Структура и функции ЭВМ

Сигналы внешней шины процессора подаются во внутренние устройства через шинный интерфейс. На внутренней стороне шинный интерфейс и кэш-память передают адреса двунаправленной шине. Данные передаются из кэш-памяти в шинный интерфейс по шине данных. Тесно связанные кэш-память и устройство предвыборки одновременно воспринимают выбранные с опережением команды из шинного интерфейса по разделенной шине данных, которую кэш-память использует также для получения операндов. Находящиеся в кэш-памяти команды доступны устройству предвыборки, которое имеет очередь команд, ожидающих выполнения.

Когда внутренние запросы данных или команд можно удовлетворить из кэш-памяти, сравнительно медленные циклы внешней шины процессора не выполняются. Шинный интерфейс привлекается, если операция требует обращения к оперативной памяти. Таким образом, многие внутренние операции оказываются «прозрачными» для внешней системы.

Дешифратор команд преобразует команды в управляющие сигналы низкого уровня и точки входа в микрокод (микропрограммы). Устройство управления выполняет микрокод и управляет целочисленным устройством, устройством с плавающей точкой и устройством сегментации. Результаты вычислений помещаются во внутренние регистры целочисленного устройства и устройства с плавающей точкой или в кэш-память. Формирование адреса производят устройства сегментации и страничного преобразования. Логические адреса преобразуются устройством сегментации в линейные адреса, которые передаются в устройство страничного преобразования и кэш-память по шине линейного адреса. Устройство страничного преобразования превращает линейные адреса в физические, которые направляются в кэш-память по шине.

Конвейеризация команд. Не все команды требуют при своем выполнении участия всех внутренних устройств. Когда же команда требует участия нескольких устройств, каждое устройство обрабатывает параллельно другие команды на различных этапах выполнения. Несмотря на то, что каждая команда обрабатывается последовательно, в процессоре в различной стадии выполнения всегда находится несколько команд. Такой прием называется конвейеризацией команд. Одновременно выполняются операции, связанные с предвыборкой команд, дешифрированием команд, выполнением микрокода, а также целочисленные операции, операции с плавающей точкой, сегментации, страничного преобразования, управления КЭШ-памятью и шинного интерфейса.

2.1.2 Состав, назначение и принципы работы основных устройств

Обычно персональные компьютеры состоят из трех частей (рис. 2.2):

* системного блока;

* клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;

* монитора (или дисплея) - для изображения текстовой и графической информации.

Рис. 2.2 - Основные блоки ПЭВМ

Компьютеры выпускаются как в настольном варианте, так и в портативном варианте, где системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок располагается под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре.

В современных информационных системах военного назначения настольными ПЭВМ оснащаются стационарные рабочие места должностных лиц, остальными видами могут оснащаться подвижные подразделения.

Системный блок. В системном блоке располагаются все главные функциональные узлы ПЭВМ:

электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);

блок питания, который преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);

накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер);

другие устройства, о которых мы поговорим ниже.

К системному блоку компьютера 1ВМ РС можно подключать различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности.

Внешние устройства. Многие устройства располагаются вне системного блока компьютера и подсоединяются к нему через специальные гнезда (разъ-емы), находящиеся обычно на задней стенке системного блока. Такие устройства

обычно называются внешними. Кроме монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:

* принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;

* мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;

* джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;

* а также другие устройства.

Внутренние устройства. Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока компьютера (поэтому они часто называются внутренними), например:

* модем или факс-модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть (факс-модем может также получать и принимать факсы);

* дисковод для компакт-дисков, он обеспечивает возможность чтения данных с компьютерных компакт-дисков и проигрывания аудиокомпакт-дисков;

* стример - для хранения данных на магнитной ленте;

* звуковая карта - для воспроизведения и записи звуков (голоса и т.д.).

Впрочем, модемы, факс-модемы, стримеры, дисководы для компакт-дисков и другие устройства могут выпускаться и во внешнем исполнении. Как правило, устройства во внутреннем исполнении стоят дешевле - для них не надо изготавливать корпус и их не надо снабжать своим блоком питания.

Контроллеры и устройства. Для управления работой устройств в компьютерах используются электронные схемы - контроллеры. Различные устройства используют разные способы подключения к контроллерам:

* некоторые устройства (дисковод для дискет, клавиатура и т.д.) подключаются к имеющимся в составе компьютера стандартным контроллерам;

* некоторые устройства (звуковые карты, многие факс-модемы и т.д.) выполнены как электронные платы, то есть смонтированы на одной плате со своим контроллером;

* остальные устройства используют следующий способ подключения: в системный блок компьютера вставляется электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем.

