Calculadora gráfica

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Una calculadora gráfica (también calculadora gráfica o calculadora de pantalla gráfica ) es una computadora portátil que es capaz de trazar gráficos , resolver ecuaciones simultáneas y realizar otras tareas con variables . Las calculadoras gráficas más populares son calculadoras programables , que permiten al usuario crear programas personalizados, generalmente para aplicaciones científicas, de ingeniería o educativas. Tienen pantallas grandes que muestran varias líneas de texto y cálculos.

Una de las primeras calculadoras gráficas fue diseñada en 1921 por la ingeniera eléctrica Edith Clarke . ^{[1] [2] [3]} La calculadora se utilizó para resolver problemas con la transmisión de líneas eléctricas. ^[4]

Casio produjo la primera calculadora gráfica disponible comercialmente en 1985. Sharp produjo su primera calculadora gráfica en 1986, seguida por Hewlett Packard en 1988 y Texas Instruments en 1990. ^{[ cita requerida ]}

Algunas calculadoras gráficas tienen un sistema de álgebra computacional (CAS), lo que significa que son capaces de producir resultados simbólicos. Estas calculadoras pueden manipular expresiones algebraicas, realizando operaciones como factorizar, expandir y simplificar. Además, pueden dar respuestas en forma exacta sin aproximaciones numéricas. ^[5] Las calculadoras que tienen un sistema de álgebra computacional se denominan calculadoras simbólicas o CAS.

Muchas calculadoras gráficas se pueden conectar a dispositivos como termómetros electrónicos , medidores de pH , instrumentos meteorológicos, medidores de decibelios y luz , acelerómetros y otros sensores y, por lo tanto, funcionan como registradores de datos , así como WiFi u otros módulos de comunicación para monitoreo, sondeo e interacción con el profesor. Los ejercicios de laboratorio de los estudiantes con datos de dichos dispositivos mejoran el aprendizaje de las matemáticas, especialmente la estadística y la mecánica. ^[6]

Dado que las calculadoras gráficas suelen ser programables por el usuario, también se utilizan ampliamente para utilidades y juegos de calculadora , con un cuerpo considerable de software de juegos creado por el usuario en las plataformas más populares. La capacidad de crear juegos y utilidades ha estimulado la creación de sitios de aplicaciones de calculadora (por ejemplo, Cemetech ) que, en algunos casos, pueden ofrecer programas creados utilizando el lenguaje ensamblador de las calculadoras . Aunque los dispositivos de juego portátiles se encuentran en un rango de precios similar, las calculadoras gráficas ofrecen una capacidad de programación matemática superior para juegos basados ​​​​en matemáticas. Sin embargo, para los desarrolladores y usuarios avanzados como investigadores, analistas y jugadores, el desarrollo de software de terceros que involucra modificaciones de firmware, ya sea para juegos potentes o para explotar capacidades más allá de la hoja de datos publicada y el lenguaje de programación, es un tema polémico con los fabricantes y las autoridades educativas, ya que podría incitar al uso injusto de la calculadora durante las pruebas estandarizadas de la escuela secundaria y la universidad donde se apunta a estos dispositivos.

