Как из калькулятора сделать компьютер

Обновлено: 04.07.2024

Я обратил внимание, что довольно часто спрашивают, как работает обычный калькулятор. Думал, что в интернете должно быть много статей по этому поводу, но что-то мне ничего дельного не попалось. Википедия, как обычно, слишком мудрит, и я подумал, что будет неплохо, если вкратце опишу принцип его работы.

Существует огромное количество всевозможных моделей калькуляторов. Есть простые, есть сложные. С питанием от солнечных батарей или от сети. Есть обычные, программируемые, бухгалтерские, специализированные модели. Порой, и не найдешь той грани, которая отделяет калькулятор от компьютера.

Я буду описывать работу самой простой модели калькулятора.

Это калькулятор CASIO HS-8LU. Они примерно все работают одинаково. По большому счету, в простых моделях ничего не меняется уже лет тридцать.

Калькулятор состоит из корпуса, клавиатуры с резиновыми кнопками и платы.

В данной модели плата сделана в виде пленки с нанесенными на нее проводниками. Питание - от солнечной батареи. Над солнечной батареей расположен жидкокристаллический индикатор.
На задней крышке корпуса расположены токопроводящие контакты. При нажатии на кнопку она прижимает пленку к задней крышке и происходит электрический контакт. Часто токопроводящий контакт наносят на обратную сторону кнопки. В том случае сама кнопка прижимается к плате для создания контакта.

С обратной стороны под солнечной батареей расположен чип микропроцессора. Он управляет работой калькулятора.

Как работает индикатор на жидких кристаллах.

Жидкие кристаллы - это специальные молекулы, которые при приложении между ними напряжения поворачиваются и меняют поляризацию света.

Это картиночка для одного пиксела цветного ЖКИ, но в монохромных там то же самое, только нет светофильтра.

Спереди и сзади жидких кристаллов ставят так называемый поляризационный фильтр. Он обычный свет преобразует в поляризованный (например, образно говоря, в "вертикальный"). Если напряжение не приложено, то "вертикально" поляризованный свет проходит через жидкие кристаллы, поворачивает плоскость поляризации, отражается от задней поверхности и идет обратно. Мы видим прозрачный экран. На стекле индикатора спереди нарисованы прозрачные токопроводящие линии в форме сегментов цифр, точек или других символов. Сзади также есть токопроводящая область. Когда возникает напряжение между токопроводящими проводниками (спереди и сзади), то между ними жидкие кристаллы поворачиваются и меняют свою плоскость поляризации так, что через задний поляризационный фильтр уже не проходят. Оттого на том сегменте, где есть напряжение между передней и задней поверхностью стекла, возникает невидимая область - сегмент "светится".

Если приглядеться под определенным углом, то в отраженном свете будут видны эти прозрачные проводники.

На самом деле ориентация поляризации не "вертикальная" и "горизонтальная", а "наклоненная" под углом в 45 градусов "вправо" или "влево". Если взять светофильтр и перевернуть вверх ногами, то поляризация будет не "вправо", а "влево". И изначально он будет не пропускать свет, а задерживать.

Для экономии количества один проводник отображает и подведен не к одному сегменту, а к нескольким сразу. Чтобы они не зажигались сразу все, с задней стороны стекла рисуют не один общий проводник, а тоже несколько. Получается, что спереди контакты подведены к нескольким сегментами по вертикали, а с задней стороны по горизонтали. На схеме ниже показана схема индикатора.
Там есть еще такая хитрость, что напряжение нужно прикладывать не постоянное, а переменное (прямоугольные импульсы частотой 20-40 Гц). Иначе деградирует индикатор.

Для простых индикаторов с одним общим проводником импульсы совпадают по фазе, когда не надо отображать сегмент (спереди и сзади разность потенциалов будет одинаковой) и не совпадают по фазе, когда надо отобразить (тогда спереди будет "0", и сзади "1", а через некоторое время полярность поменяется, и будет спереди "1", а сзади - "0", и так далее). В тех индикаторах на общий проводник подается меандр (просто частота), а на отображаемые сегменты - совпадение логического уровня с общим (не горит) и не совпадение (горит).