Оперативная память. Очень важным элементом компьютера является оперативная память. Именно из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен. При выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается (за некоторыми исключениями, о которых говорится ниже). Часто для оперативной памяти используют обозначение RАМ (память с произвольным доступом).

Количество памяти и возможности компьютера. От количества установленной в компьютере оперативной памяти напрямую зависит, с какими программами на нем можно работать. При недостаточном количестве оперативной памяти многие программы либо вовсе не будут работать, либо станут работать крайне медленно.

КЭШ - память. Для ускорения доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные уже содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

BIOS (постоянная память). В персональном компьютере имеется также и постоянная память, в которую данные занесены при ее изготовлении. Как правило, эти данные не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут только их считывать. Такой вид памяти обычно называется RОМ (память только для чтения), или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство).

В постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки операционной системы (ОС) и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера. Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, часто содержимое постоянной памяти называется ВIOS (базовая система ввода-вывода).

Во многих компьютерах устанавливается ВIOS на основе флэш-памяти. Такая память может быть изменена программами, что позволяет производить обновление ВIOS с помощью специальных программ, без замены материнской платы или микросхемы ВIOS. Чтобы предотвратить случайное изменение ВIOS, запись в него осуществляется лишь при предварительном снятии некоторой перемычки (джампера) на системной плате компьютера.

Во всех компьютерах, кроме очень старых, в ВIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера (SЕТUР). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера (типы видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет, часто также режимы работы с оперативной памятью, запрос пароля при начальной загрузке и т.д.). Как правило, программа настройки конфигурации вызывается, если пользователь во время начальной загрузки нажмет определенную клавишу или комбинацию клавиш.

CMOS (полупостоянная память). Кроме обычной оперативной памяти и постоянной памяти, в компьютере имеется также небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Его часто называют СМOS-памятью, поскольку эта память обычно выполняется по технологии СМOS, обладающей низким энергопотреблением. Содержимое СМOS - памяти не изменяется при выключении электропитания компьютера, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор.

Аккумулятор, питающий СМOS - память, снабжает электроэнергией и встроенные в компьютер часы (так называемые часы реального времени). Наличие этих часов позволяет не задавать текущее время при каждом включении компьютера.

Видеопамять. Еще один вид памяти в компьютерах - это видеопамять, то есть память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера - электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран.

Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера - клавиатуры, дисководов для магнитных дисков и т.д. Иногда по традиции эти устройства называют внешними, хотя некоторые из них могут встраиваться внутрь системного блока, как это описывалось выше. Результаты выполнения программ также выводятся на различные устройства - монитор, диски, принтер и т.д.

Обмен информацией между оперативной памятью и устройствами (он называется вводом-выводом) не происходит непосредственно: между любым устройством и оперативной памятью имеются два промежуточных звена:

1. Для каждого устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

2. Все контроллеры (адаптеры) взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в просторечии обычно называют шиной.

Как будет сказано ниже, в компьютере может быть несколько шин. Например, одна шина может использоваться для обмена с низкоскоростными устройствами (клавиатурой, мышью, дисководами для дискет, модемом, звуковой картой и т.д.), а другая - с высокоскоростными (жесткими дисками, видеоконтроллером и т.д.).

Электронные платы. Электронные схемы компьютера состоят из нескольких модулей - электронных плат. Модульная структура электронных схем компьютера позволяет легко приспособить компьютер к нуждам пользователя и облегчает ремонт компьютера (при ремонте обычно требуется заменить только одну плату, а не все).

На основной плате компьютера, системной или материнской, обычно располагаются основной микропроцессор, оперативная память, кэш-память, шина (или шины) и BIOS. Кроме того, там находятся электронные схемы (контроллеры), управляющие некоторыми устройствами компьютера. Так, контроллер клавиатуры всегда находится на материнской плате. Часто там же находятся и контроллеры для других устройств (жестких дисков, дисководов для дискет и т.д.). Такие контроллеры называются встроенными или интегрированными в материнскую плату. На современных материнских платах обычно находятся интегрированные контроллеры дискет, портов ввода-вывода, часто контроллер жестких дисков, иногда - видеоконтроллер.

