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계산기
규칙을 포함한 계산 또는 여러 엔지니어링 계산을 수행하는 장치 위키백과, 무료 백과사전
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다른 뜻에 대해서는 계산기 (동음이의) 문서를 참고하십시오.전자계산기(電子計算器) 또는 계산기(計算器·計算機, 영어: electronic calculator, 문화어: 전자수판)는 일반적으로 기본적인 산술부터 복잡한 수학에 이르기까지 계산을 수행하는 데 사용되는 휴대용 전자 장치이다.
최초의 솔리드 스테이트 전자 계산기는 1960년대 초에 만들어졌다. 1970년대에는 주머니 크기의 장치가 출시되었는데, 특히 일본 계산기 회사인 부시콤을 위해 인텔이 최초의 마이크로프로세서인 인텔 4004를 개발한 후 더욱 그러했다. 현대 전자 계산기는 저렴한 경품용 신용카드 크기 모델부터 내장형 프린터가 있는 견고한 데스크톱 모델까지 다양하다. 1970년대 중반 집적 회로의 통합으로 크기와 비용이 줄어들면서 인기를 얻었다. 그 10년이 끝날 무렵, 가격은 대부분의 사람들이 기본적인 계산기를 구입할 수 있을 정도로 떨어졌고 학교에서 흔히 볼 수 있게 되었다.
범용 계산기 외에도 특정 시장을 위해 설계된 계산기가 있다. 예를 들어, 삼각 함수 및 통계 계산을 포함하는 공학용 계산기가 있다. 일부 계산기는 기호계산을 수행할 수 있는 기능도 가지고 있다. 그래프 계산기는 실수선 또는 고차원 유클리드 공간에 정의된 함수를 그래프로 나타내는 데 사용할 수 있다. 2016년 기준[update], 기본 계산기는 가격이 저렴하지만, 공학용 및 그래프 모델은 더 비싼 경향이 있다.[1]
초기 유닉스 시대부터 운영체제에는 dc 및 hoc과 같은 대화형 계산기 컴퓨터 프로그램이 포함되었고, 대화형 베이직은 대부분의 1970년대 및 1980년대 가정용 컴퓨터에서 계산을 수행하는 데 사용될 수 있었다. 계산기 기능은 대부분의 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 개인 정보 단말기 (PDA) 유형 장치에 포함되어 있다. 스마트폰 등의 매우 광범위한 가용성으로 인해, 전용 하드웨어 계산기는 여전히 널리 사용되지만, 한때보다 덜 흔해졌다. 1986년에는 계산기가 세계 범용 정보 계산 하드웨어 용량의 약 41%를 차지했다. 2007년까지 이 수치는 0.05% 미만으로 감소했다.[2]
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디자인
요약
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입력
전자 계산기는 키보드에 숫자와 산술 연산을 위한 버튼이 있다. 일부는 "00" 및 "000" 버튼을 포함하여 더 크거나 작은 수를 더 쉽게 입력할 수 있도록 한다.[3] 대부분의 기본 계산기는 각 버튼에 하나의 숫자 또는 연산만 할당한다. 그러나 더 특수한 계산기에서는 버튼이 키 조합과 함께 여러 기능을 수행할 수 있다.
디스플레이 출력
계산기는 일반적으로 과거의 발광 다이오드 (LED) 디스플레이 및 진공 형광 디스플레이 (VFD) 대신 액정 디스플레이 (LCD)를 출력으로 사용한다. 자세한 내용은 #기술적 개선 섹션에서 제공된다.
읽기 편의성을 높이기 위해 큰 숫자가 자주 사용된다. 분수 대신 또는 분수와 함께 소수점 (보통 쉼표 대신 점)을 사용한다. 기능 명령어에 대한 다양한 기호도 디스플레이에 표시될 수 있다. 1⁄3과 같은 분수는 예를 들어 0.33333333로 반올림된 십진수 근삿값으로 표시된다. 또한, 일부 분수(예: 14 유효숫자까지 0.14285714285714인 1⁄7)는 십진법 형태로 인식하기 어려울 수 있다. 결과적으로 많은 공학용 계산기는 분수 또는 대분수로 작동할 수 있다.
메모리
계산기는 컴퓨터 메모리에 숫자를 저장할 수도 있다. 기본 계산기는 일반적으로 한 번에 하나의 숫자만 저장한다. 더 특수한 유형은 변수로 표시된 여러 숫자를 저장할 수 있다. 일반적으로 이 변수들은 ans 또는 ans(0)으로 명명된다.[4] 변수는 공식을 구성하는 데도 사용될 수 있다. 일부 모델은 더 많은 숫자를 저장하기 위해 메모리 용량을 확장할 수 있는 기능을 가지고 있으며, 확장된 메모리 주소는 배열 인덱스라고 불린다.
전원
계산기의 전원은 전지, 태양 전지 또는 주전원 (구형 모델의 경우)이며, 개폐기 또는 버튼으로 켠다. 일부 모델은 전원 끄기 버튼이 없지만 (예를 들어 잠시 아무 조작도 하지 않거나, 태양 전지 노출을 가리거나, 덮개를 닫는 등) 전원을 끄는 방법을 제공한다. 크랭크 구동 계산기는 초기 컴퓨터 시대에도 흔했다.
키 배열
다음 키는 대부분의 포켓 계산기에 공통적으로 사용된다. 숫자의 배열은 표준이지만, 다른 키의 위치는 모델마다 다르다. 그림은 예시이다.
| MC 또는 CM | Memory Clear | 일반적인 기초 포켓 계산기
|
| MR, RM, 또는 MRC | Memory Recall | |
| M− | Memory Subtraction | |
| M+ | Memory Addition | |
| C 또는 AC | All Clear | |
| CE | Clear (last) Entry; 때로는 CE/C라고도 불린다: 첫 번째 누름은 마지막 입력(CE)을 지우고, 두 번째 누름은 전체(C)를 지운다. | |
| ± 또는 CHS | 양수/음수 전환 즉, CHange Sign | |
| % | 백분율 | |
| ÷ | 나눗셈 | |
| × | 곱셈 | |
| − | 뺄셈 | |
| + | 덧셈 | |
| . | 소수점 | |
| √ | 제곱근 | |
| = | 결과 |
계산기 및 기타 숫자 키패드에 있는 숫자 배열은 1-2-3 키 두 줄 위에 7-8-9 키가 있는 형태로, 계산기와 금전등록기에서 유래했다. 이 배열은 1-2-3 키가 맨 위에 있고 7-8-9 키가 세 번째 줄에 있는 전화 터치톤 키패드의 배열과 현저히 다르다.
