РЕФЕРАТ на тему «Принтеры. Интерфейсы. Режимы передачи информации. Технические параметры. Особенности применения.» Москва 2017 год СОДЕРЖАНИЕ СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ ....................................................................... 3 ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ...................................................................................................... 6 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ........................................................................ 9 Принцип работы ............................................................................................................... 9 Способы выдавливания краски .................................................................................. 10 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧЕРНИЛ С БУМАГОЙ ........................................................... 15 ТИПЫ ЧЕРНИЛ ДЛЯ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ ............................................................ 19 Чернила на водной основе (Water-based) .................................................................. 19 Чернила на масляной основе (Oil based) ................................................................... 20 Твердые чернила ............................................................................................................ 21 Чернила на основе растворителя (Solvent и EcoSolvent) ........................................ 21 Сублимационные чернила ........................................................................................... 22 Совместимость чернил.................................................................................................. 22 ПРОТОКОЛЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПРИНТЕРУ .................................................. 32 2 СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ ПЗЭ - пьезоэлектронный элемент DPI – количество точек на линейный дюйм GDI – интерфейс Windows для представления графических объектов и передачи их на ……...устройства отображения PDL – язык описания страниц SOP – начало пакета EOP – конец пакета RET – технология улучшения изображения 3 ВВЕДЕНИЕ Компьютерный принтер (англ. printer - печатник) - устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу. Относится к терминальным устройствам компьютера. Впервые идеи создания устройства, напоминающего современную оргтехнику, пришла в голову пионеру вычислительной техники, Чарльзу Бэббиджу, который изобрел принтер, который предназначался для печати таблиц для навигации, проектирования, банковского и страхового дела. Однако данная задумка так и не была реализована. И только спустя 150 лет лондонский Музей Науки воссоздал машину Бэббиджа по чертежам автора. Принтер состоял из 4000 частей и весил 2,5 тонны, на его сборку понадобилось больше десяти лет. Действующие модели принтеров появились только в 50-х годах XX столетия, после создания первой ЭВМ. В Советском Союзе данные устройства назывались АЦПУ – алфавитно-цифровое печатающее устройство. Первые принтеры напоминали собой печатающие машинки с электроприводом, у которых изображение формировалось путем удара соответствующей литеры на бумагу через красящую ленту. Один из первых высокоскоростных принтеров был создан корпорацией для компьютера в 1953 году. Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ распечатка или твёрдая копия. Принтеры бывают струйные, лазерные, матричные и сублимационные, а по цвету печати - чёрно-белые (монохромные) и цветные. Иногда из лазерных принтеров выделяют в отдельный вид светодиодные принтеры. 4 ПРИНТЕР КАК ВНЕШНЕЕ УСТРОЙСТВО Принтер представляет собой периферийное устройство компьютера, предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель, из документа, хранящегося, как правило, в электронном виде. В настоящий момент широкое распространение получили многофункциональные устройства (МФУ), в состав которого входят принтер, сканер и копировальный аппарат. Принтеры можно классифицировать по различным параметрам: 1) По принципу переноса изображения на носитель: - литерные; - матричные; - лазерные; - струйные; - сублимационные; - термические. 2) По количеству цветов печати: - черно-белые; - цветные. 3) По соединению с источником данных через такие проводные каналы, как: - параллельный порт (IEEE 1284); - шина USB (Universal Serial Bus); - локальная сеть (LAN, NET). 4) По соединению с источником данных посредством таких беспроводных соединений, как: - ИК-порт (IRDA); - Bluetooth; - Wi-Fi. Некоторые принтеры имеют возможность автономной печати, обладая устройством flash-карт или портом сопряжения с цифровым фотоаппаратом. Сетевые принтеры позволяют принимать задания на печать, создавая очередь печати от нескольких компьютеров, подключенных по локальной сети. Программное обеспечение сетевых принтеров поддерживает один или несколько специальных протоколов передачи данных, таких как IPP. Такое решение является наиболее универсальным, так как обеспечивает возможным вывод на печать из различных операционных систем, чего нельзя сказать о Bluetooth - и USB-принтерах. 5 СТРУЙНЫЕ ПРИНТЕРЫ ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ Струйный принтер формирует изображение на листе бумаги путем разбрызгивания очень мелких капелек чернил. В результате получается достаточно качественная как монохромная, так и цветная картинка. По качеству цветной печати эти устройства превосходят даже более современные лазерные принтеры. Какова же история этого струйного принтера? Идее струйной печати изображений около 150 лет. В 1867 году британский физик и изобретатель Уильям Томсон лорд Кельвин (Рис.1) получил патент на самопишущие приборы для принимающих телеграфов. В его изобретении использовались электростатические силы, с помощью которых происходило управление каплями чернил, подающимися на бумагу. Рисунок 1 – Уильям Томсон Однако до своего реального воплощения в жизнь новому способу печати британского изобретателя пришлось ждать около 80-ти лет, когда компания Siemens всерьез стала заниматься разработкой этой идеи. В 1951 году непрерывный струйный принтер увидел свет, но его качество печати и предназначение были далеки он сегодняшних. Принтер предназначался для регистрации на бумаге, каких-либо измерений и их результатов. Он был дорогой в использовании, пачкал бумагу, а в его надежности сомневались даже разработчики. Входящие в состав насосы, баллоны с краской и большие движущиеся части не внушали доверия у пользователей. Несмотря на неудачность выхода в свет первой модели струйного принтера, разработчики компьютерной электроники не бросили эту идею. На протяжении 70-х годов разрабатывались более совершенные методы контроля за подачей чернил на бумажный носитель. Начали появляться устройства с отдельной печатающей головкой, распыляющим механизмом и чернильницей. 6 Это уже более близко напоминало современный принтер, к тому же все его компоненты достаточно точно управлялись при помощи электроники. В частности, был придуман метод пьезоэлектрического управления. Специальные кристаллы, которые могли изгибаться под действием управляющих электрических зарядов. При изгибе кристалл выталкивал из печатающей головки требуемую дозу чернил. В 1978 году сразу две конкурирующие компании, работавшие над созданием компьютерной техники Canon (Япония) и Hewlett-Packard (США), начали работу над изобретением теплового метода струйной печати. Один из инженеров Canon заметил, что, если к наполненному чернилами шприцу прикасался горячий паяльник, происходило разбрызгивание красящего состава. Другой инженер из Hewlett-Packard разрабатывал подобную идею, но в ее основу лег принцип работы кофеварки. В результате конкуренции двух фирм на свет родились две технологии одновременно и похожие, и разные между собой. Японская компания придумала нагревать чернила до температуры в 400 °C, в результате чего образовывался газовый шарик, который выдавливал (выстреливал) капельку чернил на бумагу. У американцев нагрев происходил до меньшей температуры, в результате чего на бумагу попадал пузырек красящего пара, а не капелька. В 1984 году Hewlett-Packard выпускает серию принтеров ThinkJet (Рис.2). Рисунок 2 – принтер ThinkJet Благодаря хорошему соотношению цена/качество печати, они стали очень популярны у пользователей. Другие компании также не «пасли задних», разрабатывая новые и совершенствуя старые методы струйной печати. Компания Epson в 1985 году выпускает струйный принтер, использующий не кристаллы, а пьезоэлектрические пластины. В 1987 году другая компания Dataproducts совершенствует пьезоэлектрическую технологию, используя еще более тонкие пьезоэлектрические пластины. В 90-х годах Hewlett-Packard начинает вынашивать идею цветной струйной печати. Инженеры компании предлагают смешивать три цвета (желтый, голубой и пурпурный). Добавив цветную головку к уже имеющейся черной, можно было бы получать практически любого оттенок. Однако эту 7 идею быстро подхватила Epson, опередив первооткрывателей выпуском цветных струйных принтеров серии Stylus Color. 