プログラム可能な電卓

プログラム可能な計算機は、保存されたプログラムの制御下で一連の演算を自動的に実行できる計算機です。ほとんどはチューリング完全であり、理論的には汎用コンピュータです。ただし、そのユーザーインターフェイスとプログラミング環境は、汎用的な使用ではなく、小規模な数値計算を便利に実行できるように特別に調整されています。

IBM CPCなどの最初のプログラム可能な計算機では、プログラムの保存にパンチカードなどのメディアが使用されていました。携帯型電子計算機では、磁気テープ、取り外し可能な読み取り専用メモリカートリッジ、フラッシュメモリ、またはバッテリバックアップの読み取り/書き込みメモリにプログラムを保存します。

1990 年代初頭以降、これらの柔軟なハンドヘルドユニットのほとんどは、グラフ電卓のクラスに属しています。ただし、安価なドットマトリックス LCDが大量生産される前は、プログラム可能な電卓は通常、1 行の数字または英数字ディスプレイを備えていました。プログラム可能な電卓の 4 大メーカーは、カシオ、ヒューレットパッカード、シャープ、テキサスインスツルメンツです。上記のすべてのメーカーは、特にカシオとシャープは、過去にポケットコンピュータも製造していました。

このタイプの電卓の多くはモノクロ LCD ですが、一部は 4 色 (赤またはオレンジ、緑、青、黒) で、2022 年 1 月時点での最上位機種の一部は、16 ビットまたは 32 ビットのグラフィックを表示するモニターと同様のカラーです。グラフ機能に使用されるため、これらのマシンの画面はピクセルでアドレス指定可能です。タッチスクリーン、ブザーまたはその他のサウンドジェネレーター、内部時計、モデムまたは IrDA トランシーバーなどのその他の接続デバイス、プリンターなどの周辺機器用の数種類のポート、およびさまざまな種類のメモリカード用のポートを備えたものもあります。

ノートパソコン、スマートフォン、タブレットなどのパーソナルコンピュータが広く普及し、価格も安くなったため、ほとんどの用途でプログラム可能な電卓は徐々に時代遅れになっていった。多くの数学ソフトウェアパッケージは、ハンドヘルドのプログラム可能な電卓と同様に、スクリプト言語やプラグインを通じて自動化やカスタマイズが可能である。しかし、プログラム可能な電卓は中等教育や高等教育では依然として人気がある。多くの数学コースでは、特定の電卓モデルの使用が求められることが多い。教育現場での継続的な使用は、厳密に制御可能な機能が利用できることによって正当化されることが多い。たとえば、電卓は通常、インターネットに直接アクセスできないため、試験で不正に補助するために使用できない。残っているプログラム可能な電卓の製造元は、高校の数学でこれらの電卓が引き続き使用されるよう奨励するために多大な努力を払っている。^[1]

以前のデバイス

電卓プログラミング

プログラム可能な計算機を使用すると、ユーザーは計算機内にプログラムを作成して保存し、難しい問題を解決したり、複雑な手順を自動化したりすることができます。

プログラミング機能は、グラフ電卓で最も一般的に（ただし排他的ではない）使用されています。これは、大きな画面で複数行のソースコードを同時に表示できるためです（つまり、次の表示行や前の表示行にスクロールする必要はありません）。もともと、電卓のプログラミングは電卓独自のコマンド言語で行う必要がありましたが、電卓ハッカーが電卓のメインインターフェイスをバイパスしてアセンブリ言語プログラムを書く方法を発見したため、電卓メーカー（特にTexas Instruments）は電卓ハードウェアでネイティブモードプログラミングをサポートし始め、最初にそのようなコードを動作させるために使用されるフックを公開し、後にユーザーインターフェイスから直接そのようなプログラムを処理するための機能を明示的に組み込みました。

計算機用に書かれた多くのプログラムはインターネット上で見つけることができます。ユーザーはプログラムをパソコンにダウンロードし、専用のリンクケーブル、赤外線ワイヤレスリンク、またはメモリカードを使用して計算機にアップロードできます。これらのプログラムは、PC 上のエミュレーターを通じて実行できる場合もあります。

これらのマシンのプログラミングは、マシン上で行うことも、PC側で行ってソースコードとしてアップロードすることも、PC側でコンパイルしてFlashや一部のC/C++実装と同様にアップロードすることもできます。TI、HP、カシオ、シャープの電卓で使用できるPCリンクソフトウェアには、tigcc、hpgccなどのコンピュータ側の言語パッケージに加えて、プログラムエディタが含まれています。また、コンピュータ側で使用するためのSDK、エミュレータ、その他のツールや、TI++エディタなどの他のメーカーおよびサードパーティのツールもあります。^[2] プログラム、データなどは、PC接続に使用される電卓の同じポートを介して、同様のマシン間で交換することもできます。非ネイティブ言語実装を使用するオンボードプログラミングツールには、カシオのfxシリーズ電卓用のオンボードCコンパイラやTI-83 BBC Basicポートなどがあります。

