2.6. Устройства вывода информации

Данный подраздел посвящен рассмотрению устройств вывода информации, наиболее часто используемых в ПЭВМ, а именно: дисплеев, принтеров, графопостроителей и синтезаторов звука. Дисплей является неотъемлемым атрибутом любой ПЭВМ. Без принтера в принципе можно обойтись, если не требуется долговременно хранить (документировать) выданную компьютером информацию, а достаточно лишь увидеть ее на экране дисплея. Однако такие ситуации крайне редки и поэтому ПЭВМ, как правило, комплектуются и принтерами. Если же машина предлагается без данного устройства, то покупатель всегда может приобрести его дополнительно у этого же или у любого из многих других поставщиков. Графопостроители же пользователи ПЭВМ при­обретают значительно реже: только при потребности в получении высококачественных рисунков для различных приложений. Простейшие синтезаторы звука встраиваются во все современные ПЭВМ. За дополнительную плату можно получить более совершенные синтезаторы вплоть до синтезаторов речи.

2.6.1. Дисплеи и дисплейные адаптеры

Дисплеем называют устройство визуализации (отображения) текстовой и графической инфор­мации без ее долговременной фиксации. Отсутствие долговременной фиксации информации означает ее исчезновение при выключении питания или при выводе новой информации.

Дисплей является основным ПУ ПЭВМ и служит как для отображения информации, вводимой посредством клавиатуры или других устройств ввода, так и для выдачи пользователю сообщений, а также для вывода полученных в ходе выполнения программ результатов.

В бытовых ПЭВМ в качестве дисплеев, как правило, используются обычные телевизоры. В ППЭВМ же применяются специальные устройства. Независимо от физических принципов фор­мирования изображения дисплей состоит из двух основных частей — экрана и электронного блока, размещенных в одном корпусе. Подключается дисплей к ПЭВМ через дисплейный адаптер (видеоадаптер, или видеоконтроллер).

Часто вместо термина «дисплей» употребляют термины «монитор» («видеомонитор») или «терминал» («видеотерминал»). Монитором называют устройство, применяемое для контроля какого-либо процесса и управления системой. Конструктивно — это либо совокупность дисплея и клавиатуры, либо просто дисплей. Терминалом же называется (обычно удаленное) устройство ввода-вывода данных для взаимодействия пользователя с системой. Так как в ПЭВМ функции управления и контроля, а также ввода-вывода данных совмещены в одних и тех же устройствах, то монитор, терминал и дисплей можно считать синонимами, хотя в общем случае эти термины не эквивалентны.

В дальнейшем мы будем употреблять еще один термин — консоль. Консолью называется рабочее место (совокупность УВВ), с которого осуществляется контроль и управление функци­онированием вычислительной системы. Понятие «консоль» аналогично понятию «монитор», но консоль, в первую очередь, предназначена именно для управления. В данном случае предполагается, что процесс контроля является подчиненным по отношению к процессу управления. Монитор же выполняет главным образом функции контроля. В ПЭВМ стандартной консолью является совокупность дисплея и клавиатуры, причем клавиатура — обязательный компонент.

По функциональному назначению (функциональным возможностям) дисплеи подразделяются на алфавитно-цифровые и графические. Первые способны воспроизводить только ограниченный набор символов. Вторые же являются гораздо более гибкими. Они в состоянии отображать как графическую, так и, что вполне естественно, текстовую информацию. В настоящее время гра­фические дисплеи в ПЭВМ практически вытеснили алфавитно-цифровые.

По количеству воспроизводимых цветов различают монохромные (одноцветные) и цветные дисплей. Монохромные устройства способны воспроизводить информацию только в каком-либо одном цвете, возможно, с различными градациями яркости. Широко распространены черно-белые экраны, а также зеленые и желтые. Цветные дисплеи обеспечивают выдачу на экран информации одновременно в нескольких цветах.

По физическим принципам формирования изображения существуют

1) дисплеи на базе электронно-лучевой трубки;

2) жидкокристаллические дисплеи;

3) плазменные (газоразрядные) дисплеи; . 4) электролюминесцентные дисплеи.

Дисплеи на базе электронно-лучевой трубки традиционны, а принцип их работы аналогичен бытовому телевизору. В электронно-лучевой трубке формируется луч (или три луча для цветных трубок), управляя перемещением и интенсивностью которого можно получить изображение на люминофорном экране. Для дисплеев данного типа графические изображения могут формиро­ваться двумя способами. В векторном дисплее электронный луч непрерывно «вырисовывает» контур изображения. Само изображение формируется из отдельных элементарных отрезков (векторов); В растровых же дисплеях изображение получается с помощью матрицы точек, которые могут «светиться», а могут быть невидимыми: электронный луч пробегает по строкам экрана, подсвечивая требуемые зерна (точки) люминофора. В этом случае и небольшом разрешении при воспроизведении ряда фигур хорошо заметен эффект «мозаичности». Цветные экраны имеют зерна трех цветов: красного, зеленого и желтого, собранные в триады. Каждый из трех электронных лучей отвечает за свой цвет, подсвечивая при необходимости «свои» зерна. Манипулируя яркостью зерен, можно сформировать точку любого цвета. Первоначально дисплеи на базе электронно­лучевой трубки в отличие от бытовых телевизоров имели цифровой видеовход. Сейчас же в наиболее совершенных моделях дисплеев осуществлен возврат к аналоговым видеовходам (имеется в виду стандарт VGA). Дисплеи на базе электронно-лучевой трубки громоздки, потребляют много энергии, но имеют хорошие технические характеристики.

Жидкокристаллический экран (индикатор) представляет собой совокупность сегментов для воспроизведения элементарных частей изображения (в частности, точек). Каждый сегмент состоит из нормально прозрачной анизотропной жидкости, заключенной между двумя прозрачными электродами. При подаче на электроды напряжения коэффициент отражения жидкости меняется и сегмент при освещении его внешним источником света темнеет. Индикаторы данного типа в отличие от других являются не активными, а пассивными (изображение «проявляется» только при внешнем освещении). По сравнению с другими жидкокристаллические индикаторы харак­теризуются малыми потребляемой мощностью и массой. Основная проблема для них — невысокая контрастность изображения. К настоящему времени предложены не только монохромные, но и цветные жидкокристаллические дисплеи. В производстве цветных устройств преуспели японские фирмы. Индикаторы данного типа часто применяют в электронных часах и калькуляторах.