8 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ Что бы ни говорили о превосходстве электронных носителей информации над бумажными, похоже, век бумаги и печатного текста пройдет еще не скоро. Давно известно, что напечатанный текст воспринимается совершенно иначе, чем его «электронная» копия на экра­не монитора. И до того светлого дня, когда безбумажный стандарт информации восторжествует и нам больше не придется переводить на бумагу весело шумящие леса. А пока нам нужно печатать. Печатать как дома, так и на работе. Печатать монохромный текст, цветные картинки, да и фотографии хочется распечатывать не в фотосалоне, а дома. Принцип работы По принципу работы струйные принтеры напоминают матричные, только вместо иголок, ударяющих по красящей ленте, краска в струйных принтерах наносится непосредственно на бумагу каплями краски через очень малые отверстия, называемые дюзами. Каждая капля краски имеет объем порядка нескольких пиколитра с диаметром порядка от нескольких до десятых микрон (для сравнения толщина человеческого волоса порядка 100 — 130 микрон). В одном кубическом миле метре помешается приблизительно десять тысяч таких капель. Если распечатанное на струйном принтере изображение рассмотреть под микроскопом (Рис.1), то мы увидим, что изображение состоит из миниатюрных точек-капелек. Рисунок 3 – вид капелек краски на бумаге под микроскопом Главным узлом струйного принтера является печатающая головка (около 80% от стоимости принтера), которая собственно и наносит капельки краски на бумагу. Краска наносится через маленькие отверстия, называемые дюзами. Полный диаметр одной дюзы составляет порядка от трех (при разрешении 4800 9 dpi) до нескольких десятков микрон. Увеличенный вид дюзы представлен на рисунке два. Рисунок 4 – Увеличенное изображение дюзы струйного принтера Под отверстия расположены миниатюрные полости, куда чернила поступают из основного резервуара картриджа. Сами чернила через дюзы вылиться не могут так отверстие очень маленькое и краска в них удерживается за счет поверхностного натяжения. То есть краску нужно выдавить принудительно. Есть два основных способа выдавливания краски: пьезоэлектрический и термический. Способы выдавливания краски Пьезоэлектрический (Piezoelectric Ink Jet) — над дюзой расположен пьезокристалл. Когда на пьезоэлемент подаётся электрический ток, он (в зависимости от типа печатающей головы) изгибается, удлиняется или тянет диафрагму вследствие чего создаётся локальную область повышенного давления возле дюзы — формируется капля, которая впоследствии выталкивается на материал. В некоторых головках технология позволяет изменять размер капли. 10 Рисунок 5 – Принцип пьзоструйной печати Термический (Thermal Ink Jet) (также называемый BubbleJet, разработан компанией Canon, в конце 1970-х годов) — в дюзе расположен микроскопический нагревательный элемент, который при прохождении электрического тока мгновенно нагревается до температуры в несколько сотен градусов, при нагревании в чернилах образуются газовые пузырьки (англ. bubbles — отсюда и название технологии), которые выталкивают капли жидкости из сопла на носитель. Рисунок 6 – Принцип термической печати Каждый из этих двух способов по-своему привлекателен, однако каждый из них не свободен и от недостатков. Пьезоэлектрическая технология наиболее дешевая, отличается более высокой надежностью (т. к. не используется высокая 11 температура). Этот способ управления менее инерционен, чем нагрев, что позволяет повысить скорость печати. Рисунок 7 – Увеличенное изображение пескоструйной печатающей головки EPSON Термоэлектрическая технология связана с высокой температурой. При высокой температуре нагреватель со временем покрывается слоем нагара, поэтому в принтерах, использующих эту технологию, печатающая головка довольно часто выходит из строя. В таких случаях она вместе с резервуаром для чернил образует конструктивный единый узел. Основная характеристика принтера, от которой наиболее сильно зависит оптическое разрешение — тип, количество и расположение печатающих голов на каретке. Фотопринтеры и офисные принтеры редко комплектуются более, чем одной головкой на каждый цвет. Это связано с невысокими требованиями к скорости печати, кроме того, чем меньше голов, тем проще и эффективнее система их калибровки и сведения. Печатающие головки могут конструктивно объединяться с чернильным картриджем (Рис.8) и заменяться одновременно с ним, а могут быть установлены в принтере постоянно (Рис. 9) — при этом заменяется только картридж. 12 Рисунок 8 – Печатающая головка с интегрированным картриджем (обведена кругом). Стрелкой показана установленная система СНПЧ Рисунок 9 – Принтер с раздельными картриджами Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Казалось бы, что чернильная емкость без печатающей головки должна стоить намного дешевле, чем в комбинации с печатающей головкой. На деле этого не происходит и заметного удешевления эксплуатации при постоянно установленной в принтере печатающей головки не наблюдается. В то же время, легко сменная печатающая головка позволяет легко выйти из затруднений, связанных с засыханием чернил в ее каналах. Следует помнить, что если чернила засохнут в головке, то ее, как правило, следует менять, если своевременно не будут приняты соответствующие меры. Для того, чтобы уменьшить риск засыхания чернил в каналах головки, предусматривается специальное положение парковки. В большинстве принтеров предусмотрена 13 функция очистки сопел. Тем не менее, все это не дает полной уверенности, что при эксплуатации печатающую головку не придется менять. Головка вместе с емкостями для чернил закрепляется на каретке (рис. 8), которая по специальной направляющей совершает возвратно-поступательное движение поперек листа бумаги. Хотя способ объединения печатающей головки и емкости для чернил конструктивно наиболее прост и в силу этого получил самое широкое распространение, он не является оптимальным. Дело в том, что каретка должна достаточно быстро двигаться, а также достаточно быстро изменять направление движения, ибо скоростью ее движения определяется скорость печати. Для этого подвижная каретка должна быть мало инерционной, т. е. иметь возможно меньшую массу. С этой целью уменьшают объем емкости для чернил. Поэтому, предпочтительнее оказывается размещение емкости для чернил на неподвижной части принтера, а подачу чернил к печатающим головкам осуществлять с помощью специальных трубопроводов. Такая система позволяет повысить скорость печати и одновременно увеличить емкости для чернил, однако система трубопроводов конструктивно столь сложна, что такая конструкция используется очень редко. 14 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧЕРНИЛ С БУМАГОЙ Краеугольный камень технологий получения качественного отпечатка всех производителей принтеров. Этот процесс во многом зависит от типа применяемых чернил, которые можно разделить на водорастворимые и пигментные. Водорастворимые чернила легко растворяются в воде, их используют обычно для цветных красителей, так как они дают широкий цветовой охват. При падении на бумагу чернильный раствор впитывается в волокна, окрашивая их. Таким образом, вся поверхность рисунка закрашивается практически непрерывным слоем. Кроме того, они дают достаточное количество оттенков, чтобы обеспечить плавную цветопередачу. К водорастворимым относятся сольвентные чернила — самый распространённый тип чернил. Сольвентные чернила применяются в широкоформатной и интерьерной печати. Характеризуются очень высокой стойкостью к воздействию воды и атмосферных осадков. Характеризуются вязкостью, зернистостью и используемой фракцией сольвента. Пигментные чернила — используются для получения изображений высокого качества, в интерьерной и в фото печати. В большинстве моделей струйных принтеров используется четыре основных цвета, так называемая модель цветности CMYK, где: Cyan — годубой, Magenta - розовый, Yellow - желтый, Key color — или черный. Мы не будем усугубляться в подробности получения цветов, но стоит знать, что все цвета получаются из трех основных цветов, красного, зелёного и синего, однако это справедливо лишь когда мы посредственно воспринимаем цвет, например, с экрана компьютера, где формирования цвета как раз и происходит за счет этих трех цветов (так называемая модель цвета RGB). Но в напечатанном изображении мы воспринимаем отраженный цвет, и его восприятие глазом человека происходит немного по-другому. Несмотря на то, что чёрный цвет можно получать смешением в равной пропорции пурпурного, голубого и жёлтого красителей, по ряду причин такой подход обычно неудовлетворителен. На практике в силу неидеальности красителей и погрешностей в пропорциях компонентов смешение реальных пурпурного, голубого и жёлтого цветов даёт скорее грязно-коричневый или грязно-серый цвет. Добавление черного цвета отдельно дает существенную экономию чернил, так как в большинстве случаев расходуется именно черный цвет и гораздо выгоднее использовать его отдельно. 