учебник информатика
.pdf
2.7. Устройства вывода информации
Основным элементом конструкции лазерного принтера является вращающийся фотобарабан, служащий промежуточным носителем, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светочувствительного полупроводника. Обычно в качестве такого полупроводника используется оксид цинка или селен. По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Это обеспечивается с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной.
Лазер, управляемый процессором принтера, генерирует тонкий световой луч, направляемый с помощью зеркала на фотобарабан. Развертка изображения происходит так же, как и в телевизионном кинескопе: есть движение луча по строке и кадру. С помощью поворачивающегося зеркала луч направляется на фотобарабан, его яркость меняется в соответствии с печатаемым изображением, и в зависимости от интенсивности луча изменяет электрический заряд поверхности фотобарабана. Таким образом, на фотобарабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа.
На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится тонер – мелкодисперсная краска. Под действием статического заряда эти частицы легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение уже в виде красителя.
Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед самым барабаном бумаге сообщается статический заряд. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает, благодаря своему заряду, частички тонера нанесенные ранее на барабан. Для фиксации тонера бумага вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой около 180oС. После окончания процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших лишних частиц, тем самым готовясь для нового процесса печати.
Цветные лазерные принтеры делятся на однопроходные и четырёхпроходные. В однопроходных все 4 картриджа (цветовая схема CMYK – Cyan, Magenta, Yellow, blacK) расположены последовательно по ходу движения бумаги, у каждого картриджа имеется свой фотобарабан и свой источник лазер.
Основные характеристики лазерного принтера следующие. Качество печати зависит от многих факторов. Основной параметр,
по которому можно судить о качестве печати, – это разрешение принтера
111
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
(измеряется в точках на дюйм – dpi). Современные лазерные принтеры печатают с разрешением от 600 dpi до 2400 dpi. Помимо физического разрешения существуют технологии, улучшающие качество печати, например, ImageRET у НР, Color RIT у Epson, FinePoint у XEROX и т.д. Рядом с названием технологии пишется число, показывающее, к какому разрешению пытаются приблизиться производители – например, Epson описывает свой принтер, имеющий физическое разрешение 600×600 т/д, как печатающий с разрешением 2400 dpi (с использованием технологии RITech 2400). Конечно, качество изображения от применения таких технологий несколько улучшается, но качество печати все же хуже, чем у принтеров с разрешением 1200 dpi. Скорость печати лазерного принтера измеряется
встраницах в минуту и для обычных принтеров находится в диапазоне от 10 – 14 страниц в минуту. При печати сложных графических изображений скорость печати лазерного принтера может снижаться. Высокопроизводительные сетевые принтеры обеспечивают скорость печати более 20 страниц в минуту. Скорость печати лазерного принтера зависит от скорости обработки данных, поступающих от ЭВМ и формирования растровой страницы для печати. Как правило, лазерный принтер оснащен собственным процессором. Скорость печати определяется не только работой процессора, но и существенно зависит от объема памяти, которую имеет принтер.
Память лазерного принтера, который обрабатывает информацию постранично, должна обеспечивать большое количество вычислений. Например, при разрешении 300×300 dpi на странице формата А4 насчитывается почти 9 млн. точек, а при разрешении 1200x1200 - более 140 млн. Минимальной величиной памяти лазерного принтера считается 1 МБайт, а
восновном используют память от 2 до 4 МБайт, причем цветные лазерные принтеры обладают еще большей памятью. Сетевой лазерный принтер может иметь и внешнюю память (винчестер).
