Как известно, все печатающие устройства можно подразделить на последовательные, строчные и страничные

Вид материала

Содержание

Непрерывного действия
Дискретного действия
Логическая структура

Подобный материал:

ВВЕДЕНИЕ

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

Особое внимание уделим технологии цветных печатающих устройств. Заметим, что вывод монохромного изображения на этих устройствах также возможен. Но прежде чем непосредственно перейти к описанию технологий цветных принтеров, коротко напомним принцип работы других более распространенных и доступных устройств - мониторов.

Как известно, большинство современных настольных компьютеров используют мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). По принципу действия подобные мониторы мало чем отличаются от обычного телевизора: испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. Заметим, что любое текстовое или графическое изображение на экране монитора компьютера (как, впрочем, и телевизора) состоит из множества дискретных точек люминофора, именуемых также пикселами (pixel - picture element). Поэтому такие дисплеи называют еще растровыми. В случае цветного монитора имеются уже три электронных пушки с отдельными схемами управления, а на поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов: К. (Red, красный), G (Green, зеленый), В (Blue, синий). Эти цвета называются обычно первичными, поскольку путем сложения соответствующего их количества можно получить любой другой цвет. Такая модель цветообразования называется поэтому аддитивной (adtlition - сложение), или RGB.

Принтеры, способные выводить графическую информацию, являются, вообще говоря (так же как и упоминаемые выше мониторы), растровыми устройствами. Однако работают они уже с другими первичными цветами и используют соответственно иную модель пветообразования - субтрактивную (subtraction - вычитание). Это, вообще говоря, может создавать большие проблемы при выводе информации с экрана на принтер, поскольку не всегда достигается полное соответствие цветов. Для этого обычно служит специальное программное обеспечение.

Итак, первичными цветами для цветных принтеров являются зелено-голубой (Cyan), светло-красный (Magenta) и желтый (Yellow). Наложение двух из этих первичных цветов в данном случае дает красный, зеленый или голубой цвет. Смешение всех трех первичных цветов субтрактивной модели дает черный цвет. В некоторых принтерах для получения истинно черного цвета используется отдельный черный краситель (blacK), поэтому данная модель цветообразования называется также CMY или CMYK. В последнее время расширилась палитра применяемых цветов (картриджи принтеров серии Epson Stulys Photo дополнительно к триадным имеют бледно-голубые и бледно-пурпурные чернила).

Поясним, почему, собственно, различаются модели цветообразования для мониторов и принтеров. Напомним, что наши глаза являются сложной оптической системой, которая воспринимает излучаемый или уже отраженный от освещаемых предметов свет, разумеется, если они сами его не излучают. Цвет, как известно, определяется длиной волны электромагнитного излучения, определенный частотный спектр которого и представляет для нас видимый свет. Теперь нетрудно понять, что нанесенные на экран точки люминофора воспринимаются именно того цвета, какой они и излучают. Краситель же, нанесенный на бумагу, напротив, действует как фильтр, поглощая (вычитая!) одни и отражая другие длины электромагнитных волн. Напомним также, что насыщенность цвета (розовый, красный, пурпурный) зависит от количества белого цвета. Таким образом, промежуточные цвета при выводе изображения, например, розового, получаются, как правило, путем пропуска (непечати) нескольких точек.

Собственно, это обычный подход, связанный с растрированием изображения (dithering). То есть в этом случае оттенки соответствующего цвета получаются путем группировки нескольких точек изображения в псевдопикселы размером 2х2, ЗхЗ и более точек. Отношение количества цветных точек к белым и определяет уровень насыщенности цвета.

На сегодняшний день широко применяется шесть технологий для цветной печати. Они реализуются в ударных («игольчатых») матричных принтерах (dot matrix), в струйных принтерах с жидкими чернилами (liquid ink-jet), в принтерах с термопереносом восковой мастики (thermal wax transfer), в принтерах с термосублимацией красителя (dye sublimation), в струйных принтерах с изменением фазы красителя (phase-change ink-jet) и в цветных лазерных принтерах (colour laser). Теперь обо всем по порядку.

