ЛЕКЦИЯ 2
.docЛЕКЦИЯ 2. ПРИНТЕРЫ
Печатающие устройства (принтеры) — это устройства вывода данных из ЭВМ, преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы (буквы, цифры, знаки и т п ) и фиксирующие эти символы на бумаге
Принтеры являются наиболее развитой группой ВУ ПК, насчитывающей до 1000 различных модификаций Принтеры различаются между собой по следующим характеристикам
• цветности (черно-белые и цветные),
• способу формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие),
• принципу действия (матричные, термические, струйные, лазерные),
• способам печати (ударные, безударные) и формирования строк (последовательные, параллельные),
• ширине каретки (с широкой 375—450 мм и узкой 250 мм кареткой),
• длине печатной строки (80 и 132—136 символов),
• набору символов (вплоть до полного набора символов ASCII),
• скорости печати,
• разрешающей способности и т д
Внутри ряда групп можно выделить по несколько 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 наиболее распространены игольчатые (матричные), но еще встречаются и литерные, шаровидные, лепестковые (типа “ромашка”) и др
Печать у принтеров может быть посимвольная, построчная, постраничная Скорость печати варьируется от 10—300 знаков в секунду (ударные принтеры) до 500—1000 знаков в секунду 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)
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)
Принтеры, как правило, могут работать в двух режимах — текстовом и графическом
В текстовом режиме на принтер посылаются коды символов, которые следует распечатать, причем контуры символов выбираются из знакогенератора принтера
В графическом режиме на принтер пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения
В текстовом режиме принтеры обычно 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), san sent (рубленый шрифт сенсериф), senf (сериф), prestige elite (престиж-элита) и пропорциональный шрифт (ширина поля, отводимого под символ, зависит от ширины символа)
Желательно, чтобы принтер был русифицированным — своими средствами обеспечивал печать русских букв — кириллицы, в противном случае потребуется включение в ПК специальных драйверов
Многие принтеры позволяют реализовать эффективный вывод графической информации (с помощью символов псевдографики), сервисные режимы печати плотную печать, печать с двойной шириной, с подчеркиванием, с верхними и нижними индексами, выделенную печать (каждый символ печатается дважды) и печать за два прохода (второй раз символ печатается с незначительным сдвигом), многоцветную (до 100 различных цветов и оттенков) печать
При выборе принтера следует учитывать следующие факторы
• набор функциональных возможностей, по которым можно оценить применимость принтера для решения конкретных задач (размеры печатаемых документов, объемы выполняемых работ, русифицированность, наличие нужных шрифтов и др ),
• возможность формирования цветного изображения,
• качество изображения (разрешающую способность),
• производительность (скорость печати),
• надежность и удобство работы, сервис,
• эксплуатационные затраты, включающие стоимость носителя, расходных материалов, обслуживания устройства, потребление электроэнергии,
• стоимость принтера
2. ЗНАКОПЕЧАТАЮЩИЕ И ЗНАКОСИНТЕЗИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Для вывода информации из ЦВМ широкое распространение получили быстродействующие печатающие устройства. По методу нанесения печатных знаков на носитель информации печатающие регистрирующие средства делят на устройства ударного действия и безударного действий.
В печатающих устройствах ударного действия изображение - оттиск символа цифровой или символьной информации, формируется в результате механического удара и печатающего молоточка на шрифтоноситель с одновременным нанесением красящего вещества, например ударом через красящую ленту (подобно печатающей машинке). Примером ЦПУ является "Consul". Под шрифтоносителем понимается материальный объект, на который нанесены все символы алфавита.
В безударных печатных устройствах для нанесения символьной и цифровой информации используют фотографические, фототермические, электрохимические, электроискровые, ферро-графические и другие методы регистрации.
Рассмотрим принцип построения и работы наиболее распространенных печатающих устройств электромеханического типа ударного действия. На рис. 5.1 показан принцип построения построчного печатающего устройства с непрерывно вращающимся шрифтоносителем в виде совокупности печатающих колес 1. По окружности колеса нанесены символы алфавита и цифры, выполненные в виде выпуклых фигур. Отпечатки символов остаются на бумажном носителе информации 3 при ударе печатающего молоточка 4 через бумагу и красящую ленту 2 по какой-либо фигуре на печатающем колесе. Печатающие молоточки 4
приводятся в движение специальным механизмом привода. За один оборот печатающих колес можно напечатать всю строку, выбирая момент возбуждения привода определенного печатающего молоточка. Бумажный носитель информации движется в стартстопном режиме, останавливаясь во время нанесения символов строки.
