حقایقی درباره کارکرد ماشین حساب که شاید نمی دانستید!
به گزارش زرین گراف، شاید برای شما هم باورش سخت باشد که تا اواخر قرن بیستم چیزی به نام ماشین حساب بین مردم رایج نبوده است. درواقع همانطور که می دانید قبل از اختراع ماشین حساب به آن شکلی که ما امروزه به آن مجهز هستیم، مردم از ابزارهای دیگری مانند چرتکه که از اجداد این ماشین حساب است، استفاده می کردند. اعتقاد بر این است که چرتکه های اولیه که احتمالاً منشأ بابلی داشتند، تخته هایی بودند که موقعیت شمارنده ها (گوی های کوچک روی صفحه) بر روی آن مقادیر عددی مدنظر را نشان می داد.
با این حال، چرتکه مدرن که بعضی از مردم هنوز هم در چین، ژاپن و خاورمیانه از آن استفاده می نمایند، وسیله ای است که با حرکت دادن مهره ها در امتداد سیم هایی بر روی یک قاب بسته کار می نماید. در قرون گذشته، بعضی از افراد از ماشین های مکانیکی (که با استفاده از یاری موتور کار می کردند) و بعضی دیگر از جداول ریاضی و خط کش های محاسبه، استفاده می کردند. خاتمه در دهه 1960، پیشرفت ها در زمینه ساخت مدارهای مجتمع منجر به توسعه ماشین حساب های الکترونیکی منجر شد، اما جالب است بدانید که نسخه های اولیه این دستگاه ها کمتر به آنچه امروزه در دست می گیرید، شباهت داشتند.
جدا از این تاریخچه مختصر و ماشین حسابی که به عنوان یک اپلیکیشن بر روی گوشی هوشمند شما نصب است، اینکه بدانیم این ماشین های کوچک چطور کار می نمایند، می تواند بسیار مجذوب کننده باشد. بنابراین در این مقاله به اغنای حس کنجکاوی خود می پردازیم و به این سوال جواب می دهیم که ماشین حساب چطور کار می نماید؟
لیست محتوا
سیر تکامل ماشین حساب
کندکاو در اجزای ماشین حساب و کارکرد بخش های مختلف آن
چگونه ماشین حساب، محاسبات را به شکلی صحیح انجام می دهد؟
ماشین حساب مهندسی کاسیو مدل FX-CP400
9,980,000
تومان
ماشین حساب مهندسی کنکو مدل KK-105B
92,500
تومان
خرید انواع ماشین حساب از خبرنگاران
مشاهده همهسیر تکامل ماشین حساب
گفته می گردد که اولین بار یک شرکت ژاپنی به نام شارپ اولین ماشین حساب رومیزی به نام CS-10A را در سال 1964 اختراع کرد. این مدل ماشین تقریبا شبیه به گاوصندوق بود و به مقدار یک خودروی سایز میانه قیمت داشت! در سال 1967، شرکت تگزاس اینسترومنتز Texas Instruments کالایی را توسعه داد که اکنون به عنوان اولین ماشین حساب دستی و قابل حمل شناخته می گردد؛ دستگاهی که می توانست 4 عمل اصلی یعنی جمع، تفریق، ضرب و تقسیم را انجام دهد.
پس از آن شرکت کانن Canon با استفاده از فناوری ای به نام Cal Tech اولین ماشین حساب دستی را برای استفاده تجاری اختراع کرد که در سال 1970 با قیمت 400 دلار به بازار عرضه شد. چند سال بعد چیزی شبیه به رقابت بین فراورینمایندگان به راه افتاد که در آن شرکت ها سعی خود را بر این گذاشته بودند که دستگاه هایی کوچک تر، در دسترس تر و ارزان تری را به بازار عرضه نمایند. در سال 1972، مخترع بریتانیایی سر کلایو سینکلر، محصولی نو را معرفی کرد که به عقیده بسیاری، اولین ماشین حساب جیبی و ارزان در دنیا است، جالب است بدانید که ضخامت این ماشین حساب به مقدار یک پاکت سیگار بود!
به طور کلی پیشرفت ها در فناوری ساخت انواع ماشین حساب تا حد زیادی با توسعه ریزپردازنده تک چیپ در اواخر دهه 1960 امکان پذیر شد. درواقع تا قبل از این زمان، مهندسان مغز محاسباتی ماشین حساب ها (و رایانه ها) را با چند تراشه به همراه قطعاتی دیگر می ساختند. در حالی که اساساً یک ریزپردازنده تک چیپ این امکان را فراهم می نماید که کل واحد پردازش مرکزی (CPU) روی یک ریزتراشه سیلیکونی وجود داشته باشد. به همین دلیل شرکت پیروز اینتل اولین ریزپردازنده تک چیپ و تجاری را در سال 1971 ساخت که قادر به انجام محاسبات پایه، تا 4 بیت اطلاعات در زمان بود. گوردون مور، بنیانگذار اینتل، پیش بینی کرد که ظرفیت یک تراشه تقریباً هر دو سال یکبار دو برابر می گردد که به عنوان قانون مور Moores Law هم شناخته می گردد.
