Классификация и основные характеристики принтеров

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. Классификация  и основные характеристики принтеров  6

2. МАТРИЧНЫЕ ПРИНТЕРЫ 9

2.1. ЛИТЕРНЫЕ (СИМВОЛЬНЫЕ) принтеры 9

2.2. Игольчатые матричные  принтеры 14

3. СТРУЙНЫЕ ПРИНТЕРЫ 22

3.1. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ  СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ 22

3.2. Дополнительные  возможности струйной печати 33

3.3. Основные направления  развитие технологий струйной  ПЕЧАТИ 36

4. ЛАЗЕРНЫе ПРИНТЕРы 38

4.1. Технология лазерной  печати 38

4.2. Управление печатью  44

4.3. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСКТИК 46

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50

ВВЕДЕНИЕ

Первые принтеры были, по совместительству… мониторами. И клавиатурами тоже. Собственно, у  древних ЭВМ не было ни отдельной  клавиатуры, ни монитора, ни принтера. Все заменяло собой устройство, сделанное  по образу и подобию печатной машинки.

Чтобы поддерживать диалог с человеком, машина печатала вопросы и ответы на бумажной ленте. Что, разумеется, было и неудобно (предысторию  диалога приходилось искать в  огромном рулоне отработанной ленты), и нехорошо (бумага изводилась десятками  метров). Но мысль человеческая на месте  не стоит. Бумажную ленту конечной длины  заменили на бесконечную электронную и поместили в монитор. К нему добавили отдельную клавиатуру[7]. Тогда то и пришлось создавать самостоятельное печатающее устройство. В СССР, чтобы не засорять советский язык иностранными словами, придумали свое название принтеров - АЦПУ АЦПУ - автоматическое цифровое печатающее устройство [7].

Сегодня сложно связать  образ первых печатающих устройств  с обычным принтером. Функции  идентичны - выводить на бумагу то, что  «надумал» компьютер, но внешнее  и даже внутреннее сходство найти  непросто. Хотя и у древних печатающих устройств был вращающийся барабан, позднее появившийся у лазерных принтеров. Но в первом воплощении барабан  был другой - разбит на кольца, причем каждое кольцо представляло собой цепочку  литер, полный набор буквенных и  цифровых символов. Оборот барабана совершался за время прохода одной строки на бумаге. Чтобы напечатать слово  «Мама», надо было прижать первую позицию  бумаги в тот момент, когда мимо проносилась буква «М» на первом кольце, вторую - когда «а» на втором и т.д. Разумеется, бумага прижималась  не к самой литере - между ними находилось полотно с краской (аналог ленты в печатной машинке). Кстати, печатали АЦПУ довольно быстро, но качество оставляло желать много лучшего - символы получались с «хвостами» (эффект смазывания от быстрого вращения барабана). Но это обстоятельство, равно  как и ограничения, накладываемые  чисто символьным выводом, не мешали первым энтузиастам компьютерной графики  выводить на бумагу большие картины! То были плакаты, где разными символами  можно было задавать закраску элементов  изображения, то есть, пикселов. Буквы «ж» и «щ», например, представляли самые темные пикселы, а пробел - самый светлый [5].

На сегодняшний  день принтер является самым популярным периферийным устройством, подключаемым к персональному компьютеру. Хотя разговоры о "безбумажной" технологии ведутся уже довольно давно, нормальную работу с компьютером пока еще  трудно представить без использования  печатающего устройства. Зачастую нужна  копия на бумаге того или иного  документа, рисунка и т. п., имеющихся в компьютере в файле.

В современной терминологии принтеры - это устройства вывода данных из ЭВМ с их фиксацией на бумаге или другом материальном носителе. Принтер расширяет взаимосвязи  компьютера с материальным миром, заполняя бумагу результатами своей работы.

Термин “принтер (printer)”, возможно, имеет самую широкую трактовку в языке, описывающем процесс обработки информации. Возможности современных принтеров просто ошеломляющи. Качество печати, её скорость растет год от года, а стоимость самих устройств делает их доступными практически каждому.

