Внешние запоминающие устройства.

Помимо оперативной памяти, компьютеру необходима дополнительная память для долговременного размещения данных. Такие устройства называются ВЗУ (внешние запоминающие устройства). Различные способы хранения и записи информации служат для разных целей, на сегодняшний день не существует универсального ВЗУ, которое может быть использовано как постоянное и переносное одновременно, и при этом быть доступным рядовым пользователям. Информацию необходимо сохранять на носителях, не зависящих от наличия напряжения, и таких размеров, которые превышают возможности всех современных видов первичной памяти. Сравнительно долговременное хранилище данных, расположенное вне системной платы компьютера, называется вторичным хранилищем данных (secondary storage). Внешняя (долговременная) память -- это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные). Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения -- носителя.

В своей работе я рассмотрю следующие запоминающие устройства: винчестеры, дискеты,стримеры, флэш-карты памяти, MO-накопители, оптические:CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW, и новейшие запоминающие устройства.

Накопители на жёстких дисках (винчестеры).

Накопители на жёстком диске (винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д. Наличие жёсткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером.

С точки зрения операционной системы элементарной единицей размещения данных на диске является кластер. Он представляет собой группу секторов, с точностью до которой происходит размещение файлов на диске. Сектор представ-ляет собой зону дорожки, в кото-рой собственно и хранятся разряды данных.Количе-ство секторов на дорожке зависит от многих пере-менных, но в основном опреде-ляются суммарной длиной поля дан-ных и служебного поля, образующих сектор (горизонтальная плотность). размер сектора.

Емкость винчестера - его основная характеристика. Сегодня объем данных, которые можно записать должен быть не менее 10-15 Гб, но требования программного обеспечения постоянно растут, поэтому жесткий диск придется менять раз в 1-2 года в зависимости от то того насколько интенсивно и с какими целями используется компьютер.

Еще одой характеристикой является время доступа необходимое HDD для поиска любой информации на диске. Среднее время доступа, на сегодняшний день, для лучших IDE и SCSI дисков - это значение меньше 2 мс. Среднее время поиска - время, в течение которого магнитные головки перемещаются от одного цилиндра к другому главным образом зависит от механизма привода головок, а не от интерфейса. Скорость передачи данных, зависит от количества байт в секторе, количестве секторов на дорожке и от скорости вращения дисков (3000-3600 об./мин. Самые современные HDD - 7200 об./мин.). Производители дают гарантию надежности устройства, которая обычно составляет 20000-500000 часов. Наработка винчестера за год составит 8760 часов, что делает этот параметр не важным, так как винчестер морально устареет раньше, чем физически.

Дискеты.

Дискета представляет собой круглый кусок гибкого пластика, покрытый магнитным окислом. Магнитные диски, использующиеся на больших компьютерах, изготавливаются из жестких металлических пластин, а для дискет используются гибкие пластиковые кружки, что и дало им популярное название "гибкие" или "флоппи" - диски. То, что эти диски были сделаны гибкими, значительно уменьшило вероятность их повреждения при обращении с ними и это в значительной мере определило их успех. Сейчас в компьютерах используются накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и ёмкостью 1,44 Мбайт. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надёжность и долговечность. На дискетах 3,5 дюйма имеется специальный переключатель - защёлка, разрешающая или запрещающая запись на дискету.

Магнитооптика.

Это, так называемые магнитооптические дисководы. МО-привод представляет собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный носитель с оптическим (лазерным) управлением. Существуют следующие форматы магнитооптических дисков:Односторонние 3,5”,Двусторонние 5,25”, 2.5” диски MD Data, разработанные фирмой Sony, 1.2” диски фирмы Maxell

Конечно, оптические накопители значительно опережают магнитооптические в скорости записи и объемах хранимых данных но, увы, значительно проигрывают им в надежности хранения данных. Для примера, испортить данные на магнитооптическом диске довольно трудно; во-первых, диск заключен в картридж, предохраняющий от царапин; во-вторых -- для того, чтобы стереть данные на магнитооптическом диске, необходимо нагреть его до очень высокой температуры Сегодня в продаже встречаются MOD 5,25”емкостью 4,6 Гб. Главное их преимущество, это возможность перезаписи информации. Тем не менее, эти устройства имеют слишком высокую цену.

