Вопрос 2 Устройства вывода информации

ПРИНТЕРЫ.

Принтеры подразделяются по различным признакам:

• Цветность (чёрно-белые и цветные);

• Способ формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие);

• Принцип действия (матричные, термические, струйные, лазерные);

• Способы печати (ударные, безударные) и формирования строк (последовательные, параллельные);

• Ширина каретки (с широкой (375 –450 мм) и узкой (250 мм) кареткой);

• Длина печатной строки (80 и 132 – 136 символов);

• Набор символов (вплоть до полного набора символов ASCII);

• Скорость печати;

• Разрешающая способность, наиболее употребительной единицей измерения является dpi (dots per inch) – количество точек на дюйм.

Внутри ряда групп можно выделить по нескольку разновидностей принтеров; например, широко применяемые в ПК матричные знакосинтезирующие принтеры по принципу действия могут быть ударными, термографическими, электрографическими, электростатическими, магнитографическими и др.

Среди ударных принтеров часто используются литерные, шаровидные, лепестковые (типа “ромашка”), игольчатые (матричные) и др.

Печать у принтеров может быть посимвольная, построчная, постраничная. Скорость печати варьируется от 10 – 300 зн.\с (ударные принтеры) до 500 – 1000 зн.\сек и даже до нескольких десятков (до 20) страниц в минуту (безударные лазерные принтеры); разрешающая способность – от 3 – 5 точек на миллиметр до 30 – 40 точек на миллиметр (лазерные принтеры).

Матричные принтеры.

Альтернативой принтерам с жёстко заданной формой символов является технология, по которой можно получить изображение символа заданной конфигурации. Исходным элементом, из которого формируется изображение символов на бумаге, служит тот же элемент, используемый и при формировании изображения на экране. Из некоторого множества точек можно составить любой символ, который нужно напечатать. Чтобы облегчить алгоритм печати (и его разработку), принтеры, формирующие символы из точек, обычно размещают их в матрицы. Так как символы формируются из точек матрицы, правомерно называть их точечно-матричными принтерами.

Прототипом таких принтеров являются контактные устройства. Они используют печатные головки, которые ходят вперёд и назад по всей ширине бумаги. Некоторое число тонких печатных иголок действуют, как молоточки, нанося чернила с красящей ленты на бумагу.

В большинстве матричных принтеров кажущийся сложным, но эффективный механизм каждой иглой. Печатающая игла в обычном положении находится в стороне от красящей ленты и бумаги. Её движение вперёд происходит под воздействием силы постоянного магнита. Магнит обмотан витком провода, образуя электромагнит. Полярность электромагнита противоположна постоянному магниту. Их поля нейтрализуют друг друга. Поле постоянного магнита образует составляющую, удерживающую иглу в нормальном положении. Подача энергии в электромагнит приводит к тому, что игла направляется к красящей ленте и оставляет отпечаток на бумаге. После этого электромагнит обесточивается, и постоянный магнит возвращает иглу в позицию ожидания, готовя её к следующему акту. Этот принцип реализуется с одной целью – удерживать иголки в позиции ожидания при отсутствии питания на принтере.

Сложность механизма оправдывается реализацией им защиты деликатных печатающих игл. Печатающая головка матричного принтера образуется некоторым числом печатающих игл. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют 9 игл. Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 79 или 99 точек. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 игл и даже 24.

Чтобы напечатать строку символов, принтерная головка движется горизонтально по бумаге и каждая игла ударяет в строго заданной позиции для получения нужного символа. Удар иглы происходит в заданное время, когда она будет занимать точно заданное положение в матрице. Игла выстреливает в ленту – головка принтера никогда не останавливается до тех пор, пока она не достигнет границы бумаги.

Главным фактором, ограничивающим скорость этих устройств, служит время, проходящее между возможностями запуска различных игл. Физические законы движения ограничивают увеличение производительности принтеров. Таким образом, время необходимое для возможности последующего использования каждой печатающей иглы, является физическим ограничением того, как быстро печатающая головка может передвигаться по бумаге. Головка не может перемещаться к следующей точечной позиции, прежде чем все её иголки не придут в состояние готовности. Если бы головка принтера перемещалась слишком быстро, точечное позиционирование (и формы символов) получались бы случайным образом.