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• Norteamérica – Los profesores de matemáticas de secundaria permiten e incluso alientan a sus alumnos a utilizar calculadoras gráficas en clase. En algunos casos (especialmente en los cursos de cálculo ) son obligatorias . Sin embargo, en algunas escuelas, estas calculadoras no están permitidas durante los exámenes y pruebas específicamente (incluso en los cursos de cálculo ). Algunas de ellas están prohibidas en ciertas clases, como química o física, debido a su capacidad para contener tablas periódicas completas . ^{[7] [ verificación fallida ]}
• College Board de los Estados Unidos : permite el uso de la mayoría de las calculadoras gráficas o CAS que no tienen un teclado estilo QWERTY para partes de sus exámenes AP y SAT , pero las escuelas que toman exámenes ACT y el IB no permiten el uso de calculadoras con sistemas de álgebra computacional.
• Reino Unido : se permite el uso de calculadoras gráficas en los cursos de matemáticas de nivel A , pero no son obligatorias y los exámenes están diseñados para ser, en líneas generales, "neutrales en cuanto a calculadoras". De manera similar, en GCSE , todos los cursos actuales incluyen una prueba en la que no se puede utilizar calculadora de ningún tipo, pero se permite a los estudiantes utilizar calculadoras gráficas para otras pruebas. El uso de calculadoras gráficas en GCSE no está muy extendido y el coste es un factor probable. El uso de CAS no está permitido ni en A-level ni en GCSE . ^[8] La SQA escocesa permite el uso de calculadoras gráficas en los exámenes de matemáticas (excluyendo la prueba 1, que es exclusivamente sin calculadora), sin embargo, estas deben ser revisadas antes de los exámenes por los supervisores o entregadas por el centro examinador, ya que no se permite almacenar ciertas funciones/información en una calculadora en el examen. Los exámenes de SQA no favorecen una calculadora gráfica y, dado que se debe demostrar que funciona para obtener la máxima puntuación, no dan una ventaja significativa sobre los candidatos que no las utilizan.
• En Finlandia, Eslovenia y otros países está prohibido utilizar calculadoras con cálculo simbólico ( CAS ) o funciones de gráficos 3D en el examen de ingreso . Sin embargo, en el caso de Finlandia esto ha cambiado, ya que las calculadoras simbólicas se permitieron a partir de la primavera de 2012.
• Noruega – Las calculadoras con capacidades de comunicación inalámbrica , como los enlaces IR , han sido prohibidas en algunas universidades técnicas.
• Australia : las políticas varían de un estado a otro.
  • Victoria – la VCE especifica las calculadoras aprobadas que se aplican para sus exámenes de matemáticas. Para Matemáticas avanzadas, se puede utilizar una calculadora gráfica aprobada (por ejemplo, TI-83 / 84 , Casio 9860 , HP-39G ) o CAS (por ejemplo, TI-89 , la serie ClassPad , HP-40G ). Métodos matemáticos (CAS) tiene un examen sin tecnología que consta de preguntas de respuesta corta y algunas preguntas de respuesta extendida. Luego, también tiene un examen de tecnología activa que consta de preguntas de respuesta extendida y de opción múltiple: una CAS es la tecnología asumida para Métodos matemáticos (CAS). Matemáticas especializadas tiene un examen sin tecnología y un examen de tecnología activa donde se puede utilizar una calculadora gráfica aprobada o CAS. No es necesario borrar las memorias de la calculadora. En asignaturas como Física y Química, a los estudiantes solo se les permite una calculadora científica estándar.
  • Australia Occidental : todos los exámenes de ingreso a la educación superior en Matemáticas incluyen una sección de calculadora que supone que el estudiante tiene una calculadora gráfica; también se permiten calculadoras compatibles con CAS. En asignaturas como Física, Química y Contabilidad, solo se permiten calculadoras no programables. ^{[9] [ necesita actualización ]}
  • Nueva Gales del Sur : las calculadoras gráficas están permitidas para el examen del Certificado de Escuela Superior de Matemáticas Generales , pero no están permitidas en los cursos de Matemáticas de nivel superior.
• China - Sólo el examen de ingreso a la universidad de Shanghái permite el uso de calculadoras sin gráficos ni memoria. A excepción de Shanghái, las demás provincias y ciudades no permiten el uso de calculadoras, por lo que las calculadoras en general están prohibidas en la educación primaria y secundaria en la mayor parte de China. ^{[ cita requerida ]}
• India : las calculadoras están prohibidas en la educación primaria y secundaria. (La ICSE permite la Casio fx-82MS o una calculadora científica equivalente en los exámenes de 12º grado). Los cursos universitarios de grado y diploma tienen sus propias reglas sobre el uso de modelos permitidos de calculadoras en los exámenes. Las calculadoras científicas Casio fx-991MS, fx-991ES, fx-100MS y fx-350MS se utilizan en muchos cursos universitarios de grado y diploma. Estas calculadoras también están permitidas para los exámenes universitarios, ya que no son programables, ya que las calculadoras programables no están permitidas para los exámenes universitarios. Durante los exámenes GATE en línea y otros exámenes competitivos, a los candidatos se les proporciona una calculadora científica virtual, ya que no se permiten calculadoras físicas de ningún tipo.
• Nueva Zelanda : las calculadoras identificadas como capaces de realizar operaciones algebraicas de alto nivel están prohibidas en los exámenes NCEA , a menos que lo permita específicamente una norma o una prescripción de la asignatura. Esto incluye calculadoras como la serie TI-89 [1].
• Turquía : cualquier tipo de calculadora está prohibida en todas las escuelas primarias y secundarias, excepto en las escuelas IB y estadounidenses. ^{[ cita requerida ]}
• Singapur : se utilizan calculadoras gráficas en los colegios universitarios; es un requisito en el examen de Matemáticas de los niveles A de GCE, y la mayoría de las escuelas utilizan la TI-84 Plus o la TI-84 Plus Silver Edition .
• Países Bajos : los estudiantes de secundaria están obligados a utilizar calculadoras gráficas durante los exámenes y pruebas de los últimos tres años. La mayoría de los estudiantes utilizan la TI-83 Plus o la TI-84 Plus , pero se permiten otras calculadoras gráficas, incluidas la Casio fx-9860G y la HP-39G . Casi siempre se permite el uso de calculadoras gráficas durante los exámenes en lugar de las calculadoras normales, lo que a veces da lugar a que se hagan hojas de trucos de antemano y se intercambien antes de que comience el examen mediante cables de enlace.
• Israel – Está prohibido el uso de calculadoras gráficas en el examen de matemáticas Bagrut (equivalente al A-Level británico), además de las calculadoras programables. ^[10] Los cursos de grado y diploma universitarios tienen sus propias reglas de uso y modelos permitidos de calculadoras en los exámenes.

