Устройства вывода на печать в структуре ПК

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема

Устройства вывода на печать в структуре ПК



Введение

Устройства вывода -- периферийные устройства, преобразующие результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления.



Принтер

«Ты помнишь, как все начиналось…»

Впервые идеи создания устройства, напоминающего современную оргтехнику, пришла в голову пионеру вычислительной техники, Чарльзу Бэббиджу, который изобрел принтер под названием Difference Engine, который предназначался для печати таблиц для навигации, проектирования, банковского и страхового дела. Однако так и не была реализована. И только спустя 150 лет лондонский Музей Науки воссоздал машину Бэббиджа по чертежам автора. Принтер состоял из 4000 частей и весил 2,5 тонны. Собирали его 10 лет. Действующие модели принтеров появились только в 50-х годах XX столетия, после создания первой ЭВМ. В Советском Союзе данные устройства назывались АЦПУ. Первые принтеры напоминали собой печатающие машинки с электроприводом, у которых изображение формировалось путем удара соответствующей литеры на бумагу через красящую ленту. Один из первых высокоскоростных принтеров был создан корпорацией Remington-Rand для компьютера Univac в 1953 году.

Все разработки в области создания принтеров можно разделить на 4 основные направления:

- Матричные принтеры. Они долгое время были стандартом для любой печати. В 1964 году фирма Seiko Epson Corporation сконструировала первый в мире принтерный механизм, изображение в котором формировалось из точек, наносимых на бумагу иглами через черную или цветную ленту. Вскоре за этим появились первые принтеры как отдельное устройство. За 25 лет различные аспекты данной технологии были настолько усовершенствованы и отточены, но принципиальных изменение не произошло.

- Термопечать. Подобные принтеры так и не смогли завоевать рынок, однако их используют при печати факсов, выписок по счетам в банкоматах города или билетов на пригородные электрички. Они напоминают матричные, но иглы здесь заменены на нагревательные элементы, поэтому такому принтеру необходима особая термочувствительная бумага. История термопринтеров начиналась в 1988 году с модели IBM QuietWriter. В Советском Союзе единственной широко используемой моделью было "Электроника МС 6312" с качеством печати 160 точек на дюйм.

- Струйные принтеры. Принципу струйной печати около 100 лет. Еще в XIX веке лауреат Нобелевской премии по физике, лорд Рейли, представил свою работу по распаду струй жидкости и формированию капель научным кругам. В основе работы лежала идея о том, что струя жидкости сама стремится распасться на отдельные капли. В 1948 году шведская фирма "Siemens Elema" обнародовала свое изобретение. Это было измерительное устройство, аналогичное гальванометру, оборудованное распылителем, с помощью которого регистрировались результаты измерений. В дальнейшем технология была усовершенствована и с успехом применялась в принтерах, которые работали по принципу непрерывного распыления красителя или печати под высоким давлением. В 1977 фирма Siemens представила широкой публике первый принтер с пьезоэлектрическим исполнительным механизмом. Следующий шаг был сделан компанией Dataproducts в 1987 году, которая предложила применение пластинчатого пьезопреобразователя. В 1994 году появляется модели Stylus 800 фирмы Epson, в котором была применена технология MACH (головка с многоуровневым исполнительным механизмом), что позволило уменьшить размеры самой головки и одновременно снизить потребление расходных материалов.

В 1984 году фирмой Hewlett Packard была представлена модель Thinkjet, построенная по принципу пузырьково-струйной термопечати, который покорил рынок, благодаря очередному повышению качества печати.

- Лазерные принтеры. Один из первых лазерных принтеров был поставлен на рынке фирмой IBM в 1975 году. В 1984 году на рынок был представлен первый принтер от компании Hewlett Packard - LaserJet, выходу которого предшествовали несколько лет исследований и десятки экспериментальных моделей. В 1990 году эта HP выпустила серию принтеров LaserJet III, которая использовала технологию RET (Resolution Enhancement Technology), позволившую ей шагнуть далеко вперед, оставляя конкурентов за спиной. В 1991 году компания Lexmark внедряет на рынок настольных принтеров лазерную печать с разрешением 600х600 точек на дюйм. Лазерные принтеры Optra сумели увеличить истинное разрешение 1200х1200 точек на дюйм.

Эволюция интерфейса

С появлением персональных компьютеров для принтеров был выделен специальный порт: LPT. Поскольку первые принтеры не умели печатать графику, а печатали только текст (и печатали они его построчно), то и порт получил название Line PrinTer.

LPT-порт является параллельным портом, имеющим 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов. Его разработчик - фирма Centronics Data Computer. С момента своего появления до наших дней порт претерпел всего два изменения.

Первый, оригинальный, протокол LPT-порта был SPP (Standart Paralell Port). Это был однонаправленный протокол, позволяющий выводить информацию на принтер. По шине данных принтеру передавалась информация для печати, по шине сигналов принтер сообщал о своем состоянии (готов к работе, нет бумаги и т.д.). При этом скорость передачи информации к принтеру составляла всего 40-50 Кб/с. Когда придумали первые сканеры, их стали подключать к LPT, фишка была в том, что отсканированное изображение передавалось в компьютер по шине сигналов, со скоростью всего 20 Кб/с.

Затем появилась улучшенная версия этого протокола - EPP (Enhanced Parallel Port). Она была разработана компаниями Intel, Xircom и Zenith Data Systems. Порт стал двунаправленным, а это значит, принтер тоже получил возможность передавать больше информации компьютеру. Кроме того, возросла скорость обмена до 2 Мб/с. Это дало возможность подключать через порт внешние приводы CD-ROM, жесткие диски и другие устройства.

Но и этого производителям принтеров показалось мало. Тогда компаниями Hewlett-Packard и Microsoft был предложен протокол ECP (Extended Capability Port). Основным отличием от предшественника было наличие аппаратного сжатия данных, наличие буфера и возможность работы в режиме DMA (прямой доступ к памяти), все это позволило существенно повысить производительность порта.