В ПЭВМ в последнее время широкое распространение получили жидкокристаллические ин­дикаторы с обратной (задней) подсветкой (backlit). Их конструктивная особенность заключается в том, что за экраном размещается источник света, а сам экран состоит из жидкокристаллических ячеек, которые в нормальном состоянии являются непрозрачными. При приложении к такой ячейке напряжения она начинает пропускать свет, что и приводит к получению изображения на экране. Такой принцип формирования изображения облегчает создание цветных дисплеев. Дей­ствительно, достаточно на экране иметь тройки жидкокристаллических ячеек, обеспечивающие на просвет воспроизведение основных цветов (красного, зеленого и синего).

В 1990 г. японская фирма Dainippon Inc. & Chemicals завершила разработку полимерной сети, которой можно обвить жидкий кристалл как паутиной. Такой экран не требует поляризаторов и подсветки, а также потребляет меньше энергии.

Экран плазменного дисплея представляет собой матрицу газоразрядных элементов. При при­ложении к электродам газоразрядного элемента напряжения возникает электрический разряд красного или оранжевого свечения в газе, которым этот элемент заполнен. По сравнению с жидкокристаллическими плазменные индикаторы имеют более высокую контрастность, однако обладают и повышенным энергопотреблением.

Экран люминесцентном дисплея состоит из матрицы активных индикаторов, дающих яркие изображения с высокой разрешающей способностью. Они имеют высокую механическую проч­ность и надежность, однако отличаются большим энергопотреблением и высокой стоимостью. Наряду с монохромными имеются и цветные люминесцентные дисплеи.

В стационарных ПЭВМ в настоящее время применяются дисплеи на базе электронно-лучевой трубки. Переносные ПЭВМ снабжаются такими же устройствами или плазменными дисплеями. В наколенных и более компактных ПЭВМ используются главным образом жидкокристаллические и изредка плазменные индикаторы. Электролюминесцентные дисплеи перспективны для исполь­зования в различных классах малогабаритных ПЭВМ.

В зависимости от степени универсальности дисплеи подразделяются на однорежимные и многорежимные.

Однорежимный дисплей способен работать только совместно с видеоадаптером одного типа.

Многорежимные дисплеи совместимы с видеоадаптерами различных типов (см. ниже).

Основными техническими характеристиками дисплеев являются:

1) разрешающая способность;

2) количество воспроизводимых цветов или градаций яркости;

3) размер экрана (как правило, по диагонали);

4) масса и габариты;

5) стоимость.

Разрешение дисплея измеряется в различных единицах. Для алфавитно-цифровых устройств указывается число воспроизводимых символов в строке и строк на экране. Для графических дисплеев указывается количество высвечиваемых точек по горизонтали и по вертикали. В дальнейшем разрешение будет указываться в виде m х п, где m относится к горизонтали, а n — к вертикали. Это же справедливо и для матрицы точек при представлении символа на графическом дисплее. Альтернативной единицей измерения разрешающей способности является количество воспроиз­водимых точек (по вертикали или горизонтали) на единицу длины.

Есть еще один немаловажный показатель качества дисплеев на базе электронно-лучевой трубки, а именно, частота сканирования (частота вертикальной и частота горизонтальной раз­вертки). Чем выше разрешение дисплея, тем выше должна быть и частота (скорость) сканирования для обеспечения приемлемого качества изображения (без мерцания). Поэтому от частоты ска­нирования во многом зависит степень универсальности монитора.

Возможность многорежимной работы дисплея на базе электронно-лучевой трубки определяется его способностью воспринимать синхроимпульсы для горизонтальной и вертикальной развертки с различной частотой. В соответствии с этим различают

— дисплеи с фиксированной частотой;

— мультичастотные дисплеи, способные работать на нескольких фиксированных частотах для горизонтальной и вертикальной развертки;

— мультисканирующие дисплеи, обеспечивающие работу в диапазонах частот для горизонталь­ной и вертикальной развертки.

Дисплеи с фиксированной частотой могут быть только однорежимными; другие же поддер­живают несколько режимов работы.

При формировании изображения на основе других физических принципов многорежимность определяется возможностями управления индикаторами.

Разрешающая способность высококачественных графических дисплеев на базе элект­ронно-лучевой трубки достигла величины, позволяющей получить изображение фотографического качества.

Количество воспроизводимых цветов или градаций яркости зависит от возможностей по уп­равлению интенсивностью электронных лучей, прозрачностью жидкокристаллических индикаторов или яркостью других (активных) индикаторов.

Для цветных мониторов удобно пользоваться двумя понятиями — базовая и рабочая палитры. Базовая палитра представляет собой совокупность цветов, которые могут отображаться на экране. Но цвета базовой палитры в общем случае нельзя отобразить на дисплее одновременно. Обычно из базовой палитры формируется рабочая палитра, цвета которой могут сочетаться на дисплее одновременно и в любой комбинации. Как правило, рабочая палитра существенно уже базовой. Менять рабочую палитру можно программными средствами.

Кратко охарактеризуем некоторые из наиболее совершенных мониторов на базе электронно­лучевой трубки.

Черно-белый дисплей UHR-2007 фирмы MegaScan имеет разрешение 7,9 точка/мм (2560x2048 точек на экране) и позволяет воспроизвести 256 оттенков серой шкалы. Размер экрана по диагонали — 48,3 см. Качество изображения выше качества фотографии, полученной с 35-мм пленки.

Черно-белый монитор UHR-3000 той же фирмы обеспечивает воспроизведение всего двух оттенков серой шкалы, но зато обладает разрешением 11,8 точка/мм (4096x3300 точек на экране), что полностью совпадает с разрешающей способностью лазерных принтеров.

