Средства отображения и вывода данных

Организация технологических процессов сбора, подготовки и обработки информации, процессов функционирования различных информационных систем существенно облегчается и упрощается при наличии средств визуализации – устройств отображения информации. Они обеспечивают наглядность и удобство представления информации, оперативность ее использования.

Основным звеном устройств отображения информации является индикатор, то есть устройство преобразования информации, поступающей на его вход в виде электрических сигналов, в визуальное изображение, зрительный образ. В качестве индикаторов используются электролюминесцентные, газоразрядные, светодиодные, жидкокристаллические и другие приборы и панели. Наиболее распространены электронно-лучевые трубки, обеспечивающие воспроизведение черно-белых и цветных двумерных и трехмерных изображений. К перспективным устройствам отображения можно отнести жидкокристаллические плоские панели, обладающие высоким качеством изображения, малыми размерами, массой и энергопотреблением.

Монитор персонального компьютера является идеальным устройством отображения различной (сложной) информации.

Печатающие устройства (принтеры) обеспечивают представление данных в виде готового документа – самой удобной для восприятия и использования человеком форме. По принципу действия принтеры делится на механические (ударные) и немеханические (безударные).

Механические осуществляют принцип ударного воздействия печатающего механизма на носитель информации (бумагу), что при многослойном расположении носителей позволяет одновременно получать несколько копий регистрируемых данных. Они являются устройствами электромеханического типа и в зависимости от способа знаковой регистрации могут быть знакопечатающими и знакосинтезирующими, по способу формирования печатной строки – устройствами последовательной, последовательно-параллельной и параллельной печати.

В знакопечатающих механических устройствах контур изображаемого символа формируется как единое целое путем его перенесения с литероносителя через красящую ленту на бумагу. Литероноситель содержит полный набор рельефных изображений всех регистрируемых знаков. Принятый код символа дешифрируется, из литероносителя выбирается соответствующий ему знак, доставляется в зону печати, где его изображение переносится в виде отпечатка на бумагу. Конструкция печатающего механизма определяется типом используемого литероносителя.

В устройствах последовательной печати применяются рычажные, сферические, лепестковые и другие литероносители. Простейшим является рычажно-литерный механизм печати, используемый в электрифицированных пишущих машинках. При нажатии клавиши или при поступлении кода символа дешифратором с помощью электромагнита выбирается и отклоняется литерный рычаг с соответствующим символом. При соприкосновении с обрезиненным или ребристым валом выбранный литерный рычаг приходит в движение, через красящую ленту ударяет по бумаге, печатая на ней знак, после чего пружиной возвращается в исходное положение. Такие устройства обеспечивают последовательную (посимвольную) печать.

В устройствах параллельной (построчной) печати используются барабанные и цепные литероносители. Барабанный механизм состоит из набора одинаковых печатающих колес (по числу печатных позиций) с нанесенным на них алфавитом, собранных и вращающихся на одной оси. В момент прохождения требуемого литера печатающий молоточек ударного механизма прижимает бумагу и красящую ленту к колесу, оставляя отпечаток на бумаге. После печати строки бумага под печатающим механизмом перемещается на следующую строку.

В знакосинтезирующих механических устройствах контур символа формируется из отдельных элементов (точек, отрезков прямых и кривых линий), представленных в виде матрицы, обычно содержащей 5 × 7 элементов.

Поэтому в соответствии со структурой образования символов знакосинтезирующие принтеры называют также матричными. Печать знаков производится с помощью набора управляемых электромагнитами печатающих стержней (тонких игл, пуансонов), причем в разных устройствах печатающие механизмы могут выполнять:

- одновременную печать всех элементов символа в пределах матрицы;

- фрагментное формирование символа путем одновременной печати одного ряда точек матрицы (обычно столбца), когда для полного изображения знака необходимо перемещение печатающей головки, состоящей из линейки печатающих элементов. Причем для получения чернового качества обычно используется один проход по строке, а улучшенного – несколько;

- поточечную печать, когда печатающая головка имеет один печатающий элемент, перемещаемый в двух направлениях по всем элементам матрицы для получения полного контура знака.

Наибольшее распространение получили устройства второго типа, в которых используется девять или двадцать четыре иглы.

Немеханические принтеры обладают более высоким быстродействием по сравнению с ударными. В них для формирования изображения применяются различные физико-химические способы воздействия на специальные воспринимающие материалы:

- светового потока – в фотографических и электрофотографических;

- импульсов электрического тока – в электрохимических, электроискровых и электротермических;

- магнитного поля – в феррографических;

- тепла – в термографических;

- электромагнитного или электростатического поля на струю краски – в струйных.

Суть большинства из этих способов и происходящих в них процессов рассматривается далее. К наиболее перспективным из немеханических принтерам относятся электрофотографические и струйные устройства.

