История развития калькулятора, часть вторая

0
266
История развития калькулятора, часть вторая

В первой части мы рассказывали о том, с чего начинались калькуляторы и о механической и электронной эпохах в их истории. В этой части — рассказ об эпохах микросхем и виртуальных калькуляторов.

Эпоха микросхем

Потребовалось 3700 лет, чтобы перейти от абака к первым механическим калькуляторам. И еще 250 лет, чтобы механика уступила место электронике. И всего 10 лет, чтобы калькулятор совершил третью метаморфозу, превратившись из тяжелой, громоздкой, дорогой и подключённой к розетке настольной машины в дешевое устройство на солнечных батарейках или аккумуляторах, компактное настолько, что его можно положить в карман или кошелек.

Но чтобы это произошло, инженерам пришлось решить три краеугольных задачи: заменить платы транзисторов интегральными микросхемами, разработать менее энергоемкую электронику и работающие от батарей дисплеи, а также создать более тонкие и простые механизмы управления.

Cal Tech может и стал прообразом будущих компактных калькуляторов, но в нём по-прежнему использовались транзисторы, да и работал он по-прежнему только от сети.

Полупроводниковая революция

Однако в течение следующих трех лет разработка калькуляторов стала ведущим направлением для сферы полупроводников. Были созданы стратегические альянсы между производителями калькуляторов и компаниями-производителями полупроводников. Так, Canon объединилась с Texas Instruments, Hayakawa Electric (Sharp Corporation) с North-American Rockwell, Busicom с Mostek и Intel, а General Instrument — с Sanyo.

Sharp QT-8B
Источник: http://www.vintagecalculators.com/

Уже к 1969 году калькулятор можно было сделать на базе нескольких микросхем с низким энергопотреблением, что позволило резко уменьшить размер устройств и расход энергии. Первый такой калькулятор появился в Японии: QT-8D Micro Competition, производства компании Sharp. В нём использовались четыре микросхемы Rockwell, каждая из которых была эквивалентна 900 транзисторам: одна — для питания зеленого флуоресцентного дисплея, вторая — для управления запятой в дробях, третья — для управления вводом данных, четвертая — для обработки арифметических операций.

Исключительно примитивно по современным стандартам, но тогда калькулятор Sharp был огромным шагом вперед, особенно после выпуска новой модели, QT-8B, которая работала уже не от сети, а от аккумуляторов, что делало её полностью портативной.

В течение одного года рынок “ручных” калькуляторов пополнился целым рядом других устройств — Sharp EL-8, Canon Pocketronic и Sanyo ICC-0081 Mini Calculator активно раскупались, даже несмотря на то, что их стоимость в сегодняшних деньгах составляла более двух тысяч долларов.

Карманный калькулятор

Но даже на момент выпуска эти калькуляторы уже устарели. В том же 1970 году японская компания Busicom выпустила Mostek MK6010 — первый калькулятор на одной микросхеме. За все четыре арифметические действия, запятую в дробях и дисплей отвечал один чип размером 4,6 мм2.

Через несколько месяцев Busicom на базе той же технологии выпустила LE-120 “Handy” — устройство гораздо меньших размеров, чем Mostek MK6010, со светодиодным дисплеем и работающее от четырех батареек AA. Карманный калькулятор вышел на сцену.

Затем компания разработала серию настольных калькуляторов на базе первого набора микросхем Intel, построенного вокруг новаторского микропроцессора 4004. Но для калькуляторов это было излишним, поэтому Busicom отказалась от этой линейки, а чипсет в итоге был использован для первого поколения персональных компьютеров.

Busicom LE-120
Busicom LE-120. Источник — http://www.dentaku-museum.com/

За карманным Busicom LE-120 последовал американский калькулятор Bowmar 901B (конец 1971 года), правда, всё ещё довольно толстый — 3,8 см. А в середине 1972 года вышел и первый “тонкий” калькулятор — британский Sinclair Executive, толщиной менее сантиметра, весом всего в 70 граммов и стоимостью в 99 фунтов стерлингов (600 долларов в переводе на современные деньги).

1973 Sinclair Executive
1973 Sinclair Executive

Главной проблемой этих новаторских устройств была цена — они по-прежнему оставались слишком дорогими для большинства потенциальных покупателей. К тому же все они были ограничены лишь базовыми функциями, а их светодиодные дисплеи очень быстро разряжали батареи.