Чтобы в печатающем устройстве рассматриваемого типа отпечатанные символы фиксировались на одном уровне по вертикали, необходимо иметь одинаковые время срабатывания, время пролета и длительность удара всех печатающих молоточков. Так как печать происходит в условиях неподвижного состояния носителя и вращающихся с постоянной частотой печатающих колес, то значительная длительность времени удара вызывает "размазывание" отпечатка.
В печатающем устройстве цепочечного типа цепь, на которой нанесены символы алфавита, движется в горизонтальном направлении (рис. 5.2). Отпечаток на бумажном носителе 3 образуется при ударе одного из печатающих молоточков 4, возбуждаемого механизмом привода, через бумагу 3 и красящую ленту 2 по какой-либо фигуре символов на цепи 1. При срабатывании всех печатающих молоточков печатается строка информации. Поскольку человеческий глаз в меньшей степени воспринимает неравномерность промежутков в горизонтальном направлении, чем в вертикальном, в печатающем устройстве цепочечного типа можно получить выше скорость печати по сравнению со скоростью печати в устройстве с печатающими колесами (барабанного типа).
Рассмотренные устройства относят к классу устройств динамической печати. Остановка шрифтоносителя в момент печати позволяет улучшить качество отпечатка, однако снижает скорость печати. В наиболее отработанных устройствах динамической печати максимальная скорость печати составляет 1000-1500 строк/мин.
Скоростные ограничения ранее рассмотренных знакопечатающих устройств с постоянно закрепленным набором печатаемых символов связаны с необходимостью выбора требуемого символа из набора и ожидания времени его пролета к месту печати.
В знакосинтезирующих печатающих устройствах контур знака составляется (синтезируется) из отдельных элементов: точек (рис. 5.3), отрезков прямых (рис. 5.4), кривых линий и т.д. В этих устройствах используют матрицу печатающих элементов. Упрощенность и стилизованный характер синтезирующих знаков можно преодолеть использованием большого количества элементов в матрице разложения знаков. В электротермических печатающих устройствах, например, процесс регистрации изображений осуществляется за счет теплового действия электрического тока на специальный носитель информации. Такая регистрация не требует дополнительных операций над полученным изображением. Носитель информации (электротермическая бумага) имеет три слоя: внешний электрочувствительного светло-серого цвета; внутренний — предельно насыщенный графитовым порошком бумажный слой; внешний - электропроводящий. Прикладываемое к носителю информации в процессе регистрации напряжение вызывает пробой электрочувствительного слоя и прохождение электрического тока через внутренний и внешний проводящие слои к металлическому основанию. В месте пробоя возникают точки, с помощью которых и формируются конфигурации символов на носителе информации.
Матричные принтеры
В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом, поэтому их более правильно называть “ударно-матричные принтеры” тем более что и прочие типы знакосинтезирующих принтеров тоже чаще всего используют матричное формирование символов, но безударным способом Тем не менее “матричные принтеры” — это их общепринятое название, поэтому и будем его придерживаться
В игольчатых (ударных) матричных принтерах печать точек осуществляется тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту Каждая игла управляется собственным электромагнитом Печатающий узел перемещается в горизонтальном направлении, и знаки в строке печатаются последовательно Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати Недорогие принтеры имеют 9 иголок Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 7х9 или 9х 9 точек Более совершенные матричные принтеры имеют 18 и даже 24 иглы
Качество печати матричных принтеров определяется также возможностью вывода точек в процессе печати с частичным перекрытием за несколько проходов печатающей головки
В принтерах с различным числом иголок разные режимы печати 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 имеющий 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 может осуществляться как программно, так и аппаратно путем нажатия имеющихся на устройствах клавиши и/или соответствующей установки переключателей
Быстродействие матричных принтеров при печати текста в режиме Draft находится в пределах от 100 до 300 символов в секунду, что соответствует примерно двум страницам в минуту (с учетом смены листов)
Термические принтеры
Кроме матричных игольчатых принтеров есть еще группа матричных термопринтеров, оснащенных вместо игольчатой печатающей головки головкой с термоматрицей и использующих при печати специальную термобумагу или термокопирку (что, безусловно, является их существенным недостатком)
Появление игольчатых принтеров было крупным шагом в развитии печатающих устройств. Около пяти лет они не имели конкурентов. Однако недостатки, присущие игольчатым принтерам (высокий шум, низкое качество и монохромность изображения и др.), вынуждали фирмы-изготовители искать новые методы печати компьютерной информации. Поэтому одновременно с совершенствованием игольчатых принтеров специалистами велись разработки по созданию новых технологий печати.
