Fas servir calculadores electròniques cada dia. Potser no t'adones de la complexitat del seu disseny. Els enginyers munten circuits integrats, plaques de circuits impresos i unitats de visualització. Aquestes peces ajuden a fer que les calculadores funcionin bé. Les calculadores electròniques han canviat molt al llarg del temps. Van començar com a dispositius d'estat sòlid. Ara, són petites i fàcils de transportar. Avui dia, les calculadores han de competir amb els telèfons intel·ligents i altres dispositius. Tot i així, la tecnologia de les calculadores és important per als enginyers i els treballadors de les finances.
La quota de mercat de les calculadores de mà ha canviat a causa de:
Nova tecnologia
Més gent que fa servir telèfons intel·ligents
Necessitat de calculadores especials
Sortides de claus
Les calculadores electròniques solien ser màquines grans. Ara, són petites i fàcils de transportar. Això les fa senzilles d'utilitzar.
Parts importants com els circuits integrats ajuden a que les calculadores funcionin bé . Les plaques de circuits impresos també les fan més eficients.
Les pantalles han canviat de LED a LCD. Això les fa més fàcils de llegir. També ajuda a que les bateries durin més.
Els fabricants de calculadores ara es preocupen més pel medi ambient. Utilitzen materials ecològics i dissenys modulars. Això ajuda a que les calculadores durin més.
Conèixer les funcions i parts principals de les calculadores t'ajuda a utilitzar-les millor. Pots fer les tasques diàries amb més facilitat.
Història de les calculadores electròniques
Innovacions primerenques
La història de les calculadores electròniques va començar a finals dels anys seixanta i principis dels setanta. Els enginyers van deixar d'utilitzar grans tubs de buit. Van començar a utilitzar electrònica d'estat sòlid. Això va fer que les calculadores fossin més petites i fiables. Moltes empreses i països van ajudar en aquests primers passos. El seu treball es mostra a la taula següent:
Empresa/País | Aportació |
|---|---|
Mostek | Va crear la primera "calculadora en un xip" el 1971. |
Texas Instruments | Va construir nous dissenys de calculadores d'estat sòlid el 1971. |
Pico Electronics | Es va associar amb General Instrument per fabricar un circuit integrat de calculadora d'un sol xip el 1971. |
Busicom (Japó) | Va vendre la primera calculadora electrònica de butxaca el 1971. |
Digitron (Croàcia) | Va crear la primera calculadora europea de butxaca el maig de 1971. |
Bowmar (EUA) | Va llançar la primera calculadora de butxaca americana a la tardor de 1971. |
Les calculadores es van tornar més petites i fàcils de transportar. Les startups taiwaneses també van ajudar a créixer la indústria. El pas dels tubs de buit a l'electrònica d'estat sòlid va fer possibles les calculadores de butxaca.
Revolució dels microprocessadors
La tecnologia de les calculadores va millorar molt quan es va fabricar el microprocessador Intel 4004. Aquest xip va canviar la manera com funcionaven les calculadores. Va reduir el nombre de xips necessaris de dotze a només quatre. Les calculadores es van fer més petites i funcionaven millor. L'ús de RAM dinàmica va fer que la memòria fos més barata i permetia l'accés aleatori. Això va fer que les calculadores fossin més ràpides i senzilles d'utilitzar.
La memòria de registre de desplaçament necessitava sis transistors per a cada bit. La RAM dinàmica només en necessitava tres.
La RAM dinàmica permetia accedir a la memòria aleatòriament, cosa que facilitava la lògica de control.
Evolució de la tecnologia de visualització
La tecnologia de visualització va canviar ràpidament. Les primeres calculadores utilitzaven pantalles LED bàsiques. Més tard, les pantalles LCD es van popularitzar perquè consumien menys energia i eren més fàcils de llegir. Sharp i Casio van ser líders en aquest àmbit. Sharp va rebre un premi IEEE Milestone pel seu treball en tecnologia de calculadores. Casio va vendre més de mil milions de calculadores electròniques, cosa que demostra la importància que van adquirir les calculadores en la vida quotidiana.