15 Рисунок 10 – Реальное наложение красок в модели CMYK, видно, что при смешивании трех цветов «черный» цвет не получается Современные принтеры используют в основном эти четыре цвета, то есть являются четырехцветными. Удивительно, но за последние три года большинство производителей идет по пути уменьшения палитры красок в домашних и офисных принтерах. Во многом это связано с отсутствием спроса на полноцветную печать в домашних условиях и небольших офисах. Естественно, что для получения качественных фото снимков этих четырех цветов недостаточно, поэтому в струйных принтерах к четырем основным цветам добавлено еще несколько ярких оттенков цветов, например, для шестицветных принтеров применяют палитру CMYKLcLm (где (Lc — светлый Cyan, Lm — светлая Magenta). Цветопередача и насыщенность при использовании расширенной палитры гораздо лучше, поэтому фотопринтера должны иметь расширенную цветовую палитру. В офисных принтерах, для уменьшения стоимости печати и улучшения некоторых других характеристик печати также применяют систему непрерывной подачи чернил (СНПЧ), представляющая некое подобие системы подачи краски «самотёком». Элементами СНПЧ являются емкости с чернилами (обычные пластиковые бутылочки или специальные «сосуды Мариотта»), пластиковые или силиконовые трубочки, соединяющие емкости с картриджами или капсулами, установленными на входные патрубки печатающей головки принтера, автоматически обнуляемые микрочипы, аналогичные установленным на оригинальных картриджах устанавливаются на отдельной планке или на картриджах. Общий вид картриджной СНПЧ представлен на рисунке 11. 16 . Рисунок 11 – Общий вид картриджной СНПЧ Принцип работы СНПЧ основан на работе мембран пъезоэлементов печатающей головки струйного принтера, в капсуле или картридже СНПЧ создается разрежение. В капсулу или картридж, через верхнюю их часть, начинают по капле поступать чернила из внешних емкостей. Герметичность системы непрерывной подачи чернил позволяет поддерживать постоянный уровень чернил в капсуле/картридже. СНПЧ помогает существенно сократить расходы на покупку картриджей, но особенно она актуальна, когда приходится печатать большие объемы, в этом случаи себестоимость одного отпечатка сравнима со стоимостью печати на лазерном принтере, а при печати в цвете суммарные расходы на круг с учетом стоимости бумаги даже меньше по сравнению с цветным «лазерником». Основное отличие между системами непрерывной подачи чернил заключается в использовании картриджной или капсульной системы подачи. В картриджной СНПЧ вместо оригинальных картриджей используются постоянные картриджи, внешне похожие на оригинал со встроенным авточипом, самостоятельно обнуляющимся по мере необходимости. Преимущество данного типа СНПЧ в простоте установки. В капсульной системе вместо картриджей применяются капсулы, устанавливаемые непосредственно на входные «иглы» печатающей головки. Капсульная СНПЧ (рисунок 12) является предпочтительной по причине более простого обслуживания, т. к. капсулы прозрачные и в любой момент можно проконтролировать уровень чернил в капсуле. 17 Рисунок 12 – Общий вид капсульной СНПЧ Установка СНПЧ обычно не вызывает проблем даже у неподготовленного пользователя. В комплект поставки входят все необходимые материалы, инструменты и подробная схема-алгоритм с картинками. Картриджи/капсулы СНПЧ устанавливаются вместо оригиналов, капиллярный шлейф прокладывается в принтере согласно инструкции, с помощью входящих в комплект зажимов и наклеек. Емкости и капсулы заправляются чернилами, производится несколько прочисток головки, и система готова к работе. Обслуживание СНПЧ заключается в добавлении чернил в емкостях по мере расхода, и контроле герметичности системы проверкой уровня чернил в капсулах. 18 ТИПЫ ЧЕРНИЛ ДЛЯ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ В современных устройствах струйной печати используется несколько принципиально разных типов чернил. Чернила на водной основе (Water-based) Несмотря на то, что название этих чернил для струйной печати говорит само за себя (главным по объему компонентом в них является вода с незначительной долей глицерина и растворителя), эти расходные материалы представлены не одним видом чернил. Чернила на водной основе можно разделить на две основные группы в соответствии с природой содержащегося в них красящего агента – чернила на основе красителя (Dye) и пигментные (Pigment). Чернила на основе красителя полностью растворены в жидкой среде, которой придают очень интенсивную окраску и обеспечивают максимальные оптические свойства за счет светопоглощения и равномерного распределения. Соответственно, изображения, напечатанные такими чернилами, отличаются особой яркостью. Рисунок 13 – Чернила на основе красителя (Dye) К сожалению, Dye чернила в большинстве случаев достаточно легко смываются водой и не обладают высокой стойкостью к уф-излучению. Пигментные чернила представляют собой взвесь мелких частиц цветного неорганического пигмента. Они придают цвет также, как и Dye чернила за счет поглощения света. Но так как пигмент не растворен в среде, часть света, попадающего на поверхность, им рассеивается. Рисунок 14 – Чернила пигментные (Pigment) Этим объясняется пониженная по сравнению с чернилами, содержащими краситель, яркость. Но, несмотря на этот очевидный недостаток, пигментные чернила в значительно большей степени устойчивы к солнечным лучам и влаге. 19 Иногда погружение отпечатка в воду (без механического воздействия на поверхность) не приводит к видимому размыванию изображения, а в комбинации с влагостойким носителем изображение без дополнительной защиты может использоваться на улице. Не будет лишним отметить, что чернила черного цвета (Black) очень часто бывают пигментными независимо от типа сопутствующих чернил (Dye или пигментных), они могут в некоторой степени различаться по составу диспергирующей среды и размеру пигментных зерен. Выше описанные чернила используются в термо- и пьезоплоттерах (Hewlett-Packard, Encad, ColorSpan, Epson, Roland, Mimaki и других) и могут дополнительно классифицироваться в зависимости от тех возможностей, которые предоставляет производитель оборудования. Наибольшее количество вариаций присуще чернилам, содержащим краситель. Напомним, что как Dye, так и пигментные чернила на водной основе требуют использования носителей со специальным покрытием. Для получения цвета требуемой интенсивности и максимальных оптических свойств важны равномерное распределение окрашивающего агента и однообразная величина пигментных частиц. Плохое диспергирование может привести к сложностям во время печати и порче печатающей головки плоттера. Рисунок 15 – Распределение окрашивающего агента Пигментные чернила целесообразно использовать при изготовлении баннеров, вывесок, рекламных щитов, оформления транспортных средств. Чернила на масляной основе (Oil based) Окрашивающим компонентом масляных чернил всегда является пигмент. Эти чернила обеспечивают очень высокое качество изображений и одновременно с этим устойчивость к негативному воздействию окружающей среды (воде и солнечным лучам) в течение достаточно продолжительного времени (около 1 года). Масляные чернила быстро высыхают, не имеют склонности к растеканию, что дает возможность получать отпечатки высокой четкости, контрастности и желаемой цветопередачи. Этот тип чернил используется в устройствах с пьезоэлектрическими головками и так же как чернила на водной основе требует носителей со специальным покрытием. 