Были сконструированы термические принтеры, механизм печати которых похож на механизм игольчатых принтеров, однако в качестве печатной головки в них используется матрица нагревательных элементов и специальная бумага, пропитанная термочувствительным красителем. Достоинством этих принтеров является низкий уровень шума при работе, компактность, надежность и отсутствие большинства заправляемых материалов. К сожалению, принтеры, использующие технологию термопереноса, не получили широкого распространения. Скорость печати и качество оставались низкими, а бумага — дорогостоящей. Однако технология термопечати нашла широкое применение в современных факсимильных аппаратах фирм Panasonic, Xerox и др.
Технология термических принтеров основана на использовании механизма печати факсимильных аппаратов. Фактически большинство термических принтеров работают как факсимильные аппараты. Печатающая головка термического принтера конструктивно похожа на аналогичный узел матричного принтера. Для таких принтеров необходима бумага со специальным термочувствительным покрытием. Управляемые электрическим током иголки нагревают бумагу, оставляя при этом отметки.
Технология прямого переноса нашла широкое распространение в проектно-конструкторских и научно-исследовательских подразделениях множества организаций. Эта технология обеспечивает очень четкую прорисовку линий и тоновых изображений и заслужила высокую оценку при оформлении проектно-конструкторской документации зданий, стадионов, дорог и т. п.. Технология нашла широкое применение в широкоформатных графопостроителях, позволяющих печатать изображения шириной 36 дюймов. Особым доверием проектных и исследовательских организаций пользуются графопостроители серии CalComp DramngMaster Plus. Однако лишь в нескольких моделях принтеров используется подобная технология. Более того, производители термических принтеров все больше склоняются к использованию технологии струйной печати, оправдывая свое решение значительным снижением себестоимости печати, а также более заманчивыми производственными перспективами.
Сублимационные и термовосковые принтеры
Для получения цветного изображения с качеством, близким к фотографическому, или для изготовления допечатных цветных проб используют сублимационные и термовосковые принтеры, или, как их еще называют, цветные принтеры высокого класса. Имеются принтеры, которые совмещают в себе технологию сублимационной и термовосковой печати. Такие принтеры позволяют печатать на одном устройстве как черновые, так и чистовые оттиски Общим для сублимационной и термовосковой технологий является нагрев красителя и перенос его на бумагу (пленку) в жидкой или газообразной фазе. Многоцветный краситель, как правило, нанесен на тонкую лавсановую пленку толщиной 5 мкм (рис. 1.17). Пленка перемещается с помощью лентопротяжного механизма, который конструктивно похож на аналогичный узел игольчатого принтера. Матрица нагревательных элементов за 3— 4 прохода формирует цветное изображение.
Отличие термовосковой печати от сублимационной заключается в том, что в первом случае пленка покрыта воскоподобной мастикой, а во втором — специальным красителем.
Термовосковые принтеры переносят краситель, растворенный в воске, на бумагу, нагревая ленту с цветным воском. Как правило, для подобных принтеров необходима бумага со специальным покрытием. Термовосковые принтеры обычно используются для красочной печати деловой графики.
При сублимационной печати осуществляется перевод красителя в газообразное состояние путем нагрева ленты. Этот газ затем поглощается полисти-рольным покрытием специальной бумаги. Диффузионный перенос красителя обеспечивает получение высококачественного цветного изображения без видимых тональных переходов.
Впервые сублимационная технология бьша успешно реализована фирмой Tektromx в принтерах серии Phaser Будучи одной из самых прогрессивных технологий в мире цветной печати, цветная сублимационная технология является идеальным средством обеспечения фотографического качества изображения.
Ученые используют такие принтеры при решении задач спектрального анализа. В некоторых странах сублимационные принтеры используют для анализа почв в сельскохозяйственных целях. Очевидны практически неограниченные прикладные возможности технологии, обеспечивающей с помощью компьютерных средств достижение фотографического качества изображения.