 В данной работе  объектом исследования являются  основные характеристики современных  принтеров для персональных компьютеров и проводится их детальный анализ. Приводится классификация принтеров по способу печати и некоторым другим характеристикам. Акцентируется внимание на основные определяющие параметры при выборе принтера.

Целью работы является изучение всех возможностей современных  принтеров, проведение полного анализа  технических характеристик.

 Актуальность  работы обусловлена широким разнообразием  современных моделей принтеров,  технологий их производства и  наборами различных технических  характеристик. Рассмотрение этих  вопросов является обязательным  при выборе конкретной модели  принтера, для решения какой-либо  практической задачи или оборудования  рабочего места печатающим устройством.

1. Классификация  и основные характеристики принтеров

В современной технической  литературе можно найти различные  варианты классификации принтеров. В данной работе будет проведена  классификация по всем наиболее значимым характеристикам современных принтеров. Такими характеристиками являются:

- принцип работы  печатающего механизма;

- максимальный формат  листа; 

- поддерживаемая  цветность печати;

- скорость печати;

- разрешающая способность;

- цена.

 По принципу  работы печатающего механизма  различаются матричные, струйные  и лазерные (страничные) принтеры. Существует  ряд других технологий печати, например сублимационная, печать  за счет термопереноса, которые применяются гораздо реже. Лазерная и светодиодная технологии (в последнем случае вместо лазера и отклоняющего лазерный луч зеркала используется линейка светодиодов) во многих случаях с точки зрения конечного пользователя неразличимы [3].

По максимальному  формату листа бумаги (или другого  материала, на котором осуществляется печать) различают также несколько  видов. Наиболее распространены модели формата А4 (210х297 мм.), А3 (420х297 мм.) и Legal (т.е. рассчитанные на лист бумаги чуть больший, чем А4). Модели, работающие с бумагой формата А3, стоят несколько дороже. Соотношение числа продаж у "узких" и "широких" принтеров постепенно изменяется в сторону первых. Большая часть моделей принтеров формата А3 использует матричный или струйный принцип печати, хотя существуют и лазерные принтеры формата А3. По поддерживаемой цветности печати (по гамме воспроизводимых цветов) принтеры делятся на черно-белые, черно-белые с опцией цветной печати (такие модели есть среди матричных и струйных) и цветные. Для цветных принтеров в рамках одного типа (струйных) качество печати очень существенно меняется от модели к модели. В результате и позиционируются они на рынке по-разному. Принтеры с опцией цветной печати, как правило, стоят несколько дороже (для лазерных принтеров намного дороже), чем черно-белые модели.

 Для качественного  воспроизведения иллюстраций, хранящихся  в векторных форматах, важно наличие  встроенного интерпретатора языка  PostScript. Формально модели, поддерживающие язык PostScript, приблизительно на 25% дороже аналогичных, не включающих эту опцию. Однако, чтобы на практике воспользоваться преимуществами языка PostScript, приходится приобретать дополнительную память и разница в цене может оказаться весьма существенной

По скорости печати можно выделить четыре группы: матричные  принтеры без автоподачи (ручная подача каждого листа); принтеры, обеспечивающие скорость печати до 4 стр./мин. и предназначенные  для индивидуального применения; принтеры со скоростью печати до 12 стр./мин., обслуживающие рабочие группы; мощные сетевые принтеры с производительностью  более 12 стр./мин. Производительность принтера - существенный фактор для организаций, где одним принтером пользуются сразу несколько человек, и практически  не влияющий на потребительские предпочтения показатель, если речь заходит об индивидуальной эксплуатации печатающего устройства.

 Скорость при  цветной печати, как правило, значительно  ниже, чем при печати одним  черным цветом.

Разрешающая способность  является определяющим показателем  качества полученных отпечатков. Наиболее употребительной единицей измерения  разрешающей способности является dpi Dpi - (ang.- dots per inch) - количество точек на дюйм.. Чем больше dpi может воспроизвести принтер, тем лучше. Особенно важна разрешающая способность, если на принтере печатаются высоко качественные изображения, фотографии и т.п. Максимальная разрешающая способность, которая реализована в современных струйных и лазерных принтерах составляет порядка 2000 dpi [6].