В индикаторе нашего калькулятора используется три общих проводника. Там все сложнее. Простыми логическими уровнями не обойдешься. Чтобы обеспечить переменное напряжение и отсутствие постоянной составляющей используются уровни напряжений в 1/3 и 2/3 от максимума. В итоге форма импульсов будет ступенчатой. На схеме ниже показаны эпюры таких импульсов.

А теперь самое главное и самое интересное - микросхема процессора.

Это фотографии кристаллов отечественных калькуляторов, сделанных на микросхемах К145ИП7 (слева) и К145ИП11 (справа). Фотографии взяты с интересного сайта "Радиокартинки".

Микропроцессор калькулятора принципом работы очень мало отличается от обычного персонального компьютера с процессором, памятью, клавиатурой и видеокартой.
Если быстро посмотреть на фото кристаллов, то можно примерно поделить на три области: область постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) с программной ("прошивкой"), область оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), где хранятся регистры памяти калькулятора, и остальные цепи процессора, которые включают арифметическо-логическое устройство (АЛУ), драйвер индикатора, драйвер клавиатуры, преобразователи напряжения и другие вспомогательные цепи.

Это структурная схема процессора калькулятора МК-62.
В верхней части мы видим, что есть блоки:
- генератор опорной частоты (ГОЧ), который задает частоту, с которой регенерируется изображение на индикаторе;
- схема удвоения напряжения, умножающая напряжение солнечное батареи на два, чтобы хватило для индикатора;
- генератор, формирователь импульсов общих электродов и регистр-формирователь сегментного кода постоянно выводят заданные для вывода сегменты на индикатор. Там есть специальный регистр памяти, куда микропроцессор записывает информацию, какие надо отображать сегменты, а какие не надо. После этого процессор не отвлекается на отображение, и эти блоки выводят все сами;
- ОЗУ с регистрами данных и ПЗУ с прошивкой;
- и узел с процессором, состоящим из АЛУ с обвязкой. Счетчик адреса АЛУ выбирает очередное слово программы из ПЗУ. Разрядность этого слова может быть разной в разных калькуляторах. Отдельные биты в слове определяют работу АЛУ: например, сложить два 4-х битных числа из регистров, или считать из ОЗУ цифру, или сравнить два числа, или сдвинуть на один разряд и т. д.

Как работает микропроцессор.

Сначала срабатывает сброс по питанию. При подаче электричества специальный узел заставляет программу работать с начального адреса. Команда за командой извлекается из ПЗУ и исполняется. Вначале происходит обнуление регистров, формирование числа "0.", сброс всяких признаков переполнения, операций и прочее. После сброса программа ожидает события от клавиатуры (нажатие кнопки).
Когда нажата кнопка, то процессор через некоторое время еще раз опрашивает клавиатуру, чтобы подавить дребезг кнопок (когда из-за плохого контакта может произойти одновременно несколько нажатий).
А дальше, в зависимости от предыдущих состояний, он по программе определяет, что с этим нажатием делать. Например, если идет ввод числа и введена цифра, то продолжить ввод. Если нажата кнопка операции, то выполнить операцию.
Сам алгоритм и логика выполнения операций целиком лежит на ПЗУ и программистах, которые писали прошивки.
Что интересно, все простые операции выполняются так, как их учат в школе.
- сложение и вычитание. В столбик. Выравниваются порядки двух введенных чисел и происходит сложение или вычитание.
- умножение и деление. Так же в столбик. Разряд за разрядом. Сначала последовательным сложением умножают на младшую цифру множителя, затем вторую и так далее до старшей. Деление - последовательным вычитанием.
После выполнения операции отдельная подпрограмма нормализует результат: отбрасывает незначащие нули и сдвигает его вправо.
Если в калькуляторе есть тригонометрические функции, то они также выполняются, как их запрограммировал программист. Есть разные способы вычисления элементарных функций: разложение в ряд Тейлора или по методу "Cordic".