Цветной дисплей Lundy 1612 американской фирмы Lundy Electronics & Systems имеет раз­решение 1600x1200 точек при рабочей палитре 16 цветов и базовой палитре из 4096 оттенков. Размер экрана по диагонали — 19 дюймов. Программные средства позволяют получить рабочую палитру из 256 при базовой палитре из 16 млн. цветов, но разрешение в этом случае снижается до 1024x768 точек. Цена монитора вместе с адаптером составляет 9950 долл.

Наилучший монохромный дисплей этой же фирмы обладает разрешением 4096x4096 точек.

Лучшим многорежимным монитором с поддержкой всех видеостандартов (вплоть до разре­шения 1024x768 точек) в настоящее время является изделие MyltiSync 5D фирмы NEC. Его стоимость составляет 3699 долл.

Конечно, в ПЭВМ обычно используются дисплеи среднего качества по цене в несколько сот-долларов.

Интересны изделия и другого типа, основной особенностью которых являются малые мас­со-габаритные показатели.

Так, например, американская фирма Reflection Technology выпустила устройство размером 31x28x81 мм с разрешением 720x280 (стандартно) или 1024x280 точек. Его масса составляет всего лишь 60 г. Такой дисплей можно прикрепить к головным телефонам (наушникам). Он располагается на расстоянии 2 — 3 см от глаз, а у наблюдателя создается впечатление, что изображение находится на расстоянии около метра.

Возможности ПЭВМ по отображению информации определяются совокупностью и совмести­мостью технических характеристик дисплея и его адаптера (т.е. видеосистемы в целом). В настоящее время различными производителями предлагается широкий спектр видеоадаптеров. Любой адаптер содержит видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию. Ее объем может достигать нескольких Мбайт. Каждой точке экрана или знакоместу соответствует поле видеопамяти (несколько бит или байт), в котором хранится элемент отображения, или изображения (pixel — сокращение от англ. picture element). Элемент отображения определяет режим высвечивания и цвет точки либо символа. Видеопамять логически содержится в одном адресном пространстве с ОП. Допускается записывать данные в видеопамять и считывать информацию из нее программными средствами. То, что находится в видеопамяти, немедленно отображается на экране.

Видеоадаптеры делятся на две большие группы — алфавитно-цифровые и графические. Они управляют соответствующими типами дисплеев.

Графический адаптер обычно может работать в нескольких текстовых и нескольких гра­фических режимах, которые различаются разрешением, а также цветовыми (яркостными) возможностями.

В текстовых режимах имеющаяся видеопамять полностью не используется, поэтому можно организовать в ней несколько страниц, что позволяет ускорить смену изображений на экране путем предварительного заполнения страниц требуемой информацией и последующего пере­ключения воспроизведения со страницы на страницу. Страничная организация видеопамяти допустима также в графических режимах с пониженным разрешением при избыточности объема видеопамяти.

Основные технические характеристики базовых моделей видеоадаптеров, ставших стандарт­ными, представлены в табл. 2.5.

Адаптеры MDA, CGA и EGA разработаны фирмой ЮМ для использования в семействе ПЭВМ PC Адаптер монохромного дисплея MDA (Monochrome Display Adapter) был применен в модели IBM PC. Он обеспечивает только воспроизведение алфавитно-цифровой (текстовой) информации в монохромном режиме. Предполагается, что дисплей все-таки растровый, с разрешением 720x350 точек, причем на экран можно выдать 25 строк текста по 80 символов в строке. Каждый символ представляется матрицей размером 7x9 точек в ячейках поля 9x14 точек. Количество воспро­изводимых символов для MDA (как и для других адаптеров) составляет 256, включая символы псевдографики, в частности, линии. Можно обеспечить мигание, подчеркивание, утолщение и инверсную выдачу каждого символа. В настоящее время MDA практически не используется. Отечественные ППЭВМ вначале снабжались видеоадаптером стандарта MDA. MDA предлагаются сейчас за 60 — 80 долл.

С целью использования графических возможностей фирма Hercules Computer Technology в 1982 г. разработала монохромный графический адаптер HGA (Hercules Graphics Adapter), или HGC (Hercules Graphics Controller), с разрешением 720x348 точек. Он обеспечивал число градаций яркости, равное двум, и имел матрицу символа размером 9x14 точек (включая промежутки). Его дополнительные текстовые режимы характеризуются разрешением 132x25 и 132x44 символов. Несколько забегая вперед, чтобы не возвращаться к изделиям этой фирмы, отметим, что цветной вариант HGA, созданный в 1984 г., являлся аналогом адаптера CGA. После этого в 1986 г. фирма Hercules предложила монохромный режим RamFont (реализован в плате Graphics Plus), состоящий в том, что для указания символа используется не в, а 12 бит. Это увеличивает число воспроизводимых символов с 256 (=2^8) до 4 К (=2^12). Поэтому появляется возможность имитировать графический режим работы посредством более быстрого текстового режима с большим количеством символов псевдографики. В том же 1986 г. Hercules предложила новую плату InCdor, реализующую режим RamFont (с 12 К символами) в цветном варианте. Рабочую палитру составляли 16 цветов, а базовую — 64 цвета Эта плата совместима с адаптером EGA. Сравнительно недавно фирма Hercules взялась за производство недорогих адаптеров стандарта VGA. Несмотря на все новшества определенную популярность приобрел только первоначальный HGA, предлагаемый сейчас за 80 — 100 долл.

Первым из получивших распространение цветных графических адаптеров является CGA (Color Graphics Adapter — цветной графический адаптер), используемый главным образом в модели ПЭВМ IBM PC XT и в совместимых с ней, в частности, в выпускаемых в настоящее время ПЭВМ ЕС. Он обеспечивает максимальное разрешение 640x200 точек, а максимальное число цветов в рабочей палитре составляет 16 (но не в графических режимах — см. табл. 2.5). Этот адаптер способен работать в двух текстовых и двух графических режимах, причем все они дополнительно подразделяются на подрежимы в зависимости от того, какой дисплей используется — монохромный или цветной. В случае монохромного дисплея каждому цвету соответствует своя градация яркости. Таким образом, в общей сложности имеется 7 режимов работы. Существенные недостатки CGA состоят в небольшой разрешающей способности при выводе текста (всего 7x7 точек на символ в матрице 8x8), приводящей к нечетким изображениям, а также в низком разрешении при выводе цветных графических изображений (320x200 точек). Данный адаптер совместим с программными средствами, разработанными для MDA, а его организация подробнее рассматривается ниже. Стоимость CGA составляет 80 — 100 долл.