Струйные принтеры
Струйные принтеры в печатающей головке вместо иголок имеют тонкие трубочки — сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки красителя (чернил). Это безударные печатающие устройства. Матрица печатающей головки обычно содержит от 12 до 64 сопел.
В последние годы в их совершенствовании достигнут существенный прогресс: при формировании изображения используют направленное взрывоподобное распьыение капелек чернил на бумагу при помощи мельчайших сопел печатающей головки — так называемую ^пузырьковую” технологию струйной печати.
Технически процесс распыления выглядит следующим образом. В стенку сопла встроен электрический нагревательный элемент, температура которого при подаче электрического импульса резко возрастает за 5—10 мкс. Все чернила, находящиеся в контакте с нагревательным элементом, мгновенно испаряются, что вызывает резкое повышение давления, под действием которого чернила выстреливаются из сопла на бумагу. После “выстрела” чернильные пары конденсируются, в сопле образуется зона пониженного давления, и в него всасывается новая порция чернил. Эта новая технология произвела переворот в мире струйных принтеров и плоттеров, позволив почти на порядок увеличить их разрешающую способность (до 600—1440 точек на дюйм).
Таким образом, в настоящее время струйные принтеры обеспечивают разрешающую способность до 50 точек на миллиметр и скорость печати до 500 знаков в секунду при отличном качестве печати, приближающемся к качеству лазерной печати.
Струйные принтеры, используя большее количество сопел в пишущей головке, выполняют и цветную печать, но разрешающая способность при этом по сравнению с черно-белыми уменьшается примерно в два раза (но было сообщение, что фирма Epson создала уникальный цветной струйный принтер Stylus 600 с разрешением 1440 dpi при скорости цветной печати 4 страницы формата А4 в минуту).
Для создания цветного изображения используется обычно принятая в полиграфии цветовая схема CMYK, включающая четыре базовых цвета: Cyan — голубой, Magenta — пурпурный, Yellow — желтый, Key — ведущий (черный). Сложные цвета образуются смешением базовых. Качество печати великолепное — полноцветный плакат практически неотличим от типографского.
Основные достоинства струйных принтеров:
• высокое качество печати, для принтеров с большим количеством сопел сравнимое с качеством печати лазерного принтера;
• высокая скорость в режиме черновой печати;
• использование обычной бумаги, правда, хорошей плотности (от 60 до 135 г/м2), чтобы не растекались чернила;
• бесшумность работы.
Основными недостатками струйных принтеров являются:
• опасность засыхания чернил внутри сопла, что иногда приводит к необходимости замены печатающей головки;
• относительно высокая стоимость расходных материалов, в частности баллончика для чернил, особенно если он объединен с печатающей головкой и заменяется совместно с ней (такая конструкция весьма распространена).
Качество печати струйного принтера лишь немногим уступает качеству печати лазерных принтеров, при этом финансовые затраты аналогичны затратам при покупке матричного принтера Эти принтеры идеально подходят для домашнего применения, потому что работают они тихо и просты в обслуживании, как и многие другие домашние приборы
Принцип работы струйных принтеров
В струйных принтерах для формирования изображения используются специальные сопла, через которые на бумагу подаются чернила Тонкие, как волос, сопла находятся на головке принтера, где установлен резервуар с жидкими чернилами, которые, как микрочастицы, переносятся через сопла на материал носителя. Число сопел зависит от модели принтера и его изготовителя. Обычно их бывает от 16 до 64. Некоторые последние модели имеют гораздо большее число сопел, например, головка принтера DeskJet 1600 имеет 300 сопел для черных чернил и 416 — для цветных. Поскольку образ символа воспроизводится с использованием всех задействованных сопел одновременно, в качестве параметра, определяющего скорость печати, в струйных принтерах также принято считать количество символов в секунду (cps), хотя в рекламных проспектах скоростью печати называют число страниц, печатаемых в минуту.
Хранение чернил осуществляется двумя методами:
- головка принтера является составной частью патрона с чернилами, замена патрона с чернилами одновременно связана с заменой головки;
- используется отдельный сменный резервуар, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головку принтера.
Фирмы-изготовители реализуют различные способы нанесения чернил на бумагу:
- пьезоэлектрический метод;
- метод газовых пузырей;
- метод drop-on-demand.
Пьезоэлектрический метод
Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Как известно, под воздействием электрического поля происходит деформация пьезоэлемента.