Дешевле и лучше

Менее чем через год Sinclair Radionics выпустила Sinclair Cambridge — первый недорогой калькулятор, который стоил 29,95 фунтов стерлингов. Его цена была куда меньше, чем у конкурентов, но конструкция оставляла желать лучшего. Как и качество.

Hewlett HP-35
Hewlett HP-35

А тем временем Hewlett Packard занималась разработкой “научного” калькулятора. В начале 1972-го вышел HP-35 — почти карманный, умеющий вычислять тригонометрические и алгебраические функции и стоивший 395 долларов. Но через несколько месяцев Texas Instruments нанесла ответный удар, выпустив собственный карманный алгебраический калькулятор SR-10, с возможностью экспоненциальной записи, всего за 150 долларов. Следующая модель, SR-11, имела отдельную клавишу для ввода числа π. SR-50, вышедший в 1974-м, умел вычислять логарифмические и тригонометрические функции — это позволило ему конкурировать с HP-35 и линейкой TI-30, поступившей в продажу в 1977-м. Спрос на логарифмические линейки начал стремительно падать.

HP-65 Programmable
HP-65 Programmable

К этому времени калькуляторы уже становились “программируемыми”, то есть могли принимать специальные вводимые команды. Здесь снова лидировала Hewlett-Packard: её HP-65 (1974) мог хранить в памяти до 100 команд, которые вводились с помощью магнитных карт. К 1979 году HP уже выпускала HP-41C, буквенно-цифровой программируемый калькулятор с возможностью расширения оперативной памяти и подключения дополнительных периферийных устройств, таких как считыватель штрих-кодов, дисководы гибких дисков, термопринтеры и так далее.

В конце 70-х появилась “Электроника” — линейка советских программируемых калькуляторов. Для этих машин были написаны сотни программ — от научно-практических и деловых до детских игр. “Электроника МК-52” со встроенным модулем памяти EEPROM даже использовалась на космическом корабле “Союз” в качестве резервного полётного компьютера.

Война калькуляторов

Texas Instruments TI-2550
Texas Instruments TI-2550

Борьба за функционал и доступность продолжалась. Первые калькуляторы были дорогими, потому что в них использовались механические и электронные компоненты, которые выпускались лишь в ограниченном количестве. Но по мере развития рынка производство этих компонентов было поставлено на поток, так что цены на них упали. Уже в 1974-м можно было купить TI 2550 — первый в мире калькулятор стоимостью менее 10 долларов (правда, всё ещё довольно громоздкий). В течение следующих двух лет цена на базовые карманные калькуляторы с четырьмя основными функциями упала настолько, что составляла лишь двадцатую часть от того, сколько они стоили пять лет назад.

И это было хорошо для потребителей, но плохо для производителей, которые потеряли свои высокие доходы. Во время “войны калькуляторов” середины 70-х годов с рынка исчезло большинство небольших компаний, оставив его в руках пяти основных крупных брендов: Sharp, Texas, HP, Canon и Casio.

Главной технологической проблемой, которую им всем предстояло решить, был дисплей, а именно — замена светодиодов на что-то менее энергоемкое. Казалось бы, очевидным выходом были жидкокристаллические дисплеи, но их ранние версии были не очень качественным, да и работали на лампах накаливания (исключительно для подсветки), которые потребляли почти столько же энергии, сколько и светодиоды. В начале 1970-х было выпущено несколько моделей под такими брендами как Dataking, Harden, Ibico, Lloyds и Rapid Data Rapidman, но ни одна из них не прослужила долго. Технология ЖК-дисплеев компании Sharp (“COS” — “кристалл на подложке”) была лучше, но слишком дорога.

К середине 1970-х в калькуляторах начали использовать ЖК-дисплеи на скрученных нематических кристаллах, с жёлтыми фильтрами, которые сперва использовались для защиты от УФ-излучения. Одновременно с этим совершенствовалась электроника. Использование одной микросхемы и КМОП-ячеек означало, что транзисторы потребляли энергию только при смене состояния. Впервые эта технология была применена в EL-801 компании Sharp.

Teal Photon
Teal Photon. Источник — http://www.vintagecalculators.com/

В итоге к 1978 году появилось новое поколение карманных калькуляторов, с энергопотреблением настолько низким, что они могли работать от солнечных батарей. Первыми такими устройствами стали Sharp EL-8026, Teal Photon и миниатюрный Casio LC-78, размером не больше банковской карты.