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내부 작동
요약
관점
일반적으로 기본적인 전자 계산기는 다음 구성 요소로 구성된다.[5]
- 전원 (주전원, 전지 및 태양 전지)
- 키패드 (입력 장치) – 숫자와 기능 명령어 (덧셈, 곱셈, 제곱근, 백분율 등)를 입력하는 데 사용되는 키로 구성된다.
- 디스플레이 패널 (출력 장치) – 입력 숫자, 명령어 및 결과를 표시한다. 액정 디스플레이 (LCD), 진공 형광 디스플레이 (VFD), 발광 다이오드 (LED) 디스플레이는 기본적인 계산기에서 각 숫자를 나타내기 위해 7세그먼트를 사용한다. 고급 계산기는 도트 매트릭스 디스플레이를 사용할 수 있다.
- 인쇄 계산기는 디스플레이 패널 외에 인쇄 메커니즘을 사용하여 종이 롤에 잉크로 결과를 인쇄하는 인쇄 장치를 가지고 있다.
- 프로세서 칩셋 (마이크로프로세서 또는 중앙 처리 장치).
프로세서 칩셋의 클럭 속도는 중앙 처리 장치 (CPU)가 실행되는 주파수를 나타낸다. 이는 프로세서 속도의 지표로 사용되며 초당 클럭 사이클 또는 헤르츠 (Hz)로 측정된다. 기본적인 계산기의 경우, 속도는 수백 헤르츠에서 킬로헤르츠 범위까지 다양할 수 있다.
예시
간단한 4기능 계산기에서 계산이 어떻게 수행되는지에 대한 기본적인 설명:
25 + 9 계산을 수행하려면 대부분의 계산기에서 다음 순서로 키를 누른다: 2 5 + 9 =
- 2 5가 입력되면 스캐닝 장치에 의해 감지된다. 숫자 25는 인코딩되어 X 레지스터로 전송된다.
- 다음으로, + 키를 누르면 "덧셈" 명령도 인코딩되어 플래그 또는 상태 레지스터로 전송된다.
- 두 번째 숫자 9는 인코딩되어 X 레지스터로 전송된다. 이로 인해 첫 번째 숫자가 Y 레지스터로 "푸시"(이동)된다.
- = 키를 누르면 플래그 또는 상태 레지스터의 "메시지"(신호)가 영구 또는 비휘발성 메모리에 수행할 연산이 "덧셈"임을 알린다.
- X 및 Y 레지스터의 숫자는 ALU로 로드되고, 영구 또는 비휘발성 메모리의 지시에 따라 계산이 수행된다.
- 결과인 34는 X 레지스터로 다시 전송(이동)된다. 거기서 복호화 장치에 의해 십진수(일반적으로 이진화 십진법)로 변환된 다음 디스플레이 패널에 표시된다.
다른 기능은 일반적으로 반복적인 덧셈 또는 뺄셈을 사용하여 수행된다.
숫자 표현
대부분의 포켓 계산기는 이진수 대신 이진화 십진법 (BCD)으로 모든 계산을 수행한다. BCD는 숫자 값이 표시되어야 하는 전자 시스템, 특히 디지털 논리로만 구성되고 마이크로프로세서가 없는 시스템에서 흔하다. BCD를 사용하면 각 숫자를 별도의 단일 서브 회로로 처리하여 표시를 위한 숫자 데이터 조작을 크게 단순화할 수 있다. 이는 디스플레이 하드웨어의 물리적 현실과 훨씬 더 밀접하게 일치한다. 예를 들어, 설계자는 일련의 별도 동일한 7세그먼트 표시 장치를 사용하여 측정 회로를 구축할 수 있다. 숫자 양이 순수한 이진수로 저장되고 조작된다면, 이러한 디스플레이와의 인터페이스에는 복잡한 회로가 필요할 것이다. 따라서 계산이 비교적 간단한 경우, BCD를 통해 작업하면 이진수로 변환하는 것보다 전반적으로 더 간단한 시스템을 만들 수 있다. (예를 들어, CD는 트랙 번호를 BCD로 유지하여 99개 트랙으로 제한한다.)
