Как работает калькулятор или ЭВМ

Я тут покатался в метро.
Честно сказать — я удивлен!
Очень много народу ходит и сидит с калькуляторами и постоянно что-то считают!
Наверняка пытаются вычислить индекс ММВБ к 2025 году!

Собственно — а как работает калькулятор и ЭВМ?  Или смарт-фон




На самом деле — очень просто!
Раньше считали вот так:


Теперь считают вот на этом: 

Как это работает?
Калькулятор состоит из корпуса, клавиатуры с кнопками и платы:


При нажатии на кнопку она прижимает пленку к задней крышке и происходит электрический контакт и отображает значение на ЖК дисплее.
На плате расположен процессор:

Работает он точно также как и в вашем персональном компьютере или смартфоне.
Он считает!
И отображает расчет на дисплее.

В сети есть в доступе схемы калькуляторов СССР:


Также в сети есть схемы процессоров калькуляторов родом из СССР:

Микропроцессор калькулятора принципом работы очень мало отличается от обычного персонального компьютера с процессором, памятью, клавиатурой и видеокартой.
Если быстро посмотреть на фото кристаллов, то можно примерно поделить на три области: область постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) с программной («прошивкой»), область оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), где хранятся регистры памяти калькулятора, и остальные цепи процессора, которые включают арифметическо-логическое устройство (АЛУ), драйвер индикатора, драйвер клавиатуры, преобразователи напряжения и другие вспомогательные цепи.

По схеме есть:
— генератор опорной частоты (ГОЧ), который задает частоту, с которой регенерируется изображение на индикаторе;
— схема удвоения напряжения, умножающая напряжение солнечное батареи на два, чтобы хватило для индикатора;
— генератор, формирователь импульсов общих электродов и регистр-формирователь сегментного кода постоянно выводят заданные для вывода сегменты на индикатор. Там есть специальный регистр памяти, куда микропроцессор записывает информацию, какие надо отображать сегменты, а какие не надо. После этого процессор не отвлекается на отображение, и эти блоки выводят все сами;
— ОЗУ с регистрами данных и ПЗУ с прошивкой;
— и узел с процессором, состоящим из АЛУ с обвязкой. Счетчик адреса АЛУ выбирает очередной код программы из ПЗУ. Разрядность этого кода может быть разной в разных калькуляторах. Отдельные биты в слове определяют работу АЛУ: например, сложить два 4-х битных числа из регистров, или считать из ОЗУ цифру, или сравнить два числа, или сдвинуть на один разряд и т. д.

Как работает микропроцессор?
Там у него есть специальная ножка, на которое подается питание… и обнуляет процесс.

При подаче электричества специальный узел заставляет программу работать с начального адреса. Команда за командой извлекается из ПЗУ и исполняется. Вначале происходит обнуление регистров, формирование числа «0.», сброс всяких признаков переполнения, операций и прочее. После сброса программа ожидает события от клавиатуры (нажатие кнопки).
Когда нажата кнопка, то процессор через некоторое время еще раз опрашивает клавиатуру, чтобы подавить дребезг кнопок (когда из-за плохого контакта может произойти одновременно несколько нажатий).
А дальше, в зависимости от предыдущих состояний, он по программе определяет, что с этим нажатием делать. Например, если идет ввод числа и введена цифра, то продолжить ввод. Если нажата кнопка операции, то выполнить операцию.
Сам алгоритм и логика выполнения операций целиком лежит на ПЗУ и программистах, которые писали прошивки.
Что интересно, все простые операции выполняются так, как их учат в школе.
— сложение и вычитание. В столбик. Выравниваются порядки двух введенных чисел и происходит сложение или вычитание.
— умножение и деление. Так же в столбик. Разряд за разрядом. Сначала последовательным сложением умножают на младшую цифру множителя, затем вторую и так далее до старшей. Деление — последовательным вычитанием.
После выполнения операции отдельная подпрограмма нормализует результат: отбрасывает незначащие нули и сдвигает его вправо.
Если в калькуляторе есть тригонометрические функции, то они также выполняются, как их запрограммировал программист. Есть разные способы вычисления элементарных функций: разложение в ряд Тейлора или по методу «Cordic».

Вот пример простейшего кода для калькулятора на Паскале:


Вот точно по такому же принципу работают ваши торговые роботы.
И рассчитывается блокчейн и биткоин.

Можно самому сделать калькулятор:



А что собственно такое физически эти 0 и 1?

А тут все просто.
Если есть на контакте 5 Вольт, то для ЭВМ это -1
Если на контакте 0 или меньше 1 Вольта, то это — 0