20 На российском рынке наиболее известными производителями устройств, печатающих чернилами на масляной основе, являются Seiko Corporation и Xerox. При всех неоспоримых достоинствах используемой высокопроизводительной технологии оборудование этого класса не так популярно из-за достаточно высокой цены. Твердые чернила Твердые чернила в действительности представляют собой твердый материал. В отличие от традиционных чернил, являющихся жидкостями и поставляемых в картриджах или специальных емкостях, твердые чернила представляют собой цветные бруски различного поперечного сечения. Твердые чернила изготавливаются из воска с полимерными добавками и прочно фиксируются на практически любом носителе без специальных покрытий, включая грубые ткани. Готовые изображения по яркости и контрастности сопоставимы с отпечатками, выполненными водными или масляными чернилами, и отличается некоторой фактурностью и «объемом». Твердые чернила стойки к влаге, но со временем выгорают. Поверхностная защита изображений может осуществляться только специальными ламинатами, что мало кому известно. При ламинировании обычными пленками в короткие сроки происходит видоизменение цветов с преобладанием красной составляющей. В настоящее время в широкоформатной печати устройства на твердых чернилах, несмотря на легкость работы и обслуживания, применяются исключительно редко из-за высокой стоимости оборудования и трудностей в защите изображения. Наиболее известными производителями подобного оборудования были и являются Tektronix (разработчик технологии), Xerox и Mutoh. Чернила на основе растворителя (Solvent и EcoSolvent) Чернила на основе растворителя (Solvent) – химически агрессивные вещества, основу которых чаще всего составляет циклогексанон, а окрашивающим агентом всегда является пигмент. Такие чернила, как, впрочем, и EcoSolvent, не требуют обязательного использования материалов с покрытием (хотя специализированные материалы для сольвентной печати несомненно улучшают качество изображения). Это обусловлено способностью агрессивной жидкой фазы протравливать поверхность носителя и на начальном этапе ее размягчения прочно фиксировать пигмент в массе верхнего слоя материала. Чернила на основе растворителя значительно продлевают срок службы отпечатка при уличной эксплуатации. В отличие от изображений, выполненных водными, масляными или твердыми чернилами, которые сохраняют свои качества не более года без защиты поверхности, неизменность «сольвентных» отпечатков наблюдается в течение 3-х лет, а иногда и более. Сольвентные чернила имеют ряд существенных недостатков, которые и стали причиной последующих разработок и появления экосольвентных материалов. 21 Часто продавцы оборудования одним из преимуществ экосольвентных чернил называют отсутствие запаха, которое в действительности нельзя назвать наиважнейшим аргументом «ЗА». Некоторые исключительно ядовитые вещества запаха вовсе не имеют. Суть дела в использовании в оборудовании экосольвентной печати менее вредных для человека и окружающей среды химических композиций, которые, тем не менее, обладают необходимыми качествами для обеспечения надежной связи пигмента с поверхностью печатного носителя. Применение экосольвентных чернил позволило также снизить стоимость самих печатающих устройств за счет использования в них корпусов печатающих головок и элементов системы подачи чернил из менее дорогих материалов. И еще раз напомним, что сольвентные чернила появились уже несколько лет назад и были «первыми ласточками». Естественно, что негативные факторы, сопутствующие этой технологии, стали стимулом дальнейших разработок. На смену стандартным сольвентным чернилам пришли менее опасные с экологической точки зрения, но не менее эффективные с точки зрения качества печати и устойчивости отпечатка при эксплуатации экосольвентные чернила, не содержащие органических растворителей. Единственно, в чем новый тип чернил может уступать прародителю – это в устойчивости к интенсивному абразивному воздействию. Следует также отметить, что некоторые производители плоттеров смогли на базе стандартных моделей (с минимальной модернизацией) создать устройства, печатающие экосольвентными чернилами, что позволило пользователям избежать чрезмерных затрат. Сублимационные чернила Дисперсные сублимационные чернила представляют собой водную среду, содержащую сублимационные красители, которые в ней диспергированы и почти не растворяются. В процессе термопереноса молекулы красителя, находящегося в газообразной форме, сорбируются волокном, диффундируют вглубь него с образованием твердого раствора в полимере. Отпечатки характеризуются высокой светостойкостью, устойчивостью к сухим и мокрым обработкам. Сублимационные красители были разработаны в первую очередь для окрашивания ацетилцеллюлозных волокон и в настоящий момент являются единственным средством крашения ацетатных, полиамидных и полиэфирных материалов. Совместимость чернил Любой из производителей плоттеров порекомендует использовать оригинальные чернила, хотя всем известно, что расходные материалы производятся не самим производителем печатающего устройства, а кем-то 22 другим. Кто же этот другой, остающийся в тени? В мире существует несколько крупных химических компаний, обеспечивающих своей чернильной продукцией всех производителей печатных устройств, продающих в свою очередь эти расходные материалы уже под собственной торговой маркой. Выпуск чернил производится в соответствии с технологическими особенностями конкретного оборудования, типом используемых печатающих головок и их необходимой надежности, заявленных потребителем требований к готовому отпечатку и т.п. Такие чернила многократно тестируются для обеспечения неизменного предсказуемого результата. Именно такие чернила и называются оригинальными. С другой стороны, та же химическая компания может продавать чернила и под собственной торговой маркой, что ни коим образом не скажется на качестве. Да, это так. Но пользователю плоттера недоступна информация об изготовителе предлагаемых ему оригинальных расходных материалов, поэтому на собственную интуицию надеяться не следует. Ошибка может стоить очень дорого – это не только бракованная продукция, потраченные деньги и нервы, это высокий риск выхода из строя важнейших печатающих узлов. Использование пользователем сторонних расходных материалов дает также производителю оборудования право отказаться от своих гарантийных обязательств. Но, тем не менее, на рынке широкоформатной печати известны имена некоторых производителей чернил, имеющих достойную репутацию. И если существуют официальные рекомендации от производителя плоттера об использовании их продукции, вы смело сможете этим воспользоваться. 23 ЛАЗЕРНЫЕ ПРИНТЕРЫ ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ История создания лазерного принтера, как ни странно уходит достаточно далеко вглубь XX века, аж в 1938 год тем самым практически опередив историю создания ЭВМ. Сам лазерный принтер, конечно же, был изобретен намного позже, в 1971 году, а в 1938 году были лишь заложены принципы работы подобных устройств. И так начнем с самого начала. В 1938 году Честер Карлсон, студент юридического факультета разработал технологию переноса сухих чернил на бумажный носитель при помощи статического электричества – то же самое используется и в современных лазерных принтерах. Причиной, толкнувшей молодого юриста на изобретение нового метода печати изображений, над которым он кстати работал несколько лет, стало плохое качество ксерографических изображений, получаемых в то время при помощи мимеографов – старых копировальных аппаратов. Мимеограф или ротатор был изобретен Томасом Эдисоном и предназначался для создания небольшого количества копий книг и другой печатной продукции. Хотя они и были ноу-хау того времени из-за существенных недостатков (плохого качества копии и дороговизны отпечатка) не получили широкого применения. Так вот, молодой студент придумал метод, который был назван электрографией. Карлсон пытался найти компанию, которая бы внедрила его идею в жизнь. Он обращался в пресловутую IBM и даже в военное ведомство США, но везде получал отказ. Лишь в 1946 году он нашел компанию, которая нашла в идее молодого изобретателя рациональное зерно и практичность. Этой компанией была Haloid Company, позже переименованная в небезызвестную Xerox. Первое устройство Xerox, использующее метод электрографии вышло на рынок под названием Model A в 1949 году. Его нельзя было назвать лазерным принтером, это всего лишь был достаточно громоздкий прибор, чтобы добиться копии документа, от которого, приходилось проделывать вручную несколько операций. Но все же Model A была первым электронным устройством, использующим метод нанесения сухого тонера на бумагу при помощи электростатики. Десять лет спустя в 1959 году компания выпускает первый ксерограф Xerox 914, который был способен выдавать 7 копий в минуту и работал полностью в автоматическом режиме. По сути Xerox 914 стал прообразом или прародителем всех последующих копиров и лазерных принтеров. Первый серийный лазерный принтер Идею создания именно лазерного принтера с использование лазерного луча, что и положило основу названия подобных устройств, Xerox начала 24 осуществлять с 1969 года. Через два года в 1971 благодаря сотруднику компании Гэри Старкуезеру, который смог дополнить технологию работы существующих копиров лазером, появился первый образец, но в серийное производство он не попал, так и оставшись опытным. Лишь через шесть лет в 1977 году свет увидел первый серийный лазерный принтер Xerox 9700 Electronic Printing System. Хотя он и не был настольным устройством (из-за своих габаритов и цены), обладал очень хорошими характеристиками. Он мог печатать 120 страниц в минуту – до сих пор этот показатель не побит ни одним из современных лазерников. Первый настольный лазерный принтер был создан в 1982 году другой компанией Canon и носил название LBR-10. На следующий год была представлена еще одна модель Canon LBR-CX. Сама компания не смогла эффективно продвинуть ее на рынок, поэтому обратилась с предложением о сотрудничестве к Hewlett-Packard. Результатом такого союза стали лазерные принтеры HP LaserJet увидевшие свет в 1984 году. Хотя их характеристики по сравнению с Xerox 9700 были весьма скромными (8 страниц в минуту), но благодаря доступной цене и хорошему качеству печати к 1985 году компания Hewlett-Packard завоевала почти весь сегмент рынка настольных лазерных принтеров. Рисунок 17 – первый персональный лазерный принтер от HP С появлением сменных картриджей с тонером лазерный принтер стал по настоящему доступным печатающим устройством. В 1986 году появилась целая отрасль, занимавшаяся производством и утилизацией картриджей для лазерников. 