Принтеры и плоттеры

Для вывода информации из компьютера на твердый бумажный носитель широкое распространение получили принтеры и плоттеры.

Принтеры (печатающие устройства) – 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 разнятся между собой по различным признакам:

· цветность – черно-белые и цветные;

· способ формирования символов – знакопечатающие и знакосинтезируюшие;

· принцип действия – матричные, термические, струйные, лазерные;

· способы печати – ударные, безударные;

· способы формирования строк – последовательные, параллельные;

· ширина каретки – с широкой (375-450 мм) и узкой (250 мм) кареткой;

· длина печатной строки – 80 и 132-136 символов;

· набор символов – вплоть до полного набора символов ASCII;

· скорость печати;

· разрешающая способность – количество точек на дюйм (dpi, dots per inch).

Внутри ряда групп можно выделить по несколько разновидностей принтеров, например, широко применяемые матричные знакосинтезирующие принтеры по принципу действия могут быть ударными, термографическими, электрографическими, электростатическими, магнитографическими и др.

Среди ударных принтеров часто используются литерные, шаровидные, лепестковые (типа «ромашка»), игольчатые (матричные) и др.

Печать у принтеров может быть посимвольная, построчная, постраничная. Скорость печати варьируется от 10-300 зн./с (ударные принтеры) до 500-1000 зн./с 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).

Многие принтеры позволяют реализовать эффективный вывод графической информации (с помощью символов псевдографики); сервисные режимы печати: плотная печать, печать с двойной шириной, с подчеркиванием, с верхними и нижними индексами, выделенная печать (каждый символ печатается дважды), печать за два прохода (второй раз символ печатается с незначительным сдвигом) и многоцветная (до 100 различных цветов и оттенков) печать.

Матричные принтеры относятся к последовательным ударным матричным печатающим устройствам (impact dot matrix), в которых изображение формируется из точек ударным способом. Принцип работы матричного принтера заключается в следующем (рис. 6): вертикальный ряд (или два ряда) игл или молоточков «вколачивает» краситель с ленты прямо в бумагу, формируя последовательно символ за символом. Печатающий узел перемещается в горизонтальном направлении, и знаки в строке печатаются последовательно. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе.

Принтеры 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.

Быстродействие матричных принтеров при печати текста находится в пределах 100-300 символов/с, что соответствует примерно двум страницам в минуту (с учетом смены листов).

Более высокую производительность обеспечивают построчные (постраничные) матричные принтеры. Вместо маленьких точечно-матричных головок они используют длинные массивы с большим количеством игл, при этом достигается скорость печати порядка 1500 строк в минуту.

В термопринтерах вместо игольчатой печатающей головки используется головка с термоматрицей. Печать осуществляется путем «прожига» символов. При этом применяется специальная термобумага или термокопирка.

Струйные принтеры относятся к классу последовательных матричных безударных печатающих устройств. Они подразделяются на устройства непрерывного (continuous drop, continuous jet) и дискретного (drop-on-demand) действия. Последние в своей работе могут использовать либо термическую «пузырьковую» технологию (bubble-jet, или thermal ink-jet), либо пьезоэффект (piezo ink-jet).

У чернильных устройств печатающая головка движется относительно неподвижной бумаги (рис. 7). Сопла (канальные отверстия) на печатающей головке, через которые разбрызгиваются чернила, соответствуют «ударным» иглам. Количество сопел у разных моделей принтеров обычно варьируется от 12 до 256. Поскольку размер каждого сопла существенно меньше диаметра иглы (тоньше человеческого волоса), а количество сопел может быть большим, то получаемое изображение четкое (если чернила не расплываются на бумаге). Максимальная разрешающая способность массовых моделей достигает значения 1440 точек на дюйм.

Основными параметрами струйных принтеров являются:

· технология печати - способ формирования капли чернил. В пьезоэлектрических печатных головках капля формируется и выстреливается на бумагу за счет пьезоэффекта (принтеры Epson), в пузырьковых головках капля выстреливается за счет давления пузырька пара, возникающего при нагревании чернил (принтеры Canon, Hewlett-Packard и Lexmark). В пузырьковых печатных механизмах сопла печатной головки изнашиваются быстрее, поэтому головка совмещена с картриджем и меняется на новую вместе с опустевшим баллончиком чернил. Пьезоэлектрические головки обычно несменные, меняются только баллончики с чернилами;