По ценовому фактору  принтеры поделить наиболее сложно. Самые  дешевые - это простые модели матричных  и струйных принтеров, не отличающиеся высокой скоростью и качеством  печати. Они занимают ценовой диапазон от 70$ до 150$. Далее, в ценовом диапазоне  от 150$ до 500$, можно условно выделить хорошие модели струйных принтеров  и черно-белые лазерные. К принтерам  стоимостью более 500$ относятся профессиональные фотографические струйные принтеры, широкоформатные и цветные лазерные принтеры. Цена хорошего производительного  цветного лазерного принтера (корпоративного) может составить сумму в десятки  тысяч долларов [11]. 

Полная классификация  устройств не будет никогда завершена, потому что устройства постоянно  изменяются: используются новые технологии, старые модели реализуются с использованием каких - либо новшеств, а кажущиеся  абсолютными идеи повторяются снова  и снова. 

Поскольку самой  важной характеристикой принтера является принцип действия печатающего механизма (который во многом определяет и  другие характеристики), то целесообразно  будет произвести рассмотрение и  анализ характеристик принтеров  применительно к каждой технологии действия печатающего механизма: матричной, струйной и лазерной.

2. МАТРИЧНЫЕ ПРИНТЕРЫ

2.1. ЛИТЕРНЫЕ (СИМВОЛЬНЫЕ) принтеры 
 

При классификации  принтеров одним из самых важных является вопрос: касается ли механизм бумаги при нанесении на неё изображения. Контактный принтер бьёт бумагу «до  усмерти». Бесконтактные принтеры прижимают и давят её и даже, возможно, бьют её электрическим током, но никогда не ударяют по ней резко. Практическое отличие между этими технологиями по отношению к тому, что случается с бумагой, невелико. Но оно может определять качество, надёжность и даже уровень шума работающего устройства [27]. 

До недавнего времени  широкое распространение среди  принтеров, подключаемых к домашнему  компьютеру, имели контактные принтеры. Все контактные принтеры имеют много  общего с пишущими машинками, и их легче постичь, познакомившись с  этими прародителями. 

Хотя все старомодные  пишущие машинки являются сложными, с точки зрения механики (попробуйте разобрать, а потом собрать), но принципы их работы очень просты. Снимите  все кулачки, рычажки и клавиши  и вы обнаружите, что основу всех пишущих машинок составляют молоточки. 

Каждый молоточек  ударяет по красящей ленте, которая  в свою очередь касается бумаги в  текущей позиции. Удар молоточка  приводит к чернильному отпечатку  на бумаге. Каждый молоточек в точке  соприкосновения с красящей лентой снабжён каким-либо символом - обычно символом алфавита. 

Тем или иным образом  все ударные принтеры реализуют  базовый принцип пишущей машинки. Все они наносят изображения  на бумагу при помощи ударов молоточков по бумаге через красящую ленту. И  в самом деле, всё отличите между принтерами и пишущими машинками заключается в том, как задаётся печать нужного символа. Пишущая машинка напрямую связана с пальцами машинистки, а принтер - между вами и печатаемыми словами требует использовать персональный компьютер. 

Хорошим примером, иллюстрирующим подобие пишущих машинок и  компьютерных принтеров, служит универсальная  пишущая машинка, способна работать как напрямую через клавиатуру, как  и от компьютера, подключаясь к  его порту. На заре персональных компьютеров, до тех пор, пока производители пишущих  машинок верили в надёжность рынка  ПК, определённое число компаний приспособили выпускаемую продукцию к подключению  к компьютерному выходу. Типовым  примером таких устройств является Bytewriter - медленный, подключаемый к компьютеру принтер с полным набором клавиатуры от пишущей машинки. Если не подключать его к компьютеру, можно работать с ним, как с пишущей машинкой [22]. 

Одно из устройств, прожившее короткую жизнь на рынке, позволяло превращать вашу пишущую  машинку в принтер установкой специального ящика на клавиатуру. Этот ящик содержит дюжины соленоидов и достаточное количество других механических частей, заставляющих космический  Шатл выглядеть простым. Соленоиды работают вместо электронных пальцев, надавливая по каждой команде на нужную клавишу центрального блока. Эти механизмы занимают узкое пространство между абсурдом и оригинальностью. В 1981 году несколько таких устройств было даже продано. 