La mayoría de las calculadoras gráficas, así como algunas calculadoras científicas no gráficas y calculadoras de programadores, se pueden programar para automatizar series de cálculos complejos y de uso frecuente, así como aquellos que son inaccesibles desde el teclado.

La programación propiamente dicha se puede realizar a menudo en una computadora y luego cargarla en las calculadoras. Las herramientas más comunes para esto incluyen el cable de conexión a la PC y el software para la calculadora en cuestión, editores de texto configurables o editores hexadecimales y herramientas de programación especializadas, como la implementación de varios lenguajes en la computadora que se menciona a continuación.

Las calculadoras más antiguas almacenaban los programas en tarjetas magnéticas y similares; la mayor capacidad de memoria ha hecho que el almacenamiento en la calculadora sea la implementación más común. Algunas de las máquinas más nuevas también pueden utilizar tarjetas de memoria.

Muchas calculadoras gráficas y científicas tokenizarán el texto del programa, reemplazando los elementos de programación textual con tokens numéricos cortos. Por ejemplo, tome esta línea de código TI-BASIC: Disp [A]. En un lenguaje de programación convencional, esta línea de código tendría nueve caracteres (ocho sin incluir un carácter de nueva línea). Para un sistema tan lento como una calculadora gráfica, esto es demasiado ineficiente para un lenguaje interpretado . Para aumentar la velocidad del programa y la eficiencia de codificación, la línea de código anterior tendría solo tres caracteres. "Disp_" como un solo carácter, "[A]" como un solo carácter y un carácter de nueva línea. Esto normalmente significa que los caracteres de un solo byte consultarán el gráfico ASCII estándar , mientras que los caracteres de dos bytes (por ejemplo, Disp_) construirán una cadena gráfica de caracteres de un solo byte pero conservarán el carácter de dos bytes en la memoria del programa. Muchas calculadoras gráficas funcionan de manera muy similar a las computadoras y usan versiones de conjuntos de caracteres derivados de ASCII de 7 bits, 8 bits o 9 bits o incluso UTF-8 y Unicode . Muchos de ellos tienen una herramienta similar al mapa de caracteres de Windows.

También tienen funciones similares a BASIC como chr$, chr, char, asc, etc., que a veces pueden ser más parecidas a Pascal o C. Un ejemplo puede ser el uso de ord , como en Pascal , en lugar del asc de muchas variantes de Basic, para devolver el código de un carácter, es decir, la posición del carácter en la secuencia de cotejo de la máquina.

Un cable o un transceptor IrDA que conecta la calculadora a una computadora facilita el proceso y amplía otras posibilidades, como la incorporación de programas de hojas de cálculo, bases de datos, gráficos y procesamiento de textos. La segunda opción es poder codificar los programas en la propia calculadora. Esta opción se ve facilitada por la inclusión de editores de texto de pantalla completa y otras herramientas de programación en el conjunto de funciones predeterminadas de la calculadora o como elementos opcionales. Algunas calculadoras tienen teclados QWERTY y otras se pueden conectar a un teclado externo que puede tener un tamaño cercano al de un teclado de computadora normal de 102 teclas. La programación es uno de los usos principales del software y los cables que se utilizan para conectar las calculadoras a las computadoras.

Los lenguajes de programación más comunes que se utilizan para las calculadoras son similares a los lenguajes de macros de teclas y variantes de BASIC . Estos últimos pueden tener un amplio conjunto de funciones (que se acerca al BASIC que se encuentra en las computadoras), que incluyen manipulación de caracteres y cadenas, sentencias condicionales y de ramificación avanzadas, sonido, gráficos y más, incluido, por supuesto, el enorme espectro de funciones matemáticas, de manipulación de cadenas, de bits, de bases numéricas, de E/S y de gráficos integradas en la máquina.