С появлением интерфейса USB принтеры начали «переползать» на него. USB гораздо быстрее LPT, проще в подключении и настройке. Все современные принтеры подключаются к компьютеру через USB.

Принтеры сегодня

Технологии печати, придуманные в прошлом веке, сильно не изменились. Да, техпроцесс совершенствуется, увеличивается количество точек на дюйм, улучшается качество и скорость печати. Но никаких существенных изменений в мире принтеров не происходит.

Последняя революция в печати произошла в 80-х годах, когда был придуман трехмерный принтер. Первые трехмерные принтеры были похожи на станки, которые вытачивали из куска дерева или пластмассы вещь нужной формы, но затем появились «настоящие» 3D-принтеры. Такие принтеры слой за слоем (слой может быть толщиной до 16 микрон) создают объемные объекты, нанося полимер на нужные места.

Плоттер

Представляет собой компьютерный инструмент вывода изображения и другой информации. Используются, в основном, для создания элементов широкоформатной наружной рекламы довольно хорошего качества.

Плоттеры бывают рисующими и режущими. Режущие необходимы для того, чтобы резать самоклеящиеся пленки (например, для создания рекламных аппликаций). Рисующие предназначены для вывода изображения на материал (рулонный).

В 1959 году был создан первый плоттер. Его изготовила корпорация Lockheed Martin (Америка). Данные устройства применялись для печати чертежей, изображений на бумаге большого формата, больших постеров и т.д. В настоящее время плоттеры чаще всего используются в типографиях, а также компаниях, предоставляющих услуги по полиграфии. Таким способом изготавливаются многие элементы рекламных носителей.

Устройства могут различаться также по скорости печати, размерам бумаги, виду печатающего инструмента и по качеству разрешения. Стоит отметить, что чем больше в плоттере число цветовых каналов, тем изображение получается лучше, а оттенки - насыщеннее. Для современных моделей устройства характерны такие особенности как удобство эксплуатации, высокая скорость печати, экономичность расходных материалов, разнообразие моделей и хорошее качество выводимого изображения. В зависимости от возможностей и потребностей предприятие сможет найти оптимальный вариант устройства.

Плоттер (графопостроитель) -- устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до А0 или кальке.

Графопостроители рисуют изображения с помощью пера (пишущего блока).

Связь с компьютером графопостроители, как правило, осуществляют через последовательный, параллельный SCSI-интерфейс и Ethernet (в последнем случае подключение к конкретному компьютеру не требуется, плоттер имеет собственный IP-адрес и, будучи включенным, доступен всем машинам в локальной сети). Некоторые модели графопостроителей оснащаются встроенным буфером (1 Мбайт и более).

Первые плоттеры (например Calcomp 565 из 1959) работали на принципе передвижения бумаги с помощью ролика, обеспечивая тем самым координату X, а Y обеспечивалась движением пера. Другой подход (воплощённый в Computervision's Interact I, первая CAD система) представлял собой модернизированный пантограф, управляемый вычислительной машиной и имеющий шариковое перо в качестве рисующего элемента. Недостаток этого метода заключался в том, что требовалось пространство, соответствующее расчерчиваемой области. Но достоинством этого метода, вытекающим из его недостатка, является легко повышаемая точность позиционирования пера и соответственно точность самого рисунка, наносимого на бумагу. Позже это устройство было дополнено специальным кассетным держателем, который мог компоноваться перьями разной толщины и цвета.

Hewlett Packard и Tektronix в конце 1970-х представили планшетные плоттеры со стандартным размером с рабочий стол. В 1980-х была выпущена меньшая по размерам и более лёгкая модель HP 7470, использующая инновационную технологию «зернистого колеса» для перемещения бумаги. Эти небольшие плоттеры бытового назначения стали популярны в деловых приложениях. Но из-за их низкой производительности они были практически бесполезны для печати общего назначения. С широким распространением струйных и лазерных принтеров с высокой разрешающей способностью, удешевлением компьютерной памяти и скоростью обработки растровых цветных изображений, графопостроители с пером практически исчезли из обихода.

Электростатические графопостроители

Электростатические графопостроители работают на безударном электрографическом растровом принципе. Специальная диэлектрическая бумага перемещается под электростатической головкой, содержащей иголки с плотностью 40-100 на 1 см. К иголкам прикладывается отрицательное напряжение в результате чего диэлектрическая бумага заряжается и на ней создаётся скрытое изображение. Затем бумага проходит через бокс, в котором над ней распыляется положительно заряженный тонер. Заряженные области притягивают частицы тонера. В цветных системах этот процесс повторяется для каждого из основных субтрактивных цветов -- голубого, пурпурного и жёлтого, а также чёрного.

Электростатические графопостроители быстрее перьевых графопостроителей, но медленнее лазерных печатающих устройств. Их скорость составляет от 500 до 1000 линий, наносимых на бумагу в 1 мин. Они работают с разрешением 200--400 точек на дюйм. Электростатические графопостроители необходимы, если требуется высококачественный цветной вывод для CAD-системы. Такой графопостроитель в 10-20 раз быстрее перьевого. Среди лидеров на рынке этих устройств фирмы Versatec, Calcomp и Benson. Эти графопостроители весьма дорогие их цена 30-150 тысяч долларов.

Основные параметры графопостроителей
	Планшетные	Барабанные
Формат черчения	Ширина 210--840 мм Длина 297--1188 мм	Ширина 210--1140 мм Длина 297 мм -- не ограничена
Скорость черчения	80 -- 1140 мм/с	30 -- 300 мм/с
Точность	0.8 -- 0.0025 мм	0.7 -- 0.0025 мм
Разрешение	0.4 -- 0.0025 мм	0.1 -- 0.0025 мм

Точность определяется минимально возможным значением приращения координаты. Обычные значения десятки микрометров. Разрешение определяется фактическими возможностями исполнительной системы и чертёжной головки. Для перьевых графопостроителей обычные значения -- доли миллиметра. Для фотопостроителей -- менее 10 микрометров.

