційного пристрою і генераторі імпульсів. Вивід інформації проводився на восьми-розрядний вакуумний люмінесцентний індикатор. Для живлення процесора, генератора і анодів індикатора на транзисторах КТ315 і КТ814 був зібраний підвищувальний перетворювач з трансформатором на броньовому сердечнику, що давав вихідну напругу 24 вольта. Живлення калькулятора могло здійснюватися від 3 елементів АА або від зовнішнього блоку живлення. Особливістю роботи даного калькулятора була помилка при обчисленні: якщо скласти 9.9999999 + 10 на індикаторі виникав результат 120. Головним нововведенням в цьому калькуляторі була його ціна, в 1971 році він коштував 35 рублів, ставши першим бюджетним калькулятором, випущеним в широкий продаж в Радянському Союзі.
У серпні 1973 року перед електронною промисловістю нашої країни було поставлене завдання протягом року створити електронний кишеньковий обчислювач з мікропроцесорною ВІС і з рідкокристалічним індикатором. Над цим найскладнішим завданням працювала робоча група з 27 осіб. Обсяг роботи справді був колосальним: слід було виготовити креслення, схеми і шаблони, які складалися з 144 тис. точок і розмістити мікропроцесор з 3400 елементами в кристалі розміром 5х5 мм.
Через п'ять місяців були готові перші зразки МК, а ще через дев'ять місяців, за три місяці до встановленого терміну, електронний кишеньковий обчислювач під назвою «Електроніка Б3-04» здано державній комісії. Вже на початку 1974 року електронний гном вступив у продаж. Це була велика трудова перемога та демонстрація можливостей вітчизняної електронної промисловості .
У цьому мікрокалькуляторі був уперше застосований індикатор на рідких кристалах, причому цифри зображувалися білими знаками на чорному тлі. Включення калькулятора проводилося натисканням на шторку, після чого відкривалася кришка і калькулятор розпочинав роботу.
Саме мікрокалькулятор «Електроніка Б3-04» в середині 70-х років ледь не став причиною дипломатичного скандалу. Одне з японських підприємств електронної промисловості викрило «Ангстрем» в «плагіаті» – зовнішній вигляд «Електроніки» практично повністю повторював дизайн калькулятора японського виробництва. Однак, коли представникам японського заводу продемонстрували начинку приладу, їм довелося відкликати свої претензії – виявилося, що радянські інженери, поставлені перед завданням створити виріб не гірше, ніж у конкурентів з капіталістичного світу, дійсно не стали витрачати багато часу на розробку дизайну, проте в тому, що стосується «мізків» калькулятора, пішли своїм шляхом. Результат кардинально відрізнявся від японського.
Перші мікрокалькулятори споживали дуже багато енергії від батарейок, тому їх вистачало від сили на дві години автономної роботи. Тому інженери-розробники почали розробляти мікрокалькулятори, яким потрібно було обмаль енергії від батарейок. На той час вже винайшли індикатори на рідких кристалах, які відрізнялися зниженим енергоспоживанням.
Наступним величезним кроком в історії розвитку мікрокалькуляторів стала поява першого радянського інженерного мікрокалькулятора. В кінці 1975 року в Радянському Союзі був створений перший інженерний мікрокалькулятор Б3-18. Як писав з цього приводу журнал «Наука і Життя» (№ 10, 1976 рік) у статті «Фантастична електроніка»: «... цей калькулятор перейшов Рубікон арифметики, його математична освіта зробила крок в тригонометрію і алгебру». Електроніка Б3-18 «вміє миттєво зводити в квадрат і добувати квадратний корінь, в два прийоми підносити до будь-якого степеня у межах восьми розрядів, обчислювати логарифми і антилогарифми, тригонометричні функції».
1977 року була розроблена мікросхема К145ІП11, яка породила цілу серію калькуляторів. Найпершим з них був дуже відомий калькулятор Б3-26. Як і з калькуляторами Б3-09М, Б3-14 і Б3-14М, а також з Б3-18А і Б3-25А, з ним вчинили також - видалили деякі функції.
На основі калькулятора Б3-26 були створені калькулятори Б3-23 з відсотками, Б3-23А з квадратним коренем, Б3-24Г з пам'яттю. До речі, калькулятор Б3-23А згодом став найдешевшим радянським калькулятором з ціною всього в 18 рублів. Б3-26 незабаром став називатися МК-26 і з'явився його зведений брат МК-57 і МК-57А з аналогічними функціями.
Ще одним напрямком у розвитку мікрокалькуляторів стали інженерні Б3-35 (МК-35) і Б3-36 (МК-36). Ці мікрокалькулятори вміли переводити градуси в радіани і навпаки, множити і ділити числа в пам'яті. Дуже цікаво ці калькулятори обчислювали факторіал – простим перебором. На обчислення максимального значення факторіала числа 69 на мікрокалькуляторі Б3-35 витрачалося більше п’яти секунд.