Стримеры.

Стримеры(Tape Drive)-Устройства хранения данных на магнитной ленте, являются распространенным средством архивации данных. Они относятся к категории устройств хранения Off-Line, для них характерно очень большое время доступа, обусловленное последовательным методом доступа, средняя скорость обмена и большая емкость носителя - от сотен мегабайт до нескольких гигабайт. Существуют стандарты: QIC, TRAVAN, DDS, DAT и DLT. Существуют стандарты: QIC, TRAVAN, DDS, DAT и DLT.

QIC (Quarter Inch Cartridge) отличается низким быстродействием, так как подключается к интерфейсу накопителей на гибких дисках. Существуют кассеты объемом от 40 Мб до 13 Гб. TRAVAN разработан на основе QIC, в зависимости от объема информации, на которую рассчитана кассета (400-4000 Мб) использует контроллер накопителя на магнитных дисках или SCSI-2 (для кассет объемом 4000 Мб). DSS (Digital Data Storage) и DAT (Digital Audio Tape) стандарты разработаны фирмой Sony и используются для цифровой аудио и видео записи. DLT - самый современный стандарт, появился в середине 90-х годов. Накопители, использующие эту технологию, могут хранить 20-40 Гб данных. Суммарная емкость ленточных библиотек построенных на основе DLT-кассет может достигать 5 Тб.

Флэш-память.

С появлением флэш-памяти производители электроники получили возможность без особых проблем и затрат оснастить свои устройства новым типом накопителей. Налицо были выгоды - низкое энергопотребление, высокая надежность (из-за отсутствия движущихся деталей) и устойчивость к внешним воздействиям и нагрузкам.

USB Flash Drive - портативное устройство для хранения и переноса данных с одного компьютера на другой. Компактный, легкий, удобный и удивительно простой в эксплуатации. Для его работы не нужны ни соединительные кабели, ни источники питания (включая батарейки), ни дополнительное программное обеспечение. Особенности USB Flash Drive: высокая скорость обмена данными по USB, защита от записи переключателем на корпусе, защита данных паролем, не требуются драйверы и внешнее питание, может быть отформатирован как загрузочный диск, хранение данных до 10 лет.

В 1994 году корпорация SanDisk представила первую ревизию спецификаций CompactFlash. Теоретический предел емкости накопителей на базе CompactFlash - 137 Гбайт. На данный момент на рынке доступны модели емкостью от 16 Мбайт (которые потихоньку становятся архаизмами) до 12 Гбайт. Но самые распространенные - на 1 и 2 Гбайта. CompactFash - самый популярный формат на цифровых фотокамерах профессионального уровня. В 2000 году компаниями SanDisk, Matsushita Electric и Toshiba был создан союз, названный SecureDigital Card Association До 2003-2004 года на рынке карт памяти существовал ярко выраженный лидер CompactFlash. Этому способствовали несколько обстоятельств: емкость CF достигла 4 Гбайт, в то время как SD остановились на отметке 1 Гбайт; скорость работы CF значительно превышала возможности конкурента; целый легион компаний производил всевозможные контроллеры в формате CF. Однако с 2004 года стало заметно, что SecureDigital очень сильно укрепил позиции и догоняет более «старого» конкурента. Если раньше CF был де-факто единственный открытый стандарт, пригодный для использования в мобильных устройствах, то теперь производители новой портативной техники стали массово переходить на SD из-за их меньшего размера.

Оптическая технология.

Самым распространенным представителем этого семейства является СD-ROM. Его характерезуют следующие показатели:

По сравнению с винчестером он надежнее в транспортировке

CD-ROM имеет большую емкость, порядка 700Мб

CD-ROM практически не изнашивается

Минимальная скорость передачи данных у CD-ROM составляет 150Кбайт/с и возрастает в зависимости от модели привода, т.е. 52-х скоростной CD-ROM,будет иметь 52*150 = 7,8Мб/с.