Уникальные высокоточные графопостроители имеют зачастую и уникальные протоколы управления. Графопостроители широкого распространения, как правило, поддерживают протокол графопостроителей фирмы Хьюлетт-Паккард HPGL (Hewlett Packard Graphics Language). Он содержит небольшое количество графических функций, легко читается и интерпретируется. Некоторые графопостроители интерпретируют протокол REGIS, разработанный для терминалов VT 240 (и более мощных).

Планшетные графопостроители

В планшетных графопостроителях носитель неподвижно закреплён на плоском столе. Закрепление либо электростатическое, либо вакуумное, либо механическое за счёт притягивания прижимающих бумагу пластинок, к (электро)магнитам, вмонтированным в поверхность стола. Специальной бумаги не требуется. Головка перемещается по двум перпендикулярным направлениям. Размер носителя ограничен размером планшета.

В некоторых устройствах небольших размеров головка закреплена неподвижно, а перемещается стол с закреплённым на нём носителем, как это сделано во фрезерных станках с числовы программным управлением.

Графопостроители с перемещающимся носителем

Имеются три разновидности графопостроителей с перемещающимся носителем:

§ барабанные графопостроители, в которых носитель фиксированного размера укреплён на вращающемся барабане;

§ фрикционные графопостроители, в которых носитель перемещается с помощью фрикционных роликов. Эти графопостроители (при равных размерах чертежа) много меньших габаритов, чем барабанные. Одна из новых разновидностей фрикционного графопостроителя, появившаяся благодаря технологическим достижениям в металлообработке -- графопостроитель с т. н. абразивной головкой, в которых валики привода бумаги -- стальные со специальной насечкой, не забивающейся волокнами бумаги;

§ рулонные графопостроители, которые подобны фрикционным, но используют специальный носитель с краевой перфорацией.

Вне зависимости от способа перемещения носителя, система привода графопостроителей с произвольным сканированием использует либо шаговые двигатели, поворачивающиеся на фиксированный угол при подаче одного импульса, либо исполнительную систему с обратной связью, содержащую двигатели привода и датчики положения. Перемещения с шаговыми двигателями обычно выполняются на 1 шаг по одному из 8 направлений.

Поэтому требуется аппроксимация вычерчиваемой кривой штрихами основных направлений. Повышение точности аппроксимации достигается как уменьшением шага, так и путём увеличения числа направлений перемещения за счёт использования дополнительных пар моторов или за счёт изменения передаточного числа.

Струйные плоттеры (широкоформатные принтеры) классифицируются на инженерные, для наружной, для внутренней рекламы. Некоторые из инженерных могут быть применены для печати внутренней рекламы, однако заявки вида «плоттер предназначен как для наружных, так и для внутренних работ» обычно являются спекуляциями производителя и/или продавца. Электрофотографические (лазерные) плоттеры бывают только инженерными, в связи с монохромностью получаемого изображения. Польза единственной (на июнь 2009) полноцветной модели для печати рекламы подвергается сомнению в связи с недостаточной для рынка шириной печати в 914 мм. Как правило, эти плоттеры продаются в комплекте со сканерами (иногда такой сканер является неотъемлемой частью принтера) под названиями «инженерная система», «репрографический комплекс» и прочими, в зависимости от предпочтений производителя и продавца.

На рынке струйных инженерных плоттеров доминируют устройства фирмы Hewlett-Packard. Достаточно широко представлены так же Canon, Epson, Encad.

Рынок струйных интерьерных плоттеров видимого лидера не имеет и на территории бывшего СССР развит слабо.

На рынке оборудования для наружной печати представлено оборудование десятков различных производителей, однако с весьма близкой техникой, зачастую даже с совместимыми запасными частями. Фактически основными игроками являются производители печатных головок XAAR, Konica-Minolta и Spectra, не являющиеся при этом производителями оборудования.

Основными производителями лазерной инженерной техники являются KIP, Ricoh, Oce, Xerox, суммарно занимающие более 90 % рынка. Их техника также продается под другими торговыми марками, принадлежащими либо самому производителю (например -- бренды Gestetner и Rex-Rotary принадлежат Ricoh), либо крупному дилеру (Utax или МВ, например), либо даже прямому конкуренту (в случае наличия у него временных проблем с производством).

Классификация принтеров и печатных плоттеров чаще всего ведется по следующим параметрам:

· По принципу печати (по работе и технологии печатного процесса)

· По виду используемых красок (в большей мере относится к струйным принтерам)

· По количеству запечатываемых красок (одна (для черно-белой печати), четыре (CMYK) для большинства домашних принтеров, 6 красок и более для профессиональных машин).

· По максимальному формата запечатываемого материала.

· По скорости печати.

Принтер -- периферийное устройство компьютера, предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель из электронного вида.

Получили распространение многофункциональные устройства (МФУ), в которых в одном приборе объединены функции принтера, сканера, копировального аппарата и телефакса. Такое объединение рационально технически и удобно в работе.

Классификация

По типу печатаемого материала:

§ Рулонный -- оснащаются системами подмотки и смотки рулонного материала, предназначены для печати на самоклейке, бумаге, холсте, банерной ткани

§ Листовой твёрдый -- для печати на ПВХ, полистироле, пенокартоне. Лист материала фиксируется на станине при помощи вакуумного прижима или струбцинами. Каретка(оборудованная приводом движения по оси Х) закреплена на портале, который вместе с кареткой движется над материалом (по оси Y).

§ Сувенирный -- перемещение заготовки относительно головы, по оси Y, обеспечивается сервоприводом подвижного стола, кроме этого стол оснащается механизмом регулировки расстояния между заготовкой и кареткой(для печати на заготовках разной высоты). Применяются для печати на дисках, телефонах, для маркировки деталей.

§ Листовой гибкий -- для печати на бумаге и плёнке стандартных форматов (A3, A4 и т. п.). Оснащаются механизмом захвата и подмотки листового материала.

