Печатающие устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 7. Печатающие устройства

1. Принципы построения различных типов принтеров

Определения:

Принтер - это устройство, обеспечивающее вывод изображения на бумагу или пленку.

Плоттер - это устройство для вычерчивания изображения на бумаге.

Принципы формирования изображений:

у принтеров - соответствие растровым дисплеям;

у плоттеров - соответствие векторным дисплеям.

Принтеры и плоттеры создают так называемые твердые копии (hardcopy) документов; твердость означает невозможность их последующей произвольной модификации. По этому признаку принтеры и плоттеры относятся к пассивным устройствам графического вывода противоположность -- активные устройства вывода -- дисплеи.

По способу печати принтеры разделяются на буквопечатающие и знакосинтезирующие (что аналогично текстовому и графическому режимам дисплея), а также последовательные и параллельные.

В последовательных принтерах печать осуществляется поэлементно с продвижением по строке, и после завершения печати одной строки переходят к печати следующей строки.

В параллельных принтерах строка печатается целиком строкой.

Буквопечатающие принтеры способны печатать только строчки символов из фиксированного набора, что ограничивает область их применения для текстовых документов без возможности использования разнообразия шрифтов. Вместе с тем, у них есть преимущество в качестве печатаемых символов, а в ряде случаев -- и в скорости печати.

Знакосинтезирующие, они же матричные принтеры, позволяют печатать произвольные изображения. По способу нанесения красителя они делятся на ударные (игольчатые), термические, струйные и лазерные, хотя под матричными, как правило, подразумевают именно игольчатые.

Матричные игольчатые принтеры

Игольчатые принтеры (Dot Matrix Printer) имеют печатающую головку, на которой расположена матрица игольчатых молоточков, управляемых электромагнитамитами. Иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, бумага лежит на валике, перемещаясь только продольно (перевод строк выполняется поворотом вала, но в обоих направлениях. Перемещение по строке выполняет сама печатающая головка -- она довольно легкая, поэтому ее можно двигать быстро. Все управление механикой выполняет встроенный микроконтроллер принтера. В его ведении находятся шаговые двигатели подачи бумаги и перемещения головки по строке, а также приводы иголок, которых может быть от 8 до 24. На принтере имеются механические или оптоэлектронные датчики крайних положений каретки, а также датчик конца бумаги. Управляя этими механизмами и пользуясь датчиками, можно вывести любое изображение. Во время печати головка движется по строке слева направо, и ударами иголок отпечатываются требуемые точки. После того как строка отпечатана, передвигается бумага и выполняется печать следующей строки. Если бумагу не перемещать, то можно повторно пропечатывать отдельные элементы (символы), и они будут выглядеть ярче. У некоторых принтеров печать может выполняться и на обратном ходе головки, что экономит время печати, хотя из-за люфтов механики возможно не очень точное совмещение точек, отпечатанных на прямом и обратном ходе.

Матричные принтеры могут работать как в графическом, так и в символьном режимах. Развертку символов в точечное изображение выполняет встроенный процессор (микроконтроллер) принтера, у которого есть ПЗУ с таблицами знакогенераторов. Обычно принтеры имеют несколько таблиц (для разных языков и шрифтов), переключаемых программно (по командам от компьютера), аппаратно (переключателями на принтере) или с помощью кнопок панели управления принтером.

Контроллер принтера по интерфейсу принимает от компьютера поток байтов, содержащий данные для печати и управляющие команды. Данные принимаются в буферное ОЗУ, откуда извлекаются и интерпретируются в соответствии с возможностями механики. Принтер обеспечивает обратную связь с компьютером: управляет потоком (останавливает по заполнению буфера) и сообщает свое состояние -- готовность (On-Line), конец бумаги (Paper End), ошибка (Error). Это позволяет программе работать с принтером не вслепую и сообщать пользователю о необходимости вмешательства.

Принтер способен печатать поступающие к нему данные, когда он включен, у него есть бумага и он находится в состоянии On-Line. В состоянии On-Line принтер готов к приему данных от компьютера (если у него есть место в буферной памяти). Заметим, что принтер печатает строку только после того, как «поймет», что у него в буферной памяти собрался окончательный образ для этой строки. В символьном режиме строка будет отпечатана в следующих случаях:

§ принято столько символов, сколько умещается в строке, и еще хотя бы один (принтеру полагается воспринимать код «забой», по которому он должен аннулировать предыдущий символ);

§ принят символ возврата каретки (CR), перевода строки (LF) или формата (FF);

§ оператор нажал кнопку перевода строки или формата (для их срабатывания принтер должен быть переведен в состояние Off-Line, печать строки может быть вызвана и переводом в это состояние).

Таким образом, матричный принтер является устройством построчного вывода.

В графическом режиме идея печати та же -- строка печатается целиком, когда для нее готовы данные (для всех используемых иголок). При переводе принтера в стояние Off-Line печать и прием данных приостанавливаются, но оставшиеся в буфере данные сохраняются. Буфер очищается по включению питания, аппаратному сбросу по сигналу интерфейса и по приему специальной команды.