В большинстве компьютеров материнская плата всегда содержит несколько разъемов (слотов), в которые могут вставляться электронные платы, содержащие контроллеры для подключения дополнительных устройств. При вставке в разъем материнской платы контроллер подключается к шине - магистрали передачи данных между оперативной памятью и устройствами.

На одной плате могут располагаться как один, так и несколько контроллеров. Например, часто контроллеры жестких дисков и дискет размещаются на одной плате.

Таким образом, наличие свободных разъемов обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых контроллеров. Обычно материнская плата содержит 5-6 разъемов для подключения плат контроллеров, в компактных моделях системных блоков число разъемов может быть меньше (1-2), а в компьютерах, предназначенных для использования в качестве серверов локальной сети, число разъемов может быть больше. В портативных компьютерах используются разъемы специального вида - для подключения контроллеров размером с кредитную карточку (РС-карт).

Виды шин. В компьютере (точнее, на материнской плате) может быть не одна магистраль передачи данных, то есть шина, а несколько. Обычно в современных компьютерах имеются две, а иногда и три шины разных типов. Это связано с тем, что разработанная для IВМ РС АТ в начале 80-х гг. шина ISА оказалась слишком медленной и не смогла пропускать без существенных задержек объемы информации высокоскоростных устройств, появившихся в середине 80-х гг. - быстродействующих жестких дисков, видеоконтроллеров и т.д. Поэтому сейчас шина ISА обычно используется лишь для подключения низкоскоростных устройств (контроллеров портов ввода-вывода, звуковых карт и т.д.).Для подключения высокоскоростных устройств были разработаны более производительные шины - сначала МСА и ЕISА, потом VESA, затем РСI. Сейчас большинство выпускаемых компьютеров оснащается шинами РСI и ISА (обозначение: РСI/ISА).

Следует иметь в виду, что каждый контроллер может быть подключен лишь к той шине, на которую он рассчитан.

Контроллеры портов ввода-вывода. Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Часто этот контроллер интегрирован в состав материнской платы. Контроллер портов ввода-вывода соединяется кабелями с разъемами на задней стенке компьютера, через которые к компьютеру подключаются принтер, мышь и некоторые другие устройства. Порты ввода-вывода бывают следующих типов:

* параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4), к соответствующим разъ-емам на задней стенке компьютера обыкновенно подключаются принтеры;

* последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМЗ). К соответствующим разъемам на задней стенке компьютера обычно подсоединяются мышь, модем и другие устройства;

* игровой порт - к его разъему подключается джойстик. Игровой порт имеется не у всех компьютеров.

Как правило, контроллер портов компьютера поддерживает один параллельный и два последовательных порта.

Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле).

Изложенные сведения об устройстве компьютера иллюстрируются рисунком 2.3, на котором показан вариант, когда на материнской плате, кроме контроллера клавиатуры, имеется только контроллер портов ввода-вывода, а остальные контроллеры выполнены в виде отдельных плат.

Рис. 2.3 - Блок-схема устройства ПЭВМ

процессор электронный вычислительный машина

2.2 Устройства документирования служебной информации

2.2.1 Ударные печатающие устройства

Литерные принтеры. Первой реализованной в коммерческих принтерах технологией печати была именно техника литерной печати.

Литерная технология печати заимствована, по сути дела, у пишущих машинок. Она состоит в печати сформированными символами - литерами. При этом способе печати производится удар по бумаге литерой через красящую ленту, в результате чего на бумаге остается контур символа. Печатающие элементы (шрифтоносители), на которых размещены литеры всех печатных знаков, могут выполняться цилиндрическими (в виде барабана), шарообразными, лепестковыми (типа "ромашка"), ленточными или наперсткообразными. Зачастую эти элементы делают съемными, что позволяет изменять виды шрифтов, наборы символов и языки. Однако такую смену нельзя осуществлять оперативно (в ходе печати).

Литерные принтеры обладали высокой надежностью, обеспечивали типографское качество печати. Вместе с тем, они имели низкую скорость печати (10 - 60 символов/с) и высокий уровень шума, характеризовались отсутствием графических возможностей. Цветные возможности были также ограничены, однако в принципе реализуемы путем использования многоцветной ленты и ее смещения относительно шрифтоносителя. В ряде типов принтеров использовались механизмы для изменения интервалов печати (между символами в строке) и механизмы печати в обоих направлениях при перемещении печатающей головки. Устройство литерного типа сейчас не находят применения.

Точечно-матричные принтеры. Основным узлом точечно-матричного принтера является печатающая головка, которая перемещается по специальным направляющим вдоль печатаемой на бумаге строки, "вырисовывая" выводимую информацию по точкам через красящую ленту. После печати строки бумага продвигается и описанный процесс повторяется. Печатающая головка содержит несколько игл (шрифтов), расположенных вертикально. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. При необходимости отпечатать точку в ходе движения головки соответствующий электромагнит срабатывает, игла ударяется по красящей ленте и точка наносится на бумагу.

Первоначально принтеры данного типа имели головки с 7 иглами, а символы формировались матрицей размером 5х7 точек в ходе горизонтального перемещения головки. Затем их вытеснили 9-игольчатые устройства, и среди дешевых принтеров они сейчас наиболее распространены. Матрица символов в таких принтерах составляет 7х9 или 9х9 точек (возможны и другие варианты), что повышает качество печати. Разработанные после этого 24-игольчатые принтеры обеспечивают лучшее качество печати, но зато и стоят заметно дороже. Диаметр игл, используемых в современных точечно-матричных принтерах, лежит в диапазоне 0,25 - 0,35 мм.

В точечно-матричных принтерах применяются устройства подачи красящей ленты кассетного типа, которое характеризуется достаточно простой процедурой заправки кассеты с лентой в принтер. Пользователь даже не касается красящей ленты руками при ее смене, так как извлекает и вставляет целую кассету.

Различают устройства с обычной и широкой кареткой. Принтеры с обычной (узкой) кареткой обеспечивают печать на носителе, имеющем ширину стандартного листа писчей бумаги. Широкая же каретка позволяет заправлять бумагу с удвоенной шириной. Принтеры обычно способны работать как с рулонной, так и с листовой бумагой. В последнем случае в простых устройствах лист бумаги заправляется вручную. Высококачественные же принтеры обеспечивают автоматическую подачу даже листовой бумаги, что существенно повышает производительность печати.

Точечно-матричные принтеры имеют буферное ОЗУ определенной емкости для того, чтобы разгрузить МП в ходе печати. Принтеры данного типа могут работать в двух режимах - текстовом и графическом.

Текстовый режим характеризуется существенно большей скоростью печати, так как при этом выводится сразу строка символов, а не строка точек. В случае текстового режима в принтеры пересылаются коды символов, которые следует распечатать, причем матрицы точек, которые нужно нарисовать, выбираются из знокогенератора принтера. При графическом режиме в печатающее устройство пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения.

Качество печати точечно-матричного принтера определяется его разрешающей способностью, а также возможностями вывода точек с частичным перекрытием (в том числе за несколько проходов печатающей головки).

Во многих моделях данных принтеров увеличение скорости печати достигается путем реализации вывода как при прямом, так и при обратном ходе печатающей головки.

Дополнительного повышения качества печати можно добиться, применив печатающие головки с "плавающими" в плоскости бумаги шрифтами, но такие устройства не отличаются высокой надежностью.

Точечно-матричные принтеры, как правило, поддерживают несколько шрифтов и их разновидностей.

Переключение режимов работы точечно-матричных принтеров и смена шрифтов может осуществляться как программно, так и аппаратурно путем нажатия имеющихся на устройствах клавиш или соответствующей установки переключателей.

Цветная печать реализуется следующим образом - каждая строка цветного изображения формируется за четыре прохода печатающей головки с помощью поднятия или опускания кассеты с цветной лентой при каждом проходе, в результате чего иголки ударяют по полосе другого цвета на ленте. Цветной RGB-дисплей для производства различных цветов смешивает три основных цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). В отличие от этого цветной принтер выполняет ту же работу с помощью других трех цветов, которые легче смешивать на бумаге: бирюзового, яркокрасного и желтого. Если добавить черный цвет, то получится квартет, который формирует основу всей цветной печати. Принтер наносит эти цвета на бумагу либо по отдельности, либо один поверх другого. Таким образом образуется RGB-палитра. Перечисленные три комбинации плюс четыре исходных цвета дают уже семь цветов, которые охватывают палитру точечно-матричных принтеров.

2.2.2 Безударные печатающие устройства

Струйные принтеры. Струйная технология печати, абстрагируясь от деталей, состоит в том, что изображение наносится на бумагу путем "выстреливания" (под давлением) красителя из крохотного сопла. Одно или несколько сопел устанавливается на печатающей головке, которая аналогично точечно-матричным принтерам в процессе работы устройства перемещается относительно бумаги. Различают два основных типа струйных принтеров: с непрерывной подачей красителя и с капельным микродозатором.