Термопринтеры

Термопринтеры как таковые практически не используются. Обычно они устанавливаются в факсах, однако когда-то они существовали как отдельные принтеры и поэтому мы рассмотрим этот класс в данной статье.

Принцип действия термопринтера очень прост. Печатающий элемент представляет собой панель с нагреваемыми элементами. В зависимости от подаваемого изображения нагреваются те или иные элементы, которые заставляют темнеть специальную термобумагу в месте нагрева. Достоинством данного типа принтера несомненно служит то, что ему не нужны расходные материалы кроме специальной бумаги. Недостаток - все в той же специальной бумаге и медленной скорости печати.

Thermal wax transfer.

Принцип работы принтера с термопереносом состоит в том, что термопластичное красящее вещество, нанесенное на тонкой подложке, попадает на бумагу именно в том месте, где нагревательными элементами (аналогами сопел и игл) печатающей головки обеспечивается должная температура (около 70-80 градусов). Конструктивно такой способ печати достаточно прост, к тому же он обеспечивает практически бесшумную работу. Для нанесения цветного изображения требуется, разумеется, три или четыре прохода: по одному для первичных цветов и один в случае использования отдельного черного цвета, что соответственно увеличивает время печати. Принтеры, использующие данную технологию, обычно требуют специальной бумаги. Стоимость выведенной страницы с изображением, как правило, дороже, чем для струйных принтеров. Для данных устройств также характерна небольшая скорость печати (1-2 страницы в минуту). Тем не менее, принтеры с термопереносом - достаточно надежные устройства, которые не требуют сложного обслуживания и могут воспроизводить цветное изображение (до 16,7 миллионов цветов) как на пленке, так и на бумаге, с разрешающей способностью 200-300 dpi (точек на дюйм). Стоимость подобных устройств может составлять от 1 до 10 тысяч долларов.

Dye sublimation.

Еще один класс цветных печатающих устройств - так называемые принтеры с термосублимацией. Эта технология наиболее близка к технологии термопереноса, только элементы печатающей головки нагреваются в данном случае уже до температуры около 400 градусов. Хотя, возможно, термин «термосублимация» не очень удачен, но он достаточно четко поясняет, каким образом красящему веществу передается необходимая порция энергии сублимации. Напомним, что под сублимацией понимают переход вещества из твердого состояния в газообразное минуя стадию жидкости (например, кристаллы йода сублимируют при нагревании). Таким образом, порция красителя сублимирует с подложки и осаждается на бумаге или ином носителе. В принтерах с термосублимацией красителя имеется возможность точного определения необходимого количества красителя, переносимого на бумагу (например. 19% суаn, 65% magenta, 34% yellow). Комбинацией цветов красителей можно подобрать практически любую цветовую палитру.

Данная технология используется только для цветной печати, а реализующие ее устройства обычно относятся к классу «high end». К их основным преимуществам относится практически фотографическое качество получаемого изображения и широкая гамма оттенков цветов без использования растрирования. Основным ограничением применения данных принтеров является высокая стоимость каждой копии изображения (более доллара за страницу).

Liquid ink-jet.

Струйная технология печати является на сегодняшний день самой распространенной для реализации цветных устройств. Струйные чернильные принтеры подразделяются на устройства непрерывного (continuous drop, continuous jet) и дискретного (drop-on-demand) действия. Последние опять же делятся на две категории: с нагреванием чернил («пузырьковая» технология bubble-jet или thermal ink-jet) и основанные на действии пьеза- эффекта (piezo).

Непрерывного действия

В

простейшем случае принцип действия устройства по технологии continuous jet основан на том, что струя чернил, постоянно испускаемая из сопла печатающей головки, направляется либо на бумагу (для нанесения изображения), либо в специальный приемник, откуда чернила снова попадают в общий резервуар. В рабочую камеру чернила подаются микронасосом, а элементом, задающим их движение, является, как правило, пьезодатчик.

