计算机是如何工作的

经过:雅各布克利夫顿

想象一下,在没有基本计算器的情况下计算你的税收或规划预算。查看更多必需的小工具图片
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可能有一段时间,当您需要做的最复杂的计算可能会对他们的手指和脚趾进行。但是这些日子,很多人都可以想象做任何涉及数字的事情 - 从数学作业到纳税申报表到餐馆中的服务器 - 没有至少一个基本的口袋计算器的帮助。事实上,电子计算器如此普遍,现在很难相信,直到20年末,他们并不常见TH.世纪。

在本发明的现代计算器之前,人们使用了一些其他工具进行计算。这算盘例如,它是计算器的祖先之一。可能起源于巴比伦,早期算盘被认为是一种板,上面的计数器的位置代表数值。然而,现代算盘——在中国、日本和中东的一些人仍然在使用——是通过把珠串在框架上的电线上移动来工作的[来源:大英百科全书:算盘].

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在上个世纪的大部分地区,有些人使用电机辅助机械添加机器和其他人使用数学桌子进行计算幻灯片规则- 具有可移动的设备,毕业尺度,取决于您所拥有的类型,可以处理从乘法到三角学的所有内容[来源:不列颠佳星:幻灯片规则].

最后,在20世纪60年代,集成电路的进步导乐动体育网站5.0致了电子计算器的开发,但这些设备的早期版本 - 由夏普和德州仪器等公司创建 - 看起来很像你今天可能携带的那个在你的公文包或背包里。

要了解有关现代电子计算器的演变的更多信息 - 了解消费者对较小计算器的需求如何导致为我们每天使用的设备提供电器的微芯片的创建。

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电子计算器的演变

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图形计算器具有许多高级功能,包括求解和绘制方程。
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几家电子公司和发明家可以在涉及到电子计算器的发展时首先声称。据说日本公司夏普创建了第一个桌面计算器,CS-10A,1964年。该模型类似于收银机和成本大约为中型汽车[来源:刘易斯,夏普].1967年,德州仪器开发了所谓的第一便携式手持计算器 - 一种可以在公司昵称为“CAL TECH”的项目中执行添加,减法,乘法和划分的设备[来源:乐动-软件快递邮件,德州仪器].

使用“Cal Tech乐动-软件”技术,佳能开发了用于商业用途的第一个手持式计算器,该计算器于1970年首次亮相,价格标签为400美元[来源:德州仪器].接下来的几年里,制造商之间开始了一场制造更小、更方便使用、更便宜计算器的竞赛。1972年,英国发明家克莱夫•辛克莱爵士推出了Sinclair Executive,这被许多人认为是世界上第一个负担得起的袖珍计算器[来源:印刷机,西部每日新闻].它的厚度是一包香烟。

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通过单芯片的开发,计算器技术的这些持续的进步在很大程度上是可能的乐动-软件微处理器在20世纪60年代后期。在此之前,工程师用多个芯片或其他组件构建了计算器(和计算机)的计算“大脑”。基本上,单芯片乐动体育网站5.0微处理器允许整个中央处理单元(CPU)存在于一个硅微芯片上。(要了解有关此技术的更多信息,请退房乐动-软件微处理器如何工作.)

Intel Corp.创建了第一家商用单芯片微处理器 - 英特尔4004 - 于1971年[来源:英特尔].它能够执行基本算术,4比特信息时的信息。然而,英特尔的联合创始人Gordon Moore预测,每两年一次芯片的容量将增加一次。这个理论被称为“摩尔定律“到目前为止,它仍然坚持真实。多年来计算器不仅变得越来越小,而且可以越来越高的应用程序[来源:英特尔].

今天,除了现代版本的基本袖珍计算器,复杂的科学和图形计算器可供学生和专业人士使用,如工程师。许多使用知名的计算机语言,并可根据用户的需要进行编程。事实上,当德克萨斯仪器公司在1995年推出TI-92模型时,他们称它为“具有计算机实验室能力的计算器”[来源:德州仪器].许多科学和图形计算器可能能够有些功能:

  • 从通常的基本10到其他数字系统(十六进制计数,是一个基础-16系统)
  • 用科学记数法计算非常大的数字
  • 直接使用对数和三角函数
  • 使用PI和E等常数,以更高的准确度
  • 使用复数,分数和公式
  • 解决方程
  • 分析统计数据
  • 使用较大的显示器来制定公式和图形方程

阅读下一节以了解有关太阳能电池,电路板和构成计算器的其他部分的更多其他部分。乐动体育网站5.0

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计算器组件

如果您已阅读上一页,您现在知道手持式计算器需要单芯片微处理器功能。但是你如何激活微处理器?这一切都从设备的外部开始。

许多现代计算器都有一个耐用的塑料外壳,前面有简单的开口,可以让橡胶通过,就像电视遥控器一样。通过按一个按钮,你完成一个电路在橡胶下方,通过下面的电路板发送电脉冲。这些脉冲通过微处理器进行路由,该微处理器解释信息并向计算器的显示屏发送读数。