امروزه علاوه بر نسخه های مدرن ماشین حساب جیبی، ماشین حساب های پیچیده مهندسی و نموداری در دسترس هستند که دانشجویان و متخصصان از آن ها استفاده می نمایند. بعلاوه بسیاری از این سیستم ها از زبان های برنامه نویسی معروف استفاده می نمایند که با توجه به ترجیحات کاربر قابل برنامه ریزی هستند.
کندکاو در اجزای ماشین حساب و کارکرد بخش های مختلف آن
همانطور که تا بدین جای این مقاله متوجه شدید، ماشین حساب های دستی برای انجام عملیات های متنوع به ریزپردازنده های تک چیپی احتیاج دارند. اما چگونه می توان ریزپردازنده ماشین را فعال کرد؟ برای پاسخ به این سوال باید بدانید که همه چیز با آنچه در بیرون دستگاه اتفاق می افتد، آغاز می گردد.
بسیاری از ماشین حساب های مدرن دارای یک محفظه پلاستیکی بادوام هستند که در عین حال از پدی ساده و لاستیکی که بر روی مدار اصلی قرار گرفته است، ساخته شده اند. با فشار دادن یک دکمه، مداری که در زیر پد لاستیکی وجود دارد بسته می گردد و سیگنال هایی الکتریکی را از آن بخش به برد مدار ارسال می نماید. این سیگنال ها به وسیله ریزپردازنده مسیریابی می گردد تا اطلاعات را تفسیر و بازخوانی نمایند، سپس اطلاعات به شکلی آشنا بر صفحه نمایشگر ماشین حساب ظاهر می شوند.
ماشین حساب شارپ ژاپنی مدل CS-2122D
16,500,000 تومان
مشاهده و خرید
نمایشگرهای بیشتر ماشین حساب های الکترونیکی قدیمی از LED یا همان دیودهای ساطع نماینده نور تشکیل شده بودند. مدل های نوتر این سیستم ها که انرژی کمتری مصرف می نمایند، از نمایشگر کریستال مایع یا LCD استفاده می نمایند. به همین دلیل جالب است بدانید که نمایشگرهای ال سی دی دی به جای فراوری نور، مولکول های نور را مجددا سازماندهی می نمایند تا الگوی مدنظر را روی نمایشگر ایجاد نمایند و در نهایت به انرژی زیادی احتیاج نداشته باشند. مولکول های فوتونیک یا نوری شکلی طبیعی از ماده هستند که می توانند به طور مصنوعی هم ساخته شوند. به این شکل که طی این فرآیند فوتون ها به یکدیگر متصل می شوند و مولکولی را تشکیل می دهند، که فرآیند آن برای اولین بار در سال 2007 پیش بینی شد.
ماشین حساب های اولیه یا از باتری هایی بزرگ استفاده می کردند و یا به برق شهری متصل می شدند. اما در اواخر دهه 1970، فناوری سلول های خورشیدی به مقدار کافی ارزان و کارآمد شده بودند تا در لوازم الکترونیکی خانگی مورد استفاده قرار گیرند. احتمالا اگر نگاهی به ماشین حساب جیبی خود بیاندازید این صفحه کوچک که به منظور جمع کردن نور خورشید برای تامین انرژی دستگاه طراحی شده است را خواهید دید.
هنگامی که فوتون های (ذراتی که با سرعت نور حرکت می نمایند!) خورشید به وسیله نیمه هادی هایی مانند صفحه سیلیکونی جذب می شوند، سلول خورشیدی این قابلیت را خواهد داشت که الکتریسیته ایجاد نمایند. درواقع فرآیند کار به این شکل است که با گرم شدن صفحه سلول خورشیدی، الکترون های آن سست می شوند و میدان الکتریکی سلول خورشیدی همه الکترون ها را در یک جهت به حرکت در می آورد، در نتیجه جریان الکتریکی ایجاد می گردد. در دهه 1980، بیشتر فراوری نمایندگان ماشین حسا ب های ساده از فناوری سلول های خورشیدی استفاده می کردند، با این حال، ماشین حساب های مهندسی و نموداری احتیاج به منبع انرژی قوی تری دارند که به وسیله باتری تامین می گردد.