CD-ROM являются, в основном, адаптацией компакт-дисков цифровых аудиозаписывающих систем. Цифровые данные записываются на диск, используя специальное записывающее устройство, которое наносит микроскопические ямки на поверхности диска. Информация, закодированная с помощью этих ямок, может быть прочитана просто путем регистрации изменения отраженности (ямки будут темнее, чем фон блестящего серебристого диска). Как только CD-ROM будет отштампован с помощью прессов, данные уже не могут быть изменены, углубления будут вечны.

В противоположность неизменяемым дискам(CD-R), Перезаписываемые оптические устройства(CD-RW) выполняют именно то, что следует из их названия. Данные могут быть записаны на такие диски в форме, которая позволяет их оптическое считывание. Идея оптических перезаписываемых носителей заставила различных производителей начать развитие, по крайней мере, трех технологий - красящих полимеров, фазовых изменений и магнитооптики, две из которых позволили обеспечить высокую плотность хранения, возможную только на оптических носителях, а третья дала потенциальную возможность развивать эти носители в направлении обеспечения перезаписи хранимых данных. В системах с красящим полимером подкрашенный внутренний слой обесцвечивается от нагрева лазером. В системах с изменением фазы, материал, используемый для записи, может быть в виде правильной кристаллической решетки или в виде хаотично расположенных молекул, при этом его отражательная система изменяется. Недостаток перезаписываемых дисков, основанных на первых двух принципах - старение рабочего материала, третьего - невысокая скорость записи.

DVD-ROM.

Дальнейшее развитие в области оптической записи привело к появлению стандарта DVD. Компакт-диск этого формата имеет такие же размеры (4,75”),как и CD, но имеет большую емкость. Для того чтобы достичь шести-семикратного увеличения плотности хранения данных по сравнению с CD-R(RW), нужно было изменить две ключевых характеристики записывающих устройств: длину волны записывающего лазера и относительное отверстие объектива, который его фокусирует. В технологии CD-R применяется инфракрасный лазер с длиной волны 780 нанометров (нм), в то время как DVD-R(RW) использует красный лазер с длиной волны либо 635, либо 650 нм. В то же время, относительное отверстие объектива типичного устройства CD-R(RW) равно 0,5, а устройства DVD-R(RW) - 0,6. Такие характеристики аппаратуры позволяют наносить на диски DVD-R(RW) метки размером всего лишь 0,40 мкм, что гораздо меньше минимального размера метки CD-R(RW) - 0,834 мкм.

DVD является носителем, который может содержать любой тип информации, который обычно размещается на массово выпускаемых дисках DVD: видео, аудио, изображения, файлы данных, мультимедийные приложения и так далее. В зависимости от типа записанной информации диски DVD-R и DVD-RW можно использовать на стандартных устройствах воспроизведения DVD, включая большинство дисководов DVD-ROM и проигрывателей DVD-Video.

 

Характеристики некоторых форматов DVD.

Параметры DVD-5 DVD-9 DVD-10 DVD-18

Объем (Гб) 4,7 8,54 9,4 17,08

Расположение информации Одностороннее одноуровневое Одностороннее двухуровневое Двухстороннее одноуровневое Двухстороннее двухуровневое

 

Новейшие запоминающие устройства.

Голографические устройства.

