ГУО "Гимназия г. Мяделя"

Автор: Сергей Фролов
Источник: INFUSED BYTES

Эта статья посвящена незаменимым помощникам в нашей жизни - микрокалькуляторам. Описывается история возникновения советских микрокалькуляторов, их особенности и интересные возможности отдельных моделей.

ПЕРВЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛИ

Первым механическим приспособлением в России для автоматизации расчетов были счеты. Этот "народный калькулятор" продержался на рабочих местах кассирш в магазинах вплоть до середины девяностых годов. Интересно отметить, что в учебнике "Торговые вычисления" 1986 года методам вычисления на счетах посвящена целая глава.
Одновременно со счетами, в научных кругах, еще с дореволюционных времен, с успехом использовались логарифмические линейки, которые с XVII века практически без изменений прослужили "верой и правдой" вплоть до появления калькуляторов.
Пытаясь как-то автоматизировать процесс вычислений, человечество начинает изобретать механические считающие устройства. Даже известный математик Чебышев в конце XIX века предложил свою модель вычислителя. К сожалению, изображения не сохранилось.
Самым популярным механическим вычислителем в советские времена являлся арифмометр системы Однера "Феликс". Слева - изображение арифмометра, взятое из "Малой советской энциклопедии" 1932 года издания.
На этом арифмометре можно было производить четыре арифметических действия - сложение, вычитание, умножение и деление. В более поздних моделях, например, "Феликс-М", можно видеть ползуночки для указания положения запятой и рычажок для сдвига каретки. Для производства вычислений было необходимо крутить ручку - один раз для сложения или вычитания, и несколько раз для умножения и деления.
Один раз, конечно, покрутить ручку можно, и даже интересно, но что делать, если вы работаете бухгалтером, и за день необходимо произвести сотни простых операций? Да и шум от крутящихся шестеренок-счетчиков стоит приличный, особенно, если одновременно в помещении с арифмометрами работает несколько человек.
Однако, со временем крутить ручку начинало надоедать, и человеческий ум изоблел электрические счетные машины, которые арифметические действия производили автоматически или полуавтоматически. Справа - изображение полулярной в 50-е годы многоклавишной вычислительной машины ВММ-2 (Товарный словарь, VIII том, 1960). Эта модель имела девять разрядов и работала до 17-го порядка. У нее были габариты 440x330x240 мм и масса в 23 килограмма.
Все же наука взяла свое. В послевоенные годы начала бурно развиваться электроника и появились первые компьютеры - электронные-вычислительные машины (ЭВМ). К началу 60-х годов между компьютерами и самыми мощными счетно-клавишными вычислительными машинами образовался по многим параметрам огромный разрыв, несмотря на появление советских релейных вычислительных машин "Вильнюс" и "Вятка" (1961).
Но к тому времени в ленинградском университете уже была спроектирована одна из первых в мире настольных клавишных вычислительных машин, в которой использовались малогабаритные полупроводниковые элементы и ферритовые сердечники. Был изготовлен и действующий макет этой ЭКВМ - электронной клавишной вычислительной машины.
А вообще, считается, что первый массовый электронный калькулятор появился в Англии в 1963 году. Его схема была выполнена на печатных платах и содержала несколько тысяч одних только транзисторов. Размеры такого калькулятора были как у пишущей машинки, а выполнял он лишь арифметические операции с многоразрядными числами. Слева показан калькулятор "Электроника" - типичный представитель калькуляторов этого поколения.
Распространение настольных ЭКВМ началось в 1964 г., когда в нашей стране был освоен серийный выпуск ЭКВМ "Вега" и начат выпуск настольных ЭКВМ в ряде других стран. В 1967 г. появилась ЭДВМ-11 (электронная десятиклавишная вычислительная машина) - первая в нашей стране ЭКВМ, автоматически вычислявшая тригонометрические функции.
Дальнейшее развитие вычислительной техники неразрывно связано с достижениями микроэлектроники. В конце 50-х годов была разработана технология производства интегральных схем, содержавших группы связанных между собой электронных элементов, а уже в 1961 г. появилась первая модель ЭВМ на интегральных схемах, которая была в 48 раз меньше по массе и в 150 раз меньше по объему, чем полупроводниковые ЭВМ, выполнявшие те же функции. В 1965 г. появляются и первые ЭКВМ на интегральных схемах. Примерно в это же время появились и первые переносные ЭКВМ на БИСах (только что внедренных в производство) с автономным питанием от встроенных аккумуляторов. В 1971 г. габариты ЭКВМ стали "карманными", в 1972 г. появились ЭМК научно-технического типа с подпрограммами вычисления элементарных функций, дополнительными регистрами памяти и с представлением чисел как в естественной форме, так и в форме с плавающей запятой в самом широком диапазоне чисел.
Развитие производства ЭКВМ в нашей стране шло параллельно с его развитием в других наиболее промышленно развитых странах мира. В 1970 г. появились первые образцы ЭКВМ на ИС, с 1971 г. на этих элементах начинается выпуск машин серии "Искра". В 1972 г. стали производиться и первые отечественные микро-ЭВМ на БИСах.