Как известно, обратный пьезоэффект заключается в деформации пьезокристалла под воздействием электрического поля. Изменение размеров пьезоэлемента, расположенного сбоку выходного отверстия сопла и связанного с диафрагмой, приводит к выбрасыванию капли и приливу через входное отверстие новой порции чернил. Подобные устройства выпускаются компаниями Epson, Brother, Data-products и Tektronix. Кстати заметим, что фирмой Epson предложен новый тип многослойной пьезоэлектрической головки, которая устраняет «сателлиты» - маленькие капельки, сопровождающие основную каплю. Четкость в этом случае повышается в основном для монохромных изображений.

Описанный выше принцип действия печатающего устройства использует сегодня очень небольшое количество принтеров.

Дискретного действия

Итак, большинство современных чернильных принтеров используют технологию Drop-on-demand, которая основана на дискретном выпрыскивании капель чернил на бумагу из сопел печатающей головки. В настоящее время на практике для нанесения чернил на бумагу наиболее широко используется два дискретных метода. Различают так называемые Bubble-Jet и принтеры, использующие для управления соплом пьезоэлемент. Надо сказать, что при технической реализации оба этих метода практически эквивалентны, как по затратам, так и по качеству получаемого изображения.

П

ри использовании Bubble-Jet-метода в каждом сопле находится маленький нагревательный элемент (обычно это тонкопленочный резистор). Этот элемент может находиться либо в непосредственной близости с самим соплом, либо 'на стороне входного канала сопла. При пропускании тока через тонкопленочный резистор последний за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500 градусов и отдает выделяемое тепло непосредственно окружающим его чернилам. При резком нагревании образуется чернильный паровой пузырь, который старается вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую порцию (каплю) жидких чернил. Поскольку при отключении тока тонкопленочный резистор также быстро остывает, паровой пузырь, уменьшаясь в размерах, "подсасывает" через входное отверстие сопла новую порцию чернил, которые занимают место "выстреленной" капли. Схематично этот процесс изображен на рисунке

С самого начала пузырьково-струйные печатающие головки делились на две группы. Компания Canon, изобретатель системы, предпочла вариант Edlgeshooter. Почти одновременно фирма Hewlett-Packard разработала головку типа Sidechooter, которую теперь изготавливает и компания Olivetti.

Головка Edgeshooter, как становится ясно уже из названия, разбрызгивает чернильные капли "за угол", т.е. перпендикулярно к направлению образования пузырьков. В головке Sideshooter, где пластина с соплами-распылителями находится поверх нагревательных элементов и каналов подачи чернил, пузырьки и капли движутся в одном направлении. Поскольку края сопел-распылителей в головках типа Sideshooter сделаны из однородного, а не из различных материалов, как в Edgeshooter, процесс изготовления распылителей с отверстиями определенного размера для Sideshooter значительно проще, чем для головок Edgeshooter. Кроме того, приходится учитывать неодинаковое смачивание разнородной поверхности головки Edgeshooter.

С другой стороны, при прямом распылении красителя для сопел требуется более обширная поверхность, что может доставить неприятности, в частности, создателям будущих систем печати с большим количеством распылителей и повышенным разрешением. Вдобавок чернила, с силой ударяющиеся о поверхность нагревательного элемента после опадения пузырька пара, рано или поздно вызовут ее повреждение вследствие кавитации. Возможно, по этой причине способ прямого распыления до сих пор использовался только в сменных печатающих головках с ограниченным сроком службы.

Как уже было сказано, второй метод для управления соплом использует пьезоэлектрический элемент. Как известно, обратный пьезоэффект заключается в деформации пьезокристалла под воздействием электрического поля. Изменение размеров пьезрэлемента, расположенного сбоку входного отверстия сопла, приводит к выбрасыванию капли и приливу через входное отверстие новой порции чернил (рисунок 5).