В своё время 650 мегабайт, помещавшиеся на оптическом диске, казались не таким уж и малым объёмом. Но информации становится всё больше, и зачастую оказывается, что хранить её просто негде. Выходом из сложившейся ситуации могут стать новые технологии, в частности -- голографическая запись. Почему именно она? Дело в том, что на появившиеся в стандарты Blu-Ray, Blue-Laser и HD-DVD ("идейно" они очень похожи на обычный DVD) надежды мало. Пока закончатся ожесточённые "войны стандартов", 20 или 50 гигабайт, которые возможно записать на подобные носители, покажутся нам не слишком большими числами.А вот голографическая запись, анонсированная ещё в 2001 году компанией InPhase Technologies, позволяет записать на диск стандартного размера до 1,6 терабайта данных. Суть ноу-хау достаточно проста. Для записи луч лазера разделяется на опорный и сигнальный потоки, последний обрабатывается с помощью пространственного светового модулятора (Spatial Light Modulator -- SLM). Это устройство преобразует предназначенные для хранения данные, состоящие из последовательностей 0 и 1, в "шахматное поле" светлых и тёмных точек -- каждое такое поле содержит около миллиона бит информации.

После пересечения опорного луча и проекции "шахматной доски" образуется голограмма, и на носитель производится запись интерференционной картины. Изменяя угол наклона опорного луча, а также длину его волны или положение носителя, на одну и ту же площадь можно записать несколько различных голограмм одновременно -- этот процесс называется мультиплексированием. Для чтения данных достаточно осветить диск соответствующим опорным лучом и "прочитать" получившийся срез голограммы, фактически - ту самую "шахматную доску" -- с помощью сенсора. Так и восстанавливаются исходные биты информации. Кроме объёмов хранения, в технологии впечатляют и остальные характеристики. Так, например, заявленная скорость передачи данных составляет 960 мегабит в секунду.

Конечно же, Maxel и InPhase Technologies -- далеко не единственные компании, работающие на ниве голографической записи данных. В Японии подобные устройства собирается выпускать фирма OptWare. Кстати, обитатели Страны Восходящего Солнца даже сформировали для продвижения этого стандарта альянс (HVD Aliance), в состав которого входят такие гиганты, как FujiFilm. Их технологическое решение выглядит даже несколько более привлекательным: во-первых, никаких громоздких картриджей, напоминающих о пятидюймовых дискетах, а во-вторых, конструкторы обещают сделать так, чтобы в новом дисководе можно было проигрывать и стандартные CD и DVD-диски.

MODS-диски.

Физики из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College) разработали оптический диск размером с CD или DVD, в котором помещается 1 терабайт данных (или 472 часа высококачественного видео), что на порядки больше не только по сравнению с DVD-ROM, но и перспективным диском формата Blu-Ray. Новый формат назван MODS (Multiplexed Optical Data Storage). Его секрет заключается не только в размерах одного пита (это углубления, которые считывает луч лазера) или их плотной упаковке. Главное новшество -- один пит в MODS кодирует не один бит (1 или 0, как у всех прежних систем записи), а десятки бит.Дело в том, что каждый пит в новом формате не симметричен. Он содержит небольшую дополнительную впадинку, наклонённую вглубь под одним из 332 углов. Они создали аппаратуру и специальное программное обеспечение, позволяющее точно идентифицировать тонкие различия в отражении света от таких питов. По прогнозу физиков, серийные диски MODS и дисководы для них могут прийти на рынок между 2010 и 2015 годами, при условии финансирования дальнейшей работы группы. Интересно, что эти приводы будут обратно совместимыми с DVD и CD, хотя, разумеется, нынешние дисководы MODS-диски прочитать не смогут.

Перпендикулярная запись.

Согласно прогнозам консультационной компании TrendFocus, жёсткие диски обычного настольного компьютера к 2007 году достигнут объёма 500-600 гигабайт. На ноутбуки будут устанавливать диски поменьше -- 300 гигабайт, а в КПК и разных мелких мобильных устройствах обычным делом будут объёмы около 20 гигабайт. Уже на подходе новая технология "перпендикулярной записи данных", основанная на ориентации магнитных частиц перпендикулярно поверхности диска, которая позволит записывать до 1 Тб в стандартном 3,5-дюймовом форм-факторе. Упрощённо, биты (намагниченные участки) не лежат "навзничь" на поверхности диска, как это имеет место в обычной (продольной) записи, а стоят вертикально, перпендикулярно плоскости диска. Компания Maxtor, например, объявила о создании работающего прототипа такого диска, с объёмом записи до 175 Гб на пластину, ещё в прошлом году, и к 2005 году большинство производителей начнёт промышленное производство по этой технологии.