이러한 유형의 하드웨어가 내장형 마이크로컨트롤러 또는 다른 소형 프로세서를 사용할 때도 동일한 논리가 적용된다. 종종 BCD 형식으로 숫자를 내부적으로 표현할 때 더 작은 코드가 생성되는데, 이진 표현으로의 변환 또는 이진 표현으로의 변환이 이러한 제한된 프로세서에서는 비용이 많이 들 수 있기 때문이다. 이러한 응용 분야의 경우 일부 소형 프로세서는 BCD 양을 조작하는 루틴을 작성할 때 도움이 되는 BCD 산술 모드를 제공한다.[6][7]
계산기에 추가 기능 (예: 제곱근 또는 삼각 함수)이 있는 경우, 높은 정밀도의 결과를 생성하기 위해 알고리즘 소프트웨어가 필요하다. 때로는 계산기 칩셋에 사용 가능한 제한된 메모리 공간에 모든 원하는 기능을 허용 가능한 계산 시간 내에 넣기 위해 상당한 설계 노력이 필요하다.[8]
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역사
요약
관점
전자 계산기의 전신
산술 계산을 돕기 위해 사용된 최초의 알려진 도구는 뼈(물품 집계에 사용됨), 조약돌, 계산판, 그리고 기원전 2000년 이전에 수메르인과 고대 이집트인에 의해 사용된 것으로 알려진 주판이었다.[9] 안티키티라 기계("시대를 초월한" 천문학 장치)를 제외하고, 계산 도구의 개발은 17세기 초에 이루어졌다: 갈릴레오의 기하학-군사 나침반, 네이피어의 로그 및 네이피어의 뼈, 그리고 에드먼드 건터의 계산자.[1]
르네상스 시대에는 1623년 빌헬름 시카르트가 기계식 계산기를 발명했고,[10] 나중에 1642년 블레즈 파스칼이 발명했다.[11] 이는 때때로 최소한의 인간 개입으로 네 가지 산술 연산을 모두 수행할 수 있는 장치로 과대 선전되기도 했다.[12] 파스칼 계산기는 두 숫자를 직접 더하고 뺄 수 있었고, 따라서 반복을 통해 곱셈과 나눗셈을 수행할 수 있었다. 수십 년 일찍 제작된 시카르트의 기계는 덧셈기를 사용하여 곱셈 및 나눗셈 과정을 용이하게 하는 기계화된 곱셈표 세트를 사용했다. 파스칼과 시카르트 중 누가 계산기 발명가로 인정되어야 하는지에 대한 논쟁이 있는데, 이는 두 발명의 차이점(다른 목적 등) 때문이다.[13] 시카르트와 파스칼에 이어 고트프리트 라이프니츠는 40년을 들여 4연산 기계식 계산기인 계단식 계산기를 설계하며 그 과정에서 라이프니츠의 바퀴를 발명했지만, 완전히 작동하는 기계를 설계하지는 못했다.[14] 17세기에는 계산 시계를 설계하려는 다섯 번의 실패한 시도도 있었다.[15]
18세기에는 조반니 폴레니가 최초의 완전한 기능을 갖춘 계산 시계와 4연산 기계를 발명하는 등 몇 가지 중요한 개선이 이루어졌지만, 이러한 기계는 거의 항상 단일 기종이었다. 루이지 토르키는 1834년에 최초의 직접 곱셈 기계를 발명했다. 이는 제임스 화이트(1822년)의 기계에 이어 세계에서 두 번째로 키 구동식 기계였다.[16] 진정한 발전이 시작된 것은 19세기와 산업 혁명 이후였다. 19세기 이전에도 네 가지 산술 기능을 모두 수행할 수 있는 기계가 존재했지만, 산업 혁명 직전 제조 및 제작 공정의 개선으로 더 작고 현대적인 장치의 대량 생산이 가능해졌다. 1820년에 4연산 기계식 계산기로 발명된 산술기는 1851년에 덧셈기로 생산에 출시되어 최초의 상업적으로 성공적인 장치가 되었다. 40년 후인 1890년까지 약 2,500대의 산술기가 판매되었고,[17] 두 개의 산술기 복제 제조업체(독일 부르크하르트, 1878년 및 영국 레이턴, 1883년)와 유일한 다른 상업 생산 경쟁업체인 펠트와 타란트가 수백 대의 컴포토미터를 판매했다.[18]
익숙한 푸시 버튼 사용자 인터페이스는 1902년에 미국의 제임스 L. 달튼이 개발한 달튼 덧셈기가 도입되면서 개발되었다.
1921년 이디스 클라크는 쌍곡선 함수를 포함하는 선 방정식을 푸는 간단한 그래프 기반 계산기인 "클라크 계산기"를 발명했다. 이를 통해 전기 기술자들은 전력 전송선의 유도계수 및 전기 용량 계산을 단순화할 수 있었다.[19]
쿠르타 계산기는 1948년에 개발되었으며, 비록 값비쌌지만 휴대성 때문에 인기를 얻었다. 이 순수 기계식 휴대용 장치는 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈을 할 수 있었다. 1970년대 초반에 전자식 포켓 계산기가 기계식 계산기의 생산을 종식시켰지만, 쿠르타는 여전히 인기 있는 수집품으로 남아 있다.
전자 계산기의 발전
최초의 메인프레임은 1940년대와 1950년대에 등장했으며, 처음에는 진공관을 사용하다가 나중에는 논리 회로에 트랜지스터를 사용했다. 컴퓨터를 위해 개발된 전자 회로는 전자 계산기에도 적용되었다.
일본의 카시오 컴퓨터 회사는 1957년에 세계 최초의 완전 전기식 (상대적으로) 소형 계산기인 모델 14-A 계산기를 출시했다. 이 계산기는 전자 논리를 사용하지 않고 전자계전기 기술을 기반으로 했으며 책상에 내장되었다. IBM 608 플러그보드 프로그래머블 계산기는 IBM의 최초의 완전 트랜지스터 제품으로 1957년에 출시되었다. 이는 천공 카드에 입출력을 사용하는 콘솔형 시스템으로, 이전의 더 큰 진공관 IBM 603을 대체했다.
1961년 10월, 세계 최초의 완전 전자식 데스크톱 계산기인 영국 벨 펀치/Sumlock Comptometer ANITA (A New Inspiration To Arithmetic/Accounting)가 발표되었다.[20][21] 이 기계는 회로에 진공관, 냉음극관 및 데카트론을 사용했으며, 12개의 냉음극 닉시관을 디스플레이로 사용했다. 두 가지 모델이 전시되었는데, 대륙 유럽용 Mk VII와 영국 및 기타 지역용 Mk VIII로, 둘 다 1962년 초부터 배송되었다. Mk VII는 곱셈 방식이 더 복잡한 약간 초기 디자인이었고, 더 간단한 Mark VIII를 선호하여 곧 폐기되었다. ANITA는 당시 기계식 컴포토미터와 유사한 전체 키보드를 가지고 있었는데, 이는 ANITA와 이후의 샤프 CS-10A 전자 계산기에서만 볼 수 있는 독특한 기능이었다. ANITA는 거대한 튜브 시스템 때문에 약 33 파운드 (15 kg)의 무게가 나갔다.[22] 벨 펀치는 "플러스" 및 "섬록"이라는 이름으로 컴포토미터 유형의 키 구동식 기계식 계산기를 생산해 왔으며, 1950년대 중반에 계산기의 미래가 전자 공학에 있음을 깨달았다. 그들은 초기 영국 파일럿 에이스 컴퓨터 프로젝트에 참여했던 젊은 졸업생 노르베르트 키츠를 고용하여 개발을 주도했다. ANITA는 유일한 전자 데스크톱 계산기였고 조용하고 빨랐기 때문에 잘 팔렸다.
