Печатающие устройства (принтеры).

Все печатающие устройства можно разделить на последовательные, строчные и страничные. В каждой группе можно выделить устройства ударного (impact) и безударного (non-impact) действия. По используемой технологии печати различают матричные, струйные, лазерные и LED-принтеры, принтеры с термопереносом восковой мастики, с термосублимацией, а также с изменением фазы красителя.

Матричные принтеры

Последовательные ударные матричные печатающие устройства работают следую­щим образом: вертикальный ряд (или два ряда) игл «вколачивают» с ленты в бумагу, формируя последовательно символ за символом. Для этих принтеров возможно использо­вание как форматной так и рулонной бумаги.

Головка принтера оснащается 9, 18 или 24 иголками, в последнем случае обеспечи­вается наилучшее для матричных принтеров качество.

Более высокое быстродействие обеспечивают построчные (постраничные) матрич­ные принтеры, которые вместо головок используют длинные массивы с большим количе­ством игл, при этом достигается скорость печати до 1500 строк в минуту.

Основным достоинством матричных принтеров является низкая стоимость расход­ных материалов, в следствии чего себестоимость печати одного листа в несколько раз ни­же, чем у лазерных или струйных моделей.

Расходным материалом в матричных принтерах является картридж с красящей лен­той, при этом можно производить замену ленты без замены картриджа. Как правило од­ной ленты при правильной настройке узла хватает на распечатку от 500 до 1000 страниц текста.

Во всех остальных отношениях матричные принтеры хуже струйных и лазерных. Они имеют низкое графическое разрешение, печатают медленно и создают высокий уро­вень шума.

Струнные принтеры

Струнные принтеры относятся к безударным печатающим устройствам, то есть та­ким, у которых носитель печатаемой информации не касается бумаги. Струйные черниль­ные (Ink Jet) принтеры относятся, как правило, к классу последовательных безударных пе­чатающих устройств, которые в свою очередь подразделяются на устройства непрерывно­го (continuous drop, continuous jet) и дискретного (drop-on-demand) действия. Последние в свою очередь могут использовать либо термическую «пузырьковую» технологию (bubble-jet, thermal ink-jet), либо пьезоэффект (piezo ink-jet). У чернильных устройств, как и мат­ричных, печатающая головка движется относительно неподвижной бумаги. Сопла (ка­нальные отверстия) на печатающей головке, через которые разбрызгиваются чернила, со­ответствуют «ударным» иглам. Количество сопел у разных моделей может варьироваться от 12 до 256 (иногда более). Поскольку размер каждого сопла меньше диаметра иглы (тоньше человеческого волоса), а количество сопел больше количества игл, то получаемое изображение четче (если чернила не расплываются на бумаге). Максимальная разрешаю­щая способность массовых моделей достигает значения 1440 dpi.

Основными параметрами струйных принтеров являются технология печати, разре­шение, количество цветов.

Технология печати. Под технологией печати понимается способ формирования кап­ли чернил. В пьезоэлектрических печатающих головках (принтеры Epson) капля формиру­ется и выстреливается за счет пьезоэффекта, в пузырьковых головках (принтеры Canon, Hewlett Packard, Lexmark) капля выстреливается за счет давления пузырька пара, возник­шего при нагревании чернил. В пузырьковых печатных механизмах сопла печатающей головки изнашиваются быстрее, поэтому головка совмещена с картриджем и меняется вместе с опустевшим баллончиком чернил. Пьезоэлектрические головки обычно несменные, а замене подлежат лишь баллончики с чернилами, хотя головка тоже является рас­ходным материалом и может быть заменена.