Для увеличения производительности некоторые контактные матричные принтеры печатают в двух направлениях: один ряд – слева направо, а следующий – справа налево. Такой режим функционирования устраняет потерю времени, затрачиваемого на возврат каретки с левой границы бумаги к исходному столбцу. Конечно же, такой принтер должен иметь достаточно памяти для полного хранения строки текста, чтобы прочесть его в обратном порядке.

Качество матричных символов

Символы, формируемые матричными принтерами, часто смотрятся довольно грубыми по сравнению с изображением, получаемым по технологии с жёстко заданной формой символов. Это происходит из-за того, что некоторые индивидуальные точки могут выделяться. Качество символов, получаемое матричным принтером, главным образом определяется числом точек в матрице. Чем больше плотность матрицы (больше число точек в данной площади), тем лучше смотрится символ.

Часто даже двунаправленные принтеры переходят на работу в одном направлении, если требуется получить качественную печать. Для увеличения плотности точек они проходят каждую строку два, а то и более число раз, передвигая бумагу на половину вертикальной ширины между каждым проходом, заполняя пространство между точками. Возможность работать в любом направлении помогает обеспечить аккуратное размещение каждой точки во время каждого прохода.

Матрицы 57 точек (горизонталь к вертикали) являются достаточным для формирования всех заглавных и прописных букв алфавита, хотя они смотрятся довольно грубо и не эстетично. Всё дело в том, что точки довольно большие и смотрятся угловато. Ещё хуже то, что минимальная матрица слишком мала для формирования отличимых символов, таких, как g, j, p, q и y. Нижняя часть этих букв неразборчива. Поэтому минимальной матрицей, используемой в большинстве коммерческих матричных принтеров, является матрица 99 точек. С её помощью формируется читаемый текст, но он всё ещё не элегантен. Хотя матричные принтеры способны и на большее. Лазерные принтеры тоже используют эту технологию, но они реализуют точечную технологию с очень высокой плотностью – 300 точек на дюйм. Каждый символ можно получить матрицей 3050. Самые последние контактные матричные принтеры приближаются по качеству к этому уровню.

Точно так же, как это имеет место с компьютерными дисплеями, часто путаются понятия разрешающей способности и адресуемости точечных матричных принтеров. Упоминая разрешающую способность, имеется в виду адресуемость. Принтер может быть в состоянии адресоваться к любой позиции на бумаге с точностью, скажем, 1,120 дюйма. Хотя, если печатающая игла больше 1/120 дюйма в диаметре, механизм никогда не сможет напечатать с точностью большей, чем 1/120-дюймовая. Большие точки, формируемые широкой иглой, печатают расплывчатые символы. Более качественные ударные матричные принтеры используют более мелкие иглы. Лазерные принтеры обычно используют точки соответствующие их разрешающей способности – 1/300 дюйма.

Для текстовой печати в общем случае имеются следующие режимы, характеризующиеся различным качеством печати:

• Режим черновой печати (Draft);

• Режим печати, близкий к типографскому (NLQ – Near-Letter-Quality);

• Режим с типографским качеством печати (LQ – Letter-Quality);

• Сверхкачественный режим (SLQ – Super Letter-Quality).

Примечание. Режимы LQ и SLQ поддерживаются только струйными и лазерными принтерами.

В принтерах с различным числом иголок эти режимы реализуются по-разному. В 9-игольчатых принтерах печать в режиме Draft выполняется за один проход печатающей головки по строке. Это самый быстрый режим печати, но зато имеет самое низкое качество. 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 вдвое.

Переключение режимов работы матричных принтеров и смена шрифтов могут осуществляться как программно, так и аппаратно путём нажатия имеющихся на устройствах клавиш и/или соответствующей установки переключателей.