ANITA의 튜브 기술은 1963년 6월 미국의 프리든 EC-130에 의해 대체되었는데, 이는 완전 트랜지스터 설계였고, 5-인치 (13 cm) 음극선관 (CRT)에 13자리 숫자 네 개를 표시할 수 있었으며, 당시 전기 기계식 계산기 가격의 약 3배인 2200달러에 역폴란드 표기법 (RPN)을 계산기 시장에 도입했다. 벨 펀치와 마찬가지로 프리든은 미래가 전자 공학에 있다고 판단한 기계식 계산기 제조업체였다. 1964년에는 더 많은 완전 트랜지스터 전자 계산기가 출시되었다. 샤프는 무게 25 킬로그램 (55 lb)에 가격이 500,000엔 (4528)인 CS-10A를 출시했고, 이탈리아의 IME는 IME 84를 출시했는데, 여러 개의 추가 키보드와 디스플레이 장치를 연결하여 여러 사람이 사용할 수 있도록 했다(동시에 사용하지는 못했지만). 빅터 3900은 개별 트랜지스터 대신 집적 회로를 처음으로 사용했지만, 생산 문제로 인해 1966년까지 판매가 지연되었다.
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이후 이들 및 다른 제조업체( 캐논, 마타트로닉스, 올리베티, SCM 코퍼레이션, 소니그룹, 도시바, 왕 연구소 등)의 전자 계산기 모델이 잇따라 출시되었다. 초기 계산기들은 수백 개의 게르마늄 트랜지스터를 사용했는데, 이는 실리콘 트랜지스터보다 저렴했고, 여러 회로 기판에 설치되었다. 사용된 디스플레이 유형은 CRT, 냉음극 닉시관, 그리고 필라멘트 램프였다. 메모리 기술은 주로 지연선 기억기 또는 자기코어 메모리를 기반으로 했지만, 도시바 "Toscal" BC-1411은 개별 부품으로 구성된 초기 형태의 동적 램을 사용한 것으로 보인다. 이미 더 작고 전력 소모가 적은 기계에 대한 열망이 있었다.
불가리아의 ELKA 6521[23][24]는 1965년에 도입되었으며, 중앙 계산 기술 연구소에서 개발되어 소피아의 엘렉트로니카 공장에서 제작되었다. 이름은 ELektronen KAlkulator에서 유래했으며, 무게는 약 8 kg (18 lb)이었다. 이는 제곱근 함수를 포함한 세계 최초의 계산기였다. 같은 해 말에는 (야광 디스플레이를 갖춘) ELKA 22[23][25][26]와 내장 프린터가 있는 ELKA 25가 출시되었다. 여러 다른 모델이 개발되었고, 1974년에는 최초의 포켓 모델인 ELKA 101이 출시되었다. 이 모델의 표기는 로마 문자로 되어 있었으며, 서방 국가로 수출되었다.[23][27][28][29]
프로그래머블 계산기
이 부분의 본문은 프로그래머블 계산기입니다.
최초의 데스크톱 프로그래머블 계산기는 1960년대 중반에 생산되었다. 여기에는 마타트로닉스 마타트론 (1964년)과 올리베티 프로그램마 101 (1965년 후반)이 포함되는데, 이들은 솔리드 스테이트 방식의 데스크톱, 인쇄, 부동 소수점, 대수 입력, 프로그래머블, 저장 프로그램 전자 계산기였다.[30][31] 둘 다 최종 사용자가 프로그래밍하여 결과를 출력할 수 있었다. 프로그램마 101은 훨씬 더 널리 보급되었고, 마그네틱 카드를 통한 프로그램 오프라인 저장 기능이 추가되었다.[31]
또 다른 초기 프로그래머블 데스크톱 계산기(아마도 일본 최초)는 1967년에 생산된 카시오 (AL-1000)였다. 이 계산기는 닉시관 디스플레이와 트랜지스터 전자 장치 및 페라이트 코어 메모리를 특징으로 했다.[32]
몬로 에픽 프로그래머블 계산기는 1967년에 출시되었다. 큰 인쇄형 데스크톱 장치로, 부속된 바닥에 세우는 논리 타워가 있었으며, 많은 컴퓨터와 유사한 기능을 수행하도록 프로그래밍할 수 있었다. 그러나 유일한 브랜치 명령어는 작업 스택 끝에서 프로그램 시작 명령으로 돌아가는 암시적인 무조건 분기 (GOTO)였다. 따라서 어떤 조건부 분기 (IF-THEN-ELSE) 논리도 포함할 수 없었다. 이 시대에는 조건부 분기의 부재가 때때로 프로그래머블 계산기와 컴퓨터를 구별하는 데 사용되었다.
최초의 소련 프로그래머블 데스크톱 계산기인 ISKRA 123은 전력망으로 구동되며 1970년대 초에 출시되었다.
1970년대~1980년대 중반
1960년대 중반의 전자 계산기는 수백 개의 트랜지스터를 여러 회로 기판에 사용하고 전력 소비량이 많아 AC 전원 공급 장치가 필요했기 때문에 크고 무거운 데스크톱 기계였다. 계산기에 필요한 논리를 점점 더 적은 수의 집적 회로 (칩)에 넣으려는 많은 노력이 있었고, 계산기 전자는 반도체 개발의 선두 주자 중 하나였다. 미국 반도체 제조업체들은 대규모 집적 (LSI) 반도체 개발에서 세계를 선도하며 개별 집적 회로에 점점 더 많은 기능을 집어넣었다. 이로 인해 일본 계산기 제조업체와 미국 반도체 회사 간의 제휴가 이루어졌다: 캐논은 텍사스 인스트루먼트와, 하야카와 전기 (나중에 샤프로 개칭)는 노스아메리칸 로크웰 마이크로일렉트로닉스 (나중에 로크웰 인터내셔널로 개칭)와, 부시콤은 모스텍과 인텔과, 제너럴 인스트루먼트는 산요 전기와 제휴했다.