Другим мікрокалькулятором на рідких кристалах після Б3-04 став мікрокалькулятор Б3-30, розроблений 1978 року. Він споживав 8 міліват (для порівняння, калькулятор Б3-26 споживав 600 мВт). У цьому калькуляторі була, невластива радянським калькуляторам функція обчислення зворотної величини числа, що є практично всіх сучасних простих калькуляторах. Щоб обчислити 1/5, треба натиснути | 5 | -:- | = |. За рік замість мікрокалькулятора Б3-30 з’явився Б3-39, у якому використовувалася нова мікросхема, яка споживала потужність у вісім разів меншу і становила лише міліват. У цьому калькуляторі вже можна було обмежитися без перетворювача напруги.
1980 року був випущений мікрокалькулятор МК-53,який мав на борту годинник з будильником і секундоміром. У цьому мікрокалькуляторі вимагалося однією батарейкою менше, ніж у Б3-39.
Новою віхою в створенні вітчизняних калькуляторів стала поява мікрокалькулятора з живленням від сонячних елементів МК-60. Загалом, це був звичайний калькулятор, що мав один регістр пам’яті. Крім сонячних батарей у ньому нічого особливого не було.
Інженерна думка рухалася вперед, розв’язуючи завдання мікромініатюризації. 1979 року розроблений новий «надмаленький», але занадто вже розумний мікрокалькулятор Б3-38. У нього увійшли усі останні досягнення мікроелектроніки. Його розміри були справді маленькими – 91х55х5.5 мм.
Калькулятор за призначенням був інженерним, але міг робити і статистичні розрахунки. Він мав дві префіксні клавіші – F1 і F2. Незабаром з'явився аналогічний калькулятор, але розмірами побільше – МК-51. Незабаром він набув великої популярності, хоча в нього був недолік – вимикач живлення, який постійно погано включався. Це було тому, що наші інженери здогадалися зробити механізм включення, який замикав доріжки друкованого монтажу на платі. Зрозуміло, згодом доріжки окислялись чи стиралися, і контакт ставав поганим.
У цих мікрокалькуляторах було вжито метод обчислення елементарних функцій методом «цифра за цифрою», який став фактичним стандартом майже всіх сучасних калькуляторів в усьому світі. Цей метод характеризується простотою операцій, значним збігом алгоритмів щодо різноманітних функцій і, найголовніше, досить високою швидкодією і точністю обчислень. Похибка обчислень при 8-розрядних аргументах не перевищує ±1 в сьомому-восьмому розряді.
Наприкінці 1977 був розроблений, і на початку 1978 року надійшов у продаж перший радянський програмований мікрокалькулятор Б3-21. Це був ще один великий крок вперед. До цього доводилося багато разів повторювати обчислення, в калькуляторах було максимум три регістра пам’яті. Тепер же з’явилася можливість самому писати програми і зберігати кілька чисел у пам’яті. Термін «програмований калькулятор» викликав благоговіння і деяку тремтіння в голосі. Це був дуже дорогий калькулятор – він коштував цілих 350 рублів! Незабаром мікрокалькулятор було нагороджено знаком якості.
Перші моделі мікрокалькулятора Б3-21 випускалися з індикатором на червоних світлодіодах. Кома займала окремий розряд. Потім індикатор поміняли на зелений катодо-люмінесцентний, через що він став працювати на 20% повільніше.
Перший програмований калькулятор відразу став дуже популярний в країні. Тепер користувач міг не тільки писати складні програми, але навіть грати в ігри з калькулятором. Це було нечуване нововведення! Почала випускатися література з техніки програмування на програмованому мікрокалькуляторі. Поява програмованого мікрокалькулятора Б3-21 дозволило навіть організувати управління виробничим процесом. Були випущені настільні варіанти цього калькулятора – МК-46 і МК-64. МК-64 відрізняється від МК-46 наявністю вбудованого цифро-аналогового перетворювача. Багато мікрокалькуляторів МК-64 були встановлені в кабінетах фізики спеціальних фізико-математичних шкіл, так як вони могли, скажімо, виміряти напругу від батарейки.
Перші програмовані калькулятори Б3-21, МК-46 і МК-64, хоч і працювали по програмі, але мали всього два операційних регістра X і Y, а робота з кільцевих стеком була дуже незручною. І ось, 1980 року на зміну мікрокалькулятора Б3-21 прийшов програмований мікрокалькулятор Б3-34 в ціною 85 рублів. Це був ще один крок вперед! У нього був стек, що складався з чотирьох регістрів, 98 кроків програмної пам'яті, 14 регістрів пам'яті замість семи у Б3-21, а найголовніше – можливість організації циклів і робота з індексними регістрами. З калькулятором стало працювати – одне задоволення. Незабаром з'явилися аналоги Б3-34 – МК-54, зроблений в більш красивому дизайні, і коштував на 20 рублів дешевше за рахунок використання джерел живлення іншого типу. Був також розроблений настільний варіант – МК-56.