25 Принцип работы Основой формирования изображения является краситель, содержащийся в тонере. Под действием статического электричества он прилипает и буквально впечатывается в бумагу. Но каким образом это происходит? Любой лазерный принтер состоит из трех основных функциональных блоков: печатная плата, блок переноса изображения (картридж) и печатный блок. Бумагу на печать подает узел подачи бумаги. Они разрабатываются по двум конструкциям – подача бумаги из нижнего лотка и подача из верхнего лотка. Его строение достаточно простое: ролик – нужен для захвата бумаги; блок для захвата и подачи одного листа; ролик, передающий статический заряд бумаге. Картридж для лазерного принтера состоит из двух частей – это тонер и барабан или фотоцилиндр. Тонер Тонер состоит из микроскопических частичек полимеров, которые покрыты красителем, с включением магненита и регулятора заряда. Каждая фирма выпускает порошок с уникальными характеристиками для собственных принтеров и многофункциональных устройств. Все порошки отличаются магнитностью, плотностью, дисперстностью, размером зерен и другими физическими показателями. Поэтому не стоит заправлять картриджи случайным тонером. Преимущества тонера перед чернилами заключаются в четкости отпечатанной картинки и влагостойкости, которая обеспечивается впечатыванием порошка в бумагу. Из недостатков стоит назвать малую глубину цветов, насыщенность при цветной печати и отрицательное воздействие на организм человека при взаимодействии с тонером, например, во время зарядки картриджа. Строение и этапы печати изображений Фотобарабан выполнен в виде продольного алюминиевого вала, с нанесенным на него тонким слоем материала, чувствительного к световым лучам с определенными параметрами. Цилиндр покрыт защитным слоем. Помимо алюминия, барабаны изготовляются с неорганических фоточувствительных веществ. Основное свойство фотобарабана – изменение проводимости (заряда) под воздействием лазерного луча. Это значит, что, если цилиндру придать заряд – он будет хранить его на протяжении значительного отрезка времени. Но если засветить какую-либо область вала светом – они тут же теряют свой заряд и становятся нейтрально заряженными за счет увеличения проводимости (то есть уменьшением электрического сопротивления) в этих зонах. Заряд стекает с поверхности через внутренний проводящий слой. При поступлении документа на печать, печатная плата обрабатывает его и посылает соответствующие световые импульсы на блок переноса изображения, где цифровая картинка превращается в изображение на бумаге. Фотобарабан 26 вращается при помощи вала и получает первичный отрицательный или положительный заряд от находящегося рядом роллера. Его величина определяется настройками печати, которые сообщает печатная плата. После зарядки цилиндра лазерный луч, имеющий горизонтальную развертку, сканирует его с огромной частотой. Засвеченные места фотоцилиндра, как сказано выше, становятся незаряженными. Эти незаряженные зоны формируют требуемую картинку на барабане в зеркальном отображении. Далее, чтобы изображение оказалось на бумаге, незаряженные зоны необходимо заполнить тонером. Блок лазерного сканирования состоит из зеркала, полупроводникового лазера, нескольких формирующих и одной фокусирующей линзы. Барабан контактирует с роллером, изготовленным, в основном, из магния и подает тонер на фотоцилиндр из емкости картриджа. Роллер, в котором расположен постоянный магнит, выполнен в виде пустотелого цилиндра с токопроводящим слоем. Под воздействием магнитного поля тонер из бункера притягивается к роллеру под действием силы намагниченного сердечника. Под действием электростатического напряжения тонер из роллера будет переноситься на сформированное лазерным лучом изображение на поверхности фотобарабана, крутящегося вплотную с роллером. Тонеру некуда деться, ведь его отрицательно заряженные частицы притягиваются к положительно заряженным областям фотоцилиндра, на котором сформировано нужное изображение. Отрицательный заряд барабана отталкивает ненужное количество тонера назад, заполняя им отсканированные лазером участки. Отметим один нюанс. Существует два типа формирования изображений. Самый распространенный – это применение тонера с положительным зарядом. Такой порошок остается на нейтрально заряженных областях фотоцилиндра. То есть, лазером засвечиваются области, где будет наше будущее изображение. Барабан при этом заряжен отрицательно. Второй механизм менее распространенный, в нем используется тонер с отрицательным зарядом. Лазерный луч «разряжает» области положительно заряженного фотоцилиндра, на которых изображения быть не должно. Это стоит помнить при выборе лазерного принтера, ведь в первом случае будет более точная передача деталей, а во втором – более равномерная и плотная заливка. Первые принтеры отлично подойдут для печати текстовых документов, потому они и получили широкое распространение. Перед тем, как соприкоснуться с цилиндром бумага получает статический электрический заряд с помощью ролика переноса заряда. Под воздействием, которого тонер притягивается к бумаге в момент ее плотного контакта с барабаном. Сразу после этого заряд из бумаги удаляется нейтрализатором статичного заряда. Этим устраняется притягивания листа к фотоцилиндру. Во время прохода бумаги сквозь блок лазерного сканирования на листе становится заметным сформированное изображение, которое легко разрушается от малейшего прикосновения. Для его долговечности необходимо провести фиксацию с помощью расплавления добавок, входящих в тонер. Этот процесс 27 происходит в блоке фиксации изображения – это третий ключевой блок лазерного принтера. Еще его называют «печкой». Если вкратце, то плавятся входящие в состав тонера вещества. После их вдавливания и застывания эти полимеры словно покрывают собой чернила, защищая их от внешних воздействий. Теперь читатель поймет, почему отпечатанные листы, выходящие из принтера, такие теплые. По конструкции так называемая «печка» состоит из двух валов, в одном из которых находится нагревательный элемент. Второй, зачастую нижний, необходим для вдавливания расплавленного полимера в бумагу. Нагревательные элементы выполняются в виде термисторов, изготовленных в виде термопленок. При подаче напряжения на них, эти элементы разогреваются до высоких температур (порядка 200 °C) за доли секунды. Прижимный валик прижимает лист к нагревателю, в процессе чего осуществляется вдавливание жидких микроскопических частиц тонера в текстуру бумаги. На выходе из блока фиксации стоят разделители, дабы бумага не прилипала к термопленке. Преимущества лазерных принтеров. Как правило, разрешение при чёрно-белой печати варьируется от 600 x 600 до 1200 x 1200 точек на дюйм, однако при цветной печати достигает 9600 x 1200. Цветные и чёрно-белые лазерные принтеры работают на практике одинаково. Отличие заключается в том, что для цветной печати используются четыре типа красящего тонера. Любой цвет вносит свою лепту в окончательное изображение, наносимое на лист бумаги. По сравнению со струйными принтерами, лазерные имеют немало преимуществ. Они обладают большей скоростью, так как луч лазера может передвигаться значительно быстрее, чем печатающая головка с десятками и более того сотнями сопел, из которых в момент печати с определённым интервалом выпрыскиваются микроскопические капельки чернил. Лазерные лучи ещё более точные и по причине компактной фокусировки позволяют обретать высокое разрешение. Лазерные принтеры экономичнее, чем струйные, просто вследствие того, что картриджей с тонером хватает не на одну тысячу страниц, а вот чернильные картриджи заканчиваются быстрее, и их приходится чаще заправлять или менять. Цветные лазерные принтеры обеспечивают высокую скорость печати, дают качественные цветные и чёрно-белые отпечатки, а также привлекательную стоимость распечатки страницы с учётом расходных материалов. Недостатки лазерных принтеров Окись углерода входит в состав химических соединений тонера и выделяется на этапе закрепления изображения. При большой концентрации в воздухе помещения может вызывать головную боль, слабость, сонливость и учащение пульса. 