Преимущества

Практически все преимущества матричных принтеров автоматически можно распространить и на соответствующие струйные чернильные принтеры. Для них (теоретически) возможно создание любых типов шрифтов с различными атрибутами. (с учетом, разумеется, количества сопел), не представляет особой сложности и работа в графическом режиме и т.д. Правда, как уже отмечалось, по четкости и резкости изображения некоторые модели чернильных принтеров не всегда могут поспорить с "ударными" матричными печатающими устройствами. Однако способность некоторых чернильных принтеров формировать капли разного размера, особенно при изображении наклонных линий и окружностей (для работы в графическом режиме), позволяет им создавать изображения, которые невозможно воспроизвести даже на качественном 24-игольчатом принтере.

К очевидным достоинствам технологии струйных принтеров относится, например, возможность создания достаточно дешевых и качественных цветных печатающих устройств.

Недостатки

К одному из существенных недостатков описываемых устройств относится, к сожалению, их невысокая скорость печати. Физические ограничения по скорости очевидны - в основном задержка определяется временем наполнения чернилами пустого пространства в сопле печатающей головки. За редким исключением, скорость чернильных струйных принтеров для высококачественных текстов (letter quality) не превосходит 100 cps (char per second).

Phase change ink-jet.

Принтеры, использующие данную технологию, называются также принтерами с твердым красителем. Принцип работы таких устройств примерно следующий. Восковые стерженьки для каждого первичного цвета красителя постепенно расплавляются специальным нагревательным элементом при температуре около 90 градусов и попадают в отдельные резервуары.

Расплавленные красители подаются оттуда специальным насосом в печатающую головку, работающую обычно на основе пьезоэффекта. Капли воскообразного красителя на бумаге застывают практически мгновенно, но обеспечивают необходимое с ней сцепление. В отличие от обычной технологии liquid ink-jet, в данном случае не происходит ни просачивания, ни растекания, ни смешения красителей. Именно поэтому принтеры, использующие технологию phase change ink-jet, работают с любой бумагой. Качество цветов получается просто превосходное, к тому же допустима и двусторонняя печать. Стоимость одной копии весьма невысока, как впрочем и скорость печати (около 2 страниц в минуту).

Colour laser.

В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображения - примерно такой же, как и в копировальных машинах. Наиболее важными частями лазерного принтера можно считать фотопроводящий барабан (или ленту), полупроводниковый лазер и прецизионную оптико-механическую систему, перемещающую луч. Лазер формирует электронное изображение на светочувствительной фотопримной ленте последовательно для каждого цвета тонера (CMYK). То есть принтер, работающий в монохромном режиме со скоростью 8стр/мин, в цветном режиме обеспечит только 2 стр/мин. Когда изображение на фоточувствательной ленте полностью построено, подаваемый лист заряжается таким образом, чтобы тонер с барабана притягивался к бумаге. После этого изображение закрепляется на ней за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления. Окончательную фиксацию изображения осуществляют специальные валики, прижимающие расплавленный тонер к бумаге.

Такое формирование изображения производится под управлением контроллера принтера.

Технологически данный процесс осуществляется весьма не просто, поэтому цены на цветные лазерные принтеры до недавнего времени составляли несколько десятков тысяч долларов.

Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. С помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом, на этот провод дается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем элементарные площадки (точки), и в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электрический заряд. Затем при помощи девелопера к барабану подносится тонер, который прилипает к заряженным участкам, после чего тонер переносится на бумагу и припекается. Припекание происходит при температуре 160-200 градусов.

Многие лазерные принтеры имеют более 1МЬ внутренней оперативной памяти, которая работает как буфер, и внутренний процессор для ускорения получения печатной продукции.

ЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА

Принтер имеет встроенный знакогенератор, позволяющий печатать символ из точек на основании его АSCII-кода, поступающего из системного блока. Расширенные АSCII-коды могут использоваться для псевдографики и символов национальных алфавитов. Принтеры позволяют изменять стиль шрифта и делать его качественным, расширенным, уплотненным и т. п. Изменение шрифта осуществляется с помощью кнопок на панели управления либо по командам от системного блока. Для некоторых команд используются управляющие АSCII-коды с десятичными номерами от 0 до 31 и 127,

Например:

13 — возврат каретки,

10 — перевод строки,

7 — звонок,

24 — отмена строки,

127 — забой знака.

Однако для большинства из них формируются так называемые ЕSС-последовательности, т. е. наборы байтов, первый из которых имеет код ЕSС (десятичный номер 27). После ЕSС следует байт с кодом команды, которым может быть любой символ АSCII. Затем идут байты с параметрами команды (если они необходимы), например интервал между строками. Так, например, функция вывода языка СИ устанавливает интервал в m/216 дюйма:

fprintf (stdprn, "% с % с % с", 27,51, m),

где 27 — код ЕSС, 51 —код команды (АSCII-код цифры 3).

С помощью ЕSС-последовательностей можно устанавливать большое число различных шрифтов, задавать графический режим, определять любые собственные знаки, выравнивать текст на странице, устанавливать интервал между строками и символами, производить табуляцию, выбирать различные наборы знаков для расширенной таблицы АSСII и т. п. Графические изображения можно строить в режиме псевдографики, а также управлять печатью каждой точки. Допускается исключение интервала между строками, что позволяет отображать большие сложные рисунки.

Любые команды управления принтером могут быть выражены с помощью конструкций языков программирования.

LPT

Печатающие устройства серии РХ используют параллельный канал для подключения к системному блоку, в соответствии с которым информация передается побайтово. Она содержит коды печатаемых символов и управляющие последовательности. Такая связь предполагает одновременную передачу составляющих байт битов по отдельным линиям. Типичная регистровая структура параллельного канала показана на рис. При выводе данные передаются от МП по системной шине и записываются в выходной буферный регистр. Затем канал выдает в периферийное устройство (ПУ) сигнал по линии готовности и помещает данные из буферного регистра на выходную шину. Если ПУ готово, то оно записывает данные от канала в свой буферный регистр и затем возвращает сигнал подтверждения. При вводе выполняются обратные действия. В этом случае ПУ помещает данные на свою выходную шину и сигнализирует установкой готовности. Канал загружает их во входной буферный регистр и вырабатывает сигнал на линии подтверждения. После этого ПУ сбросит сигналы данных и готовности. Канал передает полученную информацию в МП через системную шину (шину данных). При вводе и выводе может быть установлен режим работы по прерываниям. При вводе этот запрос возникнет, когда буфер выходных данных в канале свободен для приема информации.

Регистры состояния и управления обменом выполняют те же функции, что и аналогичные компоненты в последовательном канале.

Временная диаграмма работы параллельного канала показана на рис., где рассматривается работа широко распространенного интерфейса/centronics. Сигналы BUSY (готовность) и АSК. (подтверждение) поступают от ПУ. Высокий уровень сигнала BUSY показывает, что ПУ не может принимать данные. Низкий уровень сигнала АSК означает, что данные были приняты и что ПУ готово к приему следующей информации. Импульс SТRОВЕ (стробирования) сопровождает данные от ПЭВМ (выделяет интервал времени, когда их можно принимать); его ширина должна быть не менее 0,5 мкс на приемном выводе. Периферийное устройство вырабатывает еще один сигнал ЕRROR (ошибка), когда оно не готово к работе или произошла ошибка в передаче данных.

Операционная система МS-DОS может работать с несколькими параллельными устройствами. Каждое из них имеет имя LPTn(n= 1,2, ...) и свой адаптер, управляемый тремя регистрами: выходных данных, статуса и управления. Найти адреса портов этих регистров очень просто. Предварительно нужно обратиться к началу области переменных BIOS, где хранятся соответствующие базовые адреса (двухбайтовые значения адресов:

0:0408 —для LРТ1,

0:040А — для LРТ2,

0:040С — для LРТЗ,

0:040Е — для LРТ4.