Точно так же, как  и пишущие машинки, все контактные принтеры имеют определённое число  достоинств [20]. Опираясь на многолетний  опыт и постоянное развитие инженерной мысли, они реализуются на базе хорошо обдуманной технологии. Их конструкции  и функции хорошо увязаны и  легко понятны. 

Большинство контактных принтеров могут использовать любые  вещества, имеющие свойства чернил; работать с любой бумагой, которая  может найтись у вас в доме. Кроме того, можно легко получить нужное число копий, используя копировальную  бумагу. Контактные принтеры унаследовали от пишущих машинок шум, порождаемый  при ударе молоточка по красящей ленте и бумаге. Этот шум у разных людей ассоциируется с различными звуками: с шумом работающей бормашины, дыханием злых великанов или сотнями  москитов. Обычно контактные принтеры порождают звуки, превосходящие  по тональности диапазон нормального  разговора. И это служит очень  сильным аргументом. 

Альтернативой контактным принтерам являются - бесконтактные  принтеры Под термином «бесконтактные»  здесь имеется ввиду отсутствие прямого механического воздействия принтера на бумагу.. Совершенно очевидно, что эти устройства используют совсем другую технологию. Для этого применяются совсем другие принципы. Они возникли благодаря новым технологиям. Наиболее широкое распространение получили следующие виды принтеров, реализуемые по соответствующим бесконтактным технологиям: струйный, термический и лазерный принтеры, но об этих технологиях речь пойдет в следующих разделах. 

Терминами “контактный” и “бесконтактный” описывается  технология, с помощью которой  формируются отметки на бумаге. Но способ формирования самого символа, как  задаётся его форма, опускается. В  то время как различия в реализуемых  принтерных технологиях сказываются  на качестве формируемого ими изображения  и областях их применения, другие характеристики так же очень важны для качества. Среди наиболее важных и способ формирования формы символов [17]. 

Первые пишущие  машинки и более поздние устройства, выпущенные до конца 70-х, основываются на принципе использования готовых  форм символов. Эта технология применялась  ещё в первом печатном прессе Гутенберга. Каждая буква получалась из оттиска, жёстко заданной формы, имеющие обратное изображение. Каждый молоточек, в устройствах этого класса действует наподобие пресс-формы для получения изображения соответствующей буквы. 

Компьютерные принтеры, формирующие изображение символов аналогичным образом, называются принтерами с готовыми символами. Иногда их называют другими именами, например литерными. Среди них качественные буквенные  принтеры и колёсные принтеры. Как  говорят сами за себя последние эпитеты, эти устройства обеспечивают наивысшее  качество, удовлетворяющее требованиям  для ведения деловой переписки, потому что они аналогично по своим  характеристикам, используемым в этой области печатным машинкам. 

Почти все принтеры этого класса используют контактный принцип нанесения чернил на бумагу. Вместо того чтобы использовать отдельный  молоточек на каждую букву, символы  разделяются на отдельные элементы, которые вставляются между одним  молоточком и резиновым валиком. Молоточек от соленоида, управляется  электроникой принтера и компьютера, выбирает нужный элемент. С его помощью  затем выдавливаются чернила  с красящей ленты на бумагу. Чтобы  позволить напечатать все алфавитно-цифровые символы на бумаге, печатаемые элементы отклоняются или вращаются, позволяя молоточку выбрать требуемый  в нужный момент элемент. 

Чаще всего символы  устанавливаются по периметру круга. Эта конструкция заработала термин “колесо маргаритки” потому что  напоминает лепестки цветка. 

Иногда поступают, как NEC NEC - крупный производитель вычислительной техники и программного обеспечения.. В её устройствах маргаритки установлены горизонтально и их лепестки изогнуты вверх [30]. 