28 Наличие в конструкции элементов с высоким энергопотреблением (главный двигатель, печка) приводит к тому, что пиковая потребляемая мощность лазерного принтера достаточно высока, что делает невозможным подключение его к бытовым источникам бесперебойного питания средней и малой мощности. Некоторые из моделей цветных принтеров при печати наносят на оттиск скрытое изображение, указывающее на дату и время печати, а также серийный номер устройства, что сделано с целью пресечь печать цветных копий денежных знаков и других документов и ценных бумаг. 29 МАТРИЧНЫЙ ПРИНТЕР Игольчатый принтер (Dot-Matrix-Printer) долгое время являлся стандартным устройством вывода для РС. В то время, когда струйные принтеры работали еще неудовлетворительно, а цена лазерных была достаточно высока, игольчатые принтеры повсеместно использовались с компьютерами. Они еще часто применяются и сегодня. Достоинства этих принтеров определяются, в первую очередь, скоростью печати и их универсальностью, которая заключается в способности работать с любой бумагой, а также низкой стоимостью печати. Существуют 4 вида матричного принтера: 9- , 18- и 24-игольчатые принтеры и строчный принтер. Рисунок 18 – матричный принтер При выборе принтера всегда необходимо исходить из задач, которые будут перед ним поставлены. Если необходим принтер, который должен целый день без перерыва печатать различные формуляры, или скорость печати важнее, чем качество, то альтернативы игольчатому принтеру в настоящий момент нет. Вообще игольчатый принтер является существенно более универсальным принтером при работе с бумагой, чем лазерный или струйный, для которых, как правило, отсутствует возможность использования бумаги в рулоне. К параметру "скорость печати" надо относиться осторожно. Изготовители всегда указывают теоретическую скорость печати, т.е. максимально возможную скорость чернового (Draft) режима, при этом качество печати не играет роли. LQпечать для игольчатых принтеров длиться, конечно же, дольше. Еще дольше приходится ожидать печати графики, потому что при этом набор знаков не 30 читается из внутренней памяти (ROM) принтера, а каждая печатаемая точка должна рассчитываться. Игольчатые принтеры оборудованы внутренней памятью (буфером), который принимает данные от РС. Объем памяти недорогих игольчатых принтеров составляет от 4 до 64 Кбайт. Хотя существуют модели, имеющие и больший объем памяти (например, Seikosha SP-2415 имеет буфер размером 175 Кбайт). Матричный принтер является механическим устройством, а работа механических узлов всегда сопровождается шумом. 31 ПРОТОКОЛ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПРИНТЕРУ Любая печатающая техника — будь-то принтеры, широкоформатные принтеры, многофункциональные устройства, плоттеры или копиры; для вывода на печать информации, прежде всего, ее должна получить от какоголибо устройства. В этой статье представлены вниманию читателя некоторые широко распространенные протоколы передачи данных. В последнее время персональный компьютер является не единственным устройством, с которого можно произвести печать информации. Вот список тех немногих устройств, с которых можно произвести передачу данных на печатающее устройство для получения отпечатка: персональный компьютер (ПК), ноутбук; нетбук; локальная сеть, содержащая два и более ПК; мобильный телефон или коммуникатор; iPhone; iPad. Причем последние два стали доступны для передачи данных на принтер с 2010 года. Любой вывод на печать сопровождается соответствующим программным обеспечением, позволяющим синхронизировать работу передающего устройства и принтера. Протоколы передачи данных для печати условно можно разделить на два типа: проводные и беспроводные. К проводным протоколам (случай, когда принтер соединен с ПК посредством провода) относятся: LPT-протокол, то есть через параллельный порт, самый старый протокол, как правило передача данных осуществляется на небольшой скорости; COM-протокол, то есть через последовательный порт, передача данных также происходит на малых скоростях; SCSI-протокол, с помощью SCSI провода или кабеля, более совершенный чем два предыдущих и, как следствие, более быстрый; USB-протокол, с использованием USB (Universal Serial Bus) интерфейса; Ethernet-протокол, когда принтер подключен к локальной сети; К этой же категории можно отнести и двухпортовое соединение. Но какой тип протокола используется в этом случае сказать трудно. Смысл в том, что при двухпортовом соединении через первый происходит управление приводом ЧПУ, через второй осуществляется передача данных на печать. К беспроводным протоколам относятся: 32 ИК-протокол, один из первых протоколов беспроводного соединения, использует ИК-порт (инфрокрасный порт), как следствие, имеет много недостатков. Главный недостаток – связь возможна только при условии прямой видимости передатчиков обоих устройств; протокол Bluetooth, стандартный радиоканал, недостатком которого является низкая скорость передачи данных; протокол Wi-Fi, наиболее скоростной протокол передачи данных – до 50 Мбит/сек. Стоит отметить, что из перечисленных протоколов беспроводного соединения, только первый безвреден для человеческого здоровья. Остальные, при их использовании, наносят вред коре головного мозга человека, особенно тем пользователям, которым нет еще 18 лет. Поскольку кости черепной коробки молодого человека еще недостаточно окрепли и с легкостью пропускают вредные радиоизлучения. Поэтому пользователю следует быть весьма осторожным при выборе того или иного типа соединения с принтером. Передача данных принтеру по USB Передаваемый сигнал, при передаче с обычной скоростью, является дифференциальным. Шина USB не имеет тактирующего сигнала, поэтому передача данных между точками является асинхронной. Передача данных осуществляется на номинальной частоте 12МГц. При переходе шины USB в состояние простоя (Bus Idle) на линии D+ устанавливается уровень логической единицы; на линии D- – логического нуля. Такое состояние называют J-состоянием шины. Рисунок 16 – Дифференциальные линии D+, D33 Передача данных по USB осуществляется пачками импульсов – пакетами. В начале пакета шина переводится из состояния J в состояние K – линии D+ и D- меняют полярность на противоположную. Последующие импульсы, которые посылает передатчик, формируют последовательность синхронизации SYNC, предназначенную для подстройки тактового генератора приемника. Таким образом, обеспечивается надежный прием информации, содержащейся в пакете. Последней частью пакета является идентификатор EOP. Линии D+ и Dпереводятся в состояние логического нуля на протяжении двух тактов. Параллельные интерфейсы Параллельные интерфейсы характеризуются тем, что в них для передачи бит в слове используются отдельные сигнальные линии, и биты передаются одновременно. Параллельные интерфейсы используют логические уровни ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), что ограничивает длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует. Параллельные интерфейсы используют для подключения принтеров. Передача данных может быть как однонаправленной (Centronics), так и двунаправленной (Bitronics). Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами - получается сеть, "сделанная на коленке" (LapLink). Ниже будут рассмотрены протоколы интерфейсов Centronics, стандарт IEEE 1284, а также реализующие их порты PC. Интерфейс Centronics и LPT-порт Для подключения принтера по интерфейсу Centronics в PC был введен порт параллельного интерфейса - так возникло название LPT-порт (Line PrinTer построчный принтер). Хотя сейчас через этот порт подключаются не только построчные принтеры, название "LPT" осталось. Интерфейс Centronics Понятие Centronics относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к 36-контактному разъему на принтерах. Назначение сигналов приведено в табл. 1.1, а временные диаграммы обмена с принтером на рис. 17. Интерфейс Centronics поддерживается принтерами с параллельным интерфейсом. Его отечественным аналогом является интерфейс ИРПР-М. Традиционный порт SPP (Standard Parallel Port) является однонаправленным портом, через который программно реализуется протокол обмена Centronics. Порт вырабатывает аппаратное прерывание по импульсу на входе Ack. Сигналы порта выводятся на разъем DB-25S (розетка), установленный непосредственно на плате адаптера (или системной 34 плате) или соединяемый с ней плоским шлейфом. Название и назначение сигналов разъема порта (табл. 1.2) соответствуют интерфейсу Centronics. Сигнал I/O* Контакт Назначение Strobe" I Data [0:7] I 1 Строб данных. Данные фиксируются по низкому уровню сигнала 2-9 Линии данных. Data 0 (контакт 2) - младший бит Ack# 0 10 Acknowledge - импульс подтверждения приема байта (запрос на прием следующего). Может использоваться для формирования запроса прерывания Busy 0 11 Занято. Прием данных возможен только при низком уровне сигнала PaperEnd о 12 Высокий уровень сигнализирует о конце бумаги 13 Сигнализирует о