Созданный в 1984 г. для использования в модели ПЭВМ IBM PC AT усовершенствованный графический адаптер EGA (Enhanced Graphics Adapter) имеет различные графические режимы работы в зависимости от размера видеопамяти и потребного количества страниц (см. табл. 2.5). Максимальное разрешение составляет 640x350 точек, а максимальное число цветов в рабочей палитре (или градаций яркости в монохромном варианте) — 16 из общего количества в 64 цвета. В текстовом режиме данный адаптер обеспечивает при желании вывод информации в 43 строки, но символы при этом становятся более мелкими. Адаптер EGA совместим с ПО, разработанным в расчете на MDA и CGA. Цена EGA сейчас не превышает 500 долл.

Расширением стандарта EGA явился адаптер EGA Plus (разработчик — не IBM), отличающийся от своего прототипа только повышенной разрешающей способностью по вертикали (640x480 точек вместо 640x350).

В том же 1984 г. фирма Vermont Microsystems предложила еще один видеоадаптер — PGA (Professional Graphics Adapter — профессиональный графический адаптер), выпущенный и фир­мой IBM. Он является развитием EGA Plus только в смысле числа одновременно воспроиз­водимых цветов, которое для него составляет 256. Однако эта попытка предложить новый графический стандарт осталась незамеченной, и данный адаптер не получил широкого рас­пространения. Его цена составляет 2000 — 3000 долл.

В связи с выпуском в 1987 г. нового семейства ПЭВМ PS/2 фирма IBM разработала и новые графические адаптеры, среди которых VGA, MCGA и IBM 8514/А.

VGA (Video Graphics Adapter или Array — видеографический адаптер или массив) аналогичен устройству EGA Plus, но имеет гораздо большее количество цветов для выбора (см. табл. 2.5). Режимы с пониженным разрешением характеризуются наличием страничной организации виде­опамяти. В монохромном варианте (режиме) VGA обеспечивает 64 градации яркости. Допустимо отображение текста в 50 строк. Данный адаптер эмулирует более ранние форматы CGA и EGA. VGA может применяться во всех моделях PS/2, за исключением самых младших.

Вариантом адаптера VGA явилась плата MCGA (Multi Color Graphics Adapter или Array — мно­гоцветный графический адаптер или массив), используемая в младших моделях PS/2. Этот адаптер обеспечивает одновременное воспроизведение 256 цветов при разрешении 320x200 точек или двух цветов при разрешении 640x480 точек. Несмотря на разрешающую способность, всего лишь равную CGA, 256 цветов MCGA производят эффект фотографии благодаря множеству оттенков. Матрица символов MCGA, как и в VGA, составляет 8x16 точек, что обеспечивает высокое качество воспроизведения текстовой информации.

VGA является первым видеоадаптером, имеющим квадратную, а не прямоугольную точку. Это означает, что правильная окружность, отображенная на экране, будет действительно окруж­ностью, а не эллипсом.

Видеоформат VGA быстро приобрел популярность и получил дальнейшее развитие другими фирмами. Среди расширений VGA отметим следующие:

1) усовершенствованный VGA (EVGA — Enhanced VGA), имеющий разрешение VGA и цветовые возможности MCGA (т.е. 640x480 точек при 256 цветах одновременно);

2) Super VGA (VESA), имеющий повышенное по сравнению с VGA разрешение (800x600 и даже 1024x768 точек) при тех же 16 цветах одновременно;

2. дополнительно усовершенствованный VGA (Further Enhanced VGA), обладающий разре­шением Super VGA (800x600) и цветовыми возможностями EVGA (256 цветов одновременно).

Терминология для расширений стандарта VGA не устоялась. Часто используются и такие трактовки:

1) VGA Plus для разрешения 800x600 точек при 16 цветах или 640x400 точек при 256 цветах;

2) Super VGA для разрешения 1024x768 точек при 16 цветах или 800x600 точек при 256 цветах. Под Super VGA иногда понимают любое расширение стандарта VGA.

Разрешение 800x600 точек обеспечивает возможность вывода текста в 132 колонки.

Для старших моделей PS/2 в качестве альтернативы VGA предложен видеоадаптер IBM 8514/А, который по сравнению с VGA обладает существенно большим разрешением (1024x768 точек) при 256 цветах одновременно и поэтому позволяет воспроизводить текст на 51 строке по 146 символов в каждой. На плате 8514/А имеется свой собственный графический контроллер для повышения скорости работы. Адаптеры с такими возможностями довольно дороги: цены большинства из них лежат в пределах от 1100 до 2400 долл.

В 1990 г. фирма IBM предложила еще один графический стандарт — XGA (extended Graphics Adapter или Array — расширенный графический адаптер или массив), который уже устанавливается в старшие модели семейства PS/2 IBM. Основные особенности XGA состоят в ориентации на интерфейсную систему MS Windows и в повышенном быстродействии.

Наиболее популярны сейчас стандарт VGA и его расширения.

Для высококачественных дисплеев разработан ряд видеоадаптеров с еще более высокими техническими характеристиками. Среди них адаптер CAD-Genius западногерманской фирмы Projekt-Team Electronic GmbH, обеспечивающий разрешение 2048x2048 точек при 16 цветах или 2048x1024 точек при 256 цветах одновременно. Другим примером является плата UDC-800 американской фирмы Univision Technologies, поддерживающая разрешение 2048x1536 точек, имеющая видеопамять емкостью 4 Мбайт и стоящая 6995 долл.

Фирма Apple Computer придерживается своих высококачественных видеоформатов.