Характерной чертой торговой марки принтеров с жестко заданной формой символов является высшее качество формируемого изображения. Стандарт, к которому все другие принтеры стремятся, задается бесконтактным принтером  с полностью сформированной формой символов, названным phototypesetter или photocomposer. Этот тип машин используется для получения первых оттисков газет, журналов и книг. Эти машины работают фотографически. Символы имеют заданную форму, нанесённую на плёнку в виде негатива. Каждый нужный символ вносится в зону света по очереди, и его образ высвечивается на фотобумаге. В результате получают ряды великолепных символов. 

 Другие принтеры  этого типа обеспечивают качество  текстов приблизительно такого  же качества. Главным ограничением  является не принтерная технология, а используемая красящая лента.  Некоторые колёсные принтеры, снабжённые  лентой Mylar, могут сравниться по качеству со стандартом. 

Скорость передачи является одним из главных недостатков  большинства доступных коммерческих принтеров с жёстко заданной формой символов. Они очень медленны. Некоторые  из них работают со скоростью 12-20 символов в секунду. Такая производительность сравнима с производительностью  машинистки. Более дорогие устройства этого класса способны на 40-90 символов в секунду. Это быстрее, но всё  равно в три раза медленнее, чем  производительность принтеров, реализуемых  по другим технологиям, и стоящих  те же деньги. 

Эти принтеры печатают символы из ограниченного множества. Можно получить оттиск только тех  символов, которые напрессованы на принтерном колесе или напёрстке. Более  того, они формируют плохое графическое  изображение, а большинство из них  не формируют его вовсе.

2.2. Игольчатые матричные  принтеры 
 

Альтернативой принтерам  с жёстко заданной формой символов является технология, по которой можно  получить изображение символа заданной конфигурации. Исходным элементом, из которого формируется изображение символов на бумаге, служит тот же элемент, используемый и при формировании изображения на экране. Из некоторого множества точек можно составить любой символ, который нужно напечатать. Чтобы облегчить алгоритм печати (и его разработку), принтеры, формирующие символы из точек, обычно размещают их в матрицы. Так как символы формируются из точек матрицы, правомерно называть их точечно-матричными принтерами [27]. 

 Прототипом таких  принтеров являются контактные  устройства. Они используют печатные  головки, которые ходят вперёд  и назад по всей ширине бумаги. Некоторое число тонких печатных  иголок действуют, как молоточки,  нанося чернила с красящей  ленты на бумагу. 

 В большинстве  матричных принтеров кажущийся  сложным, но эффективный механизм  каждой иглой. Печатающая игла  в обычном положении находится  в стороне от красящей ленты  и бумаги. Её движение вперёд  происходит под воздействием  силы постоянного магнита. Магнит  обмотан витком провода, образуя  электромагнит. Полярность электромагнита  противоположна постоянному магниту.  Их поля нейтрализуют друг  друга. Поле постоянного магнита  образует составляющую, удерживающую  иглу в нормальном положении.  Подача энергии в электромагнит  приводит к тому, что игла направляется  к красящей ленте и оставляет  отпечаток на бумаге. После этого  электромагнит обесточивается, и  постоянный магнит возвращает  иглу в позицию ожидания, готовя  её к следующему акту. Этот  принцип реализуется с одной  целью - удерживать иголки в  позиции ожидания при отсутствии  питания на принтере. 

 Сложность механизма  оправдывается реализацией им  защиты деликатных печатающих  игл. Печатающая головка (на  рис. 1 - PG) матричного принтера образуется  некоторым числом печатающих  игл. Количество иголок в печатающей  головке определяет качество  печати. Недорогие принтеры имеют  9 игл. Матрица символов в таких  принтерах имеет размерность  79 или 99 точек. Более совершенные  матричные принтеры имеют 18 игл  и даже 24. 

 Чтобы напечатать  строку символов, принтерная головка  движется горизонтально по бумаге  и каждая игла ударяет в  строго заданной позиции для  получения нужного символа. Удар  иглы происходит в заданное  время, когда она будет занимать  точно заданное положение в  матрице. Игла выстреливает в  ленту - головка принтера никогда  не останавливается до тех  пор, пока она не достигнет  границы бумаги. Головка устанавливается  на ракетке и движется вдоль  печатаемой строки. При этом иголки  в нужный момент ударяют через  красящую ленту по бумаге. Это  обеспечивает формирование на  бумаге символов и изображений  [25].  

