Ein Taschenrechner ist eine Kombination aus Millionen von Logikfunktionen, die auf bestimmte Weise angeordnet sind und mit Zahlen arbeiten und blitzschnell Ergebnisse liefern. Die Transistoren werden auf bestimmte Weise gepaart, um logische Gatter zu bilden, die je nach Anordnung der Transistoren bestimmte Ausgänge liefern. Die einfachsten sind UND-, ODER- und NICHT-Funktionen.
Taschenrechner = Computer?
Zu der Zeit, als ihr technischer Fortschritt anstieg und wir begannen, das ganze Ausmaß elektronischer Schaltungen zu erkennen, wurden die Begriffe „Computer“ und „Taschenrechner“ aufgrund ihrer ähnlichen Funktionalität austauschbar verwendet.
Im Laufe der Zeit entwickelte sich der erste zu einem Gerät mit einem breiten Anwendungsspektrum, das vom Programmieren bis zum Surfen im Internet reichte, während der zweite sich auf die Ausführung von Berechnungen beschränkte. Wie scheinbar unterschiedliche Tiere aus derselben Gattung oder Familie haben sie jedoch eine gemeinsame Geschichte und funktionieren nach denselben Grundprinzipien. Ein Taschenrechner verwendet mehrere logische Funktionen, die auf bestimmte Weise angeordnet sind, um komplexe Operationen mit eingegebenen Zahlen durchzuführen. Klingt für viele noch kompliziert und die meisten fragen sich: Wie funktioniert ein Taschenrechner?
Funktionsweise eines Taschenrechners
Die meisten Rechner sind auf integrierte Schaltungen angewiesen, die allgemein als Chips bezeichnet werden. Diese Schaltkreise verwenden Transistoren, um zu addieren und zu subtrahieren sowie um Berechnungen mit Logarithmen durchzuführen, um Multiplikationen, Divisionen und kompliziertere Operationen wie die Verwendung von Exponenten und die Ermittlung von Quadratwurzeln zu ermöglichen. Grundsätzlich gilt: Je mehr Transistoren ein integrierter Schaltkreis hat, desto fortschrittlicher können seine Funktionen sein. Die meisten Taschenrechner haben meistens die gleichen verbauten Schaltkreise.
Binäres Zahlensystem
Wie jedes elektronische Gerät arbeiten auch Taschenrechner mit der Informationsumwandlung in ihre binäre Entsprechung. Das binäre Zahlensystem ist ein numerisches System, das fast genauso funktioniert wie das Dezimalsystem, mit dem die meisten Menschen besser vertraut sind. Die Basiszahl für das Dezimalsystem ist 10, während das Binärsystem 10 verwendet. Das Binärsystem verwendet 2, während das Dezimalsystem 10 verwendet, während das Binärsystem 1 verwendet, was als Bit bezeichnet wird. Abgesehen von diesen Unterschieden werden alle Operationen wie Addition, Subtraktion und Multiplikation nach denselben Regeln wie im Dezimalsystem berechnet.
Wegen seiner einfachen Implementierung in digitale Schaltkreise mit Logikgattern verwenden fast alle modernen Technologien und Computer das Binärsystem. Es ist einfacher, Hardware zu entwickeln, die nur zwei Zustände erkennen kann (ein und aus, wahr/falsch oder vorhanden/abwesend), als mehr Zustände zu erkennen. Es wird eine Hardware benötigt, die zehn Zustände unter Verwendung eines Dezimalsystems erkennen kann, was komplizierter ist.
Binär- und Dezimalzahlen
Jede Position in einer Binärzahl ist eine Potenz von 2, so wie jede Position in Dezimalzahlen eine Potenz von 10 ist. Um Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln, müssen Sie jede Position mit der 2er-Potenz der Positionsnummer multiplizieren. Dazu wird von links nach innen gezählt und mit Null begonnen.
Die binäre Addition zum Beispiel erfolgt nach den gleichen Regeln wie die dezimale Addition, mit dem Unterschied, dass bei der Addition von 10 eine 1 übertragen wird, während bei der Verzweigung von 2 ein Übertrag erfolgt. Der einzige Unterschied zwischen der binären und der dezimalen Addition besteht darin, dass der Wert 2 im binären System dem entsprechenden Wert 10 im dezimalen System entspricht. Sie werden feststellen, dass hochgestellte 1,s Ziffern bezeichnen, die übertragen wurden. Bei der binären Addition wird häufig der Fehler begangen, dass 1 + 1 = 0 ist und dass die 1 aus der vorhergehenden Spalte links von ihr eine 1 hat, die übertragen wurde. Der Wert am unteren Ende sollte dann 1 statt 0 sein. Im obigen Beispiel sehen Sie dies in der dritten Spalte.
Was steckt in einem Taschenrechner?
Hätte man einen Taschenrechner aus dem 19. Jahrhundert auseinandergenommen, hätte man im Inneren Hunderte von Teilen gefunden: jede Menge Präzisionszahnräder, Achsen, Stangen und Hebel, die bis zum Himmel geschmiert sind und bei jeder Zahleneingabe klicken und surren. Aber wenn Sie einen modernen elektronischen Rechner auseinandernehmen, werden Sie vielleicht enttäuscht sein, wie wenig Sie finden.