포켓 계산기
1947년에 출시된 쿠르타는 네 가지 기본 산술 기능을 디지털 정밀도로 수행할 수 있는 최초의 포켓 계산기로, "후추 분쇄기와 섬뜩하게 닮았다"고 표현되는 크랭크 작동식 기계 장치였다.[33] 판독값은 11자리 정밀도의 디지털 방식이었다. 비교를 위해, 동시대의 10인치 계산자는 아날로그 계산을 사용하여 4자리 정밀도로만 답을 근사했다.[34] 쿠르타는 25년 동안 사용 가능한 최고의 포켓 계산기로 남아 있었다.[33]
1970년까지, 계산기는 저전력 소모 칩 몇 개만으로 만들 수 있게 되어, 충전식 배터리로 작동하는 휴대용 모델이 가능해졌다. 최초의 휴대용 계산기는 휴대용 계산기를 만들기 위한 연구 프로젝트에서 잭 킬비가 텍사스 인스트루먼트에서 개발을 이끈 1967년 프로토타입 Cal Tech이었다. 덧셈, 곱셈, 뺄셈, 나눗셈을 할 수 있었고, 출력 장치는 종이 테이프였다.[35][36][37][38][39][40] "Cal-Tech" 프로젝트의 결과로, 텍사스 인스트루먼트는 휴대용 계산기에 대한 주요 특허를 획득했다.[a]
최초로 상업적으로 생산된 휴대용 계산기는 1970년에 일본에서 등장했으며, 곧 전 세계적으로 판매되었다. 여기에는 산요 전기 ICC-0081 "미니 계산기", 캐논 포켓트로닉, 샤프 QT-8B "마이크로 컴펫"이 포함되었다. 캐논 포켓트로닉은 "Cal-Tech" 프로젝트에서 개발된 것이었다. 전통적인 디스플레이는 없었고, 숫자 출력은 감열지 테이프에 이루어졌다.
샤프는 크기와 전력 감소에 많은 노력을 기울여 1971년 1월에 샤프 EL-8을 출시했는데, 이는 Facit 1111로도 판매되었으며 거의 포켓 계산기에 가까웠다. 무게는 1.59파운드 (721그램)였고, 진공 형광 디스플레이, 충전식 니카드 배터리를 가졌으며, 초기 가격은 미화 395달러였다.
그러나 1971년 초 모스텍의 MK6010을 시작으로 "원칩 계산기"가 도입되면서 집적 회로 개발 노력이 정점에 달했고,[43] 그해 말 텍사스 인스트루먼트가 뒤를 이었다. 이러한 초기 휴대용 계산기는 매우 비쌌지만, 이러한 전자 공학의 발전과 디스플레이 기술 (예: 진공 형광 디스플레이, LED, LCD)의 발전은 몇 년 안에 모두가 사용할 수 있는 저렴한 포켓 계산기로 이어졌다.
1971년에 피코 일렉트로닉스[44]와 제너럴 인스트루먼트도 IC 분야에서의 첫 협력을 선보였는데, 몬로 로열 디지털 III 계산기를 위한 완전 단일 칩 계산기 IC였다. 피코는 단일 칩 계산기 IC를 만들려는 비전을 가진 다섯 명의 GI 설계 엔지니어들이 스핀오프한 회사였다. 피코와 GI는 급성장하는 휴대용 계산기 시장에서 상당한 성공을 거두었다.
최초의 진정한 포켓 크기 전자 계산기는 1971년 초에 출시된 부시콤 LE-120A "핸디"였다.[45] 일본에서 제작된 이 계산기는 LED 디스플레이를 사용한 최초의 계산기였고, 단일 집적 회로("원칩 계산기"로 선전됨)인 모스텍 MK6010을 사용한 최초의 휴대용 계산기였으며, 교체 가능한 배터리로 작동하는 최초의 전자 계산기였다. 4개의 AA 크기 셀을 사용하여 LE-120A는 4.9 by 2.8 by 0.9 인치 (124 mm × 71 mm × 23 mm) 크기였다.
최초의 유럽산 포켓 크기 계산기인 DB 800[46][47]은 1971년 5월 크로아티아 부에 (옛 유고슬라비아 사회주의 연방공화국)의 디지트론에서 4가지 기능과 8자리 디스플레이, 음수 및 계산 결과가 너무 길어 표시할 수 없다는 경고를 위한 특수 문자와 함께 만들어졌다.
미국에서 제작된 최초의 포켓 크기 계산기인 보마 901B(통칭 보마 브레인)는 5.2 by 3.0 by 1.5 인치 (132 mm × 76 mm × 38 mm) 크기로 1971년 가을에 4가지 기능과 8자리 빨간색 LED 디스플레이를 갖추고 US$240에 출시되었다. 한편, 1972년 8월에는 4가지 기능의 신클레어 이그제큐티브가 5.4 by 2.2 by 0.35 인치 (137.2 mm × 55.9 mm × 8.9 mm) 크기에 2.5 온스 (71 g)의 무게를 가진 최초의 슬림형 포켓 계산기가 되었으며, 당시 약 £79 (US$194)에 판매되었다. 10년이 끝날 무렵에는 비슷한 계산기가 £5 (6.67) 미만으로 가격이 떨어졌다. 텍사스 인스트루먼트와의 실패한 파트너십을 포함하여 2년간의 오랜 개발 끝에 엘도라도 일렉트로데이터는 1972년에 5가지 포켓 계산기를 출시했다. 어드민스트레이티브 매니지먼트에 따르면, 터치 매직이라는 계산기 중 하나는 "담배 한 갑보다 크지 않았다"고 한다.[48]
최초의 소련산 포켓형 계산기인 Elektronika B3-04[49]는 1973년 말에 개발되어 1974년 초에 판매되었다.
가장 저렴한 계산기 중 하나는 1973년 8월에 출시된 신클레어 캠브리지였다. 소매 가격은 £29.95 (39.93)였고, 키트 형태로 구입하면 £5 (6.67) 더 저렴했다. 나중 모델에는 일부 공학용 기능이 포함되었다. 신클레어 계산기는 경쟁사보다 훨씬 저렴했기 때문에 성공적이었다. 그러나 그들의 디자인은 초월함수 계산 시 느리고 정확도가 떨어지는 문제(최대 3자리 십진수 정확도)를 야기했다.[50]
공학용 포켓 계산기
한편, 휴렛 팩커드 (HP)는 포켓 계산기를 개발해 왔다. 1972년 초에 출시된 이 계산기는 당시 사용 가능했던 다른 기본적인 4기능 포켓 계산기와는 달리 계산자를 대체할 수 있는 과학 기능을 갖춘 최초의 포켓 계산기였다. 395달러짜리 HP-35는 거의 모든 후속 HP 엔지니어링 계산기와 마찬가지로 역폴란드 표기법 (RPN)을 사용하며, 이는 후위 표기법이라고도 불린다. "8 더하기 5"와 같은 계산은 RPN을 사용하여 8, Enter↑, 5, +를 누르면 수행된다. 이는 대수 중위 표기법인 8, +, 5, = 대신이다. 이 계산기는 35개의 버튼을 가지고 있었고 Mostek Mk6020 칩을 기반으로 했다.