включении принтера (обьгано в принтере соединяется резистором с цепью +5 В) 14 Автоматический перевод строки. При низком уровне принтер, получив символ CR (Carriage Return - возврат каретки), автоматически выполняет и функцию Lf (Line Feed - перевод строки) 32 Ошибка: конец бумаги, состояние OFF-Line или внутренняя ошибка принтера 31 Инициализация (сброс в режим параметров умолчания, возврат к началу строки) 36 Выбор принтера (низким уровнем). При высоком уровне принтер не Select о AutoLF# I Error" lnit# Select ln# о I 35 воспринимает остальные сигналы интерфейса GND - 19-30, 33 Общий провод интерфейса Рис. 17 - Передача данных по протоколу Centronics Номер Назначение Контакт провода DB-25S в кабеле I/O* Reg. Bit** Сигнал 1 1 0/1 CR.O\ Strobe" 2 3 0(1) DR.0 DataO 3 5 0(1) DR.1 Data 1 4 7 0(1) DR.2 Data 2 5 9 0(1) DR.3 Data3 6 11 0(1) DR.4 Data 4 7 13 0(1) DR.5 Data 5 8 15 0(1) DR.6 Data 6 9 17 0(1) DR.7 Data 7 10 19 1*** SR.6 Ack# 11 21 1 SR.A Busy 12 23 1 SR.5 PaperEnd 13 25 1 SR.4 Select 36 14 2 0/1 CR.1\ Auto LF# 15 4 1 SR.3 Error* 16 6 0/1 CR.2 lnit# 17 8 0/1 CR.3\ Select ln# 18-25 10, 12,14, 16, 18.20, 22, 24, 26 ^ ~" Традиционный LPT-порт Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания, обычно IRQ7 или IRQ5. Порт имеет внешнюю 8битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов. BIOS поддерживает до четырех (иногда до трех) LPT-портов (LPT1-LPT4) своим сервисом - прерыванием INT 17h, обеспечивающим через них связь с принтером по интерфейсу Centronics. Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа (по опросу готовности, не используя аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера. Стандартный порт имеет три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода/вывода, начиная с базового адреса порта (BASE). Data Register (DR) - регистр данных, адрес=ВЛ5Е. Данные, записанные в этот порт, выводятся на выходные линии интерфейса. Данные, считанные из этого регистра, в зависимости от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее записанным данным, либо сигналам на тех же линиях, что не всегда одно и то же. Если в порт записать байт с единицами во всех разрядах, а на выходные линии интерфейса через микросхемы с выходом типа "открытый коллектор" подать какой-либо код (или соединить ключами какие-то линии со схемной землей), то этот код может быть считан из того же регистра данных. Таким образом на многих старых моделях адаптеров можно реализовать порт ввода дискретных сигналов, однако выходным цепям передатчика информации придется "бороться" с выходным током логической единицы выходных буферов адаптера. Схемотехника ТТЛ такие решения не запрещает, но, если внешнее устройство выполнено на микросхемах КМОП, их мощности может не 37 хватить для "победы" в этом шинном конфликте. Однако современные адаптеры часто имеют в выходной цепи согласующий резистор с сопротивлением до 50 Ом. Выходной ток короткого замыкания выхода на землю обычно не превышает 30 мА. Простой расчет показывает, что в случае короткого замыкания контакта разъема на землю при выводе "единицы" на этом резисторе падает напряжение 1,5 В, что входной схемой приемника будет воспринято как "единица". Так что такой способ ввода не будет работать на всех компьютерах. На некоторых адаптерах портов выходной буфер отключается перемычкой на плате. Тогда порт превращается в обыкновенный порт ввода. Status Register (SR) - регистр состояния; представляет собой 5-битный порт ввода сигналов состояния принтера (биты SR.4-SR.7), адрес==8ЛЗЕ+7. Бит SR. 7 инвертируется - низкому уровню сигнала соответствует единичное значение бита в регистре, и наоборот. Назначение бит регистра состояния (в скобках даны номера контактов разъема): - SR. 7 - Busy - инверсные отображения состояния линии Busy (11): при низком уровне на линии устанавливается единичное значения бита - разрешение на вывод очередного байта. - SR.6 - Ack (Acknowledge) - отображения состояния линии Ack (10). - SR.5 - РЕ (Paper End) - отображения состояния линии Paper End (12). Единичное значение соответствует высокому уровню линии - сигналу о конце бумаги в принтере. - SR.4 - Select - отображения состояния линии Select (13). Единичное значение соответствует высокому уровню линии - сигналу о включении принтера. - SR.3 - Error - отображения состояния линии Error (15). Нулевое значение соответствует низкому уровню линии сигналу о любой ошибке принтера. - SR.2 - PIRQ - флаг прерывания по сигналу Ackft (только для порта PS/2). Бит обнуляется, если сигнал Ack вызвал аппаратное прерывание. Единичное значение устанавливается по аппаратному сбросу и после чтения регистра состояния. - SR[1:0] - зарезервированы. - Control Register (CR) - регистр управления. Как и регистр данных, этот 4битный порт вывода допускает запись и чтение (биты 0-3), но его выходной буфер обычно имеет тип "открытый коллектор". Это позволяет корректно 38 использовать линии данного регистра как входные при программировании их в высокий уровень. Биты 0, 1, 3 инвертируются. Назначение бит регистра управления: - SB CR[7:6] - зарезервированы. - CR.5 - Direction - бит управления направлением передачи (только для портов PS/2). Запись единицы переводит порт данных в режим ввода. При чтении состояние бита не определено. - CR.4 - AcklntEn (Ack Interrupt Enable) - единичное значение разрешает прерывание по спаду сигнала на лини Ack - сигнал запроса следующего байта. - CR.3 - Select In - единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Select ln (17) - сигналу, разрешающему работу принтера по интерфейсу Centronics. - CR.2 - Init - нулевое значение бита соответствует сигналу аппаратного сброса принтера. - CR. 1 - Auto LF - единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Auto LF (14) - сигналу на автоматический перевод строки (LF - Line Feed) по приему байта возврата каретки (CR). Иногда сигнал и бит называют AutoFD или AutoFDXT. - CR.O - Strobe - единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Strobeft (1) - сигналу стробирования выходных данных. Запрос аппаратного прерывания (обычно IRQ7 или IRQ5) вырабатывается по отрицательному перепаду сигнала на выводе 10 разъема интерфейса (Ack) при установке CR.4. Во избежание ложных прерываний контакт 10 соединен резистором с шиной +5 В. Прерывание вырабатывается, когда принтер подтверждает прием предыдущего байта. Как уже было сказано, BIOS это прерывание не использует и не обслуживает. Процедура вывода байта по интерфейсу Centronics включает следующие шаги (в скобках приведено требуемое количество шинных операций процессора): - Вывод байта в регистр данных (1 цикл IOWR). - Ввод из регистра состояния и проверка готовности устройства (бит SR.7 сигнал Busy). Этот шаг зацикливается до получения готовности или до срабатывания программного тайм-аута (минимум 1 цикл IORD). - По получении готовности выводом в регистр управления устанавливается строб данных, а следующим выводом строб снимается (2 цикла IOWR). 39 Обычно, чтобы переключить только один бит (строб), регистр управления предварительно считывается, что добавляет еще один цикл IORD. Видно, что для вывода одного байта требуется 4-5 операций ввода/вывода с регистрами порта (в лучшем случае, когда готовность обнаружена по первому чтению регистра состояния). Отсюда вытекает главный недостаток вывода через стандартный порт - невысокая скорость обмена при значительной загрузке процессора. Порт удается разогнать до скоростей 100-150 Кбайт/с при полной загрузке процессора, что недостаточно для печати на лазерном принтере. Другой недостаток - функциональный - сложность использования в качестве порта ввода. Стандартный порт асимметричен - при наличии 12 линий, нормально работающих на вывод, на ввод работают только 5 линий состояния. Если необходима симметричная двунаправленная связь, на всех стандартных портах предусмотрен режим полубайтного обмена - Nibble Mode. В этом режиме, называемом также Hewlett Packard Bitronics, одновременно передаются 4 бита данных, пятая линия используется для квитирования. Таким образом, каждый байт передается за два цикла, а каждый цикл требует по крайней мере 5 операций ввода/вывода. Расширения параллельного порта Недостатки стандартного порта частично устраняли новые типы портов, появившиеся в компьютерах PS/2. Двунаправленный порт 1 (Type 1 parallel port) -интерфейс, введенный в PS/2. Такой порт кроме стандартного режима может работать в режиме ввода или двунаправленном режиме. Протокол обмена формируется программно, а для указания направления передачи в регистр управления порта введен специальный бит CR.5:0 - буфер данных работает на вывод, 1 - на ввод. Не путайте этот порт, называемый также enhanced bi-directional, с ЕРР. Данный тип порта прижился и в обычных компьютерах. Порт с прямым доступом к памяти (Type 3 DMA parallelport) применялся в PS/2 моделей 57, 90, 95. Был введен для повышения пропускной способности и разгрузки