Печатающие устройства.

Печатающие устройства как периферийные устройства персональных компьютеров широко используются в различных областях: управленческой, инженерной, дизайнерской. Совершенствование печатающих устройств идет в направлении повышения скорости печати, качества изображения, надежности устройств и снижения стоимости эксплуатации и расходных материалов.

Для выведения текстовой и графической информации применяются принтеры, а для информации в виде чертежей – плоттеры.

Принтеры – устройства вывода данных из ЭВМ, преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы и фиксирующие эти символы на бумаге.

Классификацию принтеров можно выполнить по целому ряду характеристик:

- способу формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие);

- цветности (черно-белые и цветные);

- способу формирования строк (последовательные и параллельные);

- способу печати (посимвольные, построчные и постраничные);

- скорости печати;

- разрешающей способности.

Принтеры обычно работают в двух режимах: текстовом и графическом.

При работе в текстовом режиме принтер принимает от компьютера коды символов, которые необходимо распечатать из знакогенератора самого принтера. Многие изготовители оборудуют свои принтеры большим количеством встроенных шрифтов. Эти шрифты записаны в ROM принтера и считываются только оттуда.

Для печати текстовой информации существуют режимы печати, обеспечивающие различное качество:

- черновая печать (Draft);

- типографское качество печати (NLQ – Near Letter Quality);

- качество печати, близкое к типографскому (LQ – Letter Quality);

- высококачественный режим (SQL – Super Letter Quality).

В графическом режиме на принтер направляются коды, определяющие последовательности и местоположение точек изображения.

По способу нанесения изображения на бумагу принтеры подразделяются на принтеры ударного действия, струйные, фотоэлектронные и термические.

Принтеры ударного типа

Принтеры ударного действия, или Impact-принтеры, создают изображение механическим давлением на бумагу через ленту с красителем. В качестве ударного механизма применяются либо шаблоны символов (типы), либо иголки, конструктивно объединенные в матрицы.

В матричных принтерах (Dot-Matrix-Printer) изображение формируется несколькими иголками, расположенными в головке принтера. Иголки обычно активизируются электромагнитным методом. Каждая ударная иголка приводится в движение независимым электромеханическим преобразователем на основе соленоида. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем. Бумага втягивается валом, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе.

Качество печати матричных принтеров определяется количеством иголок в печатающей головке.

В головке 9-игольчатого принтера находятся 9 иголок, которые, как правило, располагаются вертикально в один ряд. Диаметр одной иголки около 0,2 мм. Благодаря горизонтальному движению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки «заложены» внутри принтера в виде бинарных кодов. Для улучшения качества печати каждая строка пропечатывается два раза, при этом увеличивается время процесса печати и имеется возможность смещения при втором проходе отдельных точек, составляющих знаки.

Дальнейшим развитием 9-игольчатого принтера стал 18-игольчатый принтер с расположением иголок в головке в два ряда по 9 иголок. Однако широкого распространения принтеры такого типа не получили.

В 24-игольном принтере, ставшем современным стандартом матричных принтеров, иголки располагаются в два ряда по 12 штук так, что в соседних рядах они сдвинуты по вертикали. За счет этого точки на изображении при печати перекрываются. В 24-игольчатых принтерах имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, что позволяет получить качество печати на уровне LQ – машинописное качество.

К числу несомненных преимуществ матричных принтеров относится возможность печати одновременно нескольких копий документа с использованием копировальной бумаги. Существуют специальные матричные принтеры для одновременной печати пяти и более экземпляров. Эти принтеры предназначены для эксплуатации в промышленных условиях и могут печатать на карточках, сберегательных книжках и других носителях из плотного материала. Кроме того, многие матричные принтеры оборудованы стандартными направляющими для обеспечения печати в рулоне и механизмом автоматической подачи бумаги, с помощью которого принтер самостоятельно заправляет новый лист.