Калькуляторы сегодня

К 1980 году карманные и настольные калькуляторы фактически стали такими, какими мы знаем их сегодня — компактные, на одной микросхеме, с ЖК-дисплеем, на солнечных или дисковых батарейках, способные выполнять широкий спектр функций. И очень дешёвые — некоторые из них можно было купить всего за 2 доллара. А вскоре компании и вовсе начали раздавать карманные калькуляторы бесплатно.

Рынок был перенасыщен. Калькуляторы уже не могли стать дешевле. Новых покупателей можно было привлечь только за счёт появления новых форм и функций.

Карманные компьютеры

Tandy TRS-80
Tandy TRS-80

В самом начале 80-х появились карманные компьютеры — одна из форм эволюции калькуляторов. Sharp PC-1210, PC-1211 и Tandy TRS-80 по стандартам того времени были удивительными устройствами — калькуляторами с полной QWERTY-клавиатурой и буквенно-цифровым матричным ЖК-дисплеем. Их можно было программировать на BASIC, подключать к мини-принтеру и совершать практически весь спектр вычислительных функций.

Но к ним было невозможно подключить полноценный монитор, как нельзя было и объединить их в сеть — эти карманные компьютеры оказались технологическим тупиком.

Уже тогда можно было различить угрозу, надвигающуюся на калькуляторы: всё большее распространение, адаптируемость и функциональность персональных компьютеров. Но до этого оставалось ещё целое десятилетие, и на тот момент калькулятор по-прежнему был главным счётным устройством для большинства людей. Кроме того, у калькуляторов была ещё пара козырей в рукаве.

Графический калькулятор

Одним из них была разработка графического калькулятора — карманного устройства, которое могло строить графики, решать уравнения и выполнять множество других задач с алгебраическими переменными. Графические калькуляторы также можно было программировать, что давало пользователям возможность создавать собственные научные, инженерные и образовательные приложения.

К середине 1980-х Casio соперничала с Sharp, Texas и HP за доминирование на рынке калькуляторов. Именно Casio в 1985 году и разработала первый в мире графический калькулятор — Casio fx-7000G.

Casio fx-7000G
Casio fx-7000G

Он был относительно примитивным — с восьмистрочным черно-белым точечно-матричным дисплеем и менее чем половиной килобайта памяти для программирования. Тем не менее, это была успешная реализация самой идеи графического калькулятора — fx-7000G имел большой дисплей, умел работать с 82 научными функциями и был программируемым.

Как и многие другие более серьезные калькуляторы, он использовал обратную польскую запись (RPN), в которой операнды расположены перед знакам операций. Это значит, что, если в базовом калькуляторе для того, чтобы перемножить 4 и 5, нужно нажать клавишу “4”, затем клавишу “х”, затем клавишу “5”, то для RPN последовательность будет такой — “4”, “5”, “х”. Этот способ записи обеспечивает большую скорость вычисления с меньшим количеством ошибок.

HP-28
HP-28

Вслед за Casio в 1986-1988 годах собственную линейку графических калькуляторов выпустила и Hewlett Packard. HP-28 и последующие за ней модели были высокопроизводительными машинами с корпусом, раскладывающимся как книжка, чтобы использовать одновременно и буквенную клавиатуру, и стандартную раскладку для научного калькулятора. Плюс линейка имела ЖК-дисплей с разрешением 137×32 пикселя, который мог выводить четыре строки информации, а также в четыре раза больше памяти, чем у Casio.

Но было одно упущение, которое в 1986 году казалось незначительным, а к 1988 году превратилось в серьезный недостаток: у серии не было компьютерного интерфейса для загрузки или выгрузки данных. Это было исправлено в серии HP-48, которая увидела свет в 1990 году.

Оригинальный HP-28 имел суффикс “С”, что означало наличие непрерывной памяти (continuous memory). Впрочем, в 1988-м этим было уже не удивить — все серьёзные калькуляторы к тому времени имели непрерывную память. Поэтому в конце 80-х калькуляторы HP получили суффиксы “S” (для научных калькуляторов), “B” (для деловых) и, с 1993-го, “G” (для графических).

Сегментация

Не только HP, но и другие производители начали “затачивать” свои калькуляторы под специфические ниши. Это хорошо видно на примере Calculated Industries — нового игрока, вышедшего на рынок в конце 80-х.