Кроме этого существуют струйные принтеры для 3D-печати объёмных форм.

По типу используемых чернил:

§ Водные на основе водорастворимого красителя. Используются в абсолютном большинстве бытовых и офисных струйных принтеров и в некоторых интерьерных широкоформатных принтерах. Главный недостаток - слабая светостойкость, т.е. быстрое выгорание на солнце.

§ Cольвентные чернила. Сольвентные чернила применяются в широкоформатной и интерьерной печати. Характеризуются очень высокой стойкостью к воздействию воды и атмосферных осадков. Характеризуются вязкостью сольвента, зернистостью и используемой фракцией пигментного красителя.

§ Спиртовые -- широкого применения не получили, так как головы, печатающие спиртовыми чернилами очень быстро высыхают.

§ Масляные -- используются в системах промышленной маркировки и для тестирования печатающих головок.

§ Пигментные -- используются для получения изображений высокого качества, в интерьерной и в фотопечати.

§ УФ-отверждаемые чернила -- применяются как экологичная замена сольвентным чернилам и для печати на жёстких материалах.

§ Термотрансферные чернила -- отличительная особенность термотрансферных чернил -- возможность, при помощи термопресса, перенести отпечатанное изображение с подложки на изделие. Используются для нанесения логотипов на одежду.

По назначению:

§ Широкоформатные -- основное назначение широкоформатной печати -- наружная реклама. Широкоформатные принтеры характеризуются большой шириной печати (чаще всего 3200 мм), высокой скоростью печати (от 20 м? в час), не самым высоким оптическим разрешением.

§ Интерьерные -- область применения интерьерной печати -- печать элементов оформления интерьера, печать плакатов, информационных стендов, чертежей. Основной формат -- 1600 мм. Основные производители интерьерных принтеров: Roland, Mimaki.

§ Фотопринтеры -- предназначены для печати фотографий, печатают на материалах малых форматов(обычно на рулонах шириной 1000 мм). Цветовая модель не хуже, чем CMYK+Lc+Lm(шестицветная печать), иногда цветовая модель дополняется оранжевым цветом, белой краской, серебрянкой(для получения эффектов металла) и т. п.

§ Сувенирные -- применяются для печати на небольших деталях, для печати на дисках, и заготовках сложной формы. Производятся множеством фирм: TechnoJet, Epson, Canon, HP и т. п.

§ Офисные -- отличаются, от фотопринтеров, отсутствием лайтов и листовой подачей материала. Основные производители офисных принтеров: Epson, HP, Canon, Lexmark.

§ Маркировочные -- включаются в состав поточных линий. Печатающая головка, неподвижно закреплённая над конвейерной лентой, наносит маркировку на движущиеся изделия.

§ Маникюрные -- используются для нанесения на ногти сложного рисунка в нейл-арт салонах.

По системе подачи чернил:

§ Непрерывная, с расположение субтанков и головок на одном уровне (давление на входе голов регулируется высотой субтанков).

Структура: канистры с чернилами --> помпа --> фильтр --> гибкий тракт --> каретка --> обратный клапан --> субтанк, оснащённый датчиками уровня чернил --> головка.

§ Непрерывная, с субтанками, расположенными выше голов. Давление высокого столба чернил на головы уравновешивается вакуумной системой, состоящей из вакуумной помпы и устройств регулировки вакуума.

Структура: канистры с чернилами --> помпа --> фильтр --> гибкий тракт --> каретка --> обратный клапан --> субтанки, оснащённый датчиками уровня чернил и подключенные к вакуумной системе --> головы.

§ Самотёком. Головы и канистры с чернилами соединяются трубками, проходящими через гибкий тракт. Единственный промежуточный элемент -- демпфер, фильтрующий чернила и гасящий колебания давления, возникающие при движении гибкого тракта.

§ Подача чернил из картриджей, движущихся вместе с кареткой. Основное достоинство этой системы -- низкая стоимость. Недостатки: малый запас чернил в картриджах, утяжеление каретки картриджами, медленное падение давления на входе голов, вызываемое уменьшением уровня чернил в картриджах.

Основная характеристика принтера, от которой наиболее сильно зависит оптическое разрешение -- тип, количество и расположение печатающих голов на каретке.

Фотопринтеры и офисные принтеры редко комплектуются более, чем одной головкой на каждый цвет. Это связано с невысокими требованиями к скорости печати, кроме того чем меньше голов, тем проще и эффективнее система их калибровки и сведения.

Широкоформатные и интерьерные принтеры комплектуются двумя -- четырьмя головами на каждый цвет.

Для эффективной сушки и предотвращения слипания материала струйные принтеры оборудуются системами подогрева станины.

В офисных принтерах, для уменьшения стоимости печати и улучшения некоторых других характеристик печати также применяют систему непрерывной подачи чернил (СНПЧ), представляющая некое подобие системы подачи краски «самотёком». Роль демпфера играет картридж.

В настоящее время струйные принтеры форматов А4 и А3 активно вытесняются цветными лазерными принтерами. Эта тенденция обусловлена значительно меньшим расходом и меньшей стоимостью расходных материалов используемых для лазерной печати, простотой технического обслуживания цветных лазерных принтеров, которое сводится лишь к замене тонера и валов.

Самое значительное преимущество струйной печати перед лазерной -- длина непрерывного отпечатка, ограниченная лишь длинной рулонного материала. На лазерных принтерах длина отпечатка ограничена длинной окружности промежуточного носителя -- вала или ленты. На самых больших лазерных принтерах длина печати может достигать метра. На офисных струйных принтерах, вследствие чрезвычайно узкой специализации и автоматизации принтеров, низкой производительности Диспетчера печати (Windows), высокой стоимости программ, замещающих Диспетчер печати, таких как FlexiSign, Caldera и т. п. и полного отсутствия механизмов, необходимых для печати на рулонных носителях, в большинстве случаев, невозможно реализовать непрерывную печать неограниченной длинны.