Рисунок 1. Схема действия матричного принтера 
 

Для перемещения  красящей ленты используется передаточный механизм, использующий движение каретки. За перемещение каретки отвечает шаговой двигатель. Еще один шаговой двигатель отвечает за перемещение бумагоопорного валика. Скорость печати матричных принтеров невысока. В зависимости от выбранного качества печати и модели принтера скорость печати составляет от 10 до 60 секунд на страницу. 

Главным фактором, ограничивающим скорость этих устройств, служит время, проходящее между возможностями  запуска различных игл. Физические законы движения ограничивают увеличение производительности принтеров. Таким  образом, время необходимое для  возможности последующего использования  каждой печатающей иглы, является физическим ограничением того, как быстро печатающая головка может передвигаться  по бумаге. Головка не может перемещаться к следующей точечной позиции, прежде чем все её иголки не придут в  состояние готовности. Если бы головка  принтера перемещалась слишком быстро, точечное позиционирование (и формы  символов) получались бы случайным  образом.  

 Для увеличения  производительности некоторые контактные  матричные принтеры печатают  в двух направлениях: один ряд  - слева направо, а следующий  - справа налево [26]. Такой режим  функционирования устраняет потерю  времени, затрачиваемого на возврат  каретки с левой границы бумаги  к исходному столбцу. Конечно  же, такой принтер должен иметь  достаточно памяти для полного  хранения строки текста, чтобы  прочесть его в обратном порядке. 

Символы, формируемые  матричными принтерами, часто смотрятся  довольно грубыми по сравнению с  изображением, получаемым по технологии с жёстко заданной формой символов. Это происходит из-за того, что некоторые  индивидуальные точки могут выделяться. Качество символов, получаемое матричным  принтером, главным образом определяется числом точек в матрице. Чем больше плотность матрицы (больше число  точек в данной площади), тем лучше  смотрится символ. 

Часто даже двунаправленные  принтеры переходят на работу в одном  направлении, если требуется получить качественную печать. Для увеличения плотности точек они проходят каждую строку два, а то и более  число раз, передвигая бумагу на половину вертикальной ширины между каждым проходом, заполняя пространство между точками. Возможность работать в любом  направлении помогает обеспечить аккуратное размещение каждой точки во время  каждого прохода. 

Матрицы 57 точек (горизонталь  к вертикали) являются достаточным  для формирования всех заглавных  и прописных букв алфавита, хотя они смотрятся довольно грубо  и не эстетично. Всё дело в том, что точки довольно большие и  смотрятся угловато. Ещё хуже то, что минимальная матрица слишком  мала для формирования отличимых  символов, таких, как g, j, p, q и y. Нижняя часть этих букв неразборчива. Поэтому минимальной матрицей, используемой в большинстве коммерческих матричных принтеров, является матрица 99 точек. С её помощью формируется читаемый текст, но он всё ещё не элегантен. Хотя матричные принтеры способны и на большее. Лазерные принтеры тоже используют эту технологию, но они реализуют точечную технологию с очень высокой плотностью - 300 точек на дюйм. Каждый символ можно получить матрицей 3050. Самые последние контактные матричные принтеры приближаются по качеству к этому уровню. 

Точно так же, как  это имеет место с компьютерными  дисплеями, часто путаются понятия  разрешающей способности и адресуемости точечных матричных принтеров. Упоминая разрешающую способность, имеется  в виду адресуемость. Принтер может  быть в состоянии адресоваться к  любой позиции на бумаге с точностью, скажем, 1,120 дюйма Для информации : 1 дюйм = 2,54 см (Система СИ). Хотя, если печатающая игла больше 1/120 дюйма в диаметре, механизм никогда не сможет напечатать с точностью большей, чем 1/120-дюймовая. Большие точки, формируемые широкой иглой, печатают расплывчатые символы. Более качественные ударные матричные принтеры используют более мелкие иглы. Лазерные принтеры обычно используют точки соответствующие их разрешающей способности - 1/300 дюйма. 

Для текстовой печати в общем случае имеются следующие  режимы, характеризующиеся различным  качеством печати [22]: 

- 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).