ПЕРВЫЙ СОВЕТСКИЙ КАРМАННЫЙ КАЛЬКУЛЯТОР

Первые советские настольные калькуляторы, которые появились в 1971 году, быстро завоевали популярность. ЭКВМ на основе БИС работали тихо, потребляли мало энергии, вычисляли быстро и безошибочно. Себестоимость микросхем быстро снижалась, и можно было думать о создании МК карманного размера, цена которого была бы доступна широкому потребителю.
В августе 1973 года электронная промышленность нашей страны поставила задачу за один год создать электронный карманный вычислитель на микропроцессорной БИС и с жидкокристаллическим индикатором. Над этой сложнейшей задачей работала группа из 27 человек. Предстояла огромная работа: изготовить чертежи, схемы и. шаблоны, состоящие из 144 тыс. точек, разместить микропроцессор с 3400 элементами в кристалле размером 5х5 мм.
Через пять месяцев работы были готовы первые образцы МК, а через девять месяцев, за три месяца до установленного срока, электронный карманный вычислитель под названием "Электроника Б3-04" был сдан государственной комиссии. Уже в начале 1974 года электронный гном поступил в продажу. Это была большая трудовая победа, показавшая возможности нашей электронной промышленности.
В этом микрокалькуляторе впервые был применен индикатор на жидких кристаллах, причем цифры изображались белыми знаками на черном фоне (см. рис.).
Включение калькулятора производилось нажатием на шторку, после чего открывалась крышка, и калькулятор начинал работу.
Микрокалькулятор имел очень интересный алгоритм работы. Для того, чтобы вычислить (20-8+7) необходимо было нажать клавиши | C | 20 | += | 8 | -= | 7 | += |. Результат: 5. Если результат надо умножить, скажем, на три, то вычисления можно продолжить нажатием клавиш: | X | 3 | += |.
Клавиша | K | использовалась для вычисления с константой.
В этом калькуляторе были использованы прозрачные платы с объемным монтажом. На рисунке показана часть платы микрокалькулятора.
Микрокалькулятор содержит четыре микросхемы - 23-х разрядный сдвиговый регистр К145АП1, устройство управления индикатором К145ПП1, операционный регистр К145ИП2 и микропроцессор К145ИП1. В блоке преобразования напряжения использована микросхема преобразования уровней.
Интересно отметить, что этот калькулятор работал от одной батарейки типа АА (А316 "Квант", "Уран").