Разрешение. Разрешение характеризует величину самых мелких деталей изображе­ния, передаваем при печати без искажения. Измеряется обычно в dpi (dot per inch) - число точек на дюйм. Разрешение принтера соответствует разрешению черно-белого изображе­ния (т.е. только черно-белая картинка с разрешением 300 dpi будет напечатана на принте­ре с разрешением 300 dpi без искажений). Для полутоновых и цветных изображений эле­менты изображения (пиксели) создаются за счет растрирования. При этом для грубой оценки можно считать, что полутоновое и цветное разрешение будет равно указанному двухцветному, деленному на восемь. В связи с этим важно отметить различные подходы двух ведущих производителей струйных принтеров Hewlett Packard и Epson к улучшению своих принтеров. Если Epson непрерывно повышает разрешение (данный момент состав­ляет в большинстве моделей 1440*720), то Hewlett Packard повышает качество печати за счет уменьшения объема капель чернил и печати в несколько слоев (разрешение при этом составляет в большинстве моделей 600*600). На темных и насыщенных участках обе ме­тодики дают примерно одинаковый результат, а на светлых участках и плавных цветовых переходах сказывается недостаток малого разрешения (виден растровый рисунок).

Количество цветов. В черно-белых принтерах, которые уже практически не выпус­каются печатающая головка была одна (Epson Stylus 200, HP DeskJet 520). В так называе­мых трехцветных принтерах можно устанавливать только один картридж либо с черными чернилами, либо тремя чернилами CMY (Cyan, Magenta, Yellow - голубой, малиновый, желтый), такие принтеры пригодны для эпизодической печати цветных иллюстраций (HP DeskJet 400, Lexmark 1020). В четырехцветных принтерах реализуется модель печати CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black) и применяется либо четыре отдельных картриджа, либо два - черный и цветной. Большинство современных принтеров четырехцветные, но наилучшее качество достигается при использовании шестицветных принтеров.

Формат бумаги струйных принтеров изменяется в диапазоне А4...АО.

Существуют модели принтеров, позволяющие вместо картриджа устанавливать ска­нирующую головку, что наделяет принтер возможностями простейшего рулонного скане­ра (некоторые модели Canon).

Основными расходными материалами струйных принтеров являются картриджи, в некоторых моделях совмещенные с печатающей головкой.

Многие струйные принтеры продаются по своей себестоимости и ниже, а основной доход производи­тели получают от продажи расходных материалов, так стоимость недорогого принтера равна приблизитель­но стоимости 3-5 картриджей к нему.

Одним из способов снижения себестоимости черно-белой печати является заправка и их повторное использование. Такая возможность существует практически для всех принтеров, однако некоторые произво­дители в этом случае отказываются т гарантии. Заправке лучше поддаются картриджи от пузырьковых принтеров, в то время как для принтеров с несменной головкой эксперименты по заправке слишком риско­ванны. Заправлять картридж следует не позднее суток с момента его исчерпания, иначе остатки чернил в соплах засыхают и картридж выходит из строя. Цветные картриджи заправлять не имеет смысла из-за невы­соких объемов цветной печати, сушественно худшего качества чернил и высокой стоимости комплекта за­правки.

Лазерные и LED-принтеры

В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изобра­жения. Этот процесс включает в себя создание рельефа электростатического потенциала в слое полупроводника с его последующей визуализацией. Визуализация осуществляется с помощью частиц сухого порошка - тонера, наносимого на бумагу. Наиболее важным элементом лазерного принтера является фотопроводящий цилиндр (фотовал или фотоба­рабан), полупроводниковый лазер и прецизионная оптико-механическая система, переме­щающая луч.

Лазерные принтеры являются на данный момент самыми быстродействующими, их скорость печати может превышать 12 страниц в минуту.

Для лазерных принтеров, работающих с бумагой формата А4, стандартным разре­шением является 600-1200 dpi.

Кроме лазерных, существуют так называемые LED-принтеры (Light Emitting Diode), в которых полупроводниковый лазер заменен «гребенкой» мельчайших светодиодов. В данном случае не требуется сложная оптическая система, что позволяет реализовывать более дешевые решения. В области светодиодных принтеров специализируется компания OKI.

Большинство параметров лазерных принтеров соответствует аналогичным парамет­рам струйных и матричных моделей.