В устройствах первого типа формируется непрерывный поток из маленьких капель, которые заряжаются и, пролетая через электрическое поле, отклоняются в вертикальной плоскости пропорционально их заряду. Горизонтальное отклонение обеспечивается перемещением печатающей головки. Капли, которые не должны делать точку на бумаге, отклоняются в специальный желоб, по которому краска возвращается в резервуар для последующего использования. Отклонение капель должно быть одинарным, при котором капля попадает либо в определенную точку по вертикали на бумаге, либо в желоб возврата. Такой принцип используется для печатающих головок с несколькими вертикально расположенными соплами. Имеются и устройства с мультиотклонением, используемым при недостаточном количестве сопел, в частности, когда печатающая головка имеет одно сопло.

Принтеры второго типа (с капельным микродозатором) содержат матрицу или столбец вертикально расположенных сопел, и принцип формирования изображений в них аналогичен точечно-матричным печатающим устройствам. При горизонтальном движении печатающей головки из сопел в нужные моменты времени "выстреливаются" капли, которые попадают на бумагу. В этом случае отпадает необходимость отклонять поток капель.

Принтеры с непрерывной подачей красителя, по сравнению с устройствами с капельным микродозатором, имеют большее быстродействие, но и являются более сложными.

Струйным принтерам присущи низкий уровень шума и энергопотребление, высокие графические возможности, вполне доступная стоимость и достаточно хорошее качество печати. Малая потребляемая мощность обеспечивает возможность их использования в портативных ПЭВМ с батарейным питанием.

Струйная технология печати порождает и ряд проблем, среди которых основной является проблема предотвращения засыхания чернил в соплах и одновременно с этим обеспечение быстрого их высыхания при попадании на бумагу. Она решается либо путем погружения сопел в резервуар с красителем, либо автоматизацией очистки сопел, либо благодаря использованию красителя, расплавляющегося при нагревании и затвердевающего при остывании. Струйная технология является одним из основных видов получения высококачественной цветной печати. Для цветной печати, как правило, используются красители уже названных четырех цветов. Попарное их смешение до нанесения капель на бумагу дает еще три цвета. Чтобы выйти за семицветное ограничение, струйные принтеры используют прием, известный как подмешивание: печать смежных (возможно, с наложением) точек разными цветами, которые глаз воспринимает как одноцветный блок. Однако из-за того, что подмешивание заменяет одну точку определенного цвета несколькими точками разных цветов, изображения, напечатанные методом подмешивания, получаются несколько размытыми.

Термографические принтеры. Между принципом действия термографических и точечно-матричных принтеров можно провести определенную параллель. Отличия состоят лишь в том, что для нанесения точек в первых принтерах используется свойство некоторых материалов изменять свой цвет при нагревании (или расплавляться), а вместо обычных металлических игл применяются тонкие нагреваемые электроды. Таким образом, в термографических принтерах для формирования изображения на бумаге используется не удар, а нагрев. Иногда эти устройства называют химическими принтерами, так как в них используется одноименная реакция, вызванная нагреванием.

Термографические печатающие устройства подразделяются на два типа:

принтеры с прямым нагревом и принтеры с переносом.

В устройствах первого типа используется бумага со специальным химическим покрытием. Нагретый электрод непосредственно касается такой бумаги, и в результате химической реакции точка "проявляется" приобретая синий или черный цвет.

В принтерах второго типа используется специальная красящая лента, краситель которой, расплавляясь от касания нагретым электродом, переносится на бумагу, отпечатывая точку.

Достоинство принтеров с передачей состоит в том, что им не требуется специальной бумаги, однако сама красящая лента довольно дорога. Кроме того, при передаче точки через ленту возникает ряд дополнительных технических проблем.

Термографические принтеры почти бесшумны, просты по конструкции, недороги и, хотя обладают малым для большинства моделей быстродействием (40-80 символ/с), дают довольно высокое качество печати, естественно, предоставляя и графические возможности. Простота конструкции привела к тому, что устройства этого типа часто используются в портативных ПЭВМ.

Технология цветной термографической печати достаточно проработана, однако независимо от типа устройства (с прямым нагревом или с переносом) она требует нескольких проходов (по одному на каждый основной цвет).