Data | Descripció de la fita |
|---|---|
agost | Va sortir la Busicom 162C, que va facilitar el disseny de calculadores. |
setembre | Denon va anunciar la seva primera calculadora electrònica. |
setembre | Sharp va introduir programadors addicionals per a calculadores. |
setembre | Shinshu Seiki Co. ha anunciat la impressora digital EP-101 per a calculadores. |
setembre | La HP 9100A va ser un gran pas endavant en la tecnologia de les calculadores. |
setembre | El Dr. An Wang va patentar una nova lògica per a la generació de logaritmes en calculadores. |
desembre | Toshiba va llançar una calculadora basada en un circuit integrat MOS. |
desembre | Les vendes de calculadores Casio van superar els mil milions d'unitats. |
desembre | Sharp va rebre un premi IEEE Milestone per la seva tecnologia de calculadores. |
Podeu veure com l'electrònica i la tecnologia de les calculadores han canviat per ajudar a la gent.
Components i disseny de la calculadora
Si obriu una calculadora, veureu moltes parts a dins. Cada part fa alguna cosa important. Aquestes parts ajuden la calculadora a resoldre problemes matemàtics de manera ràpida i correcta. Vegem com funciona cada part i per què és important.
Circuits integrats
Els circuits integrats són com el cervell de la calculadora. Controlen el que passa dins de la calculadora. Hi ha tres tipus principals de circuits integrats a les calculadores. Cada tipus fa una funció diferent:
Tipus de CI | Descripció |
|---|---|
Circuits integrats analògics | Treballar amb senyals com la temperatura, el so o la llum. |
CI digitals | Utilitza dades binàries per a matemàtiques, memòria i lògica. |
Circuits integrats de senyal mixt | Combina funcions analògiques i digitals per ajudar els senyals a comunicar-se. |
La tecnologia MOS va canviar molt les calculadores. Permet que càpiguen més transistors en un sol xip. Això fa que les calculadores siguin més ràpides i petites. Els xips MOS consumeixen menys energia, de manera que les piles duren més. També costen menys i ajuden a fer que les calculadores siguin petites.
La tecnologia MOS posa més transistors als xips, fent-los millors.
Els xips MOS són més fàcils de fabricar, per la qual cosa costen menys i redueixen la mida de les calculadores.
Es consumeix menys energia, de manera que les piles duren més i les calculadores funcionen millor.
Disseny i fabricació de PCB
La placa de circuits impresos connecta totes les parts de la calculadora. Podeu pensar en la placa de circuits impresos (PCB) com l'esquelet de la calculadora. Conté els circuits integrats, la pantalla, el teclat numèric i la bateria. El disseny de la PCB afecta el bon funcionament de la calculadora i la seva durada.
Factor | Descripció | Impacte de costos |
|---|---|---|
Dimensions del tauler | Els taulers més grans necessiten més material i temps. | Les plaques més grans costen més. |
Nombre de capes | Més capes fan les coses més difícils. | Més capes costen més. |
L'FR-4 és barat. Les coses especials costen més. | Canvis de costos amb el material. | |
Gruix de coure | El coure més gruixut necessita eines especials i més temps. | El coure més gruixut costa més. |
Acabat de la superfície | HASL és barat. ENIG és millor però costa més. | Els acabats elegants costen més. |
Traça/Espai mínim | Les línies petites necessiten millors eines. | Les línies més petites costen més. |
Mida/densitat del forat | Els forats petits o molts triguen més. | Més forats o més petits costen més. |
Característiques especials | Els dits o retallades daurades ho dificulten. | Les característiques especials costen molt més. |
Quantitat | Fer més calculadores redueix el cost de cadascuna. | Més unitats signifiquen un cost per unitat més baix. |
Temps de resposta | Les comandes més ràpides costen més diners. | Les feines urgents costen més. |
Els suports flexibles fan que les PCB siguin encara millors. Permeten que la placa es doblegui sense trencar-se. La calculadora pot suportar caigudes, calor i tremolors. Els suports flexibles estalvien espai i fan que la construcció sigui més ràpida.
Benefici | Descripció |
|---|---|
Fiabilitat repetible | Els camins personalitzats fan que els taulers funcionin millor. |
Resisteix entorns difícils | Els materials resisteixen la gravetat i els llocs aspres. |
Sobreviu a altes temperatures | Suporta la calor en moltes feines. |
Cicles de servei llarg | Es pot doblegar moltes vegades i encara funciona. |
Alta vibració | Es manté fort quan es sacseja. |
Estalvi d’espai | Necessita menys cable, estalviant espai i pes. |
Millora de la integritat del senyal | Manté els senyals clars i ràpids. |
Disminució del temps de muntatge | Menys peces significa una construcció més ràpida i més barata. |
Unitats de visualització (LED i LCD)
La pantalla mostra números i respostes. Les calculadores antigues utilitzaven pantalles LED. Els LED eren brillants però consumien molta energia. La majoria de calculadores actuals utilitzen pantalles LCD. Les LCD utilitzen menys energia i són fàcils de llegir a la llum del sol. Algunes calculadores utilitzen retroiluminació LED per a una millor visualització i menys energia.