По включению питания, аппаратному или программному сбросу контроллер выполняет самотестирование и приводит механику в исходное состояние. Для этого он перемещает головку до срабатывания датчика левого положения, чтобы откалибровать систему позиционирования. Некоторые принтеры после этого немного прогоняют головку вправо, чтобы она не мешала заправке бумаги.

Разрешающая способность матричного принтера определяется размером матрицы иголок и разрешающей способностью печати: точки можно пропечатывать, смещая головку (влево-вправо) и бумагу (вверх-вниз) даже на долю шага так, что точки сольются в почти гладкую линию, для чего требуется довольно точная механика. Разрешающая способность печати связана со скоростью: поскольку иголки все-таки инерционны, предельная частота их срабатывания ограничена. Поэтому для высокого разрешения скорость перемещения головки и бумаги невысока. Современные модели матричных принтеров позволяют достигать разрешения вплоть до 360dpi (точек на дюйм) по обоим координатам. Принтеры, как правило, могут работать в режимах с различным разрешением -- от малого разрешения для быстрой печати черновиков (draft) до высокого разрешения (NLQ. -- Near Line Quality, качество, близкое к гладким буквам пишущих машинок).

Цветные матричные принтеры работают с многоцветной (обычно трехцветной) красящей лентой. Каждая строка печатается за несколько проходов головки, и на каждый проход устанавливается полоса ленты определенного цвета. Такая цветная печать происходит не быстро, да и качество цветопередачи невысокое.

Матричные принтеры весьма неприхотливы -- могут печатать практически на любой бумаге -- листовой, рулонной, фальцованной. Листовая бумага подаётся фрикционным механизмом -- валиком, к которому она прижимается обрезиненным роликом. Листы могут заправляться вручную, а в более дорогих моделях имеются специальные лотки для автоматической подачи бумаги из пачки. Для печати из рулона или стопки фальцованной бумаги с перфорацией по краям механизм подачи бумаги имеет траки -- резиновые или пластмассовые «гусеницы» с зубчиками. Траки расположены на общей оси и обеспечивают подачу бумаги без перекосов, неизбежных (пусть и в небольшой степени) при фрикционной подаче. Узкие принтеры позволяют печатать на бумаге шириной до формата А4 (вертикально заправленный лист), широкие -- до A3 (горизонтально заправленный лист). Принтеры имеют направляющие, регулируемые по ширине листа, а у моделей с траками направляющие двигаются вместе с траками. Существуют специальные приспособления для печати этикеток.

Параллельные матричные принтеры (например, Tally Mannusman) не имеют подвижной печатающей головки -- у них иголки расположены вдоль всей печатаемой строки. За счет этого печать происходит очень быстро (с той же скоростью, что и у барабанных буквопечатающих принтеров). Горизонтальное разрешение у этих принтеров не обязательно определяется числом иголок: печатающий блок может немного перемещаться вдоль строки, и каждая строка может быть отпечатана за несколько ударов, при которых точки смещаются относительно друг друга на доли шага иголок. От этих принтеров в основном требуется высокая скорость печати символов, так что механизм повышения разрешения, снижающий скорость печати, может включаться лишь для графической печати «экзотических» шрифтов. Эти принтеры, как правило, широкие и работают с рулонной и фальцованной бумагой с перфорацией по краям (фрикционная дача на большой длине всегда будет уводить бумагу в сторону). Данные принтеры имеют высокую цену, но при большом объеме текстовой печати весьма эффективные, т.к. Расходный материал -- красящая лента.

Термопринтеры

Термопринтеры по конструкции напоминают игольчатые, но вместо ударов иголок по красящей ленте их головки нагревают отдельные точки специальной термочувствительной бумаги. Эти принтеры отличаются практически бесшумной работой, правда, скорость печати невысока. Главный недостаток -- требуется специальная бумага, изображение на которой получается не очень устойчивым (на солнечном свету и при нагревании бумага темнеет). В настоящее время термопринтеры используются в основном в факсимильных аппаратах.

Струйные принтеры

Струйные принтеры также конструктивно аналогичны матричным игольчатым, но вместо удара по бумаге через красящую ленту они выстреливают по бумаге, капельками специальных чернил. Чернила выстреливаются из микроскопических сопел с использованием пьезоэлектрических механических микронасосов пузырьковой технологии (bublejet). Пузырьки пара, выталкивающие чернила из сопла, образуются под воздействием микроскопического нагревательного элемента. Число сопел в головке измеряется десятками, благодаря их малому размеру удается достичь высокого разрешения (вплоть до 720 dpi=точек на дюйм). Цветные струйные принтеры имеют сопла для чернил базисных цветов и черных (набор цветов для модели CMYK -- Cyan=Рыжий, Magenta, Yellow=Желтый, Black=Черный). По конструкции чернильниц принтеры разделяются на два типа: с отдельными сменными чернильницами и с чернильницами, совмещенными с головкой. В совмещенном варианте предусматривается дозаправка чернильниц. Струйные принтеры работают тихо, скорость печати определяется режимом:

черновая -- быстро, качественная,

цветная печать, -- довольно медленно.