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大多数早期电子计算器的显示器是由LED, 或者发光二极管.使用更少电力的新型号包括液晶显示器或液晶显示器。而不是产生光,LCDS重新排列光分子,以在显示器上创造图案,最终不需要电力。

早期计算器也必须插入或使用庞大的电池电量。但到了20世纪70年代末,太阳能电池乐动-软件技术已经变得便宜,有效地用于消费电子产品。当阳光的光子被半导体(例如硅)在电池中吸收时,太阳能电池产生电。这敲出了松动的电子,而太阳能电池的电场将所有行进沿同一乐动体育网站5.0方向行进,从而产生电流。(LCD计算器之类的东西只需要一个低电平的电流,这解释了他们的太阳能电池如此小。)到20世纪80年代,大多数简单计算器制造商正在利用太阳能电池技术。乐动-软件然而,更强大的科学和绘制计算器仍然使用电池电量。

在下一节中,我们将更仔细地看待二进制代码以及计算器如何实际工作。

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计算器如何计算

当您在前一页上学到时,大多数计算器都依赖于集成电路,俗称芯片。这些电路使用晶体管进行加减运算,以及对对数进行运算以完成乘法、除法和更复杂的运乐动体育网站5.0算,如使用指数和求平方根。基本上,集成电路中晶体管越多,其功能就可能越先进。大多数标准袖珍计算器都有相同或非常相似的集成电路。

与任何电子设备一样,计算器内的芯片通过减少您将其提供给其二进制等同物的任何信息来工作。二进制数字将数字转换为以2为基底的系统,在这个系统中,每个数字都用1或0表示,每上移一位数字就翻一番。通过“打开”每一个位置——换句话说,通过在其中放一个1——我们可以说这个数字包含在总数中。

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微芯片通过旋转使用二进制逻辑晶体管从字面上开启,与.因此,例如,如果您想要添加2 + 2,则计算器将每个“2”转换为二进制(如下所示:10),然后将它们加在一起。添加“ones”列(两个0s),为您提供0:芯片可以看到第一位置中没有任何内容。当它在“Tens”列中添加数字时,芯片获得1 + 1。它看到两者都是积极的,而且 - 由于二进制符号中没有2,因此乐动体育网站5.0将正回复一个数字移动到左侧,获得100的总和 - 以二进制术语等于4 [来源:赖特].

这个求和通过我们集成电路中的输入/输出芯片进行路由,该芯片将同样的逻辑应用于显示器本身。你有没有注意到计算器或闹钟上的数字是由分段的线条组成的?这些数字的每个部分都可以使用相同的二进制逻辑打开或关闭。因此,处理器接收这个“100”,并通过点亮或打开显示器中的某些行段来翻译它,从而产生数字4。

在下一页,我们将查看计算器对世界的影响以及我们如何期望在将来发展它们。

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计算器技术的影响乐动-软件

计算器对世界产生了深远的影响,使计算更快,更精确。在课堂上,计算器已经给予了许多学生,更容易学习并将复杂的公式和概念放入实践的能力。特别是在较低年级的数学课程中,一些教练仍然不允许他们用来确保学生真正了解数学概念并学习解决问题的技术。乐动-软件但对于高中的许多微积分和三角学课程,例如,图形计算器是一个要求。

然而,在课堂上使用强大的计算器存在一些争议,因为有些人认为使用这些设备进行人们曾经做过的工作,这可能导致丧失真正的数学能力。最近的研究表明,先进的物理学生,例如,通过对数学艾滋病的过度规范,他们通常会受到监禁的影响[来源:].由于其高存储器能力,绘制计算器甚至被禁止在某些课程中。学生可以通过存储其他信息来使用他们的计算器的记忆作弊周期性的表或者测试答案——在里面。

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工程师继续在计算器技术方面取得进步,并且随着它们变得越来越复杂,个人之间的线条乐动-软件乐动体育网站5.0电脑经典的计算器可能继续模糊。对于他们目前的模型,一些公司正在探索更多的生态声音组件,包括开发更高效和可回收的电源,甚至使用其制造中的回收的蜂窝电话等材料。乐动体育网站5.0

计算器甚至在线移动并具有许多实际应用。以下是您在线发现的一些特定类型的计算器:

  • 减肥计算器可以测量体重、热量含量和锻炼效果。
  • 大学贷款和抵押计算器这可以帮助您根据广泛的变量确定贷款的成本和长度。
  • 转换计算器给你从体积和长度的测量到最新的货币兑换的一切。
  • 碳足迹计算器可以帮助您了解您对环境的影响。

这些在线版本都使用与手持式计算器相同的原则,但是以易于使用的方式提供信息,可以访问相关信息的大规模数据库。几乎任何人都可以使用它们,这就是表明计算器真正不仅仅是工程师,科学家和会计师的工具。

有关计算器技术和相关主题的更多信息,请查看下一页上的链接。乐动-软件

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更大的链接

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  • 宾(Thomas J.)和瑞迪什(Edward F. Redish)。“符号操纵者影响数学思维。”美国物理杂志,2008。(12/21/09)访问http://library.wolfram.com/infocenter/Articles/7209/
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