Интерфейс подключения самый распространенный – USB. И здесь есть несколько нюансов: существует две версии – USB 1.1 и USB 2.0 (HiSpeed USB). Интерфейс USB 2.0 намного быстрее первой версии, и желательно, чтобы компьютер поддерживал именно последнюю версию. Второй нюанс: для подключения по USB нужен качественный кабель, так как некоторые принтеры выдают при работе со слабеньким кабелем труднолокализуемые ошибки. Старые принтеры подключаются по параллельному интерфейсу (LPT). Многие принтеры (в основном для рабочих групп) поддерживают подключение по сетевому кабелю через Ethernetкарту – в названии таких принтеров присутствует буква «N». Принтеры,
112
2.7. Устройства вывода информации
подключаемые через сеть, поставляются с развитыми средствами администрирования. В дополнение к этим распространённым интерфейсам подключения для многих принтеров опционально предлагаются средства беспроводной связи.
Формат бумаги – в основном лазерные принтеры используют для печати бумагу формата А4 и только некоторые модели обеспечивают печать на листах формата A3. Некоторые модели лазерных принтеров используют для работы бумагу в рулоне, выполняют двухстороннюю печать или имеют возможность выборки листов из нескольких лотков и раскладки напечатанных листов по нескольким приемным карманам.
Языки управления принтером и драйверы. Принтер – устройство растровое, и чтобы превратить отправленный на печать документ в образ, понятный принтеру, нужна программа, которая выполнит все преобразования (масштабирование, растрирование и т.д.). Этим занимаются драйверы с помощью языка описания страниц. На вершине иерархии находится язык Postscript – аппаратно независимый язык, гарантирующий, что распечатки, полученные на разных принтерах от разных производителей, будут выглядеть одинаково. Посередине находится многочисленная группа принтеров, печатающих под управлением языка PCL, разработанного компанией НР. В отличие от Postscript’а, драйвер PCL загружает работой как компьютер пользователя, так и процессор принтера, разделяя нагрузку между ними. Ещё одно отличие от Postscript’а заключается в сильной оптимизации страниц, отправленных на печать, в результате точность вывода снижается, но увеличивается скорость печати. Поэтому для точной печати (дизайн, верстка) нужно пользоваться Postscript’ом, а когда важна скорость, можно воспользоваться PCL-драйвером. Самый низ иерархии – это GDI-принтеры, в этом случае всю задачу по формированию образа страницы для принтера берёт на себя компьютер пользователя. Отличительные особенности GDI-принтеров – это небольшой объём памяти, небыстрый процессор и, часто, печать только из Windows. Обычно к принтеру идёт несколько драйверов: Postscript, PCL-драйвер для цветных принтеров, цветные и монохромные версии Postscript и PCL-драйверов.
Струйные принтеры имеют печатающую головку, перемещающуюся поперек листа бумаги, имеющую набор тонких сопел, через которые выбрасываются чернила. Диаметр сопел составляют десятые доли миллиметра. В основном число сопел в моделях различных изготовителей составляет от 16 до 64. Хранения чернил обеспечивается двумя конструктивными решениями. В одном из них головка принтера объединена с резервуаром (картриджем) для чернил, причем замена резервуара с чернила-
113
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
ми одновременно связана с заменой головки. Другое предусматривает использование отдельного картриджа, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головку принтера.
В струйных принтерах в основном используют следующие методы нанесения чернил: термическая струйная (пузырьковая) технология и пьезоэлектрический метод.
Термическая струйная печать разработана фирмами HewlettPackard и Canon. Успех принтеров этой технологии был обусловлен тем, что они обеспечивали качество печати близкое к лазерным принтерам при значительно меньшей цене. Качество печати таких устройств зависит от размера точки от капельки чернил, а он очень маленький. Конструкция печатающей головки позволяет достичь разрешения до 9600 × 2400 точек на дюйм (Canon PIXMA iP4500).
Hewlett-Packard называет свою струйную технологию drop-on- demand (см. рисунок 2.34), а Canon – пузырьковая технология (bubble-jet – рисунок 2.35).
Рисунок 2.34. Принцип технологии drop-on-demand фирмы Hewlett-Packard
Рисунок 2.35. Принцип пузырьковой технологии (bubble-jet) фирмы Canon
В печатающих системах, использующих струйную пузырьковую технологию, текст и графика получаются при попадании на бумагу капелек чернил, вылетевших из очень тонких сопел.