上記から生じる可能性の 1 つは、マシンをプログラミングするための追加言語のインタープリタ、コンパイラ、および翻訳プログラムを作成することです。BBC Basic はすでにTI-83および-84シリーズに移植されており、多くの人が議論しているその他のオンボード言語とプログラミングツールには、Fortran、awk、Pascal、Rexx、Perl、Common Lisp、Python、tcl、およびさまざまな Unix シェルが含まれます。

電卓用の一般的なプログラムには、数学や科学に関する問題解決プログラムからビデオゲーム、いわゆるデモまで、あらゆるものが含まれます。これらのコードの多くは、ユーザーが作成したフリーウェアまたはオープンソースですが、特に教育および科学/工学市場向けの商用ソフトウェアも利用可能です。プログラム可能な電卓には、情報、ドキュメント、掲示板、ダウンロード用ツール、およびこの目的に役立つその他のものを備えた主要なWebサイトがあります。各メーカーの電卓のメインサイトは、企業自身とのさまざまなレベルの協力を得て、サードパーティによって運営されています。具体的には、HPCalc.org、TICalc.org、およびCasioCalc.orgです。SharpCalc.orgドメインは最近、他の3つと同様のサイトとシャープのポケットコンピュータに関する情報を作成する意向を示した組織によって購入されました。企業自身も、TIEducation.comなどのサイトを運営しており、そこではマシンの情報とツールが提供されています。^[3]

磁気ストレージカードが側面のカードリーダーに挿入されているTI -59 。
磁気カードリーダーとサーマルプリンターを備えたHP-41CX
旧ソ連では、プログラム可能な計算機の完全な範囲が開発されました。そのうちのいくつか (このMK-52など) は、宇宙ミッションでも使用されました。

プログラミング言語

キーストロークプログラミング

初期の頃、ほとんどのプログラム可能な計算機は非常に単純化されたプログラミング言語を使用していました。これは、実際のキーストロークを記録するか、キーストロークが結合されている場合はバイトコードに基づいていることが多かったです。このようなプログラミングをサポートする計算機は、条件文とメモリの間接アドレス指定の両方をサポートしていればチューリング完全でした。チューリング完全な計算機の有名な例としては、カシオ FX-602P シリーズ、HP-41、TI-59などがあります。キーストロークプログラミングは、 HP 35sやHP-12Cなどの中価格帯の計算機で今でも使用されています。

ベーシック

BASICは広く普及したプログラミング言語で、デスクトップコンピュータやポケットコンピュータによく採用されています。現在、高級電卓で使用されている最も一般的な言語は、カシオ（Casio BASICまたはBasicLike）やTI （TI-BASIC）で使用されている独自のBASICスタイルの言語です。これらのBASIC言語は、BASICとキーストロークプログラミングの利点を組み合わせた、電卓での使用に最適化されています。主流のBASICとの共通点はほとんどありません。^[4]^[5]^[6] Ti-89以降のバージョンは、標準のBasicの文字列と文字の操作関数とステートメントの完全なセットを含む、より完全な機能を備えています。

TI-83 サブファミリーの計算機へのBBC Basicの完全な移植版が利用可能になりました。ケーブルまたはコンピューターとの IrDA 接続を介してインストールされます。

ルポル

RPLはヒューレット・パッカードがハイエンドデバイスで使用している特殊なForth風プログラミング言語です。RPL電卓を搭載した最初のデバイスは1987年に発売されたHP-28Cでした^。[7]

PPL言語はHP Prime電卓で導入され、 Pascalによく似ています。

組み立て

TI 89 および関連計算機に統合されたアセンブラが 2014 年に発表され、リリースされました。

初期の電卓モデルでは、機械語プログラミングは推奨されないことが多かったが、熱心なプラットフォームハッカーが、一部のモデルの組み込みインタープリタを回避し、アセンブリ言語で直接電卓をプログラムする方法を発見した。この手法は、モード切り替えキーのプログラミング上の欠陥が原因で、TI-85で初めて発見され、使用された。 ^[要出典]TI-83が登場した頃には、TIとHPは、自作プログラマーのサポートニーズに対応する必要性を認識し、将来の開発者向けにアセンブリ言語ライブラリとドキュメントを提供し始めた。ソフトウェア、特にゲームは、ゲームボーイの同等品とほぼ同じくらい高速でグラフィカルになり、特にTIは、後にTI-83 PlusやTI-89などの将来の電卓のパッケージアプリケーションのサポートにアセンブリプログラミングを正式化した。HPは、当時の最高級電卓モデルである HP-50gに、アセンブラプログラミングのオンボードサポートを組み込んだ。