Calculated Industries ElectriCalc Pro
Calculated Industries ElectriCalc Pro

CI производила устройства для конкретных работ и профессий. Её первая машина, Loan Arranger, была предназначена для расчёта погашения ипотечного кредита. Вслед за ней компания разработала широкий спектр других специализированных калькуляторов, предназначенных для специалистов по финансовому планированию, подрядчиков, плотников, сантехников, сотрудников радио- и телевидения, преподавателей, электриков, машинистов и даже для производителей лоскутных одеял.

Texas TI-81
Texas TI-81

Линейка графических калькуляторов Texas Instruments (начиная с TI-81 в 1990 году) также стала примером сегментации рынка. Эти калькуляторы были нацелены не просто на образовательную сферу, но и на различные её сегменты. Так, TI-80 и TI-73 предназначались для школьников в возрасте 10–14 лет, а TI-85 и TI-86, имеющие более продвинутые функции, были нацелены на учеников старших классов.

Более современные графические калькуляторы способны воспроизводить цвета, анимированные и интерактивные 2D- и 3D-изображения математических графиков, обрабатывать анимированные алгебраические теоремы и подготавливать документы с результатами вычислений.

Многие могут работать как регистраторы данных, принимая информацию от цифровых термометров, датчиков pH, метеорологических приборов, акселерометров и других сенсоров и имеют Wi-Fi или другие модули связи для проведения проверок и взаимодействия с учителем.

Но, несмотря на всё это, с приходом 90-х эпоха физических калькуляторов подошла к закату.

Появление мобильных устройств

Помимо всё большего распространения ПК и лэптопов, 90-е ознаменовались появлением умных мобильных телефонов. Первой ласточкой стал IBM Simon, вышедший в 1993 году.

BellSouth/IBM Simon
BellSouth/IBM Simon

Это был сотовый телефон (очень громоздкий по сегодняшним меркам) с функциями персонального цифрового помощника (КПК), включая электронную почту, адресную книгу, календарь — и калькулятор. В том же году впервые появился Newton — КПК от Apple, также с функцией калькулятора. Вскоре за ним последовали КПК Palm и Handspring. Постепенно калькулятор превращался всего лишь в одну из функций в мобильном устройстве.

Nokia 9000
Nokia 9000

Эта тенденция стала ещё более очевидной в 1996 году, после появления коммуникатора Nokia 9000 — устройства, которое объединило мобильный телефон с функциями КПК и возможностью подключения к Интернету. Это был один из первых настоящих смартфонов в истории. В 2000-м вышел Ericsson R380, объединивший то же самое в более компактном корпусе.

В середине 2000-х появилась масса новых моделей: Blackberry (2003), Apple iPhone (2007) с сенсорным экраном и множество других на базе Android и Windows Phone. А с выпуском Apple iPad в 2010 году воплотилась в жизнь и идея планшетных компьютеров, впервые высказанная в 1993 году.

Во все эти устройства была встроена функция калькулятора — не как аппаратная надстройка, а виртуально, в качестве программного обеспечения. И это означает, что тут возможности её не ограничены — ведь в ПО можно эмулировать любые калькуляторы, в том числе графические и специализированные отраслевые.

Что хранит калькуляторы

Но, как бы то ни было, магазины и онлайн-порталы по-прежнему предлагают более 250 различных моделей калькуляторов, стоимостью от пары до семи сотен долларов, если речь идёт о полноценном графическом калькуляторе.

Пять факторов не дают калькуляторам исчезнуть полностью. Во-первых, на протяжении многих лет их дизайн затачивался под выполнение определённой конкретной цели. Этот уровень функциональности не так просто воспроизвести даже в специализированных приложениях.

Во-вторых, смартфоны и планшеты стоят куда дороже. В-третьих, некоторым удобнее и проще использовать физическое устройство, чем работать с сенсорным экраном. В-четвёртых, настольные печатные калькуляторы продолжают существовать благодаря эргономическим преимуществам и возможности немедленно вывести результаты вычислений на бумаге.

И последнее (и возможно, самое важное): “глупые” калькуляторы разрешено использовать в школьных классах и на университетских занятиях, в отличие от “умных” телефонов и планшетов, которыми, официально, там пользоваться нельзя. По крайней мере, пока.

Всё это хранит физический калькулятор от забвения в витрине Музея обречённых технологий. Кто знает, надолго ли?