Принцип работы термического струйного печатающего устройства заключается в следующем.
В стенку сопла печатающей головки встроен нагревательный элемент в виде тонкопленочного резистора. который при пропускании через него тока за 7-10 микросекунд нагревается до высокой температуры. Тем-
114
2.7. Устройства вывода информации
пература, необходимая для испарения чернил, например, фирмы HewlettPackard, достигает 650°С. Возникающий при резком нагревании чернильный паровой пузырь, стремится вытолкнуть через выходное отверстие сопла каплю жидких чернил диаметром менее 0,16 мм, которая переносится на бумагу. При отключении тока тонкопленочный резистор быстро остывает, паровой пузырь уменьшается в размерах, что приводит к разрежению в сопле, куда и поступает новая порция чернил.
Важной конструктивной особенностью такого печатающего устройства является простая конструкция сопел. Причем кроме низкой стоимости изготовления, такая конструкция устройства имеет ряд других преимуществ:
–высокая надежность каждого сопла;
–сопла можно располагать близко друг к другу, что позволяет получить высокое разрешение при печати;
–отсутствует шум от работы печатающей головки.
Пьезоэлектрический метод, разработанный фирмой Epson, основан на управлении выбрызгиванием чернил с использованием обратного пьезоэффекта, который заключается в деформации пьезокристалла под действием электрического поля. Для реализации этого метода каждое сопло имеет свой плоский пьезокристалл, который является одной из стенок камеры печатающей головки с чернилами.
Под действием электрического напряжения пьезокристалл выгибается и уменьшает объем камеры, под действием избыточного давления жидкие чернила вылетают из сопла в виде капли и образуют на бумаге точку (см. рисунок 2.36).
Рисунок 2.36. Принцип пьезоэлектрической технологии фирмы Epson
Пионер пьезоэлектрической технологии – фирма Epson не смогла успешно соревноваться в объеме продаж со своими конкурентами Canon и Hewlett-Packard из-за сравнительно высокой технологической стоимости пьезоэлектрических печатающих головок – они дороже и сложнее, чем пузырьковые печатающие головки.
115
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
2.7.4. Плоттер
Плоттер (графопостроитель) – устройство вывода графической информации (чертежей, схем, карт, плакатов) на бумажные и другие листовые носители размером A1 (594×841 мм), А0 (841×1189 мм) и бо́льших форматов за счет рулонной подачи бумаги.
До недавнего времени использовались различные типы перьевых плоттеров, однако в настоящее время в основном используются широкоформатные струйные плоттеры (см. рисунок 2.37) с термической и пьезоэлектрической технологиями печати, лазерные и LED-плоттеры.
Принцип действия лазерных плоттеров аналогичен описанному для принтеров. LED-плоттеры вместо лазера и системы призм используют линейку точечных светоизлучающих полупроводниковых светодиодов (light emitted diod – LED). Общий принцип создания изображения тот же, что и в лазерных принтерах – изображение формируется на заряженном барабане с селеновом или органическим фоточувствительным покрытием, к которому притягивается сухой тонер, который затем переносится на проходящую
под барабаном бумагу. LED-плоттеры относятся к классу растровых, каждой точке строки изображения соответствует свой светодиод (например, при разрешении 400 точек на дюйм, линейка для формата А1 (24") состоит из
9600 диодов).
К плоттерам для различных видов использования предъявляются следующие требования:
САПР (системы автоматизированного проектирования) – вывод черно-белых и цветных чертежей; воспроизведение тонких линий и мелких объектов; достаточно высокая скорость вывода; возможность печати на бумаге низкого качества;
ГИС (геоинформационные системы) – высокая точность –мак- симально допустимая ошибка вычерчивания карт равна 0,2 мм;
полноцветная широкоформатная печать изображений – возможность печати как на бумаге, так и на синтетических материалах с использованием водных чернил или чернил на органических растворителях (сольвентная печать).