Псевдографика

Кроме того, матричные принтеры способны формировать графическое изображение. Многие матричные принтеры имеют дополнительные множества символов, названных псевдографикой. Они позволяют формировать изображение при помощи встроенных блоков, имеющих форму простейших геометрических фигур, таких, как квадраты, прямоугольники, треугольники, горизонтальных и вертикальных линий и т. д. Каждая из этих фигур закодирована и распознается принтером точно так же, как буква алфавита. Принтер просто заполняет строчку за строчкой этими блочными символами, формируя картину. Изображение смотрится слегка грубоватым, потому что встроенные блоки больше. Наименьшие из них имеют в поперечном сечение 1/8 дюйма.

Графика с адресацией ко всем точкам

Большинство матричных принтеров позволяет даже указать, где расположить каждую индивидуальную точку на листе бумаги. Для этих целей используется технология, названная адресацией по всем точкам (all points addressable graphics – APA graphics). Вооружившись соответствующими инструкциями, можно получить графическое изображение с отличной деталировкой или даже нарисовать картину в полутонах, формируя изображение, схожее по качеству с газетными фотографиями. Программное обеспечение принтера позволяет каждой печатаемой точечной позиции быть контролируемой, описывая её как печатаемую (чёрную) или не печатаемую (белую). Целый образ может быть сформирован наподобие телевизионной картинки, сканированием линий шириной в несколько точек (по ширине они равны числу иголок головки) по всей бумаге.

Эта технология получения графического изображения имеет ещё одно имя. Так как каждая индивидуальная печатаемая точка может быть назначена определённой позиции или “адресу” на бумаге, она часто называется графикой с поточечной адресацией. Иногда полный титул упрощается до точечной графики. Случается он изменяется до графики с побитовым изображением, потому что каждая точка описывается при формировании изображения одним битом информации.

Точно так же, как это имеет место с качеством текста, точность печати принтеров, реализующих такую технологию, образуют широкий диапазон от среднего до очень хорошего качества. Настоящая разрешающая способность (больше чем адресуемость) указывает, как точны, могут быть печатаемые детали. Она может быть в пределах от 72 до 300 или более точек на дюйм. Чем больше точек на дюйм разрешающей способности. Тем лучше будет выглядеть печатаемая графика.

Загружаемые множества символов

Помимо индивидуальной адресации к каждой точке бумаги некоторые матричные принтеры позволяют даже определить точечное множество для символов целого алфавита. Формы символов, определённые вами, могут использоваться в качестве обычного шрифта. Каждое множество букв печатается посылкой обычного алфавитно-цифрового символа компьютера. Такая характеристика называется загружаемостью множеством символов, потому что информация, необходимая для формирования символов, загружается с компьютера в память принтера.

Матричные (игольчатые) принтеры - это самые дешевые аппараты, обеспечивающие удовлетворительное качество печати для широкого круга рутинных операций (главным образом для подготовки текстовых документов). Применяются в сберкассах, в промышленных условиях, где необходима рулонная печать, печать на книжках и плотных карточках и других носителях из плотного материала. Достоинства: приемлемое качество печати при условии хорошей красящей ленты, возможности печати "под копирку". Недостатки: достаточно низкая скорость печати, особенно графических изображений, значительный уровень шума. Среди матичных принтеров есть и достаточно быстрые устройства (так называемые, Shattle-принтеры).

Струйные принтеры.

Аналогично термопечати, технология струйной печати прошла долгий путь совершенствования, причем с более чем успешными результатами. За 15 лет разрешающая способность струйных принтеров, предназначенных для массового применения, выросла почти в 10 раз (до 720 точек на дюйм). Достигнут удачный компромисс между требованиями к чернилам не засыхать в соплах печатающей головки и достаточно быстро сохнуть на бумаге, не смазываясь при этом. Значительно улучшились эксплуатационные свойства струйных аппаратов, они стали более неприхотливы к бумаге.