Несмотря на наличие высококачественных дисплеев и видеоадаптеров разработка программных средств для них заметно отстает, что затрудняет наиболее полное использование предоставляемых ими возможностей. Так, например, большинство версий ОС MS-DOS поддерживают лишь адаптер CGA и только самые последние версии — EGA/VGA. В связи с этим разработчики тех или иных программных продуктов учитывают новые видеоадаптеры непосредственно в своих про­граммных изделиях.

В качестве примера несколько подробнее рассмотрим режимы работы и организацию адаптера CGA. Изложенные при этом принципы справедливы и для других видеоадаптеров (имеются главным образом только количественные отличия).

Режимы работы адаптера CGA представлены в табл. 2.6.

В случае текстовых режимов каждый отображаемый на экране символ представляется словом (двумя байтами). Младший (четный) байт слова содержит код символа в ASCII, а старший (нечетный) — атрибуты. Атрибуты указывают, в каком виде символ должен отображаться на экране.

Структура байта атрибутов изображена на рис. 2.9. Цвет фона определяет цвет поля, на котором выводится данный символ. Допустимы 8 фоновых (более темных) из общего набора 16 цветов. Цвет символа задается аналогично, но к его коду относится дополнительный бит I, определяющий интенсивность указанного цвета. При единичном значении бита I интенсивность цвета повышается, а при нулевом — совпадает с набором фоновых цветов. Поэтому в качестве цвета символа оказывается допустимым любой из 16 возможных цветов. Установка в единичное состояние бита В задает мерцание символа с определенной частотой. Исходя из рассмотренного можно сделать вывод о том, что в текстовых режимах допустимо управление представлением каждого отдельного символа.

Таким образом, размер элемента отображения CGA в текстовых режимах составляет 16 бит. Эту величину иначе именуют глубиной.

Логическая организация видеопамяти адаптера CGA для текстовых режимов представлена на рис. 2.10. При разрешении 80x25 на экране отображаются 2000 символов, а при разрешении 40x25 — 1000 символов. Поэтому для запоминания содержимого экрана требуется соответственно 4 Кбайт или 2 Кбайт. Остающаяся от 16 Кбайт незанятая область видеопамяти при этом может использоваться в качестве дополнительных страниц, о чем упоминалось раньше.

Информация о правилах отображения каждого символа с тем или иным кодом хранится в специальной памяти адаптера, называемой знакогенератором. Соответствие между кодами сим­волов и их внешним представлением в виде совокупности точек, определяемым знакогенератором, можно изменить, начиная с адаптеров EGA (для отечественных ПЭВМ — с CGA).

Цветные графические режимы CGA подразделяются на подрежимы в соответствии с цветовыми параметрами. Рабочая палитра CGA представляет собой упорядоченный перечень четырех цветов, первый из которых считается фоновым. Эти четыре цвета можно использовать на экране одновременно. При необходимости сменить цвета нужно переключиться (программно) на другую рабочую палитру, однако при этом изменится оцветовка всей информации, выведенной на экран. Дело в том, что каждая точка, отображаемая на экране дисплея, представляется кодом в виде­опамяти, соответствие между которым и цветом точки как раз и определяется рабочей палитрой. Фон в данном случае — понятие условное и имеет смысл только при очистке видеопамяти. Адаптер CGA имеет несколько (2 или 4) заготовок рабочих палитр, содержащих три цвета (за исключением фонового). Фоновый цвет при выборе палитры устанавливается программистом.

Для хранения кода точки достаточно иметь элемент отображения длиной всего 2 бита, так как по сути код точки обозначает ее цвет, а возможны всего 4 цвета Поэтому коды всех 320x200 точек на экране укладываются в объем видеопамяти, составляющий 16 Кбайт. При разрешении же 640x200 точек глубина составляет 1 бит, что не позволяет указать более двух кодов. Код числа 0 соответствует фоновому цвету (первому цвету в палитре), а код числа 3 — последнему цвету в палитре.

Логическая организация видеопамяти адаптера CGA в цветных графических режимах изображена на рис. 2.11. Информация хранится в ней в виде двух больших блоков, в первом из которых содержится изображение, создаваемое на экране четными линиями, а во втором — нечетными. При этом для каждой линии сохраняется по 640 бит независимо от того или иного графического режима

И, наконец, кратко рассмотрим принцип, в соответствии с которым осуществляется вывод на экран текста в графическом режиме. В ПЗУ ПЭВМ записывается представление изображения в виде точек для первых 128 символов кода ASCII. Пользователю же предоставляется возможность записать в определенную область ОЗУ «таблицу» соответствия для оставшихся 128 символов. При выводе на экран символа по его коду осуществляется вход в одну из этих таблиц. Из таблицы выбирается последовательность элементов отображения для представления данного символа, и эта последователь

ность записывается в видеопамять. Реализация аналогичного принципа программными средствами позволяет запрограммировать любые шрифты, что и используется во многих графических пакетах.

2.6.2. Печатающие устройства

Печатающие устройства, или принтеры (от англ. printer) предназначены для вывода алфа­витно-цифровой (текстовой) и графической информации на бумагу или подобный ей носитель. Следовательно, принтер в отличие от дисплея позволяет Получить твердую копию изображения практически с неограниченным временем хранения. Несмотря на то, что печатающие устройства в ПЭВМ считаются дополнительными ПУ, они, как правило, входят в комплект поставки и подключаются через параллельный АИ.

За довольно короткий срок принтер из простого печатающего устройства, которое лет тридцать назад примитивно стучало через красящую ленту молоточками по бумаге, выводя из огромной ЭВМ столбцы цифр вперемежку с малопонятными словами, превратился в многофункциональный инструмент для документирования текстовой и графической информации как в черно-белом, так и цветном виде.