Мікрокалькулятор Б3-34 і його аналог МК-54 і МК-56 стали настільки популярними, що розробники з Київського заводу «Кристал» вирішили продовжити цю лінію калькуляторів і 1985 року випустили нові моделі МК-61 і МК-52. У них доданий один регістр пам'яті, стало 105 кроків програмної пам’яті та додано ще десяток функцій. Мікрокалькулятор МК-52, крім того, мав пам’ять на 512 осередків, що не стиралася при виключенні живлення і в яку можна було записати як програму, так і дані. У мікрокалькулятора МК-52 був також спеціальний роз’єм для підключення вже готових модулів з програмами, що випускалися під загальною назвою БРП (блок розширення пам’яті). При розробці блоків БРП розробники знову вбили відразу двох зайців, запаявши в блок матрицю з двома наборами програм. Встановивши перемичку, скажімо, в положення 1, отримуємо блок БРП-3 з математичним набором програм, а перепаявши перемичку на положення 2 – блок БРП стає астронавігаційним БРП-2.
До речі, мікрокалькулятор МК-52 літав у космос на кораблі "Союз ТМ-7", де його передбачалося використовувати для розрахунку траєкторії посадки у випадку, якщо зіпсується бортовий комп'ютер.
Розвиток «калькуляторобудування» продовжувався. Принципово нові програмовані калькулятори мали вже графічний екран; вбудовану мову програмування високого рівня; можливість зв’язку з ПК (зазвичай для завантаження програм або даних) або з зовнішніми пристроями; систему символьних обчислень, що включала різні маніпуляції з виразами, рішення рівнянь або їх систем, символьне диференціювання та інтегрування, а часто і розв’язування диференціальних рівнянь у символьному вигляді; програми для малювання різних двовимірних і тривимірних графіків і діаграм; операції лінійної алгебри; розвинені засоби статистичного аналізу даних; пакети фінансових обчислень; обчислення з комплексними числами. У багатьох з них вже була можливість програмування на комп’ютері з подальшою крос-компіляції та завантаженням коду. Їх пам’ять зазвичай становила 100-400 кілобайт ОЗУ і сотні кілобайт або навіть мегабайти флеш-пам’яті. Часто використовуються процесори з тактовою частотою, рівною десяткам мегагерц.
Серії TI-89 і TI-92 фірми Texas Instruments використовують алгебраїчну нотацію і версію мови програмування Бейсік, звану TI-BASIC. Велике число програм, зокрема ігор, написано різними авторами. Різниця між двома серіями полягає в дизайні: калькулятори серії TI-92 мають клавіатуру QWERTY та великим екраном, відповідно вони не кишенькові. Недоліком є відсутність надрукованої інструкції (у США вони продаються з інструкцією). Для більшості інструкція доступна тільки на CD-ROM і в інтернеті. Калькулятори використовують процесор 68000 з тактовою частотою 12 МГц (10 МГц для деяких старих екземплярів старих моделей).
Серія HP-49G (до якої відносяться калькулятори HP-49G, HP-49G +, а також HP-48GII і HP 50П) фірми Hewlett-Packard використовує швидкі процесори ARM9, має розвинену систему алгебраїчної (символьної) математики, зворотню польську нотацію і мову RPL (Reverse Polish Lisp). За своїми можливостями ці калькулятори ще більш просунуті, ніж TI-89/92.
Таким чином, підводячи підсумки повідомлення, можемо констатувати таке. Досить довгий час людство обходились великими, настільними калькуляторами, поки на початку 1970-х років почали з’являтися кишенькові калькулятори. Форма та функції говорили самі за себе. Сьогодні ми і уявити не можемо людини, у якої б не було маленького помічника в обрахунках.
Список використаної літератури:
- http://wiki.kspu.kr.ua/index.php/Історія_комп'ютерної_техніки/Калькулятори
- http://wiki.kspu.kr.ua/index.php/Арифмометр_"Феликс"
- http://znaimo.com.ua/Калькулятор
- http://calcsoft.ru/istoriya-vozniknoveniya-kalkulatorov
- Наукова енциклопедія
- http://calcsoft.ru/istoriya-vozniknoveniya-kalkulatorov
Статтю підготувала студентка ІІІ курсу спеціальності Математика Бахмат Наталія Іванівна у межах звіту про вивчення курсу «Історія науки і техніки» (викладач – професор Р.Я. Ріжняк). У статті використані матеріали викладача кафедри інформатики П.І. Андронатія, за якими він готує тексти екскурсій факультетським Музеєм Історії техніки.