Основным расходным материалом лазерных принтеров является картридж с тонером и фотовал, в некоторых моделях объединенные в общий узел.

Поскольку в отличие от матричной и струйной технологии, лазерная технология требует предварительной подготовки (растрирования) всей страницы, то для лазерных принтеров очень важен объем буферной памяти. Большинство моделей позволяют его на­ращивать.

Принтеры с термопереносом восковой мастики

Принцип работы принтера с термопереносом восковой мастики (termal wax transfer) состоит в том, что термопластичное красящее вещество, нанесенное на тонкую подложку, попадает на бумагу именно в том месте, где нагревательными элементами (аналогами со­пел и игл) печатающей головки обеспечивается должная температура. Нагревательные элементы печатающей головки располагаются аналогично иглам матричных принтеров и соплам струйных принтеров. Позиционирование головки (как у маричных и струйных принтеров) осуществляется только в горизонтальном направлении, а подача бумаги осу­ществляется в вертикальном. Термопринтеры относятся к классу безударных поскольку механический контакт между бумагой и головкой отсутствуют.

Принтеры с термосублимациеп красителя

Принтеры с термосублимацией (Dye Sublimation) используют технологию близкую к термопереносу, только термоэлементы печатающей головки нагреваются в данном случае до более высокой температуры. При сублимации переход вещества из твердого состояния в газообразное происходит, минуя стадию жидкости. Таким образом порция красителя сублимирует с подложки и осаждается на бумаге или ином носителе. Комбинацией цветов красителя можно подобрать практически любую цветовую палитру. Данная технология используется только для цветной печати и стоит довольно дорого. К основным преимуще­ствам технологии относится практически фотографическое качество получаемого изобра­жения и широкая гамма оттенков цветов без использования растрирования.

Принтеры с изменением фазы красителя

В основе работы устройств с изменением фазы красителя или с твердым красителем (Phase Change Ink-Jet, или Solid Ink-Jet) лежит следующий принцип. Восковые стержни для каждого первичного цвета красителя постепенно растворяются нагревательным эле­ментом и попадают в отдельные резервуары. Расплавленные красители подаются оттуда специальным насосом в печатающую головку, работающую обычно на основе пьезоэф-фекта. Капли воскового красителя застывают на бумаге практически моментально, но обеспечивают необходимое сцепление. В отличие от обычной струйной технологии в дан­ном случае не происходит ни просачивания, ни растекания, ни смешивания, поэтому такие принтеры могут работать практически с любой бумагой, при этом качество цветов безу­пречна и допустима двусторонняя печать.

Плоттеры

Устройство, позволяющее представлять выводимые из ЭВМ данные в форме рисун­ков и графиков на бумаге, называют обычно графопостроителями или плоттерами. Из это­го определения следует, что в качестве плоттера может использоваться и соответствую­щий принтер. Первыми появились и широко используются перьевые плоттеры.

Существующие на сегодня перьевые плоттеры условно можно разбить на:

• плоттеры, использующие фрикционный прижим для перемещения бумаги в на­правлении одной оси и движения пера в направлении дугой;

• барабанные (рулонные) плоттера, работающие примерно также как и фрикцион­ные, но использующие для перемещения перфорированной бумажной ленты спе­циальный трактор;

• планшетные плоттеры, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по обеим осям,

Различные модели плоттеров могут иметь как одно так и несколько перьев различ­ного цвета (обычно 4-8). Перья бывают трех типов: фитильные (заправляемые чернила­ми), шариковые (аналог шариковой ручки) и с трубчатым пишущим узлом (инкографы, заправляемые специальной тушью).

Связь плоттера с ЭВМ как правило осуществляется через последовательный (USB), параллельный (LPT) или SCSI интерфейс.

В плоттерах могут использоваться как специальные технологии, так и технологии знакомые по принтерам (термо-, ларсная, LED, струйная). В настоящее время широко применяются струйные плоттеры, которые обеспечивают быстродействие в 4-5 раз выше перьевых и разрешение не менее 300 dpi.