Матричные принтеры фирмы Epson обеспечивают скорость печати свыше 300 знаков в 1 с.

Существенным недостатком матричных принтеров как принтеров ударного действия является шум, который достигает 58 дБ. Для устранения этого недостатка в отдельных моделях предусмотрен так называемый тихий режим (Quiet Mode), однако понижение шума приводит к снижению скорости печати в два раза. Другое направление борьбы с шумом матричных принтеров связано с использованием специальных звуконепроницаемых кожухов. Некоторые модели 24-игольчатых матричных принтеров обладают возможностью цветной печати за счет использования многоцветной красящей ленты. Однако достигаемое при этом качество цветной печати значительно уступает качеству печати струйного принтера.

В настоящее время матричные принтеры широкого практического применения уже не находят.

Струйные принтеры

Первой фирмой, изготовившей струйный принтер, является Hewlett-Packard.

По принципу действия струйные принтеры отличаются от матричных безударным режимом работы за счет того, что их печатающая головка представляет собой набор не игл, а тонких сопел, диаметры которых составляют десятые доли миллиметра. В этой же головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла, как микрочастицы, переносятся на материал носителя. Хранение чернил обеспечивается двумя конструктивными решениями. В одном из них головка принтера объединена с резервуаром для чернил, причем замена резервуара с чернилами одновременно связана с заменой головки. Другое предусматривает использование отдельного резервуара, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головку принтера.

В струйных принтерах в основном используются следующие методы нанесения чернил: пьезоэлектрический, метод газовых пузырей и метод «Drop-on-Demand».

Пьезоэлектрический метод основан на управлении соплом с использованием обратного пьезоэффекта, который, как известно, заключается в деформации пьезокристалла под действием электрического поля.

Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой. При печати находящийся в сопле пьезоэлемент, разжимая и сжимая сопло, наполняет его чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые вышли из сопла в виде капли, оставляют на бумаге точку. Подобные устройства в основном выпускают компании Epson, Brother.

Хотя струйный принцип печати известен уже давно, устройства с его использованием не нашли бы столь широкого применения, если бы не изобретение, ставшее основой для распространения струйной технологии. Первый и основной патент на нее принадлежит компании Canon. Hewlett-Packard также владеет рядом важных патентов в этой области, она создала первый струйный принтер с использованием пузырьковой технологии ThinkJet в 1985 г. Путем обмена лицензиями эти две компании получили подавляющее преимущество над конкурентами — сейчас им принадлежит 90 % европейского рынка струйных принтеров.

Метод газовых пузырей является термическим и называется методом инжектируемых пузырьков (Bubble-Jet), или пузырьковой технологией печати. Каждое сопло печатающей головки принтера оборудовано нагревательным элементом в виде тонкопленочного резистора, который при пропускании через него тока за 7—10 микросекунд нагревается до высокой температуры. Температура, необходимая для испарения чернил, например, фирмы Hewlett-Packard, достигает примерно 330 °С. Возникающий при резком нагревании чернильный паровой пузырь (Bubble) стремится вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую каплю жидких чернил диаметром менее 0,16 мм, которая переносится на бумагу. При отключении тока тонкопленочный резистор быстро остывает, паровой пузырь уменьшается в размерах, что приводит к разрежению в сопле, куда и поступает новая порция чернил.

Фотоэлектронные принтеры

Фотоэлектронные способы печати основаны на освещении заряженной светочувствительной поверхности промежуточного носителя и формировании на ней изображения в виде электростатического рельефа, притягивающего частицы красителя, которые далее переносятся на бумагу. Для освещения поверхности промежуточного носителя в лазерных принтерах используют полупроводниковый лазер, в светодиодных – светоидоидную матрицу, в принтерах с жидкокристаллическим затвором — люминесцентную лампу.

Лазерные принтеры обеспечивают более высокое качество, чем струйные принтеры. Наиболее известными фирмами – разработчиками лазерных принтеров являются Hewlett-Packard, Lexmark.