116
2.7. Устройства вывода информации
В свою очередь, третий тип плоттеров можно по сферам использования:
печать художественных изображений,
профессиональная полиграфия,
фотопечать,
рекламная и оперативная печать.
Основные технические характеристики плоттеров:
размер бумаги;
разрешение при печати, точек на дюйм;
скорость печати, м/ч или м2/ч;
память плоттера;
наличие винчестера у плоттера и его объем;
интерфейс подключения (USB 2.0, IEEE-1284, IEEE-1394a, Ethernet 10/100/1000).
Втаблице 2.18 приведены некоторые модели плоттеров различного назначения и их краткая характеристика.
Таблица 2.18. Характеристика различных типов плоттеров
|
|
Cкорость |
Макси- |
|
|
Назна- |
Модель |
мальное |
|
Технология |
|
печати, |
Точность |
||||
чение |
(ширина бумаги) |
м2/ч |
разреше- |
|
печати |
|
|
ние, dpi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
САПР |
HP DesignJet 800 |
7,9 |
2400 |
±0,2% или |
Тер- |
|
(610 мм) |
0,25 мм |
моструйная |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
САПР |
OCE 9555 |
65 |
400 |
|
LED |
|
(904 мм) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГИС |
Mutoh Falcon RJ- |
3 |
720 |
±0,1% или |
Пьезоэлек- |
|
800/801 (914 мм) |
0,25 мм |
трическая |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ГИС |
Mutoh Falcon RJ- |
3 |
1440 |
±0,1% или |
Пьезоэлек- |
|
4100 (935 мм) |
0,25 мм |
трическая |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Плакаты |
HP DesignJet |
|
|
|
Тер- |
|
Z6100ps |
105 |
2400 |
± 0,1% |
|
|
моструйная |
||||
|
(107 см) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наружная |
Mimaki JV3- |
|
|
|
Пьезоэлек- |
реклама |
160SP |
30 |
1440 |
|
|
|
трическая |
||||
|
(160 см) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
117
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
2.7.5. Мультимедиапроектор
Мультимедиапроектор предназначен для вывода видеоинформации с компьютера на большой экран.
Размер изображения начинается со ста дюймов и практически не имеет предела. Разрешение 1024×768 (или его широкоформатные вариации) является уже стандартным и идеально подходит как для компьютерного сигнала, так и для кино высокой четкости; сами проекторы постоянно бьют рекорды по компактности и яркости (2000 ANSI-лм позволяют работать даже при дневном свете). Благодаря системам коррекции изображения проектор можно установить под любым углом к экрану при сохранении прямоугольного изображения.
Наиболее популярные технологии мультимедийных проекторов на сегодня – LCD и DLP.
Принципиальное различие технологий заключается в элементах, с помощью которых формируется изображение. В случае LCD – это жидкокристаллическая матрица, через которую пропускается свет от источника, в случае DLP – матрица микро-
скопических подвижных зеркал.
LCD-проекторы
В LCD технологии используется свойство жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию молекул под воздействием электрического поля и оказывать поляризующий эффект на световые лучи. Упрощенная схема LCD-проектора показан на рисунке 2.38. Свет от лампы проходит последовательно через три поляризатора, отсекающие последовательно из всего цветового спектра красный, зеленый и синий цвета. Таким образом, воссоздается цветовая палитра RGB,
Рисунок 2.38. Принципиальная схема LCD-проектора
118
2.7. Устройства вывода информации
необходимая при передаче изображения с компьютера или любого другого источника с RGB-выходом.
В современных проекторах используется полисиликоновая технология модуляции изображения. После разделения светового потока на три составляющие, пучки цвета проходят каждый через свою полисиликоновую матрицу, каждая из которых формируют только одну цветовую составляющую изображения. Затем три цветовых компонента изображения – красный, зеленый и синий – смешиваются системой призм (цветосмесительным призматическим блоком). Тот же блок передает уже полноцветное изображение на оптическую систему, которая формирует и фокусирует готовую картинку.