オンボードのアセンブリのようなプログラミングを可能にするプログラムとツールキット (計算機の実際のプロセッサが Zilog や Motorola チップなどまったく異なるものであっても、多くの場合はIntel 80x86 ) は、少なくとも 2 つの実装でベータ段階にあります。ネイティブの Basic バリアントは、ユーザー定義の関数とプロシージャ、およびコンピューターで開発されて計算機にアップロードされたアセンブリと C モジュールによって拡張でき、Basic タイプのプログラムと同様に「疑似アセンブリ」プログラムを記述して実行できます。Rexx、awk、Perl、一部の Unix シェルなどの他の言語も、このタイプの多くの計算機でこの方法で実装できます。

その他の言語

GCC開発スイートは、カシオ、HP、TI の電卓のいくつかのモデルで利用できます。つまり、C、C++、Fortran 77、およびインラインアセンブリ言語を使用して、コンピューター側でプログラムを開発し、それを電卓にアップロードすることができます。

サードパーティによって開発中のプロジェクトには、Fortran、その他の Basic バリアント、awk、C、Cobol、Rexx、Perl、Python、Tcl、Pascal、Delphi 、および DOS/Win95 バッチ、 OS/2 バッチ、 WinNT/2000 シェル、 Unix シェル、DCLなどのオペレーティングシステムシェル用のオンボードおよび/またはコンピュータ側のコンバーター、インタープリター、コードジェネレーター、マクロアセンブラー、またはコンパイラーが含まれます。

多くの TI、Casio、Sharp、HP モデルには、デフォルト構成の一部であるか、オプションで追加できる Lua インタープリターが搭載されています。

一部の計算機は、Mini-Fortran と呼ばれる Fortran 77 のサブセットを実行します。コンパイラは計算機に内蔵されているため、プログラムをマシンにインストールするために PC に接続する必要はありません。

Casio fx-9860 シリーズ用の OnCalc C コンパイラが利用可能になりました。Sharp PC G850V ポケットコンピュータには、アセンブラと Basic インタープリタに加えて、オンボードの C コンパイラが搭載されています。

永続的なメモリ

プログラム可能な計算機の重要な特徴の 1 つは、何らかの形の永続メモリを利用できることです。永続メモリがないと、電源が切れるたびにプログラムを再入力する必要があり、デバイスが扱いにくくなります。永続メモリは、内部または別のデバイス上に配置できます。一部のプログラム可能な計算機では、両方の方式が採用されています。

磁気カードリーダー/ライター

磁気カードリーダーは、最初に登場した永続メモリの選択肢の一つでした。^[8]入力されたプログラムは磁気ストリップに保存されます。磁気ストリップは持ち運びが簡単で、リーダー/ライターはコンパクトでした。しかし、リーダー/ライターも磁気ストリップも非常に高価でした。磁気ストリップを使用した最後の最も有名なデバイスは、HP-41CとTI-59です。

継続的な記憶

連続メモリは、電卓の電源を切っても内容が失われません。連続メモリがあれば、例えば電池を交換しても入力したプログラムが失われることはありません。^[9]

カセットテープ

コンパクトカセットは磁気カードに代わるシンプルで安価な代替品でした。通常、カシオFA-1などのインターフェースモジュールを使用して計算機を通常のカセットレコーダーに接続し、デジタルデータを周波数シフトキー付きオーディオ信号としてエンコードしました。^[10]

シャープとヒューレット・パッカードは、電卓に直接接続する専用のマイクロカセットレコーダーやミニカセットレコーダーも販売していました。これらの機器はより実用的で信頼性が高い一方で、より高価でした。

半連続記憶

メモリの需要が高まるにつれて、真の連続メモリの作成が難しくなり、開発者は代替手段を模索しました。半連続メモリでは、特定のバッテリー交換ルールが守られた場合にのみコンテンツが保存されました。最も一般的なルールは次のとおりです。

特別なバックアップバッテリーにより、メインバッテリーの交換中にメモリが失われないようにすることができます。
バッテリーの取り外しと交換は比較的短時間で完了する必要がありました。例えば、HP 35sでは、バッテリーの交換は取り外し後2分以内に完了する必要がありました。^[11]
少なくとも 2 つのメインバッテリーが使用されており、一度に 1 つしか交換できませんでした。

PC接続

プログラムとデータは、保存のためにパソコンに転送されます。転送は、次の接続方法(登場順)で行われます。RS-232、IrDA、USB。この方法の利点は、コスト効率が非常に高く、通常はカセットインターフェイスよりも高速であることです。これらの利点は、パソコンが必要になることで相殺されます。PC 接続の初期の例としては、Casio FX-603PとCasio FA-6インターフェイスの組み合わせが挙げられます。このセットアップでは、転送はプレーンテキストで行われるため、プログラムとデータは標準のテキストエディターで保存および編集できます。

フラッシュメモリ