Высокое качество достижимо только на хорошей бумаге. На плохой бумаге чернила растекаются, правда, против этого применяют разные ухищрения (например, подогрев бумаги для ускорения высыхания). Струйные принтеры печатают только на листовой бумаге, большинство моделей работает с форматом А4, но есть и A3. Для них подходит бумага, предназначенная для ксероксов. Из-за довольно высокой цены картриджей с чернилами стоимость печати на струйном принтере, особенно цветной, оказывается довольно высокой, в то время как сами принтеры относительно недороги. Иногда у принтеров пересыхают чернила в соплах, и это, как правило, приводит к необходимости замены довольно дорогой головки. В отличие от игольчатых принтеров, которые готовы к работе почти сразу по включению питания, струйные принтеры довольно медлительны -- по включению питания они выполняют серию манипуляций с головкой и чернильницами, подготавливаясь к работе. Чтобы сопла не высыхали, головка паркуется в специальном месте. Нештатное включение питания во время работы не позволяет принтеру припарковать головку, и чернила могут засохнуть в соплах.

Число органов управления у струйных принтеров сведено к 1-2 кнопкам, одна из которых является выключателем питания. Одной кнопкой и переключают режим On-Line/Off-Line, и выводят недопечатанную страницу, и загружают новую страницу. Перевод строки, смена шрифтов и т. д. кнопками уже не выполняются -- всеми этими функциями управляет компьютер. Это вполне закономерно поскольку в струйном принтере место листа, в котором производится печать в данный момент, скрыто от глаз (поэтому ручной перевод строки не имеет смысла), а шрифтовые возможности настолько богаты (благодаря высокому разрешению), что кнопочное управление тут просто неуместно.

Лазерные принтеры

В лазерных принтерах используется та же технология переноса изображения на бумагу, что и в копировальных аппаратах.

Имеется барабан, покрытый фоточувствительным полупроводником. Поверхность барабана электризуется, после чего модулированный лазерный луч сканирует всю поверхность барабана, разряжая засвеченные участки. Сканирование осуществляется с помощью вращающегося зеркала, направляющего луч на поверхность барабана, и вращения самого барабана. К разряженным точкам поверхности притягивается тонер -- очень мелкий красящий порошок, таким образом, на барабане формируется изображение полного листа. Далее синхронно с вращением барабана по барабану прокатывается наэлектризованный лист бумаги, и частички тонера переходят на него. Затем бумага с тонером прокатывается через горячие валки, и тонер припекается к бумаге, после чего лист выводится из принтера. Лишний порошок тонера, собирается в контейнере сбора отработанного порошка. Таким образом, лазерный принтер является постраничным печатающим устройством -- он может печатать страницу только целиком, не имея возможности остановиться посреди строки (как последовательный принтер) или листа (как построчный принтер). Цветная печать осуществляется в несколько проходов -- каждый раз со своим цветом тонера, Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати и обладают самым высоким разрешением. Они работают с листовой бумагой высокого качества, пачка которой загружается в лоток, или с пленкой, используемой в полиграфии вывода оригинал-макетов. Лазерный принтер можно использовать и для вывода фотошаблонов для изготовления печатных плат, используя различные пленки для получения изображений. Специально для печати на пленку принтеры имеют возможность зеркальной печати изображения (именно так и печатают макеты книг). Принтеры чувствительны к механическим свойствам бумаги -- плохую и мятую бумагу они заминают, и для извлечения остатков листа приходится открывать принтер. Скорость черно-белой печати достигает десятков листов в минуту, цветная печать выполняется медленнее.

Лазерные принтеры выпускаются в широком ассортименте - от маломощных персональных до мощных. Большие принтеры имеют несколько лотков для бумаги и возможность программного выбора лотка. Для каждой модели принтера имеется оптимальная нагрузка -- количество отпечатанных листов за единицу времени, а также ресурс барабана. Превышение нагрузки ведет к ускоренному износу, и принтер может не успеть выработать свой официальный ресурс, слишком малая нагрузка невыгодна -- мощные принтеры стоят дорого, и удельная стоимость печати окажется слишком высокой.

Расходным материалом для лазерного принтера являются картриджи с тонером; иногда имеется возможность дозаправки картриджа порошком. Стоимость печати по расходным материалам у лазерного принтера невысока, но сами принтеры дороже всех других типов (правда, и качественнее).

Лазерные принтеры имеют мощные встроенные процессоры и большой объем буферной памяти, поскольку они должны хранить изображение целой страницы с высоким разрешением. Объемом буферной памяти определяется максимальное разрешение. Особенно много памяти требует цветная печать. Память лазерного принтера может быть расширена установкой дополнительных модулей динамической памяти, правда, ряд моделей довольно капризны по отношению к типам устанавливаемых модулей. Внутреннее ПО принтера, хранящееся в его ПЗУ, может быть расширено путем установки дополнительных модулей, как правило, флэш-памяти.

Органы управления «персональными» лазерными принтерами (как и струйными) минимизированы. Мощные принтеры, имеющие несколько лотков подачи бумаги и обеспечивающие возможность различных настроек, часто имеют небольшой жидкокристаллический дисплей и кнопки, позволяющие управлять принтером с помощью меню.