· разрешение характеризует величину самых мелких деталей изображения, передаваемых при печати без искажений, измеряется в dpi (dot per inch) — числе наносимых отдельных точек красителя на дюйм бумаги. Для полутоновых или цветных картинок цвета и оттенки при печати создаются за счет растрирования (Dithering). При этом для грубой оценки можно считать, что полутоновое и цветное разрешение будет равно указанному для принтера двухцветному, деленному на 8 (т.е. фотографию, сканированную с разрешением 150 dpi, в масштабе 1: 1 следует печатать на струйном принтере с разрешением 1440 dpi, иначе мелкие детали изображения потеряются). В связи с этим важно подчеркнуть различные подходы двух ведущих производителей струйных принтеров Epson и Hewlett-Packard к улучшению своих принтеров. Если Epson непрерывно повышает их разрешение, которое в настоящее время составляет 1440´ 720 dpi в большинстве моделей, то Hewlett-Packard повышает качество печати своих принтеров за счет уменьшения объема капель чернил, управления диаметром капли и печати в несколько слоев, в то время как разрешение принтеров уже несколько лет не повышается и составляет 600´ 600 dpi для черно-белой и 300´ 300 dpi для цветной печати. На темных и насыщенных участках изображения обе методики дают примерно одинаковый результат. Другие компании, использующие пузырьковую технологию печати, такие как Lexmark и Canon, достигли на сегодняшний день разрешения 2400´ 1200 dpi;

· количество цветов. В черно-белых принтерах печатная головка (и картридж к ней) одна (например, Epson Stylus 1000, HP DeskJet 520). В трехцветных принтерах устанавливается один картридж либо с черными чернилами, либо с тремя чернилами CMY (Cyan, Magenta, Yellow — голубой, малиновый, желтый), при этом черный цвет получается смешением этих цветов и в реальности выглядит грязно-коричневым, например, HP DeskJet 600C, Lexmark 1020. В четырехцветных принтерах реализуется модель печати CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black) и применяются либо четыре отдельных картриджа, либо два: черный и цветной. Большинство современных струйных принтеров именно четырехцветные. Сегодня наиболее качественная печать цветных растровых изображений получается при использовании не четырех, а шести цветов. Шестицветные модели струйных принтеров есть в арсенале всех ведущих производителей этих устройств.

· интерфейс. До недавнего времени основным интерфейсом для подключения принтеров был параллельный порт с различными его расширениями: EPP, Bi-Directional и т.п. С активным внедрением шины USB появляется все больше устройств с этим интерфейсом. Существуют модели, поддерживающие печать через ИК-порт. Наиболее мощные и дорогие сетевые модели позволяют подключаться непосредственно к сети Ethernet.

· удобство работы и дополнительные возможности. Сюда относятся:

§ наличие автоматической подачи бумаги;

§ большой и удобный приемный лоток;

§ возможность печати на бумаге различной плотности, конвертах, наклейках, прозрачных пленках и длинных рулонах бумаги;

§ удобные органы управления принтером;

§ наличие цветовых профилей и средств цветокалибровки принтера.

§ в качестве дополнительной функции возможно установить вместо картриджа сканирующую головку, что наделяет принтер качествами рулонного сканера начального уровня (некоторые модели Canon);

· качество драйверов - доступность и функциональные возможности драйверов для различных операционных систем. Для цветной печати очень важным является качество выполнения операции цветоделения, неудачная реализация которой способна испортить качество печати принтера с хорошими аппаратными характеристиками.

· стоимость эксплуатации. Многие струйные принтеры продаются по своей себестоимости или даже ниже, а основной доход производитель получает от продажи расходных материалов. Стоимость недорогих принтеров равна стоимости 3-5 картриджей к ним. Одним из способов снижения себестоимости черно-белой печати является заправка картриджей и их повторное использование. Заправке лучше всего поддаются картриджи от пузырьковых принтеров, в то время как для принтеров с несменной головкой эксперименты по заправке представляются слишком рискованными. Для заправки лучше применять расходные материалы известных производителей (BASF, Fullmark), предназначенные именно для этой модели картриджа. Без серьезного ухудшения качества печати картридж способен выдержать 2-3 перезаправки.

· ресурс принтера - время непрерывной эксплуатации. Для недорогих принтеров для он обычно не превышает 1000 страниц в месяц, для сетевых принтеров этот показатель превышает десятки тысяч страниц. Печать большего количества листов приводит к преждевременному износу принтера и выходу его из строя.

! Для того, чтобы увидеть принцип работы струйного принтера, оденьте наушники и выполните двойной щелчок мышью по этому рисунку:

В основе работы принтеров с изменением фазы красителя (Phase Change Ink-Jet, или Solid Ink-Jet) лежит следующий принцип. Восковые стерженьки для каждого первичного цвета красителя постепенно расплавляются специальным нагревательным элементом 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 струйной технологии в данном случае не происходит ни просачивания, ни растекания, ни смешения красителей. Именно поэтому принтеры, использующие технологию с изменением фазы красителя, работают с любой бумагой. Качество цветов получается безупречным, к тому же допустима и двусторонняя печать.