Tipus de pantalla | Eficiència energètica | Consum d'energia | Tecnologia de retroil·luminació |
|---|---|---|---|
LCD (CCFL) | No tan eficient | Utilitza més energia | Làmpada fluorescent de càtode fred |
LED | Més eficient | Consumeix menys energia | Il·luminació de fons LED |
Les pantalles LCD o LED ajuden a que les piles durin més. Això vol dir que fas servir la calculadora més temps abans de canviar-les.
Teclat i interfície d'usuari
El teclat numèric permet indicar a la calculadora què ha de fer. La disposició de les tecles ajuda a escriure números ràpidament i correctament. La majoria de calculadores utilitzen una disposició que ajuda a trobar les tecles ràpidament i a recordar-les.
Disposició del teclat | Precisió de l'usuari | Velocitat de l'usuari | Retenció de memòria | Implicacions per al disseny |
|---|---|---|---|---|
Disseny de la calculadora | Més correcte | Més ràpid | mitjà | Ideal per escriure números |
Disseny del telèfon | Menys correcte | Més lent | Millor memòria | No és ideal per a l'ús de la calculadora |
Una bona interfície d'usuari fa que la calculadora sigui fàcil d'utilitzar. Voleu botons clars i menús senzills. Si la interfície és difícil, podeu cometre errors o molestar-vos.
evidència | Descripció |
|---|---|
Interfície d'usuari clara i intuïtiva | Les interfícies senzilles us ajuden a utilitzar la calculadora fàcilment. |
Opcions de personalització | Algunes calculadores et permeten canviar la configuració tu mateix. |
Elements interactius i visuals | Els consells visuals i els comentaris t'ajuden a saber què fa la calculadora. |
Font d'alimentació
La font d'alimentació proporciona energia a la calculadora. La majoria de calculadores utilitzen piles petites. Algunes utilitzen cèl·lules solars per estalviar energia. Els nous dissenys de fonts d'alimentació fan que les calculadores siguin més petites i lleugeres. Les fonts d'alimentació de mode commutador i els circuits d'alta freqüència permeten utilitzar peces petites sense perdre energia.
Les fonts d'alimentació més petites fan que les calculadores siguin diminutes.
Els nous dissenys consumeixen menys energia, de manera que les bateries duren més.
El control d'alta freqüència i soroll permet utilitzar peces petites.
Totes aquestes peces funcionen conjuntament a la calculadora. Un bon disseny i una electrònica intel·ligent fan que les calculadores siguin ràpides, fiables i fàcils d'utilitzar. Aquestes noves peces ajuden a que les calculadores continuïn sent útils fins i tot amb les noves tecnologies a tot arreu.
Procés de càlcul en calculadores electròniques
Operacions lògiques binàries
Quan premeu un botó, la calculadora comença a utilitzar la lògica binària. Aquests passos l'ajuden a resoldre problemes matemàtics ràpidament . La lògica binària és com un llenguatge especial per a les calculadores. Les ajuda a treballar amb nombres. Aquests són els principals tipus d'operacions de lògica binària a les calculadores:
Afegeix
Sostreure
Multiplicar
divideix
Operacions per bits:
I (&)
O (|)
XOR (^)
NO (~)
Maj esquerra (<<)
Maj dreta (>>)
La calculadora utilitza aquestes funcions per fer tot tipus de càlculs . Podeu veure què fa cada operació a la taula següent:
Tipus d’operació | Descripció |
|---|---|
Addició | Suma nombres binaris en el sistema binari. |
Sostracció | Treu un nombre binari d'un altre. |
Multiplicació | Multiplica dos valors binaris. |
divisió | Divideix un nombre binari per un altre. |
Operacions per bits | Utilitza AND, OR i XOR a cada bit de nombres binaris. |
Fas servir calculadores tot el temps, però potser no saps que la lògica binària és molt important. T'ajuda a entendre com funcionen els ordinadors i l'electrònica. Aquests passos connecten les idees matemàtiques amb calculadores reals.