최초의 소련 공학용 포켓형 계산기인 "B3-18"은 1975년 말에 완성되었다.
1973년, 텍사스 인스트루먼트 (TI)는 TI SR-10 (SR은 계산자를 의미)을 150달러에 출시했는데, 이는 과학적 기수법을 사용하는 대수 입력 포켓 계산기였다. 곧이어 TI SR-11에는 파이 (π)를 입력하는 키가 추가되었다. 다음 해에는 HP-35와 경쟁하기 위해 로그 및 삼각 함수 기능이 추가된 TI SR-50이 출시되었고, 1977년에는 대량 판매되는 TI-30 라인이 현재까지 생산되고 있다.
1978년, 특수 시장에 초점을 맞춘 새로운 회사인 캘큘레이티드 인더스트리스(Calculated Industries)가 설립되었다. 이 회사의 첫 번째 계산기인 Loan Arranger[51] (1978년)는 지불액과 미래 가치를 계산하는 과정을 단순화하기 위해 미리 프로그램된 기능을 갖춘 부동산 업계를 대상으로 한 포켓 계산기였다. 1985년 CI는 Construction Master[52]라는 건설 업계를 위한 계산기를 출시했는데, 이 계산기에는 일반적인 건설 계산(예: 각도, 계단, 지붕 수학, 피치, 높이, 길이, 피트-인치 분수 변환)이 미리 프로그램되어 있었다. 이는 건설 관련 계산기 라인의 첫 번째 제품이 될 것이다.
1970년대 중반의 진공 형광 디스플레이 (VFD)를 갖춘 아들러 81S 포켓 계산기.
카시오 CM-602 미니 전자 계산기는 1970년대에 기본적인 기능을 제공했다.
1972년 신클레어 이그제큐티브 포켓 계산기.
휴렛 팩커드 (1972년)의 세계 최초 공학용 포켓 계산기인 HP-35.
캐논 포켓트로닉 계산기는 종이 테이프 (1971년)를 사용하여 출력을 인쇄한다.
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프로그래머블 포켓 계산기
최초의 프로그래머블 포켓 계산기는 1974년의 HP-65로, 100개의 명령어를 저장할 수 있었고, 내장된 자기 카드 리더기를 통해 프로그램을 저장하고 불러올 수 있었다. 2년 후 HP-25C는 CMOS 메모리에 전원 공급이 꺼진 상태에서도 프로그램과 데이터를 유지하는 지속 메모리를 도입했다. 1979년 HP는 최초의 영숫자, 프로그래머블, 확장 가능 계산기인 HP-41C를 출시했다. 이 계산기는 랜덤 액세스 메모리 (RAM, 메모리용) 및 고정 기억 장치 (ROM, 소프트웨어용) 모듈, 그리고 바코드 리더기, 마이크로카세트 및 플로피 디스크 드라이브, 종이 롤 감열 프린터, 다양한 통신 인터페이스 ( RS-232, HP-IL, HP-IB )와 같은 주변 장치로 확장할 수 있었다.
최초의 소련 포켓형 배터리 구동 프로그래머블 계산기인 엘렉트로니카 B3-21은 1976년 말에 개발되어 1977년 초에 출시되었다.[53] B3-21의 후속 모델인 Elektronika B3-34는 역폴란드 표기법 (RPN)을 유지했음에도 불구하고 B3-21과 하위 호환되지 않았다. 따라서 B3-34는 새로운 명령어 세트를 정의했고, 이는 나중에 일련의 프로그래머블 소련 계산기에 사용되었다. 매우 제한된 기능(98바이트의 명령어 메모리와 약 19개의 스택 및 주소 지정 가능 레지스터)에도 불구하고, 사람들은 어드벤처 게임과 엔지니어를 위한 계산 관련 함수 라이브러리를 포함한 모든 종류의 프로그램을 작성했다. 수백, 어쩌면 수천 개의 프로그램이 이 기계들을 위해 작성되었는데, 실제 사무실과 연구실에서 사용되는 실용적인 과학 및 비즈니스 소프트웨어부터 어린이를 위한 재미있는 게임까지 다양했다. Elektronika MK-52 계산기(확장된 B3-34 명령어 세트를 사용하고, 프로그램을 저장하기 위한 내부 EEPROM 메모리와 EEPROM 카드 및 기타 주변 장치를 위한 외부 인터페이스를 특징으로 함)는 소유스 TM-7 비행의 보드 컴퓨터 백업으로 소련 우주선 프로그램에 사용되었다.
이 계산기 시리즈는 또한 "신시스 프로그래밍"이라는 미국의 HP-41과 다소 유사한, 매우 반직관적이고 신비로운 문서화되지 않은 기능이 많다는 점으로도 유명했는데, 이는 오류 메시지에 일반 산술 연산을 적용하고, 존재하지 않는 주소로 점프하는 등 다른 방법을 통해 악용되었다. 대중 과학 잡지 과학과 생명 (Nauka i Zhizn, Наука и жизнь)을 비롯한 여러 유명 월간지에는 계산기 프로그래머를 위한 최적화 방법과 해커를 위한 문서화되지 않은 기능 업데이트를 다루는 특별 코너가 있었는데, 이는 "예고골로지"("еггогология")라는 많은 분과를 가진 전체 신비한 과학으로 발전했다. 이 계산기의 오류 메시지는 러시아어 단어 "YEGGOG" ("ЕГГОГ")로 나타나며, 놀랍지 않게도 "Error"로 번역된다.
미국에서는 HP-41을 중심으로 비슷한 해커 문화가 있었는데, 이 역시 문서화되지 않은 기능이 많다는 점이 특징이었고 B3-34보다 훨씬 강력했다.