Классификация выпускаемых для ПЭВМ принтеров по технологии печати приведена на рис. 2.12. Принтеры ударного типа характеризуются тем, что изображение на бумагу наносится меха­ническим способом. Из них в ПЭВМ применяются устройства с литерной печатью (литерные принтеры) и точечно-матричные принтеры. В безударных принтерах передвижение бумаги и печатающей головки по-прежнему осуществляется механическим способом, но для формиро­вания изображения на бумаге используются немеханические принципы. Наибольшее распро­странение в ПЭВМ получили следующие виды безударной технологии печати: струйная, термографическая и электрофотографическая (лазерная). По причине высоких технических характеристик считаются перспективными и уже начали использоваться электростатическая и магнитографическая технологии. Электрочувствительные принтеры используются редко. Безударная технология бурно развивается, и именно с ней связывается достижение в области технических характеристик принтеров нового качественного уровня. Основные ее преимущества — высокая скорость печати и низкий уровень шума.

Качество черно-белой печати принтеров уже достигло фотографического уровня. Для цветной печати этот уровень будет достигнут в ближайшие годы.

По степени параллелизма в работе принтеры подразделяются на устройства последовательного действия (печатают посимвольно), построчно печатающие устройства (выводят строки целиком) и постранично печатающие устройства (сразу формируют страницу). В ПЭВМ наибольшее распро­странение получили устройства первого класса благодаря их простоте, компактности и деше­визне. Но, конечно, они обладают меньшей производительностью.

Конструктивно принтеры для ПЭВМ выполняются достаточно малогабаритными, что позволяет размещать их на столе, рядом с ПЭВМ. Выпускаются еще более компактные устройства для портативных ПЭВМ.

Основными техническими характеристиками принтеров являются:

1) принцип действия (в соответствии с только что рассмотренной классификацией);

2) цветовые возможности (черно-белые или цветные принтеры);

3) графические возможности или их отсутствие;

4) разрешающая способность;

5) качество печати, тесно связанное с предыдущим показателем и обобщающее его;

6) скорость печати (быстродействие);

7. стоимость.

Вместо быстродействия принтера лучше говорить о производительности печати, учитывающей не только собственно скорость печати, но и время выполнения других операций, в частности, время заправки бумаги. Некоторые модели принтеров осуществляют последнюю операцию автоматически.

Дополнительно к этому принтеры характеризуются следующими показателями:

1) емкостью буферной памяти;

2) стандартным набором шрифтов и возможностями формирования новых шрифтов;

3) форматом используемого листа бумаги, в частности, шириной каретки;

4) габаритными размерами и массой;

5) энергопотреблением;

6) уровнем акустического шума.

Ниже мы изучим все типы принтеров, приведем их сравнительную оценку и рассмотрим харак­теристики лучших моделей печатающих устройств. Особое внимание будет уделено точечно-матричным принтерам, получившим в настоящее время наибольшее распространение. Причины этого кроются в хорошем сочетании их технических характеристик. Точечно-матричные принтеры позволяют выводить как текст, так и графику в черно-белом или цветном виде, имеют низкую стоимость и относительно высокое быстродействие, а также не требуют высококвалифицированного обслуживания.

Литерные принтеры

Первой реализованной в коммерческих принтерах технологией печати была именно техника литерной печати. В больших ЭВМ используются высокоскоростные литерные печатающие устройства параллельного действия. В ПЭВМ же нашли применение главным образом только устройства последовательного действия.

Последовательная литерная технология печати заимствована, по сути дела, у пишущих ма­шинок. Она состоит в печати сформированными символами — литерами. При этом способе печати производится удар по бумаге литерой через красящую ленту, в результате чего на бумаге остается контур символа. Печатающие элементы (шрифтоносители), на которых размещены литеры всех печатных знаков, могут выполняться цилиндрическими (в виде барабана), шарооб­разными, лепестковыми (типа «ромашка»), ленточными или наперсткообразными (напоминаю­щими волан для игры в бадминтон). Зачастую эти элементы делают съемными, что позволяет изменять виды шрифтов, наборы символов и языки. Однако такую смену нельзя осуществить оперативно (в ходе печати).

В настоящее время принтеры с лепестковым шрифтоносителем типа «ромашка» — самые распространенные среди литерных печатающих устройств. Каждая литера в таком принтере отформована на одном из концов металлического упругого лепестка, другой конец которого вмонтирован во втулку. Собранный таким образом шрифтоноситель представляет собой колесо, напоминающее ромашку. Нужный для печати символ выбирается путем поворота колеса, раз­мещенного параллельно бумаге. Затем специальный молоточек ударяет по подведенному к нему лепестку, в результате чего символ через красящую ленту, находящуюся между колесом и бумагой, наносится на бумагу. После удара благодаря упругости лепестка он возвращается в исходное состояние.

Литерные принтеры обладают высокой надежностью, обеспечивают типографское качество печати и допускают смену шрифтов, хотя последнее не является удобным и простым. Однако они имеют низкую скорость печати (10 — 60 символ/с), высокий уровень шума и сравнительно высокую стоимость (порядка 2000 долл., а иногда и выше), а также характеризуются отсутствием графических возможностей. Исключение составляют некоторые виды графических работ, если шрифт содержит символы псевдографики. Цветовые возможности также ограниченны, однако в принципе реализуемы путем использования многоцветной ленты и ее смещения относительно шрифтоносителя. Только ведь печать литерами, а не точками различного цвета, почти ничего не дает. В ряде типов принтеров используются механизмы для изменения интервалов печати (между символами в строке) и механизмы печати в обоих направлениях при перемещении печатающей головки.

Устройства литерного типа сейчас находят в ПЭВМ весьма ограниченное применение.

Приведем в качестве примера основные характеристики некоторых моделей литерных принтеров.

Принтер с лепестковым шрифтоносителем PR340 итальянской фирмы Olivetti имеет ширину каретки 330 мм и обеспечивает скорость печати 45 символ/с. Цена его составляет около 2500 долл.

Устройство Juki 6000 американской фирмы Juki Industries of America стоит всего 295 долл., весит 5,9 кг и имеет габариты 400x228x140 мм. Уровень шума составляет 62 дБ, а скорость печати — 10 символ/с. Он содержит 100-литерный лепестковый шрифтоноситель. Способен воспроизводить текст с плотностью 10, 12 и 15 символ/дюйм. Ширина каретки составляет 229 мм.

Лепестковый принтер Alphapro 101 фирмы Alphacom (США) стоит 399 долл., печатает со скоростью 20 символ/с и имеет каретку шириной 364 мм.