چگونه ماشین حساب، محاسبات را به شکلی صحیح انجام می دهد؟
همانطور که در بخش های قبلی یاد گرفتید، بیشتر ماشین حساب ها به مدارهای مجتمع که معمولا به نام تراشه شناخته می شوند، وابسته هستند. در این مدارها از ترانزیستورها به منظور انجام عملیات جمع و تفریق و بعلاوه انجام محاسبات روی لگاریتم ها به منظور انجام عملیات هایی مانند ضرب، تقسیم و عملیات های پیچیده تر مانند توان و جذر استفاده می گردد. اساساً، هرچه یک مدار مجتمع، ترانزیستور بیشتری داشته باشد، عملکرد آن ممکن است پیشرفته تر باشد. بیشتر ماشین حساب های جیبی استاندارد مدارهای مجتمع یکسان یا بسیار مشابه دارند.
مانند هر وسیله الکترونیکی ای، تراشه های داخل ماشین حساب هم با تقلیل هرگونه اطلاعاتی که به آن می دهید به معادلات باینری یا دو دویی Binary numbers کار می نمایند. در سیستم باینری اعداد در پایه دو ترجمه و با صفر یا یک نمایش داده می شوند. زیبایی سیستم باینری در این است که شما می توانید هر عدد ده دهی را با مجموعه ای از سوئیچ ها که یا روشن (1) یا خاموش (0) هستند، نشان دهید.
ریزتراشه ها با منطق دو دویی می توانند ترانزیستورها را به معنای واقعی کلمه روشن و خاموش نمایند. به عنوان مثال، اگر بخواهید عملیات 3 + 2 را انجام دهید، ماشین حساب شما عدد 2 را به کد باینری 10 (عدد 2 در باینری = 1 × 2 + 0 × 1) تبدیل می نماید و سپس کد باینری 11 را برای عدد 3 (3 در باینری = 1 × 2 + 1 × 1) در نظر می گیرد. پس از تبدیل اعداد به کد باینری گیت های منطقی برای مقایسه الگوی سوئیچ هایی که فعال هستند آغاز به کار می نمایند و به جای الگوی قبلی الگوی نوی از سوئیچ ها را ارائه می نمایند که همان نتیجه عملیات است.
به طور کلی یک گیت منطقی فقط یک مدار الکتریکی ساده است که دو عدد (ورودی) را با هم مقایسه می نماید و عدد سوم (خروجی) را بسته به مقادیر اعداد اصلی فراوری می نماید. در حالت کلی سه نوع مرسوم از گیت های منطقی با نام های OR ،AND و NOT وجود دارد. گیت OR دو ورودی دارد (هر یک از آن ها می تواند 0 یا 1 باشد) که خروجی 1 را فراوری می نماید اگر هر یک از ورودی ها 1 باشد؛ در غیر این صورت صفر را فراوری می نماید. گیت AND هم دارای دو ورودی است، اما زمانی خروجی آن 1 است که هر دو ورودی 1 باشند. در نهایت، گیت NOT دارای یک ورودی واحد است و از آن برای فراوری خروجی معکوس استفاده می نماید. بنابراین اگر شما به آن صفر بدهید، رقم 1 را (و برعکس) به شما می دهد.
اگر تعداد زیادی از گیت های منطقی با هم ترکیب شوند، می توانند مدارهای پیچیده ای با نام Adders فراوری نمایند، بنابراین اگر شما طبق مثال قبلی اعداد 2 و 3 را وارد کنید سیگنال های الکتریکی 10 و 11 تحت عمل جمع قرار می گیرند و کد 101 (2 + 3 = 5) را به عنوان خروجی می دهند که به صورت عدد 5 نمایش داده می گردد؛ به همین دلیل اگر به اعداد نمایشگر ماشین حساب به خوبی دقت کنید متوجه خواهید شد که اعداد از خطوط خاصی تشکیل شده اند. به منظور نمایش عدد بر روی نمایشگر هر یک از آن اعداد را می توان با استفاده از همین منطق باینری روشن یا خاموش کرد. گفتنی است که سایر عملیات های پیچیده ریاضی هم با استفاده از همین مدارهای منطقی انجام می گردد که از حوصله این مقاله خارج است.
ماشین حساب مهندسی کاسیو مدل FX-CP400
9,980,000
تومان
ماشین حساب مهندسی کنکو مدل KK-105B
92,500
تومان
خرید انواع ماشین حساب از خبرنگاران
مشاهده همهمنبع: HowStuffWorks
کندوکاو بیشتر
قانون مور چیست؟
قانون مور، قاعده ای سرانگشتی است که بیان می نماید تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه با مساحت ثابت هر 2 سال، به طور تقریبی دو برابر می گردد. این قانون نخستین بار به وسیله گوردون مور، از بنیانگذاران شرکت اینتل، در سال 1965 ارائه شد.
آیا ماشین حساب می تواند اشتباه کند؟
اگر ماشین حساب به درستی کالیبره نشده باشد یا به درستی کار نکند، ممکن است اشتباه کند، در غیر اینصورت عملیات منطقی ماشین هیچ گاه اشتباه نخواهد بود.
منبع: دیجیکالا مگ