процессора при выводе на принтер. Программе, работающей с портом, требовалось только задать в памяти блок данных, подлежащих выводу, а затем вывод по протоколу Centronics производился без участия процессора. Позже появились другие адаптеры LPT-портов, реализующие протокол обмена Centronics аппаратно - Fast Centronics. Некоторые из них использовали FIFO-буфер данных -Parallel Port FIFO Mode. He будучи стандартизованными, такие порты разных производителей требовали использования собственных специальных драйверов. Программы, использующие прямое 40 управление регистрами стандартных портов, не умели более эффективно их использовать. Такие порты часто входили в состав мультикарт VLB. Существуют их варианты с шиной ISA, в том числе встроенные. Стандарт IEEE 1284 Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый в 1994 году, определяет порты SPP, ЕРР и ЕСР. Стандарт определяет 5 режимов обмена данными, метод согласования режима, физический и электрический интерфейсы. Согласно IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена данными через параллельный порт: - Режим совместимости (Compatibility Mode) - однонаправленный (вывод) по протоколу Centronics. Этот режим соответствует стандартному порту SPP. - Полубайтный режим (Nibble Mode) - ввод байта в два цикла (по 4 бита), используя для приема линии состояния. Этот режим обмена может использоваться на любых адаптерах. - Байтный режим (Byte Mode) - ввод байта целиком, используя для приема линии данных. Этот режим работает только на портах, допускающих чтение выходных данных (Bi-Directional или PS/2 Type 1). - Режим ЕРР (Enhanced Parallel Port) (EPP Mode) - двунаправленный обмен данными. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту. Эффективен при работе с устройствами внешней памяти и адаптерами локальных сетей. - Режим ЕСР (Extended Capability Port) (ECP Mode) - двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE (Run Length Encoding) и использования FIFO-буферов и DMA. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен для принтеров и сканеров. В компьютерах с LPT-портом на системной плате режим SPP, ЕРР, ЕСР или их комбинация - задается в BIOS Setup. Режим совместимости полностью соответствует стандартному порту SPP. Остальные режимы подробно рассмотрены ниже. Физический и электрический интерфейсы Стандарт IEEE 1284 определяет физические характеристики приемников и передатчиков сигналов. Спецификации стандартного порта не задавали типов выходных схем, предельных значений величин нагрузочных резисторов и емкости, вносимой цепями и проводниками. На относительно невысоких скоростях обмена разброс этих параметров не вызывал проблем совместимости. 41 Однако расширенные (функционально и по скорости передачи) режимы требуют четких спецификаций. IEEE 1284 определяет два уровня интерфейсной совместимости. Первый уровень (Level I) определен для устройств медленных, но использующих смену направления передачи данных. Второй уровень (Level II) определен для устройств, работающих в расширенных режимах, с высокими скоростями и длинными кабелями. К передатчикам предъявляются следующие требования: - Уровни сигналов без нагрузки не должны выходить за пределы -0,5... +5,5 В. - Уровни сигналов при токе нагрузки 14 мА должны быть не ниже +2,4 В для высокого уровня и не выше +0,4 В для низкого уровня на постоянном токе. - Выходной импеданс Ro, измеренный на разъеме, должен составлять 50±5 Ом. Для обеспечения заданного импеданса используют последовательные резисторы в выходных цепях передатчика. Согласование импеданса передатчика и кабеля снижает уровень импульсных помех. - Скорость нарастания (спада) импульса должна находиться в пределах 0,05-0,4 В/нс. Требования к приемникам: - Допустимые пиковые значения сигналов -2,0...+7,0 В. - Пороги срабатывания должны быть не выше 2,0 В для высокого уровня и не ниже 0,8 В для низкого. - Приемник должен иметь гистерезис в пределах 0,2...1,2 В (гистерезисом обладают специальные микросхемы - триггеры Шмитта). - Входной ток микросхемы (втекающий и вытекающий) не должен превышать 20 мкА, входные линии соединяются с шиной питания +5 В резистором 1,2 кОм. - Входная емкость не должна превышать 50 пФ. Когда появилась спецификация ЕСР, фирма Microsoft рекомендовала применение динамических терминаторов на каждую линию интерфейса. Однако в настоящее время следуют спецификации IEEE 1284, в которой динамические терминаторы не применяются. Рекомендованные схемы входных, выходных и двунаправленных цепей приведены на рис. 18. 42 Рис. 18 - Оконечные цепи линий интерфейса IEEE 1284: а - однонаправленных, б - двунаправленных Полубайтный режим ввода - Nibble Mode Предназначен для двунаправленного обмена. Может работать на всех стандартных портах. Порты имеют 5 линий ввода состояния, используя которые ПУ может посылать в хост байт тетрадами (nibble - полубайт, 4 бита) за два приема. Сигнал Ack, вызывающий прерывание, которое может использоваться в данном режиме, соответствует биту 6 регистра состояния, что усложняет программные манипуляции с битами при сборке байта. Сигналы порта приведены в табл. 1.4, временные диаграммы - на рис. 19. 43 Рис. 19 - Прием данных в полубайтном режиме Прием байта данных в полубайтном режиме состоит из следующих фаз: 1. Хост сигнализирует о готовности приема данных установкой низкого уровня на линии HostBusy. 2. ПУ в ответ помещает тетраду на входные линии состояния. 3. ПУ сигнализирует о готовности тетрады установкой низкого уровня на линии PtrClk. 4. Хост устанавливает высокий уровень на линии HostBusy, указывая на занятость приемом и обработкой тетрады. 5. ПУ отвечает установкой высокого уровня на линии PtrClk. 6. Шаги 1-5 повторяются для второй тетрады. Контакт Сигнал SPP I/O Описание 14 17 AutoFeed# 0 HostBusy - сигнал квитирования. Низкий уровень означает готовность к приему тетрады, высокий подтверждает прием тетрады Sdectln# 0 Высокий уровень указывает на обмен в режиме IEEE 1284 (в режиме SPP уровень низкий) 10 Ack# 1 PtrClk. Низкий уровень означает готовность тетрады, высокий - ответ на сигнал HostBusy 11 Busy I Прием бита данных 3, затем бита 7 12 РЕ I Прием бита данных 2, затем бита 6 13 Sdect I Прием бита данных 1, затем бита 5 15 Error" I Прием бита данных 0, затем бита 4 Полубайтный режим сильно нагружает процессор, и поднять скорость обмена выше 50 Кбайт/с не удается. Безусловное его преимущество в том, что он работает на всех портах. Его применяют в тех случаях, когда поток данных невелик (например, для связи с принтерами). 44 Двунаправленный байтный режим - Byte Mode В данном режиме данные принимаются с использованием двунаправленного порта, у которого выходной буфер данных может отключаться установкой бита. Как и предыдущие, режим является программно-управляемым – все сигналы квитирования анализируются и устанавливаются драйвером. Сигналы порта описаны в табл. 1.5, временные диаграммы - на рис. 20. Имя Контакт Сигнал SPP в байтном режиме * 14 Strobe" HostClk AutoFeed# HostBusy I/O Описание 0 Импульс (низкого уровня) подтверждает прием байта в конце каждого цикла о Сигнал квитирования. Низкий уровень означает готовность хоста принять байт; высокий уровень устанавливается по приему байта 17 Selecting 1284Active о Высокий уровень указывает на обмен в режиме IEEE 1284 (в режиме SPP уровень низкий) 16 lnit# lnit" о Не используется; установлен высокий уровень 10 Ack# PtrClk I Устанавливается в низкий уровень для индикации действительности данных на линиях Data [0:7]. Низкий уровень устанавливается в ответ на сигнал HostBusy 11 Busy PtrBusy I Состояние занятости прямого канала 45 12 PE AckDataReq* 1 Устанавливается ПУ для указания на наличие обратного канала передачи 13 Select Xflag* Флаг расширяемости 15 Error# I DataAvail#* I I/ 2-9 Data [0:7] Data [0:7] 0 Устанавливается ПУ для указания на наличие обратного канала передачи Двунаправленный (прямой и обратный) канал данных Рис. 20 - Прием данных в байтном режиме Фазы приема байта данных: 1. Хост сигнализирует о готовности приема данных установкой низкого уровня на линии HostBusy. 2. ПУ в ответ помещает байт данных на линии Data [0:7]. 3. ПУ сигнализирует о действительности байта установкой низкого уровня на линии PtrClk. 4. Хост устанавливает высокий уровень на линии HostBusy, указывая на занятость приемом и обработкой байта. 5. ПУ отвечает установкой высокого уровня на линии PtrClk. 6. Хост подтверждает прием байта импульсом HostCIR. 7. Шаги 1-6 повторяются для каждого следующего байта. 46 Побайтный режим позволяет поднять скорость обратного канала до скорости прямого канала в стандартном режиме. 47 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1) loreleya.com – информация о протоколах передачи 2) www.signbusiness.ru – информация о чернилах струйных принтеров 3) конспект лекций по курсу ПУЭВС за 2015 год 4) jetstar.ru – каталог статей 5) ru.wikipedia.org – классификация струйных принтеров 48