Лазерные принтеры используют электрографический принцип создания изображения, используемый в копировальных аппаратах. Этот процесс, в частности, включает в себя создание рельефа электростатического потенциала в слое полупроводника с его последующей визуализацией. Собственно визуализация осуществляется с помощью частиц сухого порошка — тонера, наносимого на бумагу. Наиболее важными элементами лазерного принтера являются фотопроводящий цилиндр (печатающий барабан), полупроводниковый лазер и прецизионная оптико-механическая система, перемещающая луч (рис. 8).

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 расплавления.

По скорости печати лазерные принтеры делятся на

· принтеры малого быстродействия – 4-6 страниц в минуту;

· принтеры среднего быстродействия – 7-11 страниц в минуту;

· принтеры коллективного использования (сетевые принтеры) – более 12 страниц в минуту.

Для лазерных принтеров, работающих с бумагой формата А4, стандартом де-факто становится разрешающая способность 600-1200 dpi (точек на дюйм). Принтеры, способные работать с бумагой формата А3, как правило, имеют разрешающую способность 1200 dpi и выше, а также невысокую скорость вывода – 3-4 страницы в минуту. К наиболее важным функциональным возможностям принтеров относятся такие, как поддержка технологии повышения разрешающей способности, наличие масштабируемых шрифтов (PostScript, TrueType), объем оперативной памяти и т.п.

Лазерные принтеры могут быть цветными и монохромными (черно-белыми).

Кроме лазерных принтеров существуют и так называемые LED-принтеры (Light Emitting Diode), которые получили свое название благодаря замене полупроводникового лазера в них «гребенкой» мельчайших светодиодов. В данном случае не требуется сложная оптическая система вращающихся зеркал и линз, что позволяет реализовывать более дешевые решения. В области светодиодных принтеров специализируется компания OKI.

К устройствам, позволяющим представлять выводимые из ПК данные в форме рисунка или графика на бумаге, относятся графопостроители (или плоттеры - Plotter) (рис. 9).

Существующие на сегодня перьевые плоттеры делятся на три группы:

· плоттеры, использующие фрикционный прижим для перемещения бумаги в направлении одной оси и движения пера по другой;

· барабанные (или рулонные плоттеры), работающие примерно так же, как и фрикционные, но использующие для перемещения непрерывной перфорированной ленты бумаги специальный трактор (Tractor Feed);

· планшетные плоттеры, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по обеим осям.

Наиболее часто с персональными компьютерами используются первый и третий типы графопостроителей, которые рассчитаны на форматы бумаги A3 или A4. Но существуют планшетные графопостроители даже для формата A0. Барабанные плоттеры обычно применяются для вывода длинных непрерывных графиков, диаграмм и больших чертежей, что характерно обычно для задач, связанных, например, с САПР.

Различные модели плоттеров могут иметь как одно, так и несколько перьев различного цвета (обычно 4-8). Перья бывают трех различных типов: фитильные (заправляемые чернилами), шариковые (аналог шариковой ручки) и с трубчатым пишущим узлом (инкографы). Для заправки последнего типа перьев применяется специальная тушь.

Стандартом де-факто для планшетных графопостроителей являются устройства фирмы Hewlett-Packard. Кроме того, графический язык HP-GL (Hewlett-Packard Graphics Language) также стал фактическим стандартом в промышленности.

В плоттерах могут использоваться как специальные технологии (например, электростатическая), так и технологии, используемые в принтерах (термо-, лазерная, LED, струйная). В настоящее время струйные устройства получают все большее распространение. Например, плоттеры Hewlett-Packard семейства DesignJet формата А0 и А1 работают в 4-5 раз быстрее, нежели их перьевые собратья. Используя два струйных чернильных картриджа, струйный плоттер работает с разрешением не хуже 300 dpi и имеет два режима: чистовой и эскизный. Применяемый в эскизном (черновом) режиме алгоритм позволяет почти вдвое сократить расход чернил. Обычно струйные плоттеры могут эмулировать наиболее известные принтеры, например Epson 1050 и IBM ProPrinter XL24E. Новые типы плоттеров оснащаются драйверами для большинства известных САПР, для Windows- и UNIX-платформ.

Связь принтеров и плоттеров с системным блоком ПК осуществляют через последовательный, параллельный или SCSI-интерфейс. Параллельные порты используются для подключения параллельно работающих (воспринимающих информацию сразу по байту) принтеров. Например, адаптеры типа Centronics позволяют подключать одновременно до трех принтеров. Последовательные порты служат для подключения последовательно работающих (воспринимающих информацию последовательно по 1 биту) принтеров, например адаптеры типа RS-232C (стык С2). В последние годы стал широко применяться USB-интерфейс.

Многие современные быстродействующие принтеры и плоттеры имеют собственную буферную память емкостью до нескольких десятков мегабайт, в которую загружается порция выводимой на печать информации.