Точечно-матричные принтеры

Основным узлом точечно-матричного принтера является печатающая головка, которая пере­мещается по специальным направляющим вдоль печатаемой на бумаге строки, «вырисовывая» выводимую информацию по точкам через красящую ленту. После печати строки бумага про­двигается и описанный процесс повторяется.

Печатающая головка содержит несколько игл (штифтов), расположенных вертикально. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. При необходимости отпечатать точку в ходе движения головки соответствующий электромагнит срабатывает, игла ударяет по красящей ленте и точка наносится на бумагу. Следовательно, принцип формирования изображений в точечно-матричных принтерах логически эквивалентен способу вывода информации на экран дисплея.

Первоначально принтеры данного типа имели головки с 7 иглами, а символы формировались матрицей размером 5x7 точек в ходе горизонтального перемещения головки. Затем их вытеснили 9-игольчатые устройства, и среди дешевых принтеров они сейчас наиболее распространены. Матрица символов в таких принтерах составляет 7x9 или 9x9 точек (возможны и другие варианты), что повышает качество печати. Разработанные после этого 24-игольчатые принтеры обеспечивают лучшее качество печати, но стоят заметно дороже. Недавно стали выпускаться 18-игольчатые устройства. Диаметр игл, используемых в современных точечно-матричных принтерах, лежит в диапазоне 0,25 — 0,35 мм. В перспективе планируется довести эту величину до 0,02 мм, что существенно повысит разрешающую способность печатающих устройств, которая как раз и ограничивается диаметром иглы. Иногда вместо круглых игл применяются штифты с квадратным сечением. Использование последних позволяет, по данным ряда изготовителей, заметно улучшить качество печати символов, но, по всей видимости, не графики.

В точечно-матричных принтерах применяются устройства подачи красящей ленты кассетного и бобинного типа. Устройство кассетного типа характеризуется простотой процедуры заправки кассеты с лентой в принтер. Пользователь даже не касается красящей ленты руками при ее смене, так как извлекает и вставляет целую кассету. В устройствах бобинного типа замена ленты сопряжена с определенными трудностями и выполняется вручную.

Различают устройства с обычной и широкой кареткой. Принтеры с обычной (узкой) кареткой обеспечивают печать на носителе, имеющем ширину стандартного листа писчей бумаги. Широкая же каретка позволяет заправлять бумагу с удвоенной шириной. Принтеры обычно способны работать как с рулонной, так и с листовой бумагой. В последнем случае в простых устройствах листы бумаги заправляются вручную. Высококачественные же принтеры обеспечивают автома­тическую подачу даже листовой бумаги, что существенно повышает производительность печати. Есть и промежуточные варианты, при которых заправка бумаги автоматизируется лишь частично.

Точечно-матричные принтеры имеют буферное ОЗУ той или иной емкости для того, чтобы разгрузить МП в ходе печати.

Аналогично графическим дисплеям принтеры данного типа могут работать в двух режимах — текстовом и графическом. Текстовый режим характеризуется существенно большей скоростью печати, так как при этом выводится выводится сразу строка символов, а не строка точек. В случае текстового режима в принтер пересылаются коды символов, которые следует распечатать, причем матрицы точек, которые нужно нарисовать, выбираются из знакогенератора принтера При графическом режиме в печатающее устройство пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения.

Качество печати точечно-матричного принтера определяется его разрешающей способностью, а также возможностями вывода точек с частичным перекрытием (в том числе за несколько проходов печатающей головки). Для текстового режима в общем случае различают следующие подрежимы, характеризующиеся различным качеством печати:

1. резким черновой печати (Draft);

2) резким печати, близкий к типографскому (NLQ — Near Letter Quality), или режим делового письма (Correspondence Quality);

3) резким с типографским качеством печати (LQ — Letter Quality);

4) сверхкачественный режим (SLQ — Super Letter Quality).

В принтерах с различным числом игл эти режимы реализуются по-разному.

Так, 9-игольчатые устройства обеспечивают печать в режиме Draft за один проход печатающей головки по строке. Режим NLQ реализуется за два прохода: после первого прохода головки бумага протягивается на расстояние, соответствующее половинному размеру точки; затем совер­шается второй проход (с частичным перекрытием точек). При этом скорость печати уменьшается в два раза. В некоторых принтерах режим двойного прохода совмещается с режимом горизон­тального смещения, что еще больше повышает качество печати. Иногда применяется и трех-проходная техника

18-игольчатые печатающие головки содержат два столбца по 9 игл с вертикальным сдвигом относительно друг друга на половину размера точки. Поэтому режимы печати повышенного качества реализуются за один проход, а скорость черновой печати может быть увеличина в 2 раза за счет одновременной печати двух столбцов точек, вследствие чего можно повысить скорость перемещения пишущей головки.

24-игольчатые принтеры обеспечивают наилучшее качество печати с наивысшей для данного типа устройств скоростью и имеют два ряда по 12 игл с относительным смещением.

Во многих моделях принтеров увеличение скорости печати достигается путем реализации вывода как при прямом, так и при обратном ходе печатающей головки.

Дополнительного повышения качества печати можно добиться, применив печатающие головки с «плавающими» в плоскости бумаги штифтами, но такие устройства не отличаются высокой надежностью.

Точечно-матричные принтеры, как правило, поддерживают несколько шрифтов и их разно­видностей, среди которых получили широкое распространение Roman (мелкий шрифт пишущей машинки), italic (курсив), bold-face (полужирный), expanded (растянутый), elite (полусжатый), condenced (сжатый), pica (прямой шрифт — цицеро), Courier (курьер), Sans Serif (рубленый шрифт сансериф), Serif (сериф), Prestige Elite (престиж-элита) и пропорциональный шрифт (ширина поля, отводимого под символ, зависит от ширины символа).

Переключение режимов работы точечно-матричных принтеров и смена шрифтов может осуществляться как программно, так и аппаратно путем нажатия имеющихся на устройствах клавиш или соответствующей установки переключателей.