 ПЕРВЫЕ СОВЕТСКИЕ МИКРОКАЛЬКУЛЯТОРЫ

В начале 70-х годов привычный сегодня язык работы с микрокалькуляторами только зарождался. Первые модели микрокалькуляторов вообще могли иметь свой язык работы, и на калькуляторе приходилось учиться считать. Возьмем, к примеру, первый калькулятор ленинградского завода "Светлана" серии "С". Это - калькулятор С3-07. Кстати, стоит отметить, что калькуляторы завода "Светлана" вообще стоят особняком.
Небольшое отступление. Все микрокалькуляторы в те времена получили общее обозначение "Б3" (цифра три на конце, а не буква "З", как многие считали). Настольные электронные часы получили буквы Б2, наручные электронные - Б5 (например, Б5-207), настольные электронные с вакуумным индикатором - Б6, большие настенные - Б7 и так далее. Буква "Б" - "бытовая техника". Только микрокалькуляторы Светлановского завода получили букву "С" - Светлана (СВЕТ ЛАмпочки НАкаливания - для тех, кто не знает).
Так вот, возьмем, к примеру, калькулятор С3-07. Очень удивительный калькулятор, особенно - его клавиатура и дисплей. Как видно из картинки, на калькуляторе совмещены не только клавиши | += | и | -= |, но и умножить/разделить | X -:- |. Попробуйте сами догадаться, как на этом калькуляторе умножать и делить. Подсказка: калькулятор не воспринимает два нажатия на одну клавишу, возможно только одно.
Ответ не менее удивителен: чтобы произвести, скажем, умножение 2 на 3, надо нажать на клавиши | 2 | X-:- | 3 | += |, а чтобы разделить 2 на 3, надо нажать клавиши: | 2 | X-:- | 3 | -= |. Сложение и вычитание происходит аналогично калькулятору Б3-04, то есть, получение разности 2 - 3 будет вычисляться так: | 2 | += | 3 | -= |. В некоторых моделях этого калькулятора можно встретить и удивительный восьмисегментный индикатор.
Начиная с этой модели калькуляторов, все простые калькуляторы Светлановского завода оперируют с числами с порядками до 10e16-1, даже если на дисплей помещается восемь или двенадцать разрядов. Если результат превышает 8 или 12 разрядов (в зависимости от модели), то запятая исчезает и на дисплее появляются первые 8 или 12 разрядов числа.
Говоря о языке работы с микрокалькуляторами первых выпусков, следует упомянуть и о калькуляторах Б3-02, Б3-05 и Б3-05М. Это - вехи старых калькуляторов типа "Искра". В этих калькуляторах при вычислениях постоянно горят все разряды индикатора. В основном, конечно, нули. Очень неудобно отыскивать на таких калькуляторах первый (да и последний) значимый разряд. Кстати, в модели C3-07, о которой говорилось ранее, уже была попытка решить эту проблему, хотя и несколько необычным способом - на этом калькуляторе ноль имеет половину высоты. Так вот, эти три калькулятора имели очень неудобную, но вполне объяснимую для ранних калькуляторов особенность: требуемая точность вычислений задается при вводе первого числа. То есть, если необходимо, скажем, вычислить частное от деления 23 на 32 с точностью до трех знаков после запятой, то число 23 необходимо ввести с тремя знаками после запятой: | 23,000 | -:- | 32 | = | (0.718). До тех пор, пока оператор не нажмет кнопку сброса, все последующие вычисления будут производиться с тремя знаками после запятой, а запятая вообще больше никуда не движется. Это, кстати, и называется "фиксированной запятой", а более поздние калькуляторы, в которых запятая уже перемещается по дипслею, тогда назывались "с плавающей запятой". Сейчас, в терминологии произошли изменения, в результате которых с "плавающей запятой" сейчас называются отображения числа с мантиссой слева и порядком справа.
Через год после разработки первого карманного микрокалькулятора Б3-04 появились новые, более совершенные модели карманных МК. Это - модели Б3-09М, Б3-14 и Б3-14М. Эти калькуляторы были сделаны на одной микросхеме процессора К145ИК2 и одной микросхеме генератора фаз. Слева показан калькулятор Б3-09М, в таком же корпусе сделан и Б3-14М, справа - Б3-14. На этих моделях был уже "стандартный" язык работы на калькуляторах, включая вычисления с константой.
Эти калькуляторы уже могли работать как от блока питания, так и от четырех (Б3-09М, Б3-14М) или трех (Б3-14) элементов типа АА.
Хотя эти калькуляторы сделаны на одном и том же чипе, они имеют разные функциональные возможности. И вообще, "убирание" разных функций было присуще многим моделям советских микрокалькуляторов. Например, у микрокалькулятора Б3-09М не было знака вычисления квадратного корня, Б3-14М не умел вычислять проценты.
Особенностью этих простых калькуляторов являлось то, что запятая занимала отдельный разряд. Это очень удобно для беглого считывания информации, но при этом пропадает последний знаковый разряд. У этих же калькуляторов перед началом работы необходимо нажимать клавишу "C" для очистки регистров.