Плоттеры

Плоттеры, они же графопостроители, предназначены для вывода чертежей. Плоттеры являются векторными устройствами (по крайней мере по входным данным). В плоттерах первых поколений пишущее средство перемещалось на бумаге по траектории, заданной отображаемой в данный момент фигурой, способен рисовать графические примитивы: точка, отрезок прямой, дуга (окружность как его разновидность), прямоугольник. Поток данных, получаемый плоттером, содержит команды рисования этих примитивов и параметры. Многие плоттеры «понимают» и команды написания текста: каждую букву они внутренне интерпретируют как набор отрезков и дуг; для этого они должны иметь соответствующие таблицы знакогенераторов. Плоттеры позволяют выводить изображения на листы разного формата -- от А4 для настольных устройств АО у крупных напольных устройств. Для принтеров такие большие раз1 доступны. По способу обеспечения движения пишущего средства относ: го бумаги различают планшетные и рулонные плоттеры.

В планшетном плоттере лист бумаги укладывается на плоский стол и неподвижно закрепляется. На небольших устройствах лист по краям прижимается металлическими полосками к магнитному столу. На устройствах большого формата листы иногда присасываются воздухом через специальные отверстия в столе. Над столом в одном направлении перемещается каретка, вдоль которой перемешается пишущая головка. Вся эта конструкция, напоминающая мостовой кран, приводится в движения двумя шаговыми двигателями, обеспечивающими перемещение пишущей головки по всей поверхности листа. Точность позиционирования измеряется десятыми и даже сотыми долями миллиметра. Головка перьевого плоттера снабжена пишущим пером. На головке имеется соленоид, который прижимает перо к бумаге в нужных местах. У струйного плоттера используется головка такого же типа, как и у струйного принтера (черно-белая или цветная). Приводы позиционирования и пишущего узла управляются встроенным микроконтроллером в соответствии с принимаемым потоком команд.

В рулонном плоттере имеется горизонтальный барабан, на который кладётся лист бумаги и прижимается к барабану валиками. Края листа свободно свисают вниз (это напольные конструкции). Пишущая головка перемещается по направляющей только вдоль оси барабана. Вращение барабана (в обоих направлениях) и перемещение головки совместно обеспечивают взаимно перпендикулярные перемещения пишущего средства относительно бумаги. Рулонные плоттеры позволяют выводить чертежи крупного формата, не занимая при этом огромной площади (как планшетные). Здесь жестко ограничена лишь ширина рулона (А1 или А0). Есть устройства, у которых края листа не свисают, а наматываются на специальные барабаны -- такие плоттеры могут выводить полотна длиной в несколько метров. Однако в рулонном плоттере при повторных прогонах довольно трудно обеспечивать точное позиционирования бумаги, которая катается по барабану вперёд-назад во время вывода чертежа огромное количество раз. Из-за этого требуется очень высокоточная (а потому и дорогая) механика.

Современные струйные рулонные плоттеры сделаны несколько иначе. По сути дела они являются растровыми струйными принтерами, головка которых имеет ряд (и не один) сопел. При выводе бумага в них по барабану прокатывается всего один раз, в одном направлении, и за этот проход растровым способом выводится все изображение. Растеризация изображения производится во внутреннем ОЗУ огромного размера, но на данном этапе это оказывается уже проще, делать сложную механику.

Перьевой плоттер способен выбирать перья (по цвету чернил, типу и толщине) из имеющихся у него в распоряжении. Перья бывают разные -- типа шариковой ручки (ball tip pen), фломастера (fiber tip pen) или керамического пера (keramic tip pen) -- каждый тип имеет свою нишу применения. Для выбора пера используют разные механизмы. В револьверном механизме перья устанавливаются в ячейки барабана, размещенного у края рабочего стола плоттера. Отдельный -привод поворачивает барабан на нужный угол, предоставляя для доступа требуемую ячейку. Головка подводится к барабану и определенным движением вынимает из него перо (предварительно поставив прежнее в свободную ячейку). У других плоттеров перья устанавливаются в ряд держателей, и головка для обмена подводится к одному из них.

Внешний интерфейс плоттера -- параллельный или последовательный. В отличие от принтеров для плоттеров интерфейс не является узким местом -- передача графических команд даже по последовательному интерфейсу происходит гораздо быстрее их механического исполнения. Параллельный интерфейс плоттера ничем не отличается от принтерного. С последовательным интерфейсом на некоторых старых плоттерах бывают сложности. Некоторые плоттеры с последовательным интерфейсом используют программное управление потоком, но посылают не стандартные символы XON/XOFF, а слова (ASCII-строки). Такой протокол обмена на уровне системы практически не поддерживается (эти плоттеры непосредственно «разговаривают» с прикладной программой). Это осложняет подключение плоттера к компьютерной сети (например, через принт-сервер).

У плоттеров имеется ряд специфических параметров:

§ формат бумаги (максимальный и минимальный размеры листа);

§ линейная скорость движения пера при рисовании и холостых перемещениях;

§ максимальное ускорение головки;

§ точность позиционирования;

§ повторяемость позиционирования (способность многократно попадать в заданную точку после длительных «путешествий»);

§ количество цветов;

§ поддерживаемые языки графических команд.