Programari i firmware
La calculadora necessita tant programari com firmware per funcionar correctament. El firmware proporciona a la calculadora les regles que ha de seguir. Connecta el maquinari i el programari. Sense firmware, la calculadora no funcionaria en absolut.
El firmware estableix les regles principals perquè funcionin les calculadores.
Ajuda al maquinari i al programari a comunicar-se entre si.
El firmware està integrat al maquinari de la calculadora.
Les calculadores fan càlculs matemàtics i lògics mitjançant maquinari i programari.
Si teniu una calculadora programable, és possible que rebeu actualitzacions de l'empresa. Les actualitzacions poden solucionar problemes, afegir coses noves o fer que funcioni millor. Per exemple, Texas Instruments us permet actualitzar les seves calculadores perquè continuïn funcionant correctament.
Maneig d'errors
Tota calculadora ha de gestionar els errors per donar respostes correctes. El maneig d'errors ajuda la calculadora a gestionar els problemes. A continuació es mostren algunes maneres en què les calculadores gestionen els errors, que es mostren a la taula següent:
Mecanisme | Descripció |
|---|---|
excepcions | Ajuda la calculadora a solucionar problemes i a seguir funcionant. |
Errors | Errors en el programa que cal trobar i corregir. |
Errors de domini | Passa quan intentes alguna cosa que la calculadora no pot fer, de manera que la resposta no té sentit. |
Una bona gestió d'errors manté la calculadora segura i fàcil d'utilitzar. Pots confiar que trobarà errors i t'ajudarà a resoldre problemes matemàtics.
Procés de fabricació de calculadores
Muntatge de components
Quan obris una calculadora, hi trobes moltes peces petites a dins. Aquestes peces han de funcionar juntes per fer que la calculadora funcioni. Aquests són els passos principals per construir calculadores electròniques:
Selecció de components : Trieu el microcontrolador, el teclat numèric, la pantalla, les resistències, els condensadors i la font d'alimentació. Totes les peces han d'encaixar bé.
Delineació de diagrames de circuits : Dibuixeu un mapa senzill per mostrar com es connecten les peces. Intenteu no creuar les línies.
Disseny de la disposició de la placa de circuit imprès (PCB) : es col·loquen les peces a la placa. Es mantenen els camins per a l'electricitat curts i clars.
Prototipatge i proves : Es fa una calculadora de mostra. Es munten les peces, es programa el microcontrolador i es comprova si funciona.
Optimització i finalització : Milloreu el disseny. Intenteu fer que la calculadora sigui fàcil de construir i utilitzar.
Els suports aïllants flexibles ajuden a protegir la placa. Permeten que la calculadora es doblegui i suporti caigudes o sacsejades. Podeu trobar aquests suports en moltes calculadores noves.
Fabricació de PCB
Necessiteu una placa de circuits impresos resistent per a la vostra calculadora. Els fabricants utilitzen materials especials com el FR-4 per fer que la placa sigui més resistent. S'imprimeixen pistes de coure a la placa per connectar les peces. Les màquines col·loquen les pistes i perforen petits forats per a les peces. Algunes calculadores utilitzen PCB flexibles. Aquestes plaques estalvien espai i fan que la calculadora sigui més lleugera.
Els treballadors solden les peces a la placa. Les màquines els ajuden a treballar ràpidament i a fer una bona feina. La placa ha de mantenir-se neta i lliure de pols. Això ajuda a que la calculadora duri molt de temps.
Control de Qualitat
El control de qualitat garanteix que la calculadora funcioni correctament. Els inspectors revisen cada calculadora després que estigui construïda. Proven els botons, la pantalla i la bateria. Fan problemes matemàtics per veure si la calculadora dóna les respostes correctes.
La inspecció final és molt important. Els treballadors busquen peces trencades o errors. Utilitzen eines especials per provar les funcions de la calculadora. Si una calculadora no funciona, la reparen o la treuen. Això t'ajuda a confiar en la teva calculadora cada dia.
Consell: Pots confiar en la tecnologia de les calculadores perquè els fabricants proven cada calculadora abans que te la compri.
Fabricar calculadores electròniques requereix una planificació i proves acurades. Cada pas t'ajuda a aconseguir una calculadora que funcioni bé i duri molt de temps.