Принтеры рассматриваемого типа надежны, экономичны, просты в обслуживании, недороги и обладают достаточным быстродействием, приемлемым качеством печати, сравнительно невысоким уровнем шума, а также графическими возможностями. Цена 9-игольчатых устройств колеблется в пределах 150 — 800 долл., а 24-игольчатых — обычно несколько превышает 700 долл. Быстро­действие точечно-матричных принтеров лежит в диапазоне 80 — 400 символ/с, но обычно составляет 160 символ/с. Разрешение высококачественных устройств уже сейчас достигло 14,2 точка/мм, но пока они не получили широкого распространения.

Цветная печать реализуется достаточно просто. Каждая строка цветного изображения фор­мируется за четыре прохода печатающей головки с помощью поднятия или опускания кассеты с цветной лентой при каждом проходе, в результате чего иголки ударяют по полосе другого цвета на ленте. Как мы уже знаем, цветной RGB-дисплей для производства различных цветов смешивает три основных цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). В отличие от этого цветной принтер выполняет ту же работу с помощью других трех цветов, которые легче смешивать на бумаге: бирюзового, яркокрасного и желтого. Если добавить черный цвет, то получится квартет, который формирует основу всей цветной печати — даже в книгах и в журналах применяется именно такое четырехцветное разделение. Принтер наносит эти цвета на бумагу либо по отдельности, либо один поверх другого. При смешении бирюзовый и яркокрасный цвета воспринимаются как синий, бирюзовый и желтый — как зеленый, а яркокрасный и желтый — как красный цвет. Таким образом образуется RGB-палитра. Перечисленные три комбинации плюс четыре исходных цвета дают уже семь цветов, которые охватывают палитру точечно-матричных принтеров. Более прогрессивные струйные и термографические технологии могут воспроизводить более широкий диапазон оттенков.

Признанным лидером в производстве точечно-матричных принтеров является японская фирма Seiko Epson, хотя в последнее время объем продаж выше у компании Panasonic. Основные технические характеристики базовых моделей изделий фирмы Epson сведены в табл. 2.7. Для сравнения в табл. 2.8 приведены более полные технические характеристики принтеров другого известного производителя — компании Star Micronics (США).

Лучшим в настоящее время 9-игольчатым черно-белым точечно-матричным принтером является изделие Microline 320 (ML-320) фирмы Okidata. Этот принтер — единственное устройство, позво­ляющее печатать одновременно (Под копирку) до пяти экземпляров (остальные принтеры — обычно три). ML-320 обладает наилучшими по сравнению с аналогичными принтерами скоростью и качеством печати (разрешение при работе в графическом режиме составляет 288 точка/дюйм). Доступны три текстовых режима (скоростной черновой, улучшенный черновой и NLQ) и два дополнительных шрифта (Courier и Sans Serif) наряду с Roman. Стоит ML-320 499 долл.

Лучшим из существующих цветных точечно-матричных принтеров является Epson LQ-2550 (см. табл. 2.7), стоящий 1499 долл. Он имеет следующие встроенные (стандартные) шрифты: Courier, Prestige Elite, Roman, Sans Serif, Script, OCR-A, OCR-B и Draft. При этом обеспечивается пропорциональная разрядка, разрешение составляет 142 точка/см, а емкость буфера, печати равна 8 Кбайт с возможностью расширения до 32 Кбайт. В режиме LQ качество печати достигает значений данного показателя для многих лазерных принтеров.

Фирма Star выпускает цветной принтер Star LC-10 Color, а ее высококачественные устройства индустриального класса FR и ХВ могут быть снабжены устройством цветной печати.

В заключение приведем характеристики ряда черно-белых точечно-матричных принтеров других изготовителей.

9-игольчатый принтер PR 15 фирмы Ing. С. Olivetti & Со печатает с максимальной скоростью 120 символ/с, имеет 2 уровня качества печати и включает наборы знаков для 13 национальных алфавитов. Ширина каретки составляет 20 см. Модель PR 17 имеет те же характеристики, за исключением ширины каретки в 330 мм.

Принтер PR 19 (снова Olivetti) снабжен той же печатающей головкой, но работает со скоростью 300 символ/с (в режиме NLQ — 150 символ/с).

Принтер PR 1580 той же фирмы с широкой кареткой (330 мм) обеспечивает 7 вариантов качества печати в диапазоне скоростей от 100 до 480 символ/с. Его головка содержит матрицу игл 9x9. Поддерживается печать шрифтами цицеро, элита, микрон и пропорциональным. Мак­симальное число копий составляет 4. Стоимость этого устройства высока — около 3000 долл.

18-игольчатая модель фирмы Genicom (США) обладает быстродействием 400 символ/с (Draft) и 100 символ/с (LQ). Разрешение в графическом режиме составляет 2,8 или 5,7 (при двойном проходе) точка/мм. Этот принтер стоит 2450 долл.

Особенностью модели 850XL американской фирмы Output Technology является высокая скорость печати — до 850 символ/с.

Отличительная черта 24-игольчатого изделия SL-210AI фирмы Seicosha — большой выбор шрифтов и наличие вместо переключателей кассеты для конфигурирования принтера

Имеются также подстрочно-печатающие точечно-матричные принтеры, в которых иглы расположены равномерно вдоль всей строки печати, что существенно повышает быстродей­ствие. Возможны и промежуточные варианты (пример — уже охарактеризованная модель Olivetti PR 1580).

В связи с большим разнообразием точечно-матричных принтеров немаловажной является проблема их совместимости. Принтеры считаются совместимыми, если их наборы команд сов­падают. В настоящее время стандартными считаются система команд принтеров фирмы Seiko Epson (ESC/P) и система команд принтеров корпорации IBM. Эти системы команд различны. Другие производители обычно обеспечивают совместимость своих изделий одновременно с двумя названными семействами принтеров, чтобы не ограничивать множество потенциальных покупа­телей. Конкретный режим работы (совместимость с Epson или совместимость с IBM) устанав­ливается имеющимися на принтерах переключателями. Примерами таких устройств являются изделия фирмы Star Micronics, представленные в табл. 2.8.