기술적 개선
1970년대 내내 휴대용 전자 계산기는 빠르게 발전했다. 빨간색 LED와 파란색/녹색 진공 형광 디스플레이는 많은 전력을 소모했고, 계산기는 배터리 수명이 짧거나(종종 몇 시간 단위로 측정되므로 충전식 니켈-카드뮴 전지가 흔했다) 크기가 커서 더 크고 용량이 높은 배터리를 사용할 수 있었다. 1970년대 초 액정 디스플레이 (LCD)는 초기 단계였고, 작동 수명이 짧다는 큰 우려가 있었다. 부시콤은 최초의 포켓형 계산기이자 LED 디스플레이를 갖춘 최초의 계산기인 부시콤 LE-120A "HANDY" 계산기를 출시하고, LCD를 갖춘 부시콤 LC를 발표했다. 그러나 이 디스플레이에 문제가 있어 계산기는 판매되지 않았다. LCD를 사용한 최초의 성공적인 계산기는 로크웰 인터내셔널에서 제조되었고 1972년부터 Dataking LC-800, Harden DT/12, Ibico 086, Lloyds 40, Lloyds 100, Prismatic 500 (일명 P500), Rapid Data Rapidman 1208LC와 같은 이름으로 다른 회사에서 판매되었다. 이 LCD는 동적 산란 모드(DSM)를 사용하는 초기 형태였으며, 숫자가 어두운 배경에 밝게 나타났다. 고대비 디스플레이를 구현하기 위해 이 모델들은 필라멘트 램프와 고체 플라스틱 라이트 가이드를 사용하여 LCD를 조명했는데, 이는 디스플레이의 낮은 전력 소비를 무력화시켰다. 이 모델들은 1~2년 동안만 판매된 것으로 보인다.
반사형 DSM-LCD를 사용하는 더 성공적인 계산기 시리즈는 1972년 샤프에서 슬림형 포켓 계산기인 Sharp EL-805를 출시하면서 시작되었다. 이 모델과 다른 몇몇 유사 모델은 Sharp의 COS(Calculator On Substrate) 기술을 사용했다. 액정 디스플레이에 필요한 한 장의 유리판을 확장하여 새로운 하이브리드 기술을 기반으로 필요한 칩을 장착하는 기판으로 사용했다. COS 기술은 비용이 너무 많이 들었을 수 있는데, Sharp가 기존 회로 기판으로 돌아가기 전까지 몇몇 모델에서만 사용되었기 때문이다.
1970년대 중반에는 어두운 배경에 어두운 숫자가 표시되는 전계 효과 트위스트 네마틱(TN) LCD를 사용하는 계산기가 처음 등장했지만, 초기 제품에는 손상될 수 있는 자외선을 차단하기 위해 종종 노란색 필터가 부착되어 있었다. LCD의 장점은 빛을 반사하는 수동형 광 변조기이기 때문에 LED나 VFD와 같은 발광 디스플레이보다 훨씬 적은 전력을 필요로 한다는 것이다. 이는 1978년 카시오 미니 카드 LC-78과 같은 최초의 신용카드 크기 계산기로 이어졌는데, 이 계산기는 버튼 전지로 몇 달 동안 정상적으로 사용할 수 있었다.
계산기 내부의 전자 장치도 개선되었다. 계산기의 모든 논리 기능은 1971년에 최초의 "원칩 계산기" 집적 회로 (IC)에 통합되었지만, 이는 당시 최첨단 기술이었고 수율이 낮고 비용이 높았다. 많은 계산기는 특히 공학용 및 프로그래머블 계산기의 경우 1970년대 후반까지 두 개 이상의 IC를 계속 사용했다.
집적 회로의 전력 소비도 감소했는데, 특히 CMOS 기술이 도입되면서 더욱 그러했다. 1972년 샤프 "EL-801"에 등장한 CMOS IC의 논리 셀에 있는 트랜지스터는 상태가 변경될 때만 상당한 전력을 사용했다. LED 및 VFD 디스플레이는 종종 추가 드라이버 트랜지스터 또는 IC를 필요로 했던 반면, LCD는 계산기 IC 자체에 의해 직접 구동되는 데 더 적합했다.
이러한 낮은 전력 소비와 함께 태양 전지를 전원으로 사용할 가능성이 생겼으며, 1978년경 Royal Solar 1, Sharp EL-8026, Teal Photon과 같은 계산기에서 실현되었다.
1980년대 샤프 포켓 계산기 내부의 프로세서 칩 (집적 회로 패키지). SC6762 1•H로 표시되어 있다. LCD는 칩 바로 아래에 있다. 이는 PCB 없는 디자인이었다. 개별 부품은 사용되지 않았다. 상단의 배터리 칸에는 두 개의 단추형 전지가 들어갈 수 있다.
1990년대 중반 카시오 공학용 계산기 내부. 프로세서 칩 (작은 사각형; 상단-중간; 왼쪽), 키패드 접점, 오른쪽 (왼쪽의 일치하는 접점 포함), LCD 뒷면 (상단; 4L102E로 표시됨), 배터리 칸 및 기타 구성 요소가 보인다. 태양 전지 어셈블리는 칩 아래에 있다.
대량 시장 단계
1970년대 초 휴대용 전자 계산기는 가격이 매우 비싸서 2~3주 임금에 해당했으며, 사치품이었다. 높은 가격은 생산 비용이 많이 드는 많은 기계 및 전자 부품이 필요하고, 규모의 경제를 활용하기에는 생산량이 너무 적었기 때문이었다. 많은 기업들이 높은 가격으로 계산기 사업에서 좋은 이윤을 얻을 수 있다고 보았다. 그러나 부품과 생산 방식이 개선되고 규모의 경제 효과가 나타나면서 계산기 가격은 하락했다.
1976년까지 가장 저렴한 4기능 포켓 계산기의 비용은 몇 달러로 떨어졌는데, 이는 5년 전 비용의 약 1/20 수준이었다. 이러한 결과로 포켓 계산기는 저렴해졌지만, 제조업체는 계산기로 이윤을 내기 어려워져 많은 기업들이 사업을 중단하거나 문을 닫았다. 계산기를 계속 만드는 기업들은 고품질 계산기를 대량 생산하거나, 고사양 공학용 및 프로그래머블 계산기를 생산하는 기업들이었다.