Механизм подачи и протяжки бумаги струйных, печатающих устройств близок к вышеописанным группам, однако, применена принципиально другая печатающая головка. Поскольку струйная технология использует метод "выбрасывания" капель красителя на бумагу, соответствующая матрица печати представляет собой набор сопел (до 256), с которыми соединены емкости для чернил и управляющие механизмы (как правило, – пьезоэлектрического типа). Требования к краскам (чернилам) весьма противоречивы и высоки, поэтому состав их постоянно совершенствуется. Качество изображения сильно зависит от типа бумаги (пленки), поэтому для наиболее ответственных работ рекомендуются специальные ее типы, обладающие свойствами быстрого впитывания чернил (extra-adsorbent paper) без их проявления на просвет.

Таким способом может выбрасываться до миллиона капель в секунду. Их размеры зависят от геометрической формы сопел-распылителей и составляют всего лишь несколько микрон, а скорость, с которой они долетают до бумаги, достигает 40 м/с. Речь идет о струйных принтерах, работающих по вышеназванным принципам непрерывного распыления красителя или печати под высоким давлением.

Эти принтеры способны маркировать и наносить коды практически на все поверхности и предметы. Они в состоянии распылять подавляющее большинство видов жидкостей: чернила, лак, масла и даже клеящие вещества и смолы.

Благодаря высокой скорости полета капель допускается использовать поверхности с сильными неровностями и в зависимости от требований к качеству печати размещать их на расстоянии 1-2 см от сопла-распылителя. В результате можно наносить маркировку, например данные о сроке годности товара, на картонные коробки, бутылки, консервные банки, яйца или кабели. Эту технологию печати нетрудно узнать по точкам, кажущимся неравномерными и как бы обтрепанными.

Первый удачный монохромный струйный принтер Thinkjet фирмы Hewlett-Packard преодолел основную массу технологических проблем и обеспечил при высоком качестве печати и разрешении, близком к игольчатым печатающим устройствам, скорость печати до 150 символов в минуту. По сравнению с основными конкурентами тех лет - игольчатыми печатающими устройствами, резко снизился уровень шума при печати. Современные струйные принтеры для массового применения, как правило, имеют разрешающую способность на уровне 300-360 или 300х600 точек на дюйм, могут печатать с удовлетворительным качеством на обычной бумаге и с высоким качеством (приближающимся к печати на лазерном принтере) - на специальной бумаге. Типовое быстродействие при печати текстов составляет 50-160 знаков в минуту, а графики - 0.5-4 листа в минуту.

Распространены струйные печатающие устройства фирм Hewlett-Packard, Apple, Brother, Lexmark, Texas Instruments, CalComp и других. Удельная стоимость печати струйных принтеров составляет около 5 центов на лист формата А4, а цена самих принтеров является средней между ценами на матричные и лазерные принтеры. Фактически, имея цену на 150-200 долларов ниже, чем у лазерных аппаратов, и качество, приближающееся к ним, семейство струйных принтеров устойчиво увеличивает свою долю на рынке, чему способствует и их активная реклама. Струйные принтеры практически бесшумны и весьма универсальны (особенно аппараты с опцией цветной печати), цена их постоянно снижается, а качество печати улучшается.

Методу струйной печати уже почти сто лет. Лорд Рейли, лауреат нобелевской премии по физике, сделал свои фундаментальные открытия в области распада струй жидкости и формирования капель еще в прошлом веке, датой рождения технологии струйной печати можно считать только 1948 год. Именно тогда шведская фирма Siemens Elema подала патентную заявку на устройство, работающее как гальванометр, но оборудованное не измерительной стрелкой, а распылителем, с помощью которого регистрировались результаты измерений.

И даже теперь, спустя почти полвека, эта гениально простая система печати применяется, например, в медицинских приборах. Правда, жидкостный осциллограф способен печатать лишь кривые, а не тексты и графики. Эта эффективная схема была усовершенствована, и появился новый струйный принтер, функционирующий по принципу непрерывного распыления красителя или печати под высоким давлением.