Los lenguajes para programar calculadoras se dividen en todos los grupos principales, es decir, código máquina, lenguajes de bajo nivel, de nivel medio, de alto nivel para sistemas y programación de aplicaciones, scripts, macros y lenguajes de pegamento, procedimentales, funcionales, imperativos y. La programación orientada a objetos se puede lograr en algunos casos.

La mayoría de las calculadoras que se pueden conectar a un ordenador pueden programarse en lenguaje ensamblador y código máquina, aunque en algunas calculadoras esto solo es posible mediante el uso de exploits. Los lenguajes ensamblador y de máquina más comunes son los de TMS9900 , SH-3 , Zilog Z80 y varios chips Motorola (por ejemplo, un 68000 modificado ) que sirven como procesadores principales de las máquinas, aunque muchos (no todos) están modificados en cierta medida por su uso en otros lugares. Algunos fabricantes no documentan e incluso desaconsejan levemente la programación en lenguaje ensamblador de sus máquinas porque deben programarse de esta manera armando el programa en el PC y luego imprimiéndolo en la calculadora mediante varios métodos improvisados.

Otros lenguajes de programación integrados incluyen lenguajes creados a propósito, variantes de Eiffel , Forth y Lisp , y facilidades de Command Script que son similares en función a la programación por lotes/shell y otros lenguajes de unión en computadoras, pero generalmente no tan completos. Los puertos de otros lenguajes como BBC BASIC y el desarrollo de intérpretes integrados para Fortran , REXX , AWK , Perl , shells de Unix (por ejemplo, bash , zsh ), otros shells ( DOS / Windows 9x , OS/2 y shells de la familia Windows NT , así como los relacionados 4DOS , 4NT y 4OS2 , así como DCL ), COBOL , C , Python , Tcl , Pascal , Delphi , ALGOL y otros lenguajes se encuentran en varios niveles de desarrollo.

Algunas calculadoras, especialmente aquellas con otras funciones similares a las de una PDA, tienen sistemas operativos reales, incluido el sistema operativo propietario de TI para sus máquinas más recientes, DOS , Windows CE y, en raras ocasiones, Windows NT 4.0 Embedded y siguientes, y Linux . Los experimentos con las máquinas TI-89 , TI-92 , TI-92 Plus y Voyage 200 muestran la posibilidad de instalar algunas variantes de otros sistemas, como una variante reducida de CP/M-68K , un sistema operativo que se ha utilizado para dispositivos portátiles en el pasado.

En el lado del ordenador se utilizan herramientas que permiten programar las calculadoras en C/C++ y posiblemente Fortran y lenguaje ensamblador, como HPGCC , TIGCC y otras. La memoria flash es otro medio de transmisión de información hacia y desde la calculadora.

Las variantes BASIC integradas en las calculadoras gráficas TI y los lenguajes disponibles en las calculadoras tipo HP-48 pueden usarse para la creación rápida de prototipos por parte de desarrolladores, profesores y estudiantes, a menudo cuando no se tiene una computadora a mano.

La mayoría de las calculadoras gráficas tienen hojas de cálculo integradas que suelen integrarse con Microsoft Excel en el lado de la computadora. En este momento, no se encuentran en el mercado hojas de cálculo con macros y otras funciones de automatización en el lado de la calculadora. En algunos casos, las funciones de lista, matriz y cuadrícula de datos se pueden combinar con el lenguaje de programación nativo de la calculadora para tener el efecto de una hoja de cálculo con macros y scripts habilitados.

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• Dick, Thomas P. (1996). Mucho más que un juguete. Calculadoras gráficas en el cálculo de la escuela secundaria. En P. Gómez y B. Waits (Eds.), Roles de las calculadoras en el aula pp 31–46). Una Empresa Docente.
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• Heller, JL, Curtis, DA, Jaffe, R., y Verboncoeur, CJ (2005). Impacto del uso de calculadoras gráficas portátiles en el rendimiento de los estudiantes en álgebra 1: Heller Research Associates.
• Khoju, M., Jaciw, A. y Miller, GI (2005). Eficacia de las calculadoras gráficas en el rendimiento en matemáticas en los grados K-12: una revisión sistemática. Palo Alto, CA: Empirical Education, Inc.
• Centro Nacional de Estadísticas de Educación (2001). El informe de calificaciones de la nación: Matemáticas 2000. (Nº NCES 2001-571). Washington DC: Departamento de Educación de los Estados Unidos.

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