Я обратил внимание, что довольно часто спрашивают, как работает обычный калькулятор. Думал, что в интернете должно быть много статей по этому поводу, но что-то мне ничего дельного не попалось. Википедия, как обычно, слишком мудрит, и я подумал, что будет неплохо, если вкратце опишу принцип его работы.

Существует огромное количество всевозможных моделей калькуляторов. Есть простые, есть сложные. С питанием от солнечных батарей или от сети. Есть обычные, программируемые, бухгалтерские, специализированные модели. Порой, и не найдешь той грани, которая отделяет калькулятор от компьютера.

Я буду описывать работу самой простой модели калькулятора.

Это калькулятор CASIO HS-8LU. Они примерно все работают одинаково. По большому счету, в простых моделях ничего не меняется уже лет тридцать.

Калькулятор состоит из корпуса, клавиатуры с резиновыми кнопками и платы.

В данной модели плата сделана в виде пленки с нанесенными на нее проводниками. Питание - от солнечной батареи. Над солнечной батареей расположен жидкокристаллический индикатор.
На задней крышке корпуса расположены токопроводящие контакты. При нажатии на кнопку она прижимает пленку к задней крышке и происходит электрический контакт. Часто токопроводящий контакт наносят на обратную сторону кнопки. В том случае сама кнопка прижимается к плате для создания контакта.

С обратной стороны под солнечной батареей расположен чип микропроцессора. Он управляет работой калькулятора.

Как работает индикатор на жидких кристаллах.

Жидкие кристаллы - это специальные молекулы, которые при приложении между ними напряжения поворачиваются и меняют поляризацию света.

Это картиночка для одного пиксела цветного ЖКИ, но в монохромных там то же самое, только нет светофильтра.

Спереди и сзади жидких кристаллов ставят так называемый поляризационный фильтр. Он обычный свет преобразует в поляризованный (например, образно говоря, в "вертикальный"). Если напряжение не приложено, то "вертикально" поляризованный свет проходит через жидкие кристаллы, поворачивает плоскость поляризации, отражается от задней поверхности и идет обратно. Мы видим прозрачный экран. На стекле индикатора спереди нарисованы прозрачные токопроводящие линии в форме сегментов цифр, точек или других символов. Сзади также есть токопроводящая область. Когда возникает напряжение между токопроводящими проводниками (спереди и сзади), то между ними жидкие кристаллы поворачиваются и меняют свою плоскость поляризации так, что через задний поляризационный фильтр уже не проходят. Оттого на том сегменте, где есть напряжение между передней и задней поверхностью стекла, возникает невидимая область - сегмент "светится".

Если приглядеться под определенным углом, то в отраженном свете будут видны эти прозрачные проводники.

На самом деле ориентация поляризации не "вертикальная" и "горизонтальная", а "наклоненная" под углом в 45 градусов "вправо" или "влево". Если взять светофильтр и перевернуть вверх ногами, то поляризация будет не "вправо", а "влево". И изначально он будет не пропускать свет, а задерживать.

Для экономии количества один проводник отображает и подведен не к одному сегменту, а к нескольким сразу. Чтобы они не зажигались сразу все, с задней стороны стекла рисуют не один общий проводник, а тоже несколько. Получается, что спереди контакты подведены к нескольким сегментами по вертикали, а с задней стороны по горизонтали. На схеме ниже показана схема индикатора.
Там есть еще такая хитрость, что напряжение нужно прикладывать не постоянное, а переменное (прямоугольные импульсы частотой 20-40 Гц). Иначе деградирует индикатор.