Tendències tecnològiques de les calculadores
Miniaturització i eficiència
Les calculadores són cada any més petites. Els enginyers utilitzen piles noves per fer que les calculadores de butxaca siguin més lleugeres i primes. Aquestes piles duren més, de manera que podeu utilitzar la calculadora durant més hores. Algunes calculadores de mà tenen connectivitat IoT. Això us permet compartir dades amb altres dispositius. Els fabricants trien peces que estalvien energia, de manera que la calculadora consumeix menys energia. Aquests canvis fan que les calculadores siguin més fàcils de transportar i millors per al planeta. Les empreses segueixen normes estrictes per utilitzar materials ecològics i complir amb els estàndards mundials.
Aquestes actualitzacions t'ajuden perquè la calculadora de butxaca cap a la bossa i funciona molt de temps sense carregar-se.
Disseny estètic i funcional
Els dissenyadors volen que t'agradi utilitzar la calculadora. Fan calculadores de butxaca amb colors brillants i formes suaus. Trobes botons que et donen un toc agradable i pantalles que mostren els números clarament. Algunes calculadores tenen pantalles tàctils o funcions addicionals per a la ciència i les matemàtiques. Utilitzes una calculadora de mà amb un disseny senzill, de manera que resols problemes ràpidament. L'aspecte i el tacte de la calculadora són importants perquè la fas servir cada dia a l'escola o a la feina.
característica | Beneficieu-vos |
|---|---|
Caixes de colors | Fàcil de trobar |
Pantalles grans | Números fàcils de llegir |
Teclats suaus | Mecanografia còmoda |
Disseny prim | S'adapta a la butxaca |
Sostenibilitat
Ajudes la Terra quan tries calculadores fetes amb materials ecològics. Els fabricants utilitzen plàstics i metalls reciclats per fer calculadores. Dissenyen calculadores amb peces que pots substituir, de manera que la teva calculadora de butxaca dura més. Les empreses comproven tota la vida útil d'una calculadora per reduir el seu impacte sobre la natura. Aquests passos fan que les calculadores siguin més segures per a tu i millors per al planeta.
Els materials ecològics protegeixen la natura.
Els dissenys modulars et permeten arreglar la calculadora.
Les empreses estudien el cicle de vida per reduir els danys.
Dones suport al planeta quan tries una calculadora de mà que utilitza materials ecològics i dura anys.
Les calculadores abans eren màquines grans. Ara són petites i intel·ligents. Avui dia, la tecnologia de les calculadores t'ajuda a aprendre més ràpid. També t'ajuda a treballar millor. Els nous dissenys utilitzen energia solar. També utilitzen materials reciclables. Aquests canvis ajuden les escoles a estalviar diners. Les empreses també estalvien diners. També ajuden a protegir el planeta.
Tendència de futur | Benefici per a tu |
|---|---|
Disseny ecològic | Menys residus a la teva aula |
Calculadora amb energia solar | Costos més baixos per a la teva escola |
Eines fiables per al vostre futur |
Les noves idees i els controls de qualitat rigorosos t'ajuden. Obtindràs eines que duren molt de temps. Aquestes eines milloren la teva vida diària.
FAQ
Com és que les calculadores resolen problemes matemàtics tan ràpidament?
Les calculadores donen respostes ràpidament perquè utilitzen circuits integrats. Aquests circuits i la lògica binària funcionen conjuntament. Processen nombres i mostren resultats gairebé immediatament.
Quins materials fan que les calculadores siguin duradores?
Els fabricants utilitzen plàstics i metalls resistents . També utilitzen suports flexibles. Aquests materials ajuden les calculadores a sobreviure a caigudes i calor. També protegeixen contra les vibracions. El dispositiu pot durar molts anys.
Pots reciclar una calculadora?
La majoria de calculadores es poden reciclar. Moltes empreses utilitzen materials respectuosos amb el medi ambient. Primer hauries de consultar les normes de reciclatge locals. Comprova-ho abans de deixar la teva calculadora antiga.
Per què algunes calculadores utilitzen energia solar?
L'energia solar t'ajuda a utilitzar la calculadora durant més temps. No cal canviar les piles tan sovint. La llum solar carrega la calculadora. Això t'estalvia diners i ajuda al planeta.
Quina diferència hi ha entre una calculadora bàsica i una de científica?
Una calculadora bàsica permet sumar, restar, multiplicar i dividir. Una calculadora científica té funcions addicionals. Pot fer arrels quadrades i trigonometria. També té memòria d'emmagatzematge.