Цена LCD-проектора зависит от яркости светового потока, для 1500 лм составляет около 20 000 руб., для 6000 лм – до 200 000 руб. При этом показатели контрастности от 500:1 до 2500:1.
Пример проектора наименьшей цены: Epson EMP-S42, LCD, SVGA (800x600), 1500 lm, 500:1, 2.6 кг, 20 0 50 руб.; более мощный проектор: Sony VPL-FX52, LCD, XGA, 6000 lm, 1000:1, 10,5 кг, 210 5 36 руб.
DLP-проекторы
DLP технология расшифровывается как Digital Light Processing, то есть цифровая обработка света. Ключевым элементом служит DMDматрица, уникальная разработка компании Texas Instruments. DMD – Digital Micromirror Device – цифровое микрозеркальное устройство. DMDматрица состоит из тысяч микроскопических зеркал квадратной формы, с ребром 16 микрометров, которые, в зависимости от наличия или отсутствия сигнала, принимают одно из двух стационарных положений, тем самым либо направляя свет в оптическую систему, либо отклоняя его (см. рисунок
2.39).
По количеству DMDматриц DLP-проекторы бывают одноматричные и трехматричные.
В первом случае между матрицей и источником света располагается трехцветный светофильтр, своим вращением последо-
Рисунок 2.39. Зеркала DMD-матрицы
119
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
вательно выделяющий цвета палитры RGB. На выходе оптической системы мы получаем последовательно сменяющиеся три составляющие изображения, которые чередуются настолько быстро, что человеческий глаз аппроксимирует их и получает полноцветное яркое изображение.
В случае с трехкристальной системой свет от источника с помощью дихроичных призм расщепляется на три составляющих RGB, после чего каждый пучок попадает на свой кристалл, откуда отражается на оптическую систему синхронизированно с двумя другими. Таким образом, каждая составляющая изображения проецируется отдельной матрицей, что положительно сказывается на качестве получаемой картинки.
DLP-проекторы, пожалуй, самые миниатюрные представители своего класса аппаратуры – есть модели, которые без труда уместятся в дамской сумочке. К недостаткам можно отнести порой заметный «эффект радуги» – наличие радужного ореола вокруг объектов изображения. Также, при длительном просмотре фильмов на однокристальном проекторе некоторые отмечают утомление глаз. По сравнению с аналогичными моделями LCD, этот тип проекторов обладает меньшей четкостью тонких деталей картинки. Однако, при всем этом надо заметить, что более 70% всего рынка профессиональной проекционной техники принадлежит трехкристальным DLP-проекторам.
Цена DLP-проекторов от 18 0 00 руб. при яркости 1800 лм и контрастности 2200:1 (Acer XD1150) до 43 0 00 руб. при ярости 5500 лм, контрастности 7500:1 и разрешении 1920x1080 (Projectiondesign F3).
2.7.6. Устройства вывода звука
Для обеспечения воспроизведения звука на ПК (аудио- и видеофайлов, радио и телевещания Интернета и пр.) необходимо иметь звуковой адаптер и колонки, подключенные к нему (или наушники).
В связи с продвижением ведущими разработчиками аппаратных компонентов ПК (и, прежде всего, фирмой Intel) концепции ПК – домашнего медиацентра и технологии Intel Viiv (программно-аппаратная платформа, позволяющая создавать ПК с расширенными мультимедиавозможностями как компонента цифрового дома) современные чипсеты и материнские платы имеют интегрированные аудиоподсистемы с достаточно хорошим качеством воспроизведения многоканального (7.1) звука
(High Definition Audio, см. разделы 2.2 и 2.3).
Однако существуют и отдельные платы – аудиоадаптеры, обеспечивающие очень высокое качество воспроизведения звука, подключаемые к
120