Электрофотографические (лазерные) принтеры. В основе большинства лазерных принтеров лежит электрофотографический принцип печати, заимствованный из ксерографии, где используется свойство фоточувствительных материалов изменять свой поверхностный заряд в зависимости от освещенности.

Лазерный принтер содержит вращающийся барабан (реже - ленту), покрытый фоточувствительным (светочувствительным) материалом. В исходном состоянии поверхность барабана электрически нейтральна или имеет электрический заряд, равномерно по ней распределенный (в зависимости от разновидности принтера). В процессе работы устройства при помощи сканирующего зеркала осуществляется растровая развертка луча от лазерного диода по поверхности барабана. После множества коротких вспышек этого диода, выполняемых в соответствии с выводимым изображением, на барабане засвечиваются все требуемые участки и электрический заряд их изменяется. После засветки на барабан наносится порошок определенного цвета, называемый тонером, частицы которого обладают электрическим зарядом. В результате электростатического взаимодействия частицы тонера прилипают к барабану только в тех местах, которые были освещены или не были освещены, что зависит от системы окрашивания (разновидности принтера). Затем рисунок переносится на бумагу путем прижатия ее к барабану и последующего приложения электрического поля. Наконец, тонер фиксируется на бумаге (чаще всего путем термосилового закрепления, состоящего в прокатке разогретым валиком). Иногда фиксация осуществляется вследствие воздействия паров какого-либо растворителя.

Изображение формируется по точкам, однако за счет высокого разрешения лазерными принтерами обеспечивается типографское качество печати текстов и возможность воспроизведения высококачественных рисунков, что позволяет размещать на одной странице как графические изображения, так и текстовую информацию с широким диапазоном размеров букв и множеством различных шрифтов. Лазерные принтеры отличаются высокими быстродействием, разрешающей способностью и соответственно качеством печати, а также великолепными графическими возможностями и низким уровнем шума. Обеспечивается автоматическая подача бумаги.

Наряду с цветными фотокопировальными устройствами, реализующими эту технику печати, существуют и цветные лазерные принтеры.

Электростатические принтеры. Технология электростатической печати является близкой родственницей электрофотографии.

Вместо источника света и сложной оптики с подвижными частями для переноса изображения на барабан в электростатических принтерах используется принцип ионного осаждения (электронная печать). Он реализуется за счет того,что над барабаном устанавливается управляющий электрод, а между ними -сменная кассета ля ионного осаждения. Барабан и кассета, в свою очередь, разделены экранизирующим электродом с отверстиями, который воздействует на ионы в качестве удерживающего и фокусирующего элемента. При приложении к барабану и управляющему электроду напряжения между ними возникает коронный разряд, в результате чего ионы, "хранящиеся" в кассете, ускоряются и переносятся через экранизирующий электрод на барабан.

Потенциал же экранизирующего электрода управляет засветкой барабана в соответствии с выводимым изображением. Далее процесс печати повторяет технологию, реализованную в лазерном принтере.

Из-за отсутствия подвижных деталей электростатические принтеры обладают большей надежностью и долговечностью.

Электрочувствительные принтеры. В электрочувствительном печатающем устройстве изображение формируется в результате протекания тока по поверхности специальной бумаги. В наиболее распространенной конструкции используется бумага с цветным покрытием, поверх которой наносится тонкая алюминиевая пленка, придающая листу бумаги белый цвет. Печать производится аналогично точечно-матричным принтерам с помощью ряда игл, к которым приложено напряжение. При касании иглами отверстия в пленке становится видна подложка (покрытие бумаги, обычно темного цвета), за счет чего и "проявляется" изображение. Существуют как принтеры последовательного действия, так и построчно печатающие устройства данного типа.

Благодаря малым размерам электрочувствительные устройства могут встраиваться в дисплеи и использоваться в портативных ПЭВМ.

Магнитографические принтеры. Магнитография в какой-то мере аналогична электрофотографии и электростатике, но в ней используется магнитная запись. Барабан имеет магнитное покрытие, а над ним располагаются магнитные головки, которые записывают на этот барабан "невидимое" изображение. Тонер обладает ферромагнитными и термопластическими свойствами. После намагничивания барабана тонер переносится на него, "прилипая" к определенным его областям. Проявленное таким образом изображение закрепляется на бумаге путем теплового сплавления.

Уникальность данной технологии в том, что она позволяет воспроизводить копии одного и того же изображения без его регенерации на барабане.

Размещено на Allbest.ru