принтер плоттер графопостроитель интерфейс

Интернет-принтеры

В последнее время на рынке офисной техники появились принтеры, программное обеспечение которых поддерживает непосредственное подключение к Интернету (обычно через роутер), что позволяет такому принтеру функционировать независимо от компьютера. Такое подключение обеспечивает ряд дополнительных возможностей:

§ печать документов или веб-страниц прямо с дисплея принтера;

§ печать документов или веб-страниц с любого веб-устройства (в том числе удалённого) без необходимости установки на нём драйвера принтера;

§ просмотр состояния принтера и управление заданиями печати с помощью любого браузера вне зависимости от местонахождения;

§ оперативное автоматическое обновление программного обеспечения принтера.

Структура интерфейса принтера

Печать символов на принтере осуществляется путем параллельного вывода 8-разрядных данных. Так как буквы латинского алфавита и цифры представлены кодом ASCII, то печать каждого символа производится путем вывода байта данных. В текстах на японском языке каждый символ представлен 2 байт, но и в этом случае осуществляется побайтовый вывод данных. Центральным узлом интерфейса является 8-разрядный порт вывода, хотя кроме него для работы принтера требуется еще несколько управляющих сигналов.

Временная диаграмма работы принтера должна устанавливаться в соответствии с техническими требованиями на принтер.

Так, устанавливаются минимальные значения интервалов:

ti - время от установки данных до передачи стробирующего сигнала;

U - длительность строб-импульса;

t2 - время удержания данных после окончания передачи стробирующего сигнала.

Кроме того, введены следующие сокращения: РЕ - отсутствие бумаги; FAULT - состояние, в котором печать невозможна, включая также отсутствие бумаги; SELECT - принтер находится в рабочем состоянии; 1NT1 - сигнал сброса контроллера; AUTOFEED - сигнал, который управляет автоматическим переводом строки при появлении кода возврата каретки.

Матричный принтер

Матричный принтер -- компьютерный принтер, создающий изображение на бумаге из отдельных маленьких точек ударным способом.

Матричные принтеры -- старейшие из доныне применяемых принтеров. Их механизм был изобретён в 1964 году корпорацией Seiko Epson

Принцип действия

В матричном принтере изображение формируется на носителе печатающей головкой, представляющей из себя набор иголок, приводимых в действие электромагнитами. Головка располагается на каретке, движущейся по направляющим поперёк листа бумаги; при этом иголки в заданной последовательности наносят удары по бумаге через красящую ленту, аналогичную применяемой в печатных машинках и обычно упакованную в картридж, тем самым формируя точечное изображение. Для перемещения каретки обычно используется ременная передача, реже -- зубчатая рейка или винтовая передача. Приводом каретки является шаговый электродвигатель. Такой тип матричных принтеров именуется SIDM Скорость печати таких принтеров измеряется в CPS

Устройство перемещения печатной головки

Картридж с красящей лентой

Иглы в печатающей головке располагаются, в зависимости от их количества, одним или двумя вертикальными столбцами, или в виде ромба. Материалом для игл служит износостойкий вольфрамовый сплав.

Для привода игл используются две технологии, основанные на электромагнитах -- баллистическая и с запасенной энергией.[1] Поскольку электромагниты нагреваются при работе, печатающая головка снабжается радиатором для пассивного отвода тепла; в высокопроизводительных принтерах может применяться принудительное охлаждение печатающей головки вентилятором, а также система температурного контроля, снижающая скорость печати или прекращающая работу принтера при превышении допустимой температуры печатающей головки.

Для печати на носителях различной толщины в матричном принтере имеется регулировка зазора между печатающей головкой и бумагоопорным валом. В зависимости от модели, регулировка может производится вручную, либо автоматически. При автоматической установке зазора принтер имеет функцию определения толщины носителя.

В разное время выпускались принтеры с 9, 12, 14, 18, 24 и 36, 48 иголками в головке; разрешающая способность печати, а также скорость печати графических изображений напрямую зависят от числа иголок. Наибольшее распространение получили 9- и 24-игольчатые принтеры.

9-игольчатые принтеры применяются для высокоскоростной печати с невысокими требованиями к качеству. Для достижения высокой скорости в некоторых принтерах используются сдвоенные (2х9) и счетверенные (4х9) 9-игольчатые печатающие головки. За счет меньшего количества игл 9-игольчатая печатающая головка отличается большей надежностью и меньшим нагревом.

Преимуществом 24-игольчатого принтера является высокое качество печати, в графическом режиме максимальное разрешение составляет 360х360 точек на дюйм. При этом скорость печати 24-игольчатого принтера существенно ниже, чем у 9-игольчатого. Основная сфера применения -- печать с высокими требованиями к качеству.

В современных матричных принтерах красящая лента из плотного нейлона упакована в картридж, содержащий также узлы для протяжки и натяжения ленты. В зависимости от конструкции принтера, картридж располагается на станине или на каретке.

В ранних моделях вместо картриджа может использоваться лента на катушках для пишущей машинки. Для повышения ресурса ленты, ее длина часто составляет 6 и более метров. В случае короткой ленты используется дополнительная подкраска с помощью бункера или ролика из пористого материала (фетра), пропитанного краской. В некоторых принтерах для увеличения ресурса лента имеет вид Листа Мёбиуса.

Особенности применения в режиме печати

Помимо печати текстовой информации, когда удары иголок контролируются программным обеспечением самого принтера, многие матричные принтеры имеют режим индивидуального управления иголками с компьютера, что обеспечивает возможность печати графической информации; однако в этом режиме скорость печати значительно падает. Иногда встроенное программное обеспечение принтера поддерживает загрузку во встроенную память принтера дополнительного набора шрифтов

В зависимости от модели, матричные принтеры могут поддерживать все или некоторые из следующих режимов:

§ графический режим

§ алфавитно-цифровой режим:

§ LQ (англ. Letter Quality -- «как у пишущей машинки»),

§ NLQ (англ. Near Letter Quality -- «качество близкое к машинописному»),

§ Draft -- черновое качество печати; в этом режиме достигается максимальная скорость печати за счёт ухудшения её качества.