Hier ist, was Sie im Inneren finden werden:
- Eingabe: Die Tastatur: Etwa 40 winzige Plastiktasten mit einer Gummimembran darunter und einem berührungsempfindlichen Schaltkreis darunter.
- Prozessor: Ein Mikrochip, der die ganze harte Arbeit erledigt. Er erledigt die gleiche Aufgabe wie die Hunderte von Zahnrädern in einem frühen Taschenrechner.
- Ausgabe: Eine Flüssigkristallanzeige (LCD), die Ihnen die eingegebenen Zahlen und die Ergebnisse Ihrer Berechnungen anzeigt.
- Energiequelle: Eine langlebige Batterie (eine dünne Lithium-Knopfzelle, die mehrere Jahre hält). Einige Rechner haben auch eine Solarzelle, die bei Tageslicht kostenlosen Strom liefert.
Technische Zusammensetzung
Schaltkreis
Die meisten Taschenrechner heutzutage haben ein robustes Kunststoffgehäuse mit einfachen Öffnungen auf der Vorderseite, durch die ein Gummi gedrückt werden kann, ähnlich wie bei einer Fernsehfernbedienung. Wenn Sie eine Taste drücken, werden Stromkreise geschlossen, welche elektrische Impulse durch die Leiterplatte versendet. Mithilfe des Mikroprozessors können diese Impulse ausgewertet und auf dem Bildschirm des Rechners angezeigt werden.
H3 LCD bzw. LED Anzeige
Früher benutze man für die Taschenrechner Anzeigen LED-Displays. Diese verbrauchen allerdings viel Strom. LCD Anzeigen sind hingegen deutlich effizienter.
LCD-Displays haben mehrere Vorteile. Einer davon ist die Tatsache, dass sie nicht unter dem Einbrennen von Bildern leiden. Das Einbrennen von Bildern ist ein Phänomen, das bei anderen elektronischen Bildschirmen auftritt, wenn das Bild auf dem Bildschirm verbleibt, nachdem es verändert wurde. Wenn der Benutzer eine Pause einlegt oder das Bild anderweitig über einen längeren Zeitraum auf dem Bildschirm belässt, kann es sich in den Bildschirm „einbrennen“. Glücklicherweise ist dies bei LCDs kein Problem, da hier keine Phosphorverbindungen verwendet werden.
Erwähnenswert ist auch, dass LCD-Bildschirme wesentlich dünner und kompakter sind als herkömmliche CRT-Monitore. Außerdem bieten LCD-Bildschirme eine scharfe Bildauflösung, vorausgesetzt, sie werden mit der nativen Auflösung betrieben. Und schließlich werden LCDs nicht durch das Magnetfeld der Erde beeinflusst, was man von anderen elektronischen Bildschirmen nicht behaupten kann. Dies sind nur einige der Gründe, warum LCD-Bildschirme anderen Bildschirmtypen vorzuziehen sind.
Solarzelle
Ältere Taschenrechner mussten früher noch an die Steckdose angeschlossen werden oder benötigten sperrige Batterien. Doch Ende der 1970er Jahre war die Solarzellentechnologie fortgeschritten genug, um für viele elektronische Geräte eingesetzt zu werden. Durch eintreffende Photonen auf die Zelle werden Elektronen freigesetzt, wodurch ein elektrischer Strom entsteht. (Ein LCD-Rechner benötigt nur einen schwachen Strom, was erklärt. Leistungsfähigeren wissenschaftlichen und grafischen Rechner werden jedoch weiterhin mit Batterien betrieben.
Fazit
Der Einsatz leistungsfähiger Taschenrechner im Alltag ist jedoch umstritten, da einige der Meinung sind, dass die Verwendung dieser Geräte für die Arbeit, die früher das Gehirn erledigte, zu einem Verlust echter mathematischer Fähigkeiten und der Mathematik führt. Grafiktaschenrechner wurden sogar in einigen Bildungseinrichtungen wegen ihrer vielen Funktionen verboten. Die Ingenieure entwickeln die Taschenrechnertechnologie ständig weiter aus, sodass das Konzept von Computern und klassischen Taschenrechnern immer weiter verschwimmt.
Das Gleiche passiert auch mit unseren Smartphones und Computern. Jeder von uns trägt heutzutage einen kleinen Computer in seiner Hosentasche. Die Funktion und Leistung dieser Geräte sind in vielen Fällen nahezu identisch. Das Grundkonzept, wie das Telefonieren mit dem Handy oder das Schreiben von Texten mit dem PC wird allerdings immer bestehen bleiben. Genauso wird der klassische Taschenrechner ein Alltagstool für jeden Schreibtisch bleiben. Wir hoffen, dass sich die Frage „Wie funktioniert ein Taschenrechner?“, sich mit diesem Artikel für Sie geklärt hat und Sie beim nächsten Mal, wenn Sie mit Ihrem elektronischen Helfer rechnen, auch das technische Verständnis besitzen.