При печати находящийся в трубке пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые "вьща-вились" наружу, оставляют на бумаге точку. Подобные устройства выпускают компании Epson, Brother и др.
Метод газовых пузырей
Второй способ базируется на термическом методе и больше известен под названием Bubblejet (инжектируемые пузырьки). При использовании этого метода каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который при пропускании через него тока за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500°С. Возникающие при резком нагревании газовые пузыри (bubbles) стараются вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую порцию (каплю) жидких чернил, которые переносятся на бумагу. При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается и через входное отверстие поступает новая порция чернил. Подобную технологию использует фирма Canon.
Благодаря тому, что в механизмах печати, реализованных с использованием метода газовых пузырей, меньше конструктивных элементов, такие принтеры надежней в работе и срок их эксплуатации более продолжителен. Кроме того, использование этой технологии позволяет добиться наиболее высокой разрешающей способности принтеров. Обладая высоким качеством при прорисовке линий, данный метод имеет недостаток при печати областей сплошного заполнения: они получаются несколько расплывчатыми. Применение метода газовых пузырей целесообразно при печати графиков, гистограмм и т. п., тогда как печать полутоновых графических изображений получается более качественной при использовании метода drop-on-demand.
Метод drop-on-demand
Третий метод, разработанный фирмой Hewlett-Packard, называется методом drop-on-demand. Так же как в методе газовых пузырей, здесь для подачи чернил из резервуара на бумагу используется нагревательный элемент. Однако при этом дополнительно используется специальный механизм (рис. 1.14).
Технология drop-on-demand обеспечивает наиболее быстрый впрыск чернил, что позволяет существенно повысить качество и скорость печати. Цветовое представление изображения в этом случае более контрастно.
Цветные струйные принтеры
Способность струйных принтеров создавать цветное изображение привела к их широкому распространению.
Цветная печать с помощью игольчатых принтеров не дает желаемого качества. Использование для этой цели других типов принтеров, лазерных или термических, многим обычным пользователям не по карману. Применение же чернил различного цвета является недорогой, но все же качественной альтернативой.
Обычно цветное изображение формируется при печати наложением друг на друга изображений трех основных типографских цветов: голубого (cyan), пурпурного (magenta) и желтого (yellow). Хотя, теоретически, наложение этих трех цветов 100%-насыщенности должно в итоге давать черный цвет, на практике в большинстве случаев получается серый или коричневый. Потому в качестве четвертого основного цвета добавляют еще и черный (black). Такую цветовую модель называют, как уже отмечалось, называют CMYK.
По этой причине в новых моделях струйных принтеров применяется не три, а четыре цветных патрона для создания цвета (дополнительный патрон с чернилами черного цвета). Благодаря этому появилась возможность широкого использования таких принтеров для обычной печати текстов и черно-белых графических изображений с одновременной экономией цветных чернил
Лазерные принтеры
В лазерных принтерах применяется электрографический способ формирования изображений, используемый в одноименных копировальных аппаратах. Лазер служит для создания сверхтонкого светового луча, вычерчивающего на поверхности предварительно заряженного светочувствительного барабана контуры невидимого точечного электронного изображения — электрический заряд стекает с засвеченных лучом лазера точек на поверхности барабана. После проявления электронного изображения порошком красителя (тонера), налипающего на разряженные участки, выполняется печать — перенос тонера с барабана на бумагу и закрепление изображения на бумаге разогревом тонера до его рас плавления.
Лазерные принтеры обеспечивают наиболее высококачественную печать с разрешением до 50 точек на миллиметр и скорость печати до 1000 знаков в секунду. Широко используются цветные лазерные принтеры. Например, лазерный принтер фирмы Tektonik (США) Phaser 550 имеет разрешение и по горизонтали и по вертикали 48 точек на миллиметр; скорость цветной печати — 5 страниц формата А4 в минуту, скорость монохромной печати — 14 страниц в минуту.
К ПК принтеры могут подключаться и через параллельный и через последовательный порты.
Параллельные порты используются для подключения параллельно работающих (воспринимающих информацию сразу по байту) принтеров через адаптеры типа Centronics (обычно одновременно можно подключить до 3 принтеров).
Последовательные порты (2 шт.) служат для подключения последовательно работающих (воспринимающих информацию последовательно по 1 биту) принтеров через адаптеры типа RS-232C (стык С2). Большинство быстродействующих принтеров используют параллельные порты.