1980년대 중반~현재
기호 계산이 가능한 최초의 계산기는 1987년에 출시된 HP-28C였다. 예를 들어, 2차 방정식을 기호적으로 풀 수 있었다. 최초의 그래프 계산기는 1985년에 출시된 카시오 fx-7000G였다.
두 선두 제조업체인 HP와 TI는 1980년대와 1990년대에 점점 더 많은 기능을 갖춘 계산기를 출시했다. 2000년이 되면서 그래프 계산기와 핸드헬드 컴퓨터 사이의 경계는 항상 명확하지 않았는데, TI-89, Voyage 200, HP-49G와 같은 일부 매우 고급 계산기는 미분하고 적분할 수 있었고, 미분방정식을 풀고, 워드 프로세서 및 PIM 소프트웨어를 실행하며, 유선 또는 적외선으로 다른 계산기/컴퓨터와 연결할 수 있었다.
HP 12c 금융 계산기는 아직도 생산되고 있다. 1981년에 출시되었으며 거의 변화 없이 계속 제작되고 있다. HP 12c는 역폴란드 표기법 데이터 입력 방식을 특징으로 했다. 2003년에는 HP 12c의 개선된 버전인 "HP 12c 플래티넘 에디션"을 포함하여 여러 새로운 모델이 출시되었는데, 이 모델은 더 많은 메모리, 더 많은 내장 기능, 그리고 대수 데이터 입력 방식이 추가되었다.
캘큘레이티드 인더스트리스(Calculated Industries)는 키 라벨링을 차별화하여 HP 12c와 주택 담보 대출 및 부동산 시장에서 경쟁했다. "I", "PV", "FV"를 "Int", "Term", "Pmt"와 같은 더 쉬운 라벨링 용어로 변경하고 역폴란드 표기법을 사용하지 않았다. 그러나 CI의 더 성공적인 계산기는 1990년대부터 현재까지 발전하고 확장된 건설 계산기 라인이었다. 오하이오 주립 대학교 수학 및 계산기 역사가이자 수학 부교수인 마크 볼먼([54])에 따르면, "Construction Master는 1980년대, 1990년대, 그리고 현재까지 CI 건설 계산기 라인 중 길고 수익성 있는 첫 번째 제품이다."
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교육에서의 활용
텍사스 인스트루먼트 TI-30XIIS 공학용 계산기
카티가 CS-103 공학용 계산기
대부분의 국가에서 학생들은 학교 공부에 계산기를 사용한다. 처음에는 기본 또는 사칙연산 능력이 저하될 것이라는 우려 때문에 반발이 있었다.[55][56] 암산 능력의 중요성에 대한 의견 불일치는 여전히 존재하며, 일부 교육 과정은 특정 수준의 숙련도를 얻을 때까지 계산기 사용을 제한하는 반면, 다른 교육 과정은 근사 방법과 문제 해결 교육에 더 중점을 둔다. 연구에 따르면 계산 도구 사용에 대한 부적절한 지도는 학생들이 참여하는 수학적 사고의 종류를 제한할 수 있다.[57] 다른 사람들은[누가?] 계산기 사용이 핵심 수학 능력을 퇴화시키거나, 그러한 사용이 고급 대수 개념의 이해를 방해할 수 있다고 주장했다.[58] 2011년 12월 영국 학교 담당 장관인 닉 깁은 어린이들이 계산기 사용에 "너무 의존"하게 될 수 있다는 우려를 표명했다.[59] 그 결과, 계산기 사용은 국가 교육과정 검토의 일부로 포함될 예정이다.[59] 미국에서는 많은 수학 교육자들과 교육 위원회에서 전미 수학교사 협의회 (NCTM) 표준을 열정적으로 지지하고 유치원부터 고등학교까지 교실에서 계산기 사용을 적극적으로 장려해 왔다.
계산기는 특정 상황에서 학교 및 대학 시험에서 사용될 수 있다. 영국에서는 부정 행위를 방지하기 위해 시험에서 사용할 수 있는 계산기 유형에 제한이 있다. 추가 기능을 제공하는 일부 계산기에는 시험 규정을 준수하도록 하는 "시험 모드" 설정이 있다.[60]
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개인용 컴퓨터
개인용 컴퓨터는 종종 계산기 모양과 기능을 흉내내는 계산기 유틸리티 프로그램을 함께 제공하며, 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여 계산기를 묘사한다. 예를 들어 윈도우 계산기, 애플의 계산기, KDE의 KCalc 등이 있다. 대부분의 개인 정보 단말기 (PDA) 및 스마트폰에도 이러한 기능이 있다.
계산기와 컴퓨터 비교
계산기와 컴퓨터의 근본적인 차이는 컴퓨터는 프로그램이 중간 결과에 따라 다른 분기를 취할 수 있도록 프로그래밍될 수 있는 반면, 계산기는 특정 기능(예: 덧셈, 곱셈, 로그)이 내장되어 사전 설계된다는 점이다. 이 구분은 명확하지 않다. 프로그래머블 계산기로 분류되는 일부 장치에는 프로그래밍 기능이 있으며, 때로는 프로그래밍 언어 (예: RPL 또는 TI-베이직)를 지원하기도 한다.
예를 들어, 하드웨어 곱셈기 대신 계산기는 고정 기억 장치 (ROM)의 코드를 사용하여 부동소수점 수학을 구현하고, CORDIC은 곱셈을 많이 필요로 하지 않으므로 CORDIC 알고리즘으로 삼각 함수를 계산할 수 있다. 비트 직렬 논리 설계는 계산기에서 더 흔한 반면, 비트 병렬 설계는 범용 컴퓨터에서 주로 사용되는데, 비트 직렬 설계는 칩셋 복잡성을 최소화하지만 더 많은 클럭 사이클을 필요로 하기 때문이다. 이 구분은 Z80, MC68000, ARM 아키텍처와 같은 컴퓨터 및 임베디드 시스템 설계와 관련된 프로세서 칩, 그리고 계산기 시장에 특화된 일부 맞춤형 설계를 사용하는 고급 계산기에서 모호해진다.
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같이 보기
각주
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