Затем необходимо выбрать требуемый параллельный канал, например LРТ1. Тогда значение, прочитанное по соответствующему адресу (в примере 0:0408), дает номер порта выходных данных. Добавляя к этому значению единицу, получим номер порта статуса; добавляя еще одну единицу, получим номер порта управления.

Каждый посылаемый в принтер байт передается через регистр выходных данных. Регистр статуса сообщает различную информацию о принтере (биты 2...0 не используются; бит 3: 0 — ошибка принтера, 1 — отсутствие ошибки; бит 4: 0 — принтер не связан с машиной, 1 — принтер связан с машиной; бит 5: 0 — бумага вставлена, 1 — нет бумаги; бит 6: 0 — подтверждение приема символа; бит 7: 0 — принтер занят, 1 — принтер свободен).

В процессе обмена для правильной передачи данных МП анализирует его состояние.

Регистр управления устанавливает адаптер в исходное состояние и координирует вывод данных (бит 0: кратковременное единичное значение воспринимается как стробирующий сигнал для вывода байта; бит 1:1 — автоматический перевод строки после возврата каретки; бит 2: О — инициализация порта принтера; бит 3: 0 — отмена выбора принтера; бит 5: 0 — прерывание принтера запрещено, 1 — прерывание принтера разрешено; биты 5...7 не используются).

Перед началом работы необходимо восстанавливать в принтере параметры печати по умолчанию (инициализировать принтер), т. е. должны быть отменены все специальные режимы, которые могла оставить предшествующая программа. В языках высокого уровня подобные действия выполняются автоматически. Для инициализации необходимо в регистре управления установить в ноль бит 2 примерно на 0,05 с. В этот момент в единице должен быть только бит 3. После указанной задержки бит 2 устанавливается в единицу.

Перед обращением к принтеру необходимо проверить его готовность. Для этого анализируется регистр статуса, в котором могут быть такие коды: 57 (16) — принтер не готов; 77 (16) — в принтере отсутствует бумага; F7(16) -принтер выключен; DF(16) — принтер готов к работе. Ошибки могут происходить и при печати. В этом случае их наличие тоже отражается в регистре статуса: бит 3 содержит ноль, когда произошла ошибка в принтере; в бите 4 — ноль, когда принтер не связан с машиной; в бите 5 будет единица, если кончилась бумага.

При работе с принтером на низком уровне программа постоянно обращается к биту 7 регистра статуса, чтобы узнать, можно ли передавать очередной байт. Сначала этот байт записывается в регистр выходных данных. Затем на короткое время включается стробирующий импульс (бит 0 регистра управления). После того как байт послан, программа ожидает наличия сигнала готовности принтера для передачи следующего байта. Подтверждающий сигнал выражается не только изменением бита 7. Дополнительно на некоторое время будет сброшен в ноль бит б регистра статуса.

Если установить в единицу бит 4 управляющего регистра, то будет разрешено прерывание от принтера. В этом случае сигнал подтверждения приема символа (бит 6 регистра статуса) запускает на выполнение соответствующую программу. Она вызывается через вектор прерывания F(16).

Подобные действия могут быть реализованы не на всех ПЭВМ в связи с отступлениями в соответствующем оборудовании. В фоновом режиме можно также использовать прерывания от таймера, вырабатываемые через такие промежутки времени, за которые принтер с гарантией отпечатает либо примет в свой буфер один символ.

Литература

1. Скляров А.В. «Применение персональных ЭВМ. 1 книга. Организация и управление ресурсами ПЭВМ»

2. Брябрин В.М. «Программное обеспечение ПЭВМ»

3. Основы организации вычислительных комплексов для решения задач автоматизации и управления. Учебное пособие.

4. Интернет-ресурсы. «Банк рефератов».

Blog

Как известно, все печатающие устройства можно подразделить на последовательные, строчные и стра­ничные

Содержание

Как известно, все печатающие устройства можно подразделить на последовательные, строчные и страничные