ПЕРВЫЙ СОВЕТСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ МИКРОКАЛЬКУЛЯТОР

Следующим огромным шагом в истории развития микрокалькуляторов стало появление первого советского инженерного микрокалькулятора. В конце 1975 года в Советском Союзе был создан первый инженерный микрокалькулятор Б3-18. Как писал по этому поводу журнал "Наука и Жизнь" 10, 1976 в статье "Фантастическая электроника": "...этот калькулятор перешел Рубикон арифметики, его математическое образование шагнуло в тригонометрию и алгебру. "Электроника Б3-18" умеет мгновенно возводить в квадрат и извлекать квадратный корень, в два приема возводить в любую степень в пределах восьми разрядов, вычислять обратные величины, вычислять логарифмы и антилогарифмы, тригонометрические функции...", "...когда видишь, как машина, которая только что мгновенно складывала огромные числа, тратит несколько секунд, чтобы выполнить какую-либо алгебраическую или тригонометрическую операцию, невольно задумываешься о той большой работе, которая идет внутри маленькой коробочки, прежде чем на ее индикаторе засветится результат".
И действительно, была проделана огромная работа. В единый кристалл размером 5 х 5,2 мм удалось вместить 45000 транзисторов, резисторов, конденсаторов и проводников, то есть полсотни телевизоров того времени запихали в одну клеточку арифметической тетради! Однако, и цена такого калькулятора была немалой - 220 рублей в 1978 году. Для примера, инженер после окончания института в те времена получал 120 рублей в месяц. Но, покупка стоила того. Теперь не надо думать, как не сбить ползунок логарифмической линейки, не надо заботиться о погрешности, можно забросить на полку таблицы логарифмов.
Кстати, в этом калькуляторе впервые была применена клавиша префиксной функции "F".
Все же в микросхему К145ИП7 калькулятора Б3-18 не удалось полностью вместить все, что хотелось. Например, при вычислении функций, в которых использовалось разложение в ряд Тэйлора, очищался рабочий регистр, в результате чего стирался предыдущий результат операции. В связи с этим нельзя было производить цепочные вычисления, такие как 5 + sin 2. Для этого сначала нужно было получить синус от двух, а потом только прибавить к результату 5.
Итак, работа проделана большая, потрачены большие усилия, и в результате появился хороший, но очень дорогой калькулятор. Чтобы калькулятор был доступен массовым слоям населения, было принято решение на базе калькулятора Б3-18А сделать более дешевую модель. Чтобы не изобретать велосипед, наши инженеры пошли по самому легкому пути. Они взяли и убрали клавишу префиксной функции "F" с калькулятора. Калькулятор превратился в обычный, получил название "Б3-25А" и стал доступным широким слоям населения. И только разработчики и ремонтники калькуляторов знали тайну переделки Б3-25А.

ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ МИКРОКАЛЬКУЛЯТОРОВ

Сразу вслед за калькулятором Б3-18 совместно с инженерами из ГДР был выпущен микрокалькулятор Б3-19М. В этом калькуляторе была использована, так называемая, "обратная польская запись". Сначала набирается первое число, затем нажимается клавиша ввода числа в стек, затем второе число, и только после этого - требуемая операция. Стек в калькуляторе состоит из трех регистров - X, Y и Z. В этом же калькуляторе впервые был применен ввод порядка числа и показ числа в формате с плавающей запятой (с мантиссой и порядком). В калькуляторе был использован 12-разрядный индикатор на красных светоизлучающих диодах.
В 1977 году появился другой очень мощный инженерный калькулятор - С3-15. Этот калькулятор имел повышенную точность вычислений (до 12 разрядов), работал с порядками до 9,(9) в 99 степени, имел три регистра памяти, но самое замечательное - работал с алгебраической логикой. То есть, для того, чтобы вычислить по формуле 2 + 3 * 5, не нужно было сначала вычислять 3 * 5, а затем к результату прибавлять 2. Эту формулу можно было записывать в "естественном" виде: | 2 | + | 3 | * | 5 | = |. Кроме того, в калькуляторе использовались скобки до восьми уровней. Еще этот калькулятор - единственный калькулятор, который вместе со своим настольным братом МК-41, имеет клавишу /p/. Эта клавиша использовалась для вычислений по формуле sqrt (x^2 + y^2).
В 1977 году была разработана микросхема К145ИП11, которая породила целую серию калькуляторов. Самым первым из них был очень известный калькулятор Б3-26 (на рисунке справа). Как и с калькуляторами Б3-09М, Б3-14 и Б3-14М, а также с Б3-18А и Б3-25А, с ним поступили также - удалили некоторые функции.
На основе калькулятора Б3-26 были сделаны калькуляторы Б3-23 с процентами, Б3-23А с квадратным корнем, Б3-24Г с памятью. Кстати, калькулятор Б3-23А впоследствии стал самым дешевым советским калькулятором с ценой всего в 18 рублей. Б3-26 вскоре стал называться МК-26 и появился его сводный брат МК-57 и МК-57А с аналогичными функциями.
Светлановский завод также порадовал своей моделью С3-27, которая, правда, не прижилась, и ее вскоре заменила очень популярная и дешевая модель С3-33 (МК-33).
Еще одним направлением в развитии микрокалькуляторов стали инженерные Б3-35 (МК-35) и Б3-36 (МК-36). Б3-35 отличался от Б3-36 более простым дизайном и стоил на пять рублей дешевле. Эти микрокалькуляторы умели переводить градусы в радианы и наоборот, умножать и делить числа в памяти.
Очень интересно эти калькуляторы вычисляли факториал - простым перебором. На вычисление максимального значения факториала в 69 на микрокалькуляторе Б3-35 уходило более пяти секунд.
Эти калькуляторы были очень популярны у нас, хотя и обладали, на мой взгляд, некоторым недостатком: они показывали на индикаторе ровно столько значащих разрядов, сколько об этом сказано в инструкции. Обычно их пять-шесть для трансцендентных функций.
На основе этих калькуляторов был сделан настольный вариант МК-45.
Кстати, многие карманные инженерные калькуляторы имеют своих настольных братьев. Это - калькуляторы МК-41 (С3-15), МКШ-2 (Б3-30), МК-45 (Б3-35, Б3-36).
Калькулятор МКШ-2 - единственный "школьный" калькулятор выпускавшийся нашей промышленностью за исключением больших демонстрационных, о которых будет сказано ниже. Этот калькулятор, как и калькулятор Б3-32 (на рисунке слева), умел вычислять корни квадратного уравнения и находить корни системы уравнений с двумя неизвестными. По дизайну этот калькулятор полностью идентичен калькулятору Б3-14.
Особенность калькулятора, кроме описанных выше, - все надписи на клавишах выполнены по иностранным стандартам. Например, клавиша записи числа в память обозначалась не "П" и не "x->П", а "STO". Вызов числа из памяти - "RCL".
Несмотря на возможность работы с числами с большими порядками, на этом калькуляторе использовался восьмиразрядный дисплей, такой же как и в Б3-14. Получалось, что если отображать число с мантиссой и порядком, то на индикаторе умещается только пять значащих цифр. Чтобы решить эту проблему в микрокалькуляторе использовалась клавиша "CN". Если, к примеру, результатом вычислений являлось число 1.2345678e-12, то на индикаторе оно отображалось как 1.2345-12. Нажав | F | CN |, видим на индикаторе 12345678. Запятая при этом гаснет.

Продолжение