Модемы.

МОДЕМ (МОдулятор - ДЕМодулятор) - устройство, предназначенное для передачи и приема информации по аналоговому каналу, (см. рис.5.1). Для подключения к ЭВМ обычно используются интерфейсы RS232 или USB.

Рис. 5. 1. Соединение ЭВМ посредством модемов

Упрощенно принцип работы модема можно описать следующим образом:

• для передачи информации модем «накладывает» ее на несущий высокочастотный сигнал (процесс изменения несущего сигнала по некоторому закону и называется

модуляцией);

• сформированный таким образом сигнал передается по телефонной линии на при­нимающий модем;

• принимающий модем «разделяет» полезный сигнал и несущую частоту (т.е. де-модулирует сигнал) и передает информацию в цифровом виде компьютеру.

Кроме модуляции/демодуляции современный модем производит сжатие данных, коррекцию шибок и еще ряд других операций, направленных на увеличение скорости пе­редачи данных и повышение надежности связи.

Протоколы

Для того чтобы принимающий и передающий модемы понимали друг друга, связь между ними должна осуществляться по некоторым правилам. Наборы этих правил назы­ваются протоколами. Существуют протоколы модуляции, компрессии данных, коррекции ошибок и некоторые другие. Поддерживаемые протоколы являются основной характери­стикой того или иного модема. Ниже приведены наиболее распространенные протоколы модуляции, которые практически и определяют скорость передачи данных.

Модемы имеют обратную совместимость по протоколам. На практике максимальная скорость определяется не только возможностями протокола. Например, модем с протоко­лом V.90 может обеспечить наибольшее быстродействие в том случае, если провайдер также поддерживает V.90, АТС передающего и принимающего модема цифровые и между ними цифровой канал. Но даже при выполнении этих условий скорость редко превышает 40000-46600 бит/сек.

Что касается остальных протоколов, то наиболее предпочтительным является модем обладающий V.34 (V.34bis). Даже на плохих линиях, где модем не может работать на мак­симальной скорости, связь на V.34 предпочтительнее чем, например, на V32bis. Это свя­зано с тем, что все модемы, поддерживающие V.34, обязательно поддерживают современ­ные протоколы коррекции ошибок (V.42 и чуть более старый MNP4), что очень важно на отечественных линиях, а также протоколы компрессии данных (V.42bis и MNP5).

Теоретически, два модема, поддерживающие один и тот же протокол, должны обес­печивать одинаковую скорость и качество связи. Для идеальных телефонных линий это действительно так. На практике нет. Более дорогие модемы включают средства, позво­ляющие успешно бороться с помехами (например, эхо-компенсаторы, эквалайзеры, и т.п.), алгоритмы подбора скоростей и т.д., что может существенно увеличить скорость передачи и надежность соединения.

С практической точки зрения модемы можно разделить на следующие группы:

1. WinModem (или SoftModem). Их особенность в том, что они часть своих функций отдают центральному процессору, что позволяет значительно упростить их конструкции. Такие модемы обычно внутренние и выполнены в виде плат расширения. Единственными достоинствами программных модемов является низкая цена и простота замены прошивки (обычно смена драйвера). К недостаткам следует отнести высокие требования к системе (на практике не менее Р200 с ОЗУ 32Мб), ориентация на ОС Windows (в следствии чего

возникают проблемы в MS DOS, Linux и т.д.)' весьма посредственная аналоговая часть (плохие приемо-передатчики).

2. Модемы различных производителей на базе чипсетов Rockwell, обладающие хо­рошим соотношением цена-качество. Такие модемы могут быть как внутренними так и внешними. Чипсеты Rockwell обеспечивают поддержку всех современных протоколов и сервисных функций. К недостаткам таких модемов можно отнести посредственную анало­говую часть (у некоторых производителей) и отсутствие адаптации (кроме модемов IDC) для отечественных линий (чаще всего это проявляется в неопределении сигнала «занято»).