Для печати на матричном принтере преимущественно используется рулонная или перфорированная фальцованная бумага. В случае применения листовой бумаги большинство матричных принтеров требует её ручной заправки; во многих моделях имеется возможность использования опционального автоподатчика листовой бумаги .

Преимущества

Несмотря на то, что технологии матричной печати часто воспринимаются как устаревшие, матричные принтеры по-прежнему находят применение там, где требуется недорогая массовая печать на многослойных бланках (например, на авиабилетах) или под копирку, а также в случаях, когда требуется вывод значительного количества чисто текстовой информации без предъявления особых требований к качеству получаемого документа (печать товарных чеков, этикеток, ярлыков, данных с систем управления и измерения); дополнительная экономия при этом достигается за счёт использования дешёвой фальцованной или рулонной бумаги.

Ещё одним преимуществом матричной печати является высокий ресурс как самого принтера (8 млн строк) так и печатной головки (30 млн символов)

Недостатки

Основными недостатками матричных принтеров являются:

§ высокий уровень шума

§ низкая скорость и качество печати в графическом режиме

§ ограниченные возможности цветной печати

Для снижения шума при печати в отдельных моделях предусмотрен тихий режим, в котором каждая строка печатается в два прохода с использованием половинного количества игл; побочным эффектом такого решения является значительное снижение скорости печати. Для борьбы с шумом также применяют специальные конструкции с звуконепроницаемыми кожухами.

Для повышения скорости печати используют технологии, обеспечивающие печать строки за один проход -- так, в высокоскоростных линейно-матричных принтерах большое количество молоточков равномерно расположены на челночном механизме (фрете) по всей ширине печати. Скорость таких принтеров измеряется в LPS (англ. Lines per second -- строках в секунду).

Струйный принтер

Струйный принтер -- один из видов принтеров. Обладает малой скоростью печати по сравнению с лазерными, но отличается высоким качеством печати полутонных изображений.

Принцип действия струйных принтеров похож на матричные принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица, печатающая жидкими красителями. Картриджи с красителями бывают со встроенной печатающей головкой -- в основном такой подход используется компаниями Hewlett-Packard, Lexmark. Фирмы, в которых печатающая матрица является деталью принтера, а сменные картриджи содержат только краситель. При длительном простое принтера (неделя и больше) происходит высыхание остатков красителя на соплах печатающей головки. Принтер умеет сам автоматически чистить печатающую головку. Но также возможно провести принудительную очистку сопел из соответствующего раздела настройки драйвера принтера. При прочистке сопел печатающей головки происходит интенсивный расход красителя. Особенно критично засорение сопел печатающей матрицы принтеров Epson, Canon. Если штатными средствами принтера не удалось очистить сопла печатающей головки, то дальнейшая очистка и/или замена печатающей головки проводится в ремонтных мастерских. Замена картриджа, содержащего печатающую матрицу, на новый проблем не вызывает.

Для уменьшения стоимости печати и улучшения других характеристик принтера применяют систему непрерывной подачи чернил.

§ Непрерывная подача (Continuous Ink Jet) -- подача красителя во время печати происходит непрерывно, факт попадания красителя на запечатываемую поверхность определяется модулятором потока красителя. Утверждается, что патент на данный способ печати выдан Вильяму Томпсону (William Thomson) в 1867 году.

В технической реализации такой печатающей головки в сопло под давлением подаётся краситель, который на выходе из сопла разбивается на последовательность микро капель (объёмом нескольких десятков пиколитров), которым дополнительно сообщается электрический заряд. Разбиение потока красителя на капли происходит расположенным на соплепьезокристаллом, на котором формируется акустическая волна (частотой в десятки килогерц). Отклонение потока капель производится электростатической отклоняющей системой (дифлектором). Те капли красителя, которые не должны попасть на запечатываемую поверхность, собираются в сборник красителя и, как правило, возвращаются обратно в основной резервуар с красителем. Первый струйный принтер изготовленный с использованием данного способа подачи красителя выпустила Siemens в 1951 году.[1]

§ Подача по требованию (Drop-on-demand)] -- подача красителя из сопла печатающей головки происходит только тогда, когда краситель действительно надо нанести на соответствующую соплу область запечатываемой поверхности. Именно этот способ подачи красителя и получил самое широкое распространение в современных струйных принтерах.

На данный момент существует две технические реализации данного способа подачи красителя:

§ Пьезоэлектрическая (Piezoelectric Ink Jet)[ -- над соплом расположен пьезокристалл с диафрагмой. Когда на пьезоэлемент подаётся электрический ток он изгибается и тянет за собой диафрагму -- формируется капля, которая впоследствии выталкивается на бумагу. Широкое распространение получила в струйных принтерах компании Epson. Технология позволяет изменять размер капли.

§ Термическая (Thermal Ink Jet), также называемая BubbleJet -- Разработчик -- компания Canon. Принцип был разработан в конце 1970-х годов. В сопле расположен микроскопический нагревательный элемент, который при прохождении электрического тока мгновенно нагревается до температуры около 500 °C, при нагревании в чернилах образуются газовые пузырьки (англ. -- bubbles -- отсюда и название технологии), которые выталкивают капли жидкости из сопла на носитель. В 1981 году технология была представлена на выставке Canon Grand Fair. В 1985 году появилась первая коммерческая модель монохромного принтера -- Canon BJ-80. В 1988 году появился первый цветной принтер -- BJC-440 формата A2, разрешением 400 dpi.

Несмотря на характерную для струйных принтеров невысокую скорость печати, самый быстрый струйный принтер из ныне представленных на мировом рынке (состоянием на конец 2011 года) -- Lomond EvoJet Office способен печатать до 60 страниц формата А4/Legal в минуту.