Принцип действия лазерного принтера основан на методе сухого электростатического переноса изображения, изобретенном Ч.Ф. Карлсоном в 1939 г. и реализуемом также в копировальных аппаратах. Основным элементом конструкции является вращающийся барабан, служащий промежуточным носителем, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника. Обычно в качестве такого полупроводника используется оксид цинка или селен. По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Это обеспечивается тонкой проволокой или сеткой, называемой коронирующим проводом, или коротроном. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Развертка изображения происходит так же, как и в телевизионном кинескопе: движением луча по строке и кадру. С помощью вращающегося зеркала луч скользит вдоль цилиндра, причем его яркость меняется скачком: от полного света до полной темноты, и так же скачкообразно (поточечно) заряжается цилиндр. Этот луч, достигнув барабана, изменяет его электрический заряд в точке прикосновения. Размер заряженной площади зависит от фокусировки луча лазера. Фокусируется луч с помощью объектива. Признаком хорошей фокусировки считают наличие четких кромок и углов на изображении. Для некоторых типов принтеров в процессе подзарядки потенциал поверхности барабана уменьшается от 900 до 200 В. Таким образом, на барабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа.

На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится тонер – краска, представляющая собой мельчайшие частицы. Под действием статического заряда частицы легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение уже в виде рельефа красителя.

Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед самым барабаном коротрон сообщает бумаге статический заряд. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает благодаря своему заряду частички тонера, нанесенные ранее на барабан.

Для фиксации тонера бумага пропускается между двумя роликами с температурой около 180 градусов. После окончания процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших лишних частиц для осуществления нового процесса печати. Лазерный принтер является постраничным, т. е. формирует для печати полную страницу.

Процесс работы лазерного принтера с момента получения команды от компьютера до выхода отпечатанного листа можно разделить на несколько взаимосвязанных этапов, во время которых оказываются задействованными такие функциональные компоненты принтера, как центральный процессор; процессор развертки; плата управления двигателем зеркала; усилитель яркости луча; блок управления температурой; блок управления подачей листа; плата управления протяжкой бумаги; интерфейсная плата; блок питания; плата кнопок и индикации управляющей панели; дополнительные платы расширения ОЗУ. По сути, функционирование лазерного принтера подобно компьютеру: тот же центральный процессор, на котором сосредоточены главные функции взаимосвязи и управления; ОЗУ, где размещаются данные и шрифты, интерфейсные платы и плата управляющей панели, осуществляющие связь принтера с другими устройствами, узел печати, выдающий информацию на лист бумаги.

Цветное изображение с помощью лазерного принтера получается по стандартной схеме CMYK, используемой в струйных принтерах. В цветном лазерном принтере изображение формируется на светочувствительной фотоприемной ленте последовательно для каждого цвета. Имеются четыре емкости для тонеров и от двух до четырех узлов проявления. Лист печатается за четыре прохода, что существенно сказывается на скорости печати. Цветные лазерные принтеры оборудованы большим объемом памяти, процессором и, как правило, собственным винчестером. На винчестере располагаются разнообразные шрифты и специальные программы, которые управляют работой, контролируют состояние и оптимизируют производительность принтера. В результате цветные лазерные принтеры достаточно сложны и дорогостоящи.

Таким образом, лазерный черно-белый принтер рекомендуется использовать для получения высококачественной черно-белой распечатки, а для цветного изображения оптимальным является применение цветного струйного принтера.

Термические принтеры

Термические принтеры – цветные принтеры высокого класса – применяются для получения цветного изображения с качеством, близким к фотографическому. Их применение весьма ограничено.

В термических принтерах используют три технологии цветной термопечати: струйный перенос расплавленного красителя (термопластичная печать); контактный перенос расплавленного красителя (термовосковая печать) и термоперенос красителя (сублимационная печать).

