ЛЕКЦИЯ 2

ЛЕКЦИЯ 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 9^х 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.