Для простых индикаторов с одним общим проводником импульсы совпадают по фазе, когда не надо отображать сегмент (спереди и сзади разность потенциалов будет одинаковой) и не совпадают по фазе, когда надо отобразить (тогда спереди будет "0", и сзади "1", а через некоторое время полярность поменяется, и будет спереди "1", а сзади - "0", и так далее). В тех индикаторах на общий проводник подается меандр (просто частота), а на отображаемые сегменты - совпадение логического уровня с общим (не горит) и не совпадение (горит).

В индикаторе нашего калькулятора используется три общих проводника. Там все сложнее. Простыми логическими уровнями не обойдешься. Чтобы обеспечить переменное напряжение и отсутствие постоянной составляющей используются уровни напряжений в 1/3 и 2/3 от максимума. В итоге форма импульсов будет ступенчатой. На схеме ниже показаны эпюры таких импульсов.

А теперь самое главное и самое интересное - микросхема процессора.

Это фотографии кристаллов отечественных калькуляторов, сделанных на микросхемах К145ИП7 (слева) и К145ИП11 (справа). Фотографии взяты с интересного сайта "Радиокартинки".

Микропроцессор калькулятора принципом работы очень мало отличается от обычного персонального компьютера с процессором, памятью, клавиатурой и видеокартой.
Если быстро посмотреть на фото кристаллов, то можно примерно поделить на три области: область постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) с программной ("прошивкой"), область оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), где хранятся регистры памяти калькулятора, и остальные цепи процессора, которые включают арифметическо-логическое устройство (АЛУ), драйвер индикатора, драйвер клавиатуры, преобразователи напряжения и другие вспомогательные цепи.

Это структурная схема процессора калькулятора МК-62.
В верхней части мы видим, что есть блоки:
- генератор опорной частоты (ГОЧ), который задает частоту, с которой регенерируется изображение на индикаторе;
- схема удвоения напряжения, умножающая напряжение солнечное батареи на два, чтобы хватило для индикатора;
- генератор, формирователь импульсов общих электродов и регистр-формирователь сегментного кода постоянно выводят заданные для вывода сегменты на индикатор. Там есть специальный регистр памяти, куда микропроцессор записывает информацию, какие надо отображать сегменты, а какие не надо. После этого процессор не отвлекается на отображение, и эти блоки выводят все сами;
- ОЗУ с регистрами данных и ПЗУ с прошивкой;
- и узел с процессором, состоящим из АЛУ с обвязкой. Счетчик адреса АЛУ выбирает очередное слово программы из ПЗУ. Разрядность этого слова может быть разной в разных калькуляторах. Отдельные биты в слове определяют работу АЛУ: например, сложить два 4-х битных числа из регистров, или считать из ОЗУ цифру, или сравнить два числа, или сдвинуть на один разряд и т. д.

Как работает микропроцессор.

Сначала срабатывает сброс по питанию. При подаче электричества специальный узел заставляет программу работать с начального адреса. Команда за командой извлекается из ПЗУ и исполняется. Вначале происходит обнуление регистров, формирование числа "0.", сброс всяких признаков переполнения, операций и прочее. После сброса программа ожидает события от клавиатуры (нажатие кнопки).
Когда нажата кнопка, то процессор через некоторое время еще раз опрашивает клавиатуру, чтобы подавить дребезг кнопок (когда из-за плохого контакта может произойти одновременно несколько нажатий).
А дальше, в зависимости от предыдущих состояний, он по программе определяет, что с этим нажатием делать. Например, если идет ввод числа и введена цифра, то продолжить ввод. Если нажата кнопка операции, то выполнить операцию.
Сам алгоритм и логика выполнения операций целиком лежит на ПЗУ и программистах, которые писали прошивки.
Что интересно, все простые операции выполняются так, как их учат в школе.
- сложение и вычитание. В столбик. Выравниваются порядки двух введенных чисел и происходит сложение или вычитание.
- умножение и деление. Так же в столбик. Разряд за разрядом. Сначала последовательным сложением умножают на младшую цифру множителя, затем вторую и так далее до старшей. Деление - последовательным вычитанием.
После выполнения операции отдельная подпрограмма нормализует результат: отбрасывает незначащие нули и сдвигает его вправо.
Если в калькуляторе есть тригонометрические функции, то они также выполняются, как их запрограммировал программист. Есть разные способы вычисления элементарных функций: разложение в ряд Тейлора или по методу "Cordic".