Отметим кратко их особенности.

Современные электрофотографические принтеры являются лазерными печатающими устройствами. В них с помощью лазера формируется изображение знака и проецируется на поверхность селенового барабана, где образуется электростатическое изображение знака, которое после проявления красящим порошком переносится на бумагу и закрепляется на ней путем оплавления красителя при нагреве поверхности бумаги. Лазерные принтеры обладают большим быстродействием (десятки страниц в минуту независимо от вида информации на странице), высокой разрешающей способностью (600 или 1200 точек/дюйм), возможностью печати текстовой и графической информации на различных носителях (обычной бумаге, прозрачной пленке, почтовых конвертах). Первые лазерные принтеры были изготовлены в 1983 году фирмой "Hewlett-Packard" (США), в настоящее время их изготовлением занимается более двадцати фирм.

В струйных принтерах вытекающая из вибрирующего сопла малого диаметра струя краски в виде последовательности заряженных капель управляется электромагнитным или электростатическим полем, в результате чего на поверхности бумаги образуется изображение знака от оседающей струи. В этих устройствах используется матричное представление символов (5 × 7 или с большим числом элементов), изображение которых формируется поэлементно методом последовательной печати. Струйный способ позволяет создавать устройства многоцветной печати.

Графопостроители обеспечивают представление информации в графической форме (в виде чертежей, графиков, схем). Они используются для вывода данных из ЭВМ, отображения различных процессов, оформления и выпуска документации. Графопостроители являются неотъемлемой частью и одним из основных элементов таких систем, как САПР, АСНИ и АРМ, выполняя функцию оперативной регистрации различных видов графической информации, полученной в результате машинной обработки. Графопостроители могут непосредственно подключаться к ЭВМ, работать автономно или иметь универсальное управление. В автономном режиме графопостроители работают совместно с внешними носителями данных, что позволяет готовить и тиражировать документацию без затрат машинного времени.

По конструктивному исполнению графопостроители делятся на планшетные и рулонные. В планшетных графопостроителях формирование изображения производится путем перемещения каретки с регистрирующиморганом (пишущим узлом) по координате у вдоль подвижной траверсы, перемещающейся по координате х принеподвижной бумаге. В рулонных графопостроителях каретка перемещается по оси у, траверса неподвижна, аизменение координаты х обеспечивается перемещением бумажного носителя.

Для регистрации информации в пишущем узле графопостроителя применяются перья с чернилами, шариковые стержни, резцы, хотя регистрировать информацию можно и немеханическими способами (электроискровой, электротермический и др.). Пишущий узел может иметь одно или несколько разноцветных перьев (обычно три), которые при работе специальным механизмом вводятся в соприкосновение с бумагой.

Управление процессом регистрации и работой исполнительных механизмов в графопостроителях может осуществляться аналоговыми (чаще аналого-цифровыми) и цифровыми методами. Аналоговые системы управления (исполнительные механизмы – реверсивные двигатели постоянного тока) обладают высокой точностью, однако им присущи такие недостатки, как сложность, динамическая неустойчивость и др.

К более простым и распространенным относятся цифровые системы управления, исполнительными механизмами в которых являются шаговые двигатели, а также все шире применяющиеся линейные двигатели.

Особенность работы шаговых двигателей проявляется в том, что угол поворота их ротора пропорционален числу импульсов, поданных на обмотки. Поэтому для управления ими исходные данные (координаты точек изображения или разности координат – приращения) преобразуются в унитарный (число-импульсный) код. Это преобразование выполняется на ЭВМ (программно) или специальным блоком графопостроителя – интерполятором (аппаратно).

Для вывода графических документов требуется вычерчивание прямых линий (сплошных, пунктирных, штрихпунктирных) разной толщины, цвета, под разными углами; дуг и окружностей разного радиуса; других кривых; стандартных и ряда нестандартных символов, а также масштабирование и поворот изображении, выбор, подъем и опускание перьев, выполнение других функций.

Команды управления (приказы) определяют режим перемещения пишущего элемента и координаты перемещения в абсолютных величинах или приращениях. В режиме линейной интерполяции перо движется вдоль отрезков прямых с указанными координатами их концов. В режиме круговой интерполяции движение пера происходит по дуге окружности с указанием направления движения и координат конечных точек. Для регистрации кривых сложной формы используется инкрементальный режим, основанный на элементарных (пошаговых) перемещениях пера по одному из направлений. Наиболее сложными в изображении являются алфавитно-цифровые и специальные символы. Для регистрации применяются генераторы символов или программы, расположенные в памяти графопостроителя и описывающие графические образы символов.

Графопостроители характеризуются размерами рабочего поля, точностью (минимальным шагом перемещения пера) и скоростью вычерчивания, количеством цветов и линий изображения, набором символов.