Сублимационный принтер

Сублимационный принтер (термосублимационный принтер) -- принтер, печатающий изображение на плотных твердых поверхностях путем внесения твердотельного (обычно кристаллического) красителя под поверхность бумаги.

Принцип работы

Термосублимационная печать основывается на явлении сублимации, переходе вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние.

Внутри термосублимационного принтера находится нагревательный элемент. Между ним и специальной термической фотобумагой протянута специальная пленка, похожа я на обыкновенный прозрачный целлофан. В этой пленке заключены красители трех цветов -- голубого, пурпурного и желтого. При поступлении задания на печать пленка начинает нагреваться; достигнув определенного температурного предела, краска испаряется с пленки. Поры бумаги при нагреве открываются и легко «схватывают» облачко краски, после завершения печати -- закрываются, надежно фиксируя частички пигмента. Печать осуществляется в три прохода, поскольку краски наносятся на бумагу поочередно. Многие современные модели принтеров завершают печать фотографии дополнительным прогоном, во время которого отпечаток покрывается специальной пленкой для защиты краски от выцветания или отпечатков пальцев.

Термосублимационная печать позволяет получать фотографии отменного качества. Здесь нет ни растровости, ни полосности, как при печати на струйных принтерах. Кроме того, изображение получается однородным, границы между чернильной каплей и бумагой нельзя разглядеть -- по причине отсутствия этой самой капли. Такие фотографии очень стойки к выцветанию, поскольку краска находится не на бумаге, а как бы «впаяна» в нее. Еще одно преимущество -- огромная цветовая палитра, которой располагает пользователь. Чем сильнее нагрета пленка, тем больше красителя испаряется и переносится на бумагу. Регулируя степень нагрева, можно воспроизвести мельчайшие нюансы цвета -- от самых светлых, едва различимых невооруженным глазом, до насыщенных темных.

На данный момент принтер обычно используют для печати изображений на пластиковых картах и на CD, DVD. Для печати фотографий сублимационный принтер используют редко из-за их дороговизны.

Преимущесва и недостатки

§ Сублимационный принтер печатает очень долговечные изображения за счет того, что краска -- твердая, и находится под поверхностью бумаги. Защитный слой препятствует испарению краски из-под поверхности.

§ Сублимационные принтеры печатают более качественное изображение, чем струйные принтеры при том же уровне разрешения. Это обусловлено тем, что пиксель не имеет четкой границы, поэтому даже под микроскопом не видны «квадраты». Также качество повышается за счет возможности смешивать на носителе изображения цвета в достаточно широком диапазоне (до 6 бит каждого из базовых цветов). Наиболее светлые тона формируются в облачке красителя также естественно, как и более тёмные.

§ Сублимационный принтер достаточно дорог, также как и расходные материалы к нему.

§ К серьёзным проблемам сублимационной печати можно отнести крайне медленный вывод фотографий (фото 10?15 см печатается более 1 минуты) и чувствительность применяемых чернил к ультрафиолету. Однако сейчас вводятся новые типы защитной краски, обеспечивающей защиту от ультрафиолета.

Лазерный принтер

Лазерный принтер -- один из видов принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обыкновенной бумаге. Подобно фотокопировальным аппаратам лазерные принтеры используют в работе процесс ксерографической печати, однако отличие состоит в том, что формирование изображения происходит путём непосредственного сканирования лазерным лучом фоточувствительных элементов принтера.

Если история струйной печати преисполнена научности и насыщена исследованиями и открытиями, то история создания и развития лазерных принтеров имеет, наверное, более деловой уклон и до известной степени связана скорее с маркетингом, нежели с наукой.

В 1938 году студент юридического факультета Честер Карлсон (который, кстати, в будущем стал адвокатом по патентным делам, чтобы подкрепить таким образом свои изобретательские таланты) получил первое ксерографическое изображение, что стало успешным результатом многих лет его работы, начавшейся из-за его недовольства медлительностью существующих мимеографов и дороговизной получаемых отпечатков. Само слово «ксерография» было образовано от греческих слов «сухой» и «писать».

А смысл новой технологии заключался в использовании статического электричества для переноса сухих чернил (тонера) на бумагу.

Однако только по прошествии 8 лет, получив отказ от IBM и даже от войск связи США, в 1946 году Карлсону удалось найти компанию, которая согласилась производить придуманные им электростатические копиры. Этой компанией была Haloid Company, которая позже превратилась во всем известную Xerox Corporation.

На рынок первое устройство Xerox поступило в 1949 году под названием Model A. Это было весьма громоздкое и сложное устройство. Чтобы добиться от него копии документа, нужно было произвести вручную ряд операций. И лишь десять лет спустя был коммерциализирован полностью автоматический ксерограф - Xerox 914, который был способен выдавать 7 копий в минуту. Эта модель и стала прообразом всех копиров и лазерных принтеров, появившихся впоследствии.

Над созданием лазерных принтеров Xerox начала работать в 1969 году. Успеха добился в 1978 сотрудник компании Гэри Старкуезер, который смог добавить к технологии работы существующих копиров Xerox лазерный луч, создав таким образом первый лазерный принтер. Полнодуплексный Xerox 9700 мог печатать 120 страниц в минуту (он, кстати, до сих пор остается быстрейшим лазерным принтером в мире). Однако размеры устройства были просто огромны, а цена 350 тысяч долларов (без поправки на тогдашний курс) никак не укладывалась в идею «принтер в каждый дом».

В начале 1980-х спрос на устройства, превосходящие существующие матричные принтеры по качеству печати, достиг критической отметки. В 1982 году предложение последовало от компании Canon, представившей первый настольный лазерный принтер LBP-10. На следующий год компания в частном порядке продемонстрировала новую модель LBP-CX калифорнийским Apple, Diablo и HP.

На тот момент Canon требовались сильные партнеры по маркетингу своей продукции на новом для компании рынке, поскольку компания имела крепкие позиции в области камер и решений для офиса (тех же копиров), однако не имела связей, необходимых для эффективных продаж на рынке устройств обработки данных. Сначала Canon обратилась к Diablo Systems, подразделению Xerox Corporation. Это было очевидно и логично, поскольку Diablo владела большей частью рынка лепестковых принтеров, а ее маркетологи высказывали желание поместить логотип Diablo и на продукцию других производителей. Таким образом Xerox стала первой компанией, которой было предложено выводить на рынок систему CX с контроллером Canon.

Однако Xerox отклонила это предложение, поскольку вместе с японской Fuji-Xerox сама занималась разработками устройства, которое планировалось сделать лучшим настольным лазерным принтером на рынке. Но, хотя новая модель 4045 сочетала в себе копир и лазерный принтер, она весила около 50 килограммов, стоила вдвое больше CX, не имела заменяемого картриджа с тонером и обеспечивала не самое лучшее качество печати. Впоследствии бывшие маркетологи Diablo признавались, что упускать предложение Canon было довольно-таки большой ошибкой, а вышедший несколько позднее принтер HP LaserJet мог бы быть Xerox LaserJet.

В любом случае, после того как Diablo отклонила предложение Canon во Фремонте, представители последней, проехав несколько миль, навестили офисы HP в Пало Альто и Apple Computer в Купертино. Hewlett-Packard была вторым логиче ски оправданным выбором, поскольку тесно сотрудничала с Diablo и имела достаточно широкие линейки матричных и лепестковых принтеров.

Результатом сотрудничества Canon и HP стал выпуск в 1984 году принтеров LaserJet, способных печатать 8 страниц в минуту. Их продажи весьма быстро росли и привели к тому, что к 1985 году Hewlett-Packard завладела почти всем рынком настольных лазерных принтеров. Надо учесть, что, как и в случае со струйными принтерами, новые устройства стали по-настоящему доступны лишь после разработки для них заменяемых картриджей с тонером (в данном случае разработчиком была Hewlett-Packard).

При этом вопросы удешевления новых и переработки использованных картриджей, количество которых стало намекать на проблемы с экологией, породили целую отрасль перерабатывающей промышленности, датой рождения которой можно считать 1986 год.

Принцип действия

Отпечатки, сделанные таким способом, не боятся влаги, устойчивы к истиранию и выцветанию. Качество такого изображения очень высокое.

Процесс лазерной печати складывается из пяти последовательных шагов:

Зарядка фотовала

Фотовал -- цилиндр с покрытием из фотополупроводника (материала, способного менять своё электрическое сопротивление при освещении). В некоторых системах вместо фотоцилиндра использовался фоторемень -- эластичная закольцованная полоса с фотослоем.

Зарядка фотовала -- нанесение равномерного электрического заряда на поверхность вращающегося фотобарабана (1). Наиболее часто применяемый материал фотобарабана -- фотоорганика -- требует использования отрицательного заряда, однако есть материалы (например, кремний), позволяющие использовать положительный заряд.

Изначально зарядка производилась с помощью скоротрона-- натянутого провода, на который подаётся напряжение относительно фотобарабана. Между проводом и фотобарабаном обычно помещается металлическая сетка, служащая для выравнивания электрического поля.

Позже стали применять зарядку с помощью зарядного валика (2). Такая система позволила уменьшить напряжение и снизить проблему выделения озона в коронном разряде (преобразование молекул O2 в O3 под действием высокого напряжения), однако влечёт проблему прямого механического контакта и износа частей, а также чистки от загрязнений.

Лазерное сканирование

Лазерное сканирование (засвечивание) -- процесс прохождения отрицательно заряженной поверхности фотовала под лазерным лучом. Луч лазера (3) отклоняется вращающимся зеркалом (4) и, проходя через распределительную линзу (5), фокусируется на фотовалу (1). Лазер активизируется только в тех местах, на которые с магнитного вала (7) в дальнейшем должен будет попасть тонер. Под действием лазера участки фоточувствительной поверхности фотовала, которые были засвечены лазером, становятся электропроводящими, и часть заряда на этих участках «стекает» на металлическую основу фотовала. Тем самым на поверхности фотовала создаётся электростатическое изображение будущего отпечатка в виде "рисунка" из участков с менее отрицательным зарядом, чем общий фон.



Наложение тонера

Отрицательно заряженный ролик при подаче тонера придаёт тонеру отрицательный заряд и подаёт его на ролик проявки. Тонер, находящийся в бункере, притягивается к поверхности магнитного вала под действием магнита, из которого изготовлена сердцевина вала. Во время вращения магнитного вала тонер, находящийся на его поверхности, проходит через узкую щель, образованную между дозирующим лезвием и магнитным валом. После этого тонер входит в контакт с фотовалом и притягивается на него в тех местах, где сохранился отрицательный заряд. Очень распространено заблуждение, что тонер притягивается именно к местам отсутствия заряда на фотовалу. Однако, тонер, будучи диэлектриком, электризуется в дипольно-заряженные частицы, которые притягиваются к любым заряженным поверхностям вне зависимости от знака заряда последних. Тонер не сможет удержаться на фотовалу в местах без заряда. В то же время, распространено и обратное заблуждение, что тонер притягивается именно к местам, заряженным отрицательно. Большинство марок выпускаемых тонеров для бытовых лазерных принтеров маркируется как отрицательно заряжаемые, что говорит о невозможности притяжения отрицательно заряженных частичек тонера к одноимённо заряженным участкам фотобарабана. Поэтому, на самом деле,отрицательно заряженный тонер не может притягиваться ко всем заряженным участкам вне зависимости от знака заряда, а только к тем, у которых отсутствует заряд, или, по крайней мере,к тем, величина заряда которых не мешает образованию в поверхностном слое фотобарабана дипольного момента под влиянием электростатического поля отрицательно заряженных частичек тонера.

Тем самым электростатическое (невидимое) изображение преобразуется в видимое (проявляется). Притянутый к фотовалу тонер движется на нём дальше, пока не приходит в соприкосновение с бумагой.