Разработчики воспользовались закономерностью, выявленной лордом Рейли: струя жидкости стремится распасться на отдельные капли. Нужно только чуть подправить случайный процесс распадения струи, накладывая с помощью пьезоэлектрического преобразования на струю красителя, выбрасываемую под высоким давлением (до 90 бар), высокочастотные колебания давления.

Таким способом может выбрасываться до миллиона капель в секунду. Их размеры зависят от геометрической формы сопел-распылителей и составляют всего лишь несколько микрон, а скорость, с которой они долетают до бумаги, достигает 40 м/с.

Благодаря высокой скорости полета капель допускается использовать поверхности с сильными неровностями и в зависимости от требований к качеству печати размещать их на расстоянии 1-2 см от сопла-распылителя. В результате можно наносить маркировку, например данные о сроке годности товара на картонные коробки, бутылки, консервные банки, яйца или кабели. Эту технологию печати нетрудно узнать по точкам, кажущимся неравномерными и как бы обтрепанными.

С начала 70-х годов необычайно активизировалась исследовательская деятельность, направленная на создание систем без недостатков, свойственных системам печати под высоким давлением. Первое решение, найденное специалистами - печатающие головки с пьезоэлектрическими преобразователями, испускающие по запросу отдельные капли красителя.

Струйные принтеры. Несмотря на то, что принтеры могут казаться пользо­вателю устройствами, на первый взгляд, достаточно прозаическими, рассказ о них может быть не только очень длинным, но и интересным. В данном случае мы не будем "растекаться мыслью по древу", а начнем, пожалуй, с классификации подобных устройств.

Как известно, все печатающие устройства можно подразделить на последовательные, строчные и стра­ничные. Принадлежность принтера к той или иной из перечисленных групп зависит от того, формирует он на бумаге символ за символом или сразу всю строку, а то и целую страницу. Например, все без исключения ла­зерные принтеры можно отнести к группе страничных печатающих устройств, а вот более привычные матрич­ные Epson'ы, Microlin’ы и т.п. - к группе последова­тельных.

Кстати, несколько слов по поводу матричных прин­теров. Как известно, идея подобных печатающих уст­ройств заключается в том, что все мыслимые (и немыс­лимые) знаки воспроизводятся ими из набора отдель­ных точек, наносимых на бумагу тем или иным спосо­бом. Кроме этого, не следует забывать, что все печа­тающие устройства (за исключением, пожалуй, стра­ничных) могут быть "ударными" (impact) и "безудар­ными" (non-impact). Большинство принтеров, работающих (и продаваемых) сейчас с IBM РС-совместимыми компьютерами, могут быть причислены к группе после­довательных, "ударных" и матричных печатающих уст­ройств: вертикальный ряд (или два ряда) игл вколачи­вает краситель с ленты прямо в бумагу, формируя пос­ледовательно символ за символом. Такое засилье "игольчатых" вполне объясняется приемлемым качест­вом их печати и невысокой ценой сменного красителя (ленты).

Рассматриваемые ниже струйные чернильные прин­теры относятся к классу последовательных, матричных, но "безударных" печатающих устройств. Здесь следует еще раз оговориться, так как, вообще говоря, существу­ют также чернильные строчные и чернильные странич­ные принтеры, также относящиеся к классу "безудар­ных" устройств. В этой статье они не рассматривают­ся.

Обычно "безударными" принтерами называются та­кие устройства, у которых носитель печатаемой инфор­мации не касается бумаги. Не требуется, конечно, по­яснять, что "безударные" печатающие устройства рабо­тают практически бесшумно. Если продолжить уточне­ние признаков принадлежности печатающих устройств к отдельным группам, можно сказать, что последова­тельные "безударные" матричные струйные чернильные принтеры в свою очередь подразделяются на уст­ройства непрерывного (Continuous drop. Continuous jet) и дискретного (D*olmln-demand) действия. Последние в своей работе опять же могут использовать либо "пу­зырьковую" технологию (Bubble-Jet), либо пьезоэффект. Подобная (правда, увы, неполная) классифика­ция печатающих устройств полностью соответствует классификации фирмы Mannesmann Tally, хорошо из­вестной своими принтерами.