Кроме рисующих плоттеров существуют и режущие плоттеры (cutter), в них вместо пишущей имеется режущая головка с механическим или лазерным резаком.

2. Форматы данных и интерфейсы принтеров

принтер интерфейс лазерный струйный

Форматы данных

Современные принтеры способны работать в любом режиме -- графическом или текстовом. После включения питания, аппаратного или программного сброса принтер готов к получению текстовых данных и команд. Принтеры, как правило, работают в расширенной (8-битной) таблице ASCII-кодов. Первые 32 кода (О-lFh) используются для управляющих символов, непосредственно не отображаемых принтером. Далее следуют коды специальных символов, цифр, прописных (верхний регистр, uppercase) и строчных (нижний регистр, lowercase) букв латинского алфавита. Коды 80-FFh требуются для знаков национального ( в частности, русского) алфавита и символов псевдографики.

Файл BINCOD.CHR представляет собой таблицу всех печатных символов (управляющие коды пропущены), расположенных по 16 символов в строке. Из управляющих кодов, используемых при печати в символьном режиме, особо отметим код возврата каретки (CR, ODh), перевода строки (LF, OAh) и формата (FF, ОСh). Если принтеру задан режим AutoLF, то по коду возврата каретки принтер будет автоматически выполнять и перевод строки. Этот режим может быть задан настройкой принтера, а также специальным сигналом интерфейса Centronics. Файлы для печати в конце каждой строки, как правило, содержат пару кодов -- CR и LF (последовательность байтов 0D, ОА), и при их распечатке в режиме AutoLF будут пропускаться пустые строки. Обычно режим AutoLF не используют. По трактовке управляющих кодов среди матричных принтеров распространены две основные системы команд: IBM (для принтера IBM ProPrinter) и Epson. Практически все команды изменения режимов печати (переключение шрифтов, изменение размера, эффекты печати и т. п.), а также переключения в графический режим, начинаются с кода Escape (Esc, lBh). Далее следует один или более байтов кода команды; формат последовательности определяется первым байтом (командой), следующим за кодом Esc. Вся эта конструкция называется Escape-последовательностью.

Для графической печати существует множество языков со своими системами команд.

В матричных принтерах использовались два режима печати -- битовый образ и растровый режим.

Битовый образ был вполне естественным для первых 8-9-игольчатых принтеров. В этом режиме блок графических данных несет байты, отвечающие за печать одной колонки всех иголок головки принтера. Для 9-игольчатых принтеров было удобно печатать колонки из 8 точек (чтобы колонка уместилась в байт), младшему биту байта соответствовала верхняя иголка. Байты задавали соседние колонки, слева направо. Escape-последовательность графического элемента строки состоит из команды печати, кода режима (разрешения), числа колонок в строке (2 байта), за которыми следует требуемое число байтов данных для каждой колонки. Графический принтер будет интерпретировать эту последовательность как блок графических данных, а следующие байты -- как новую команду или символ текста. Для 24-игольчатых принтеров каждую колонку задают три байта графических данных. Строка будет напечатана после подачи символов CR, LF. В строке может быть несколько графических блоков, расположенных друг за другом, и они даже могут чередоваться (или совмещаться) с текстовыми символами, но использовать эту возможность программно неудобно. Для графической печати нужно отдельно программировать и вертикальный шаг перемещения бумаги (межстрочное расстояние). Управляя шагом и графическим режимом, можно выбирать требуемое разрешение по вертикали и горизонтали. Битовый образ пригоден только для черно-белой печати; он неудобен тем, что формат блока данных зависит от числа иголок принтера (бывают и 24-, и 48-игольчатые принтеры).

В растровом режиме черно-белой печати каждый байт графических данных несет информацию о горизонтальной группе из восьми точек линии; старший бит соответствует левой точке, следующие друг за другом байты отображаются слева направо. После байтов, описывающих одну линию, следуют байты следующей линии (сверху вниз), и так до конца страницы (аналогично образу экрана в графическом режиме). Для цветной печати формат несколько сложнее, но общая идея сохраняется. Растровый режим естественен для лазерных принтеров -- он соответствует способу формирования изображения на барабане. Этот режим поддерживают и многие современные струйные принтеры. Логически этот формат удобнее, поскольку он не зависит от числа сопел, правда, требует довольно большой буферной памяти принтера, но на современном этапе развития техники это уже не проблема. Растровый режим позволяет представить любое изображение. Однако здесь (как и при битовом образе) объем передаваемых данных растет пропорционально произведению вертикального и горизонтального разрешения (dpi) на размеры изображения (в дюймах) и число битов на пиксел для цветной печати.