Держите под рукой старый калькулятор, поскольку добраться к программному через меню слишком долго? «Блог системного администратора» расскажет, как поместить значок приложения в быстрый доступ.

Дополнительно применяются команды: методы универсальны, не зависят от особенностей интерфейса.

Выберите наиболее подходящий для вас метод, исходя из сформировавшихся предпочтений, состояния зрения, качества и размера монитора.

В главном меню

Не нравятся лишние ярлыки на рабочем столе? Поместите Калькулятор на панель задач ОС. Преимущества:

  • выглядит аккуратно;
  • всегда под рукой.

Недостаток: значок маленький. Рекомендую пользователям с хорошим зрением.

Последовательность действий:

  1. Войдите в главное меню (кнопка «Пуск» с лого Windows в левом нижнем углу экрана).
  2. Прокрутите список элементов меню до значка приложения.


Закрепите на панели задач — используйте соответствующий подпункт контекстного меню из пункта «Дополнительно». Доступ к меню — по щелчку правой кнопкой мыши.


Ярлык для доступа к программе располагается на панели задач. Перемещайте курсором мыши, чтобы достичь наиболее удобного расположения.


Через системный поиск

Щелкните по значку-лупе на панели задач для доступа к строке поиска по ОС — располагается в нижней части нового окна. Напечатайте в строке: калькулятор.

В правой части окна находится перечень доступных действий. Щелкните по опции закрепления на панели задач.

В итоге: пиктограмма приложения размещена на панели задач. Сдвигайте мышью влево или вправо, чтобы она располагалась там, где удобнее.


В Проводнике

Откройте Проводник для навигации по файловой системе. Перейдите в каталог System32. Располагается в папке Windows на основном диске (C).

Щелкните по подпункту создания ярлыка пункта «Создать» контекстного меню исполняемого файла программы (calc, calc.exe — если включено отображение расширений).


Перетащите мышью на рабочий стол. Расположите в наиболее удобном месте экрана. Переименуйте, чтобы не возникало сомнений в том, к какой программе ярлык обеспечивает доступ (при желании или необходимости).


Примените опцию закрепления на панели задач из контекстного меню исполняемого файла программы, если предпочитаете расположить пиктограмму там, а не на рабочем столе.


Расположите ярлык и на рабочем столе и на панели задач для более удобного доступа. Ситуации выбора в данном случае нет — возможно совместить и то и другое.

Вручную

Последовательность:

  1. Определите место на рабочем столе, где станет располагаться ярлык программы.
  2. Щелкните правой кнопкой мыши для перехода к выбору действия.
  3. Кликните по подпункту «Ярлык» пункта «Создать».
  4. Пользователю предложено выбрать элемент, для которого создается ярлык.
  5. Укажите путь к программе. Напоминаю, она располагается в папке System32 каталога Windows на системном диске C. Перейдите далее, к следующему шагу создания значка.
  6. Назовите так, чтобы вам было понятно, о какой программе идет речь.
  7. Готово, пиктограмма для запуска программы — на рабочем столе.


Командой

Команда порой самый простой метод выполнения задачи на ПК. Не понадобятся лишние ярлыки, навигация по элементам графического интерфейса и меню.

Что делать? Рассказываю:


Консоль

Откройте командную строку (ввод cmd в строке ввода окна «Выполнить»). Введите и примените (клавиша Enter) команду calc


Командой PowerShell

Щелчком по соответствующему пункту контекстного меню кнопки «Пуск» откройте PowerShell. Введите: calc
После нажатия на клавишу Enter откроется окно Калькулятора.


