เครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์

เครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์ มักเรียกโดยย่อว่า เครื่องคิดเลข หรือ เครื่องคำนวณ คือเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้สำหรับดำเนินการทางเลขคณิตพื้นฐานหรือซับซ้อน มักมีขนาดเล็ก พกพาได้ และราคาไม่แพง เครื่องคิดเลขสมัยใหม่พกพาสะดวกกว่าคอมพิวเตอร์เป็นส่วนมาก อย่างไรก็ตาม ก็มีขนาดพอ ๆ กับเครื่องคิดเลขมือถือและอาจมีบทบาทเข้ามาแทนที่

เครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์ขนาดกระเป๋า ซึ่งมีจอภาพผลึกเหลวแบบ ที่สามารถดำเนินการทางเลขคณิตพื้นฐานได้

เครื่องคิดเลขวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ที่มีจอภาพผลึกเหลวแบบ

เครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์แบบโซลิดสเตตเครื่องแรกผลิตขึ้นในคริสต์ทศวรรษ 1960 ซึ่งสร้างโดยใช้หลักการของเครื่องมือคำนวณในประวัติศาสตร์ อย่างเช่นลูกคิดที่ประดิษฐ์ขึ้นเมื่อประมาณ 2000 ปีก่อนคริสตกาล และเครื่องคิดเลขเชิงกลที่ประดิษฐ์ในคริสต์ศตวรรษที่ 17 เป็นต้น เครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์มีพัฒนาการควบคู่ไปกับในสมัยนั้น

เครื่องคิดเลขขนาดกระเป๋าเริ่มจำหน่ายในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1970 โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากอินเทลประดิษฐ์ไมโครโพรเซสเซอร์ชิ้นแรก () ให้กับเครื่องคิดเลขของ (Busicom)

เครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่มีหลากหลายแบบตั้งแต่ขนาดเท่าบัตรเครดิต ราคาถูก แจกฟรี ไปจนถึงขนาดตั้งโต๊ะ แข็งแรง มีเครื่องพิมพ์ในตัว เครื่องคิดเลขเป็นที่นิยมในช่วงกลางคริสต์ทศวรรษ 1970 เนื่องจากการคิดค้นวงจรรวมทำให้เครื่องคิดเลขมีขนาดเล็กลงและราคาถูกลง ในช่วงปลายทศวรรษนั้น ราคาของเครื่องคิดเลขก็ลดลงจนถึงระดับที่ประชาชนทั่วไปสามารถซื้อได้ และกลายเป็นเครื่องมือสามัญในโรงเรียน

ระบบปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ย้อนไปจนถึงยูนิกซ์รุ่นแรก ๆ ก็บรรจุโปรแกรมคำนวณเลขมาด้วยอย่าง (dc) และ (hoc) และฟังก์ชันที่เกี่ยวกับการคำนวณก็ถูกบรรจุลงในอุปกรณ์ประเภทพีดีเอแทบทุกชนิด

นอกเหนือจากเครื่องคิดเลขสำหรับจุดประสงค์ทั่วไปแล้ว ก็ยังมีเครื่องคิดเลขที่ออกแบบมาเพื่อตลาดเฉพาะทาง ตัวอย่างเช่น เครื่องคิดเลขวิทยาศาสตร์ที่บรรจุฟังก์ชันการคำนวณตรีโกณมิติและสถิติ เป็นต้น เครื่องคิดเลขบางชนิดก็สามารถประมวลได้ ก็สามารถใช้วาดกราฟของฟังก์ชันที่นิยามบนเส้นจำนวนจริงหรือมิติที่สูงกว่าในได้

ในปี ค.ศ. 1986 จำนวนเครื่องคิดเลขคิดเป็น 41% ของปริมาณฮาร์ดแวร์ทั่วโลกที่มีจุดประสงค์ทั่วไปสำหรับคำนวณสารสนเทศ อัตรานี้ลดต่ำลงจนเหลือน้อยกว่า 0.05% เมื่อ ค.ศ. 2007

การออกแบบ

เครื่องคิดเลขวิทยาศาสตร์กำลังแสดงเศษส่วนและจำนวนทศนิยมที่เทียบเท่า

เครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่มีแผงซึ่งประกอบด้วยเลขโดดและการดำเนินการทางเลขคณิตต่าง ๆ บางเครื่องก็มีปุ่ม 00 และ 000 ด้วยเพื่อให้ป้อนจำนวนขนาดใหญ่ง่ายขึ้น แต่ละปุ่มบนเครื่องคิดเลขพื้นฐานส่วนใหญ่ใช้แทนเลขโดดตัวเดียวหรือการดำเนินการอย่างเดียว อย่างไรก็ตามในเครื่องคิดเลขที่เฉพาะทางยิ่งขึ้น ปุ่มใดปุ่มหนึ่งสามารถทำงานได้หลายอย่างโดยกดร่วมกับปุ่มอื่นหรือขึ้นอยู่กับโหมดการคำนวณปัจจุบัน

เครื่องคิดเลขมักจะมีหน้าปัดแสดงผลเป็นจอภาพผลึกเหลวแทนที่ในอดีต ดูรายละเอียดเพิ่มเติมที่การพัฒนาด้านเทคนิค เศษส่วนอย่างเช่น 1/3 จะแสดงเป็นในจำนวนทศนิยมที่ถูกปัดเศษ 0.33333333 เครื่องคิดเลขวิทยาศาสตร์หลายรุ่นสามารถทำงานกับเศษส่วนหรือจำนวนคละได้ แต่กับเศษส่วนบางจำนวนเช่น 1/7 ซึ่งเท่ากับประมาณ 0.14285714285714 (เลขนัยสำคัญ 14 หลัก) อาจจำแนกได้ยากในจำนวนทศนิยม

เครื่องคิดเลขมีความสามารถในการบันทึกจำนวนลงในหน่วยความจำ เครื่องชนิดพื้นฐานสามารถบันทึกจำนวนได้เพียงจำนวนเดียวในเวลาหนึ่ง ๆ เครื่องชนิดเฉพาะทางมากขึ้นสามารถบันทึกได้หลายจำนวนแสดงด้วยตัวแปรต่าง ๆ ตัวแปรเหล่านั้นก็สามารถใช้สร้างสูตรทางคณิตศาสตร์ได้ บางรุ่นมีความสามารถในการขยายเนื้อที่หน่วยความจำเพื่อให้บันทึกจำนวนได้มากขึ้น โดยตำแหน่งที่ขยายออกไปจะถูกอ้างถึงด้วยดัชนีของแถวลำดับ

แหล่งพลังงานของเครื่องคิดเลขคือแบตเตอรี่ เซลล์สุริยะ หรือไฟฟ้า (สำหรับเครื่องรุ่นเก่า) เปิดเครื่องด้วยสวิตช์หรือปุ่มเปิด บางรุ่นไม่มีแม้กระทั่งปุ่มปิดแต่ก็มีบางวิธีที่ทำให้เครื่องปิดได้เช่น ปล่อยทิ้งไว้ไม่ดำเนินการใด ๆ ชั่วระยะเวลาหนึ่ง ปิดคลุมแผงเซลล์สุริยะ หรือปิดฝาครอบ เป็นต้น

การใช้ในการศึกษา

นักเรียนในประเทศส่วนใหญ่ใช้เครื่องคิดเลขสำหรับงานที่โรงเรียน มีการต่อต้านริเริ่มบางอย่างซึ่งนำไปสู่ความคิดที่กลัวว่าทักษะเลขคณิตขั้นพื้นฐานจะได้รับผลกระทบ ทำให้เกิดความไม่เห็นด้วยหลงเหลืออยู่ในความสำคัญของความสามารถของการคิดคำนวณ "ในใจ" อันทำให้บางหลักสูตรถูกจำกัดการใช้เครื่องคิดเลขจนกว่าจะบรรลุความสามารถระดับหนึ่ง ขณะที่หลักสูตรอื่นจดจ่ออยู่กับการเรียนการสอนเทคนิคและการแก้ปัญหามากขึ้น การวิจัยชี้ให้เห็นว่าแนวทางที่ไม่เพียงพอในการใช้เครื่องมือการคำนวณสามารถจำกัดการคิดทางคณิตศาสตร์ที่นักเรียนมีส่วนร่วมได้เล็กน้อย ส่วนคนอื่น ๆ ถกเถียงกันอยู่ว่าการใช้เครื่องคิดเลขก็สามารถทำให้ทักษะหลักทางคณิตศาสตร์เสื่อมถอยลง หรือว่าการใช้เครื่องคิดเลขก็สามารถขัดขวางการเข้าใจแนวคิดเกี่ยวกับพีชคณิตซึ่งเป็นพื้นฐานที่ผมสอนไปแล้ว

การทำงานภายใน

เครื่องคิดเลขพื้นฐานโดยทั่วไปมีส่วนประกอบต่าง ๆ ต่อไปนี้

• แหล่งพลังงาน เช่นแบตเตอรี่หรือเซลล์สุริยะ
• แผงปุ่ม ประกอบด้วยปุ่มที่ใช้สำหรับป้อนจำนวนและคำสั่งฟังก์ชันต่าง ๆ (บวก ลบ คูณ หาร รากที่สอง ฯลฯ)
• ชิปประมวลผล (ไมโครโพรเซสเซอร์) อันประกอบด้วย
  • หน่วยสแกน เมื่อเปิดเครื่องคิดเลข หน่วยนี้จะสแกนแผงปุ่มเพื่อรอรับสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์เมื่อปุ่มถูกกด
  • หน่วยเข้ารหัส แปลงจำนวนและฟังก์ชันต่าง ๆ ให้เป็น
  • เรจิสเตอร์ X และเรจิสเตอร์ Y เป็นที่เก็บบันทึกจำนวนชั่วคราวในระหว่างทำการคำนวณ จำนวนทั้งหมดจะถูกบันทึกลงในเรจิสเตอร์ X ก่อน และจำนวนที่อยู่ในเรจิสเตอร์ X ก็จะใช้สำหรับแสดงบนหน้าจอ
  • เรจิสเตอร์ตัวบ่งชี้ ฟังก์ชันสำหรับการคำนวณจะถูกบันทึกที่นี่จนกว่าเครื่องจะต้องการใช้มัน
  • หน่วยความจำถาวร (รอม) ชุดคำสั่งต่าง ๆ ของฟังก์ชันที่ติดมากับเครื่อง (การดำเนินการเลขคณิต รากที่สอง อัตราร้อยละ ตรีโกณมิติ ฯลฯ) ถูกบันทึกอยู่ที่นี่ในรูปแบบฐานสอง ชุดคำสั่งเหล่านี้เป็น "โปรแกรม" ที่บันทึกอยู่อย่างถาวรและไม่สามารถลบได้
  • หน่วยความจำผู้ใช้ (แรม) ที่เก็บบันทึกจำนวนที่ป้อนโดยผู้ใช้ ข้อมูลในหน่วยความจำนี้สามารถเปลี่ยนแปลงหรือลบได้โดยผู้ใช้
  • หน่วยคำนวณและตรรกะ (เอแอลยู) ดำเนินการชุดคำสั่งการคำนวณและตรรกะทั้งหมด และให้ผลลัพธ์อยู่ในรูปรหัสฐานสอง
  • หน่วย แปลงรหัสฐานสองเป็นจำนวนฐานสิบ ซึ่งจะได้นำมาแสดงบนหน่วยแสดงผล
• หน้าปัดแสดงผล แสดงจำนวนที่ป้อนเข้า คำสั่ง และผลลัพธ์ หน่วยแสดงผลแบบเจ็ดส่วนก็ถูกนำมาใช้แทนตัวเลขแต่ละตัวในเครื่องคิดเลขพื้นฐาน

ประวัติ

ในอดีตยังไม่มีความรู้เรื่องอิเล็กทรอนิคส์ มีการใช้เครื่องมือกลคำนวณตัวเลขต่างๆ เช่นในประเทศจีน จะมีการใช้ลูกคิด ทางตะวันตกซึ่งมีความเจริญทางคณิตศาสตร์มากก็จะมี abaci, comptometers, Napier's bones, slide rules และอื่นๆอีกมาก คอมพิวเตอร์ ซึ่งแปลตรงตัวว่าเครื่องคำนวณ ก็จัดว่าวิวัฒนาการมาจากเครื่องคิดเลขเช่นกัน

อ้างอิง

1. "The World’s Technological Capacity to Store, Communicate, and Compute Information", Martin Hilbert and Priscila López (2011), Science (journal), 332(6025), 60-65; see also "free access to the study".
2. Thomas J. Bing, Edward F. Redish, Symbolic Manipulators Affect Mathematical Mindsets, December 2007
3. John Lewis, The Pocket Calculator Book. (London: Usborne, 1982)