 

Термопластичная печать, или технология Phast Change Ink-Jet, основана на получении изображения нанесением на бумагу капель расплавленного воскообразного красителя. Для этого восковые стерженьки для каждого первичного цвета красителя постепенно расплавляются при температуре 90 градусов специальным нагревательным элементом. Расплавленные красители попадают в отдельные резервуары, откуда подаются насосом в пьезоэлектрическую печатающую головку. Капли воскообразного красителя мгновенно застывают на бумаге, обеспечивая хорошее сцепление. Термопластичная печать исключает просачивание и растекание красителей, что позволяет получить высокое качество изображения, невысокую стоимость одной копии даже при двухсторонней печати. Однако скорость печати невысока.

Термовосковая печать, или технология Termal Wax Transfer, реализуется в принтерах с термопереносом. Принцип действия такого принтера в том, что термопластичное красящее вещество, представляющее собой краситель, растворенный в воске, наносится на тонкую лавсановую пленку толщиной 5 мкм. Пленка перемещается лентопротяжным механизмом, конструкция которого аналогична конструкции лентопротяжного механизма матричного принтера. На бумагу краситель переносится в том месте, где нагревательными элементами (аналогами сопел в струйных принтерах и игл в матричных) обеспечивается температура 70-80 градусов. Для получения цветного изображения применяется метод CMYK, т.е. выполняются четыре прохода: по одному проходу для нанесения каждого первичного цвета и один – для черного цвета. В связи с этим скорость цветной печати принтеров с термопереносом 1...2 страницы в минуту. Стоимость выведенной на печать страницы с изображением выше, чем у струйных принтеров, поскольку используется специальная бумага. Преимуществом принтеров с термопереносом является получение высококачественных цветных изображений с воспроизведением до 16,7 млн цветов как на бумаге, так и на пленке.

Сублимационная печать основана на сублимации, т. е. на переходе вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Технология сублимационной печати достаточно близка к технологии термопереноса. Принципиальным отличием является нагрев элементов печатающей головки до температуры 400 "С. Красящее вещество сублимирует с подложки и осаждается на бумаге или ином носителе. Комбинацией цветов красителей по методу CMYK достигается цветовая палитра фотографического качества. Широкое применение термических принтеров с сублимационной технологией ограничивается высокой стоимостью каждой копии изображения.

К числу самых известных производителей сублимационных принтеров относят Mitsubishi, Toshiba, Sony.

Плоттеры

Плоттер – устройство вывода из ЭВМ графической информации типа чертежей, схем, рисунков, диаграмм на бумажный или иной вид носителя. Помимо обычной бумаги для плоттеров используются носители в виде специальной пленки, электростатической или термореактивной бумаги.

Благодаря появлению первых перьевых плоттеров, разработанных фирмой CalComp в 1959 г., стало возможным автоматизированное проектирование, создание САПР в различных областях деятельности.

Современные плоттеры – широкий класс периферийных устройств для вывода графической информации, которые можно классифицировать по ряду признаков.

По принципу формирования изображения:

‒ плоттеры векторного типа, в которых пишущий узел относительно носителя перемещается по двум координатам;

‒ плоттеры растрового типа, в которых пишущий узел перемещается относительно носителя только в одном направлении и изображение формируется из последовательно наносимых точек.

Конструктивно, в зависимости от вида носителя, плоттеры разделяются на планшетные и рулонные.

В планшетных плоттерах носитель размещается неподвижно на плоскости, над которой располагается конструкция, позволяющая перемещать пишущий блок одновременно по двум координатам. Пишущий блок укреплен на траверсе и перемещается в горизонтальном направлении относительно планшета, на котором закреплен носитель. В свою очередь, траверса с пишущим элементом перемещается в вертикальном направлении по другой траверсе. Перемещения осуществляются через блочно-тросовые системы, ходовые винты и зубчатые рейки двумя реверсивными двигателями, один из которых установлен на траверсе, а другой – на планшете.

В рулонных плоттерах носитель размещается на барабане, который приводится во вращение в обе стороны реверсивным двигателем, а пишущий блок, приводимый в движение шаговым д