3. Качественные внешние модемы, способные работать на самых неблагоприятных линиях (стоимость таких модемов 100-200 $). К ним можно отнести модемы ZyXEL Omni-288S, ЮС 2814 BXL Voice, US Robotics Courier V. Everything. А также ряд других моде­мов этих производителей.

Видеосистемы.

Видеосистема состоит из двух компонент: видеоадаптер (видеокарта) и монитор (дисплей). Видеокарта является устройством, осуществляющим интерфейс с ПК, монитор же соединен с видеокартой (см. рис.5.2.).

Имеются два режима работы видеосистемы; графический и текстовый. Графический режим отличается тем, что при этом видеокарта может управлять каждым отдельным пик­селем экрана, при этом могут изменяться такие атрибуты отдельных точек, как цвет и мерцание. Текстовый режим отличается тем, что на экране отображаются только текстовые символы. В этом режиме число пикселей обычно не устанавливается, а вместо него указывается число символов и строк (80x25),

Рис. 5.2 Видеосистема ПК

Видеоадаптеры

Видеоадаптер служит для программного формирования графических и текстовых видеоизображений и является промежуточным элементом между монитором и шиной ЭВМ. Изображение строится по программе, исполняемой ЦП, в чем ему могут помогать графические акселераторы и сопроцессоры. Существует ряд классов адаптеров (MDA, CGA, EGA, VGA и т.д.). В монитор адаптер посылает сигналы управления яркостью лучей RGB и синхросигналы строчной и кадровой разверток, т.е. адаптер является задающим устройством, а монитор со своими генераторами разверток должен вписываться в задан­ные параметры синхронизации.

Все компоненты видеоадаптера могут размещаться на одной плате расширения, или устанавливаться прямо на системной плате (встроенный видеоадаптер). Второй вариант менее эффективен, поскольку в этом случае для передачи видеоданных используется сис­темная шина.

Стандартизацией в области видеосистем занимается международная организация VESA, благодаря чему обеспечивается совместимость как на уровне аппаратных средств, так и на уровне программного обеспечения.

Положение видеоадаптера обязывает его иметь по крайней мере два интерфейса -один для связи с монитором, другой для связи с процессором и памятью ЭВМ. Большин­ство адаптеров имеют интерфейс VGA (15 контактный RGB Analog применяется с адапте­ров VGA очевидно отсюда и название), кроме того в настоящее наметилась тенденция ис­пользования телевизионных интерфейсов. В качестве магистральных интерфейсов снача­ла использовались шины ISA/EISA и МСА, но их производительности оказалось недоста­точно. Для увеличения производительности была стандартизирована локальная шина VLB, но она использовалась лишь с процессорами i486. Затем для подключения видео­адаптеров на широком спектре процессоров использовалась шина PCI. Однако и ее произ­водительности оказалось недостаточно. Поэтому на базе шины PCI для процессоров клас­са Pentium и старше был разработан специальный интерфейс AGP, имеющий производи­тельность в 2, 4 и даже 8 раз выше чем PCI.

Ниже дана кратка характеристика видеоадаптеров в хронологическом порядке их появления:

MDA (Monochrome Display Adapter) - монохромный четырехцветный (цвета: обыч­ный, подсвеченный, подчеркнутый, инверсный) адаптер, используемый для вывода только текстовой информации;

HOC (Hercules Graphic Controller) - графическое расширение MDA, обеспечиваю­щий режим 720*350 с двумя битами на пиксель;

CGA (Color Graphic Adapter) - цветной графический адаптер. Режимы текстовый и графический, разрешение низкое особенной по вертикали.

EGA (Enhanced Graphic Adapter) - расширенны графический адаптер. Режимы тек­стовый и графический, кроме собственных видеорежимов поддерживал режимы адапте­ров MDA и CGA.