Для лазерных принтеров фирма Hewlett-Packard разработала специальный язык PCL (Printer Control Language), в котором кроме управляющих команд, аналогичных Escape-последовательностям матричных принтеров, имеются и графические, описывающие рисование геометрических примитивов. В языке имеются и средства работы со встроенными шрифтами принтера, включающие масштабирование и повороты букв. Язык PCL поддерживают и ряд струйных принтеров. Использование языка PCL позволяет сократить объем данных, передаваемых принтеру для печати сложных изображений, состоящих из текста и графики, по сравнению с растровым форматом. Особенно эта экономия существенна для высокого разрешения и цветной печати -- для PCL объем передаваемой информации не так сильно зависит от разрешения и цветности. Однако для использования этих преимуществ язык PCL должно «понимать» и приложение, осуществляющее графический вывод. Поддержка PCL вполне естественна приложения с векторной графикой (включая текстовые процессоры и издательские системы). Сугубо растровые системы, естественно, будут генерировать команды растровой печати.

Язык PostScript также предназначен для лазерных принтеров. В этом языке вся страница описывается в векторном виде. Шрифты задаются контурами (линиями Безье), и их растеризацией (в нужном цвете) занимается встроенный процессор принтера, в соответствии с возможностями принтера и выбранным разрешением печати. Векторное описание всех объектов (символов и геометрических фигур) обеспечивает возможность точного выполнения преобразований (масштабирование, позиционирование, повороты, зеркальные отражения). При этом файл печати не зависит от типа принтера (или иного устройства) -- требуется только поддержка версии языка, на которой создан файл. Шрифты, используемые для отображения страницы, передаются в файле печати в компактном торном виде. Кроме того, принтер PostScript имеет большое количество стандартных встроенных шрифтов, которые позволяют еще больше экономить объем передаваемых данных. Реализация PostScript требует наличия у принтера мощного встроенного процессора, ОЗУ и ПЗУ большого объема.

Для плоттеров, которые получают исключительно векторные команды рисования, существует несколько различных языков. Общепринятым является язык HP-GL, его понимают все плоттеры и практически все прикладные программы, использующие графический вывод на плоттер. Для плоттеров, особенно перьевых, актуальна оптимизация входных данных. Например, при многоцветных изображениях гораздо выгоднее нарисовать сначала все элементы одного цвета, затем другого. Программы, генерирующие данные для рисования, обычно поступают иначе: они «отрабатывают» изображения по объектам. Серия мелких многоцветных объектов породит частую смену перьев, за каждым из которых головка должна «сбегать» к магазину. Иногда имеет смысл использовать дополнительные программы-оптимизаторы, входными данными для которых служит выходной файл графического приложения.

Поскольку между печатающим (чертящим) приложением и принтером (плоттером) всегда находится программный драйвер, при несоответствии их языков почти всегда требуется драйвер-транслятор. Так, например, матричный принтер, не русифицированный на аппаратном уровне, можно русифицировать программно. Предпочтительно использовать загружаемый знакогенератор принтера -- для этого компьютер должен послать в принтер блок данных определенного формата, содержащий команды загрузки и собственно содержимое знакогенератора. Однако такая загрузка должна выполняться каждый раз после включения принтера; драйвер должен отслеживать состояние принтера (по сигналам интерфейса), и своевременно подгружать знакогенератор. Однако не все принтеры имеют такую возможность. Проще обстоит дело, когда у принтера имеется знакогенератор с русскими буквами, но они расположены в ином порядке, чем требуется. В этом случае драйвер-русификатор должен просто перекодировать символы по таблице. Правда, для этого ему требуется «понимать» графические команды принтера и прозрачно (без преобразования) пропускать графические данные. Если принтер вообще не имеет нужного алфавита и загружаемого знакогенератора, приходится печатать текст в графическом режиме. Для этого драйвер должен выполнять растеризацию символов, неизвестных принтеру или всех подряд (для однородности), и выводить их на принтер в графическом режиме. При этом более чем на порядок возрастает объем передаваемой информации, что замедляет скорость печати, особенно при маломощном процессоре (время расходуется и на растеризацию, и на собственно вывод данных). Аппаратная или программная русификация принтеров актуальна лишь для печати текстовых файлов средствами DOS. Приложения Windows используют графические режимы принтеров, и вопросы русификации уже переходят в чисто программную область (драйверы и системные шрифты). Однако печать в графическом режиме на матричных игольчатых принтерах хоть и возможна, но по нынешним меркам слишком медлительна и шумна. Для такой печати больше подходят струйные, а еще лучше -- лазерные принтеры.

Программный драйвер может реализовывать графический язык, не поддерживаемый принтером. Так, например, есть программные реализации языка PostScript. Однако при этом центральный процессор компьютера нагружается объемной 'задачей растеризации, причем в ОЗУ должен умещаться весь растровый образ выводимой страницы. Кроме того, на принтер будет выводиться огромный объем данных, что особенно неприятно при сетевом подключении принтера. Так что при больших объемах печати лучше использовать настоящий (аппаратный) PostScript, а не пользоваться его программной эмуляцией.

Из вышесказанного вполне понятно, что драйвер принтера должен соответствовать типу принтера и его языковым возможностям. Так, например, при использовании принтера с PostScript об этом должен «знать» драйвер принтера, иначе графический вывод будет производиться всегда в растровом режиме и никаких преимуществ аппаратного PosScript пользователь не получит.

Интерфейсы принтеров и плоттеров

Современные принтеры, печатающие графические изображения (в том числе и текст в графическом режиме) с высоким разрешением, требуют высокоскоростной передачи данных по внешнему интерфейсу. У них интерфейс может стать узким местом, и фаза передачи данных будет занимать значительное время, расходуемое на вывод изображения. Напомним, что лазерный принтер не начнет печатать страницу до тех пор, пока она целиком не будет загружена в его буферную память. Параллельный интерфейс для этого уже работает на пределе возможностей, обеспечивая скорость передачи до 2 Мбайт/с в режиме ЕСР или ЕРР Обычный последовательный интерфейс RS-232C с его пределом около 15 Кбайт/с здесь, конечно же, неприемлем.

В качестве внешнего интерфейса в последнее время стали чаще применять шину USB с ее удобным кабелем; в версии 1.0 она обеспечивает скорость до 1,5 Мбайт/с, но версия 2.0 обещает уже скорость в 50 Мбайт/с. В принтерах может применяться и интерфейс SCSI, но широкого распространения он пока не получил. Также пока очень сдержано применяется шина FireWire.

Принтеры, особенно мощные, часто используют для совместной работы в сети -- задания на печать могут посылать пользователи с разных компьютеров. Разделяемый принтер может подключаться к сети разными способами.

§ Подключаться обычным (параллельным или USB) интерфейсом к компьютеру, включенному в сеть. Этот компьютер будет являться принт-сервером, для чего у него должно быть запущено специальное ПО. Для сетей Windows для этого достаточно запустить в сетевом окружении «службу доступа к файлам и принтерам», разрешить совместный доступ к ресурсам компьютера и конкретно -- к данному принтеру.

§ Подключаться параллельным (или последовательным) интерфейсом к аппаратному принт-серверу -- небольшому устройству (по виду напоминающему малогабаритный хаб), подключенному к сети. Программные (протокольные) функции принт-сервера выполняет встроенное ПО (firmware) данного устройства. Принт-сервер обычно имеет несколько внешних интерфейсных портов, параллельных, а иногда и последовательных, и к нему может быть подключено несколько принтеров (плоттеров). ПО принт-сервера обычно рассчитано на один из сетевых протоколов, и принт-сервер для Novell NetWare не подходит к сетям Windows, и наоборот. Бывают и мультипротокольные принт-серверы.

§ Непосредственно подключаться к сети, как правило, по интерфейсу Ether net, разъемом BNC (10Base2) к коаксиальному кабелю (шине) или RJ-45 (lOBaseT или 100BaseTX) витой парой к сетевому концентратору. Сетевой интерфейс имеют мощные лазерные принтеры; для них предпочтительнее интерфейс 100BaseTX (Fast Ethernet), обеспечивающий скорость до 10 Мбайт/с. Протокольные функции принт-сервера здесь выполняются встроенным ПО принтера, и здесь также поддерживаемый протокол (протоколы) должен соответствовать используемому в сети. Сетевые принтеры (принтер с аппаратным и программным интерфейсом локальной сети) как правило, имеют и альтернативный обычный интерфейс Centronics.

Сетевой принтер (или принт-сервер, к которому он подключен), должен быть по возможности привилегированным узлом сети. Его желательно подключать к порту коммутатора или непосредственно в сегмент, в который входят его пользователи. Сетевая печать из приложений Windows сильно нагружает 10-мегабитную сеть Ethernet, заставляя применять коммутаторы или переходить на Fast Ethernet.

Системная поддержка принтера

Вывод на принтер через порт LPT в стандартном режиме (SPP) по интерфейсу Centronics имеет поддержку на уровне BIOS. Поддержка всех других режимов работы порта (Fast Centronics, ECP) осуществляется только дополнительными драйверами или средствами ОС. Сервисы BIOS Int 17h: обеспечивают инициализацию, вывод байта данных и опрос состояния принтера. При вызове функция задается в регистре АН, номер LPT-порта -- врегистре DX.

§ АН = 00h -- вывод байта из регистра AL по протоколу Centronics (без аппаратных прерываний). Данные помещаются в выходной регистр, и, дождавшись готовности принтера (снятия сигнала Busy), формируется строб.

§ АН = 01h -- инициализация интерфейса и принтера (установка исходных уровней управляющих сигналов, формирование импульса Init#, запрет аппаратных прерываний и переключение на вывод двунаправленного интерфейса)

§ АН = 02h - опрос состояния принтера (чтение регистра состояния порта)

При возврате регистр АН содержит байт состояния, который собирается из бит регистра состояния SR[7:3] и программно формируемого флага тайм-аута. Биты 6 и 3 относительно байта, считанного из регистра состояния, инвертированы. Назначение бит байта состояния:

§ бит 7 -- не занято (сигнал Busy); нулевое значение означает, что принтер занят (буфер полон или состояние Off-Line или ошибка);

§ бит 6 -- подтверждение (сигнал Аск#); единичное значение означает, что принтер подключен;

§ бит 5 -- конец бумаги (сигнал PaperEnd);

§ бит 4 -- принтер готов (сигнал Select); нулевое значение означает, что принтер в состоянии Off-Line;

§ бит 3 -- ошибка принтера (сигнал Error#); единичное значение соответствует ошибке;

§ биты 2:1=00 (не используются);

бит 0 -- флаг тайм-аута, устанавливается при неудачной попытке вывода символа, если сигнал Busy не снимается в течение времени, определенного для данного порта в ячейках тайм-аута (в BIOS Data Area); в этом случае согласно протоколу Centronics строб данных не вырабатывается

Печать содержимого экрана (Print Screen) поддерживается прерыванием BIOS Int 05. Обработчик этого прерывания посимвольно выводит содержимое видео-памяти (в текстовом режиме) на порт LPT1. Обработчик пользуется ячейкой; 0050:0000 для отражения своего текущего состояния: 00 -- неактивен, 01 -- выполняется печать, FF -- во время последнего вызова произошла ошибка ввода вывода. Прерывание Int 05 вызывается обработчиком аппаратного прерывания от клавиатуры (Int 09), когда обнаруживается нажатие клавиши Print Screen (PrtSc)

Порт параллельного интерфейса был введен в PC для подключения принтера - отсюда и пошло его название LPT-порт (Line PrinTer -- построчный принтер). Хотя через этот же порт подключается и большинство лазерных принтеров, которые по принципу действия не построчные, а постраничные, название «LPT» закрепилось основательно. Аппаратные средства «классического» стандартного LPT-порта позволяют программным способом реализовать протокол передачи данных Centronics (см. выше). 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. С внешней стороны порт имеет 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов, выведенные на разъем-розетку DB-25S. В LPT-пopт используются логические уровни ТТЛ, что ограничивает допустимую длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует -- схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной землей компьютера.

Порт имеет поддержку на уровне BIOS -- поиск установленных портов во время теста POST и сервисы печати Int 17h (см. п. 9.3.9) обеспечивает вывод символа (по опросу готовности без аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера. Стандартный порт ориентирован на вывод данных, хотя с некоторыми ограничениями позволяет вводить данные. Существуют различные модификации LPT-порта -- двунаправленный, ЕРР, ЕСР и др., расширяющие его функциональные возможности, повышающие производительность и снижающие нагрузку на процессор. Поначалу они являлись фирменными решениями отдельных производителей, позднее был принят стандарт IEEE 1284.

К LPT-портам подключают принтеры, плоттеры, сканеры, коммуникационные устройства и устройства хранения данных, а также электронные ключи. Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами -- получается сеть, «сделанная на коленке» (LapLink).

Практически все современные системные платы (еще начиная с PCI-плат для процессоров 486) имеют встроенный адаптер LPT-порта. Существуют карты ISA с LPT-портом, где он чаще всего соседствует с парой СОМ-портов, а также с контроллерами дисковых интерфейсов (FDC+IDE). LPT-порт обычно присутствует и на плате дисплейного адаптера MDA (монохромный текстовый) и HGC монохромный графический «Геркулес»). Есть и карты PCI с LPT-портами, но их применение может вызывать некоторые затруднения из-за их «чрезмерной интеллектуальности».

В спецификации РС'99 порт LPT пока еще разрешен для использования. Устройства, подключаемые к LPT-порту, рекомендуется переводить на последовательные шины USB и Fire Wire.

Адаптер LPT-порта SPP содержит три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода-вывода, начиная с базового адреса порта BASE (3BCh, 378h или 278h).

Data Register (DR) -- регистр данных, aдpec=BASE. Данные, записанные в этот регистр, выводятся на выходные линии интерфейса. Данные, считанные из этого регистра, в зависимости от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее записанным данным, либо сигнала 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 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 будет работать не на всех компьютерах. На некоторых старых 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=ВАSЕ+1. Бит SR.7 инвертируется -- низкому уровню сигнала соответствует единичное значение бита в регистре, и наоборот.

Ниже показано назначение бит регистра состояния (в скобках даны номера контактов разъема порта).

Control Register (CR) -- регистр управления, адрес=ВАSЕ+2. Как и регистр данных, этот 4-битный порт вывода допускает запись и чтение (биты 0-3), но его выходной буфер обычно имеет тип «открытый коллектор». Это позволяет корректно использовать линии данного регистра как входные при программировали их в высокий уровень.

Запрос аппаратного прерывания (обычно IRQ7 или IRQ5) 'вырабатывается по отрицательному перепаду сигнала на выводе 10 разъема интерфейса (Аск#) при установке CR.4=1. 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

Стандартный порт асимметричен -- при наличии 12 линий (и бит), нормально работающих на вывод, на ввод работает только 5 линий состояния. Если необходима симметричная двунаправленная связь, на всех стандартных портах работоспособен режим полубайтного обмена -- Nibble Mode. В этом режиме, называемым также Hewlett Packard Bi-hvnics, по линиям состояния одновременно при нимаются 4 бита данных, пятая линия используется для квитирования. Таким образом, каждый байт передается за два цикла, а каждый цикл требует по крайней ней мере 5 операций ввода-вывода.

Расширение порта

Недостатки стандартного порта частично устраняют новые типы портов, появившиеся в компьютерах PS/2.

Двунаправленный порт 1 (Туре 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.

Порт с прямым доступом к памяти (Туре 3 DMA parallel port) 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.

Размещено на Allbest.ru