Какой способ быстрого доступа к софту вы предпочитаете? Поделитесь своим мнением в комментариях.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Держите под рукой старый калькулятор, поскольку добраться к программному через меню слишком долго? «Блог системного администратора» расскажет, как поместить значок приложения в быстрый доступ.

Дополнительно применяются команды: методы универсальны, не зависят от особенностей интерфейса.

Выберите наиболее подходящий для вас метод, исходя из сформировавшихся предпочтений, состояния зрения, качества и размера монитора.

В главном меню

Не нравятся лишние ярлыки на рабочем столе? Поместите Калькулятор на панель задач ОС. Преимущества:

  • выглядит аккуратно;
  • всегда под рукой.

Недостаток: значок маленький. Рекомендую пользователям с хорошим зрением.

Последовательность действий:

  1. Войдите в главное меню (кнопка «Пуск» с лого Windows в левом нижнем углу экрана).
  2. Прокрутите список элементов меню до значка приложения.


Закрепите на панели задач — используйте соответствующий подпункт контекстного меню из пункта «Дополнительно». Доступ к меню — по щелчку правой кнопкой мыши.


Ярлык для доступа к программе располагается на панели задач. Перемещайте курсором мыши, чтобы достичь наиболее удобного расположения.


Через системный поиск

Щелкните по значку-лупе на панели задач для доступа к строке поиска по ОС — располагается в нижней части нового окна. Напечатайте в строке: калькулятор.

В правой части окна находится перечень доступных действий. Щелкните по опции закрепления на панели задач.

В итоге: пиктограмма приложения размещена на панели задач. Сдвигайте мышью влево или вправо, чтобы она располагалась там, где удобнее.


В Проводнике

Откройте Проводник для навигации по файловой системе. Перейдите в каталог System32. Располагается в папке Windows на основном диске (C).

Щелкните по подпункту создания ярлыка пункта «Создать» контекстного меню исполняемого файла программы (calc, calc.exe — если включено отображение расширений).


Перетащите мышью на рабочий стол. Расположите в наиболее удобном месте экрана. Переименуйте, чтобы не возникало сомнений в том, к какой программе ярлык обеспечивает доступ (при желании или необходимости).


Примените опцию закрепления на панели задач из контекстного меню исполняемого файла программы, если предпочитаете расположить пиктограмму там, а не на рабочем столе.


Расположите ярлык и на рабочем столе и на панели задач для более удобного доступа. Ситуации выбора в данном случае нет — возможно совместить и то и другое.

Вручную

Последовательность:

  1. Определите место на рабочем столе, где станет располагаться ярлык программы.
  2. Щелкните правой кнопкой мыши для перехода к выбору действия.
  3. Кликните по подпункту «Ярлык» пункта «Создать».
  4. Пользователю предложено выбрать элемент, для которого создается ярлык.
  5. Укажите путь к программе. Напоминаю, она располагается в папке System32 каталога Windows на системном диске C. Перейдите далее, к следующему шагу создания значка.
  6. Назовите так, чтобы вам было понятно, о какой программе идет речь.
  7. Готово, пиктограмма для запуска программы — на рабочем столе.


Командой

Команда порой самый простой метод выполнения задачи на ПК. Не понадобятся лишние ярлыки, навигация по элементам графического интерфейса и меню.

Что делать? Рассказываю:


Консоль

Откройте командную строку (ввод cmd в строке ввода окна «Выполнить»). Введите и примените (клавиша Enter) команду calc


Командой PowerShell

Щелчком по соответствующему пункту контекстного меню кнопки «Пуск» откройте PowerShell. Введите: calc
После нажатия на клавишу Enter откроется окно Калькулятора.


Какой способ быстрого доступа к софту вы предпочитаете? Поделитесь своим мнением в комментариях.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также: