Характеристики современных интерфейсов ввода-вывода

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) передаются по нескольким ЛС одновременно (интерфейс Centronics – LPT-порт). В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом обычно по одной ЛС (интерфейс RS-232C – СОМ-порт ЭВМ).

Важным параметром интерфейсов является пропускная способность, что обусловлено ростом объемов передаваемой информации. Очевидно, что при одинаковом быстродействии приемопередающих цепей и пропускной способности ЛС по скорости передачи данных параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных не дает желаемого эффекта, поскольку в случае параллельного интерфейса начинают проявляться такие недостатки как «перекос» сигнала, искажение уровня сигналов и т.д.

Для интерфейса, соединяющего два устройства, различают три возможных режима обмена – дуплексный, полудуплексный и симплексный. Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать информацию в обоих направлениях. Полудуплексный режим позволяет передавать информацию в противоположных направлениях поочередно. Симплексный (односторонний) режим предусматривает только одно направление передачи информации.

Другим немаловажным параметром интерфейса является допустимое удаление соединяемых устройств. Оно ограничивается как частотными свойствами кабелей, так и помехозащищенностью интерфейсов. Параллельные интерфейсы чаще накладывают более жесткие ограничения на этот параметр, например, RS-232C позволяет использовать кабели длиной в десятки метров, в то время как Centronics ограничен в длине единицами метров. Как правило, чем длиннее соединительный кабель, тем ниже предел его пропускной способности, т.е. если с длинным кабелем возникают проблемы передачи, то необходимо либо менять кабель на более качественный или (и) короткий, либо снижать физическую скорость обмена

С появлением USB и FireWire в качестве характеристики интерфейса стала фигурировать топология соединения Для интерфейсов RS-232C и Centronics практически однозначно применялась двухточечная топология PC – устройство (или PC – PC). USB и FireWire реализуют древовидную топологию, в которой внешние устройства могут быть как оконечными, так и разветвителями. Эта топология позволяет подключать множество устройств к одному порту USB или FireWire.

Рис. 12. Пример подключения устройств USB

В таблице приведены характеристики основных внешних интерфейсов.

Интерфейс	Способ передачи	Максимальная скорость передачи	Максимальное удаление	Подключаемое оборудование
RS-232C COM-порт	последовательный	20 Кбит/c	15 м	Мышь, модем
Centronics LPT-порт	параллельный	2 Мбайта/c	2 м (до 10 м при использовании спец. кабеля)	Принтеры, сканеры
Ultra SCSI	параллельный	80 Мбайт/с	1.5 м	накопителы, сканеры
USB	последовательный	12 Мбит/с	5 м (при использовании экранированной витой пара)
FireWare	последовательный	400 Мбит/с	4.5 м	накопители, видеооборудование

Лекция 7

Периферийные устройства

Печатающие устройства (принтеры)

Все печатающие устройства можно разделить на последовательные, строчные и страничные. В каждой группе можно выделить устройства ударного (impact) и безударного (non-impact) действия. По используемой технологии печати различают матричные, струйные, лазерные и LED-принтеры, принтеры с термопереносом восковой мастики, с термосублимацией, а также с изменением фазы красителя.

Струйные принтеры

Струйные принтеры относятся к безударным печатающим устройствам, то есть таким, у которых носитель печатаемой информации не касается бумаги. Струйные чернильные (Ink Jet) принтеры относятся, как правило, к классу последовательных безударных печатающих устройств, которые в свою очередь подразделяются на устройства непрерывного (continuous drop, continuous jet) и дискретного (drop-on-demand) действия. Последние в свою очередь могут использовать либо термическую «пузырьковую» технологию (bubble-jet, thermal ink-jet), либо пьезоэффект (piezo ink-jet). У чернильных устройств, как и матричных, печатающая головка движется относительно неподвижной бумаги. Сопла (канальные отверстия) на печатающей головке, через которые разбрызгиваются чернила, соответствуют «ударным» иглам. Количество сопел у разных моделей может варьироваться от 12 до 256 (иногда более). Поскольку размер каждого сопла меньше диаметра иглы (тоньше человеческого волоса), а количество сопел больше количества игл, то получаемое изображение четче (если чернила не расплываются на бумаге). Максимальная разрешающая способность массовых моделей достигает значения 1440 dpi.

Основными параметрами струйных принтеров являются технология печати, разрешение, количество цветов.

Технология печати. Под технологией печати понимается способ формирования капли чернил. В пьезоэлектрических печатающих головках (принтеры Epson) капля формируется и выстреливается за счет пьезоэффекта, в пузырьковых головках (принтеры Canon, Hewlett Packard, Lexmark) капля выстреливается за счет давления пузырька пара, возникшего при нагревании чернил. В пузырьковых печатных механизмах сопла печатающей головки изнашиваются быстрее, поэтому головка совмещена с картриджем и меняется вместе с опустевшим баллончиком чернил. Пьезоэлектрические головки обычно несменные, а замене подлежат лишь баллончики с чернилами, хотя головка тоже является расходным материалом и может быть заменена.

Разрешение. Разрешение характеризует величину самых мелких деталей изображения, передаваем при печати без искажения. Измеряется обычно в dpi (dot per inch) – число точек на дюйм. Разрешение принтера соответствует разрешению черно-белого изображения (т.е. только черно-белая картинка с разрешением 300 dpi будет напечатана на принтере с разрешением 300 dpi без искажений). Для полутоновых и цветных изображений элементы изображения (пиксели) создаются за счет растрирования. При этом для грубой оценки можно считать, что полутоновое и цветное разрешение будет равно указанному двухцветному, деленному на восемь. В связи с этим важно отметить различные подходы двух ведущих производителей струйных принтеров Hewlett Packard и Epson к улучшению своих принтеров. Если Epson непрерывно повышает разрешение (данный момент составляет в большинстве моделей 1440*720), то Hewlett Packard повышает качество печати за счет уменьшения объема капель чернил и печати в несколько слоев (разрешение при этом составляет в большинстве моделей 600*600). На темных и насыщенных участках обе методики дают примерно одинаковый результат, а на светлых участках и плавных цветовых переходах сказывается недостаток малого разрешения (виден растровый рисунок).

Количество цветов. В черно-белых принтерах, которые уже практически не выпускаются печатающая головка была одна (Epson Stylus 200, HP DeskJet 520). В так называемых трехцветных принтерах можно устанавливать только один картридж либо с черными чернилами, либо тремя чернилами CMY (Cyan, Magenta, Yellow – голубой, малиновый, желтый), такие принтеры пригодны для эпизодической печати цветных иллюстраций (HP DeskJet 400, Lexmark 1020). В четырехцветных принтерах реализуется модель печати CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black) и применяется либо четыре отдельных картриджа, либо два – черный и цветной. Большинство современных принтеров четырехцветные, но наилучшее качество достигается при использовании шестицветных принтеров.

Формат бумаги струйных принтеров изменяется в диапазоне А4…А0.

Существуют модели принтеров, позволяющие вместо картриджа устанавливать сканирующую головку, что наделяет принтер возможностями простейшего рулонного сканера (некоторые модели Canon).

Основными расходными материалами струйных принтеров являются картриджи, в некоторых моделях совмещенные с печатающей головкой.

Многие струйные принтеры продаются по своей себестоимости и ниже, а основной доход производители получают от продажи расходных материалов, так стоимость недорогого принтера равна приблизительно стоимости 3-5 картриджей к нему.

Одним из способов снижения себестоимости черно-белой печати является заправка и их повторное использование. Такая возможность существует практически для всех принтеров, однако некоторые производители в этом случае отказываются т гарантии. Заправке лучше поддаются картриджи от пузырьковых принтеров, в то время как для принтеров с несменной головкой эксперименты по заправке слишком рискованны. Заправлять картридж следует не позднее суток с момента его исчерпания, иначе остатки чернил в соплах засыхают и картридж выходит из строя. Цветные картриджи заправлять не имеет смысла из-за невысоких объемов цветной печати, существенно худшего качества чернил и высокой стоимости комплекта заправки.

Лазерные и LED-принтеры

В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображения. Этот процесс включает в себя создание рельефа электростатического потенциала в слое полупроводника с его последующей визуализацией. Визуализация осуществляется с помощью частиц сухого порошка – тонера, наносимого на бумагу. Наиболее важным элементом лазерного принтера является фотопроводящий цилиндр (фотовал или фотобарабан), полупроводниковый лазер и прецизионная оптико-механическая система, перемещающая луч.

Лазерные принтеры являются на данный момент самыми быстродействующими, их скорость печати может превышать 12 страниц в минуту.

Для лазерных принтеров, работающих с бумагой формата А4, стандартным разрешением является 600–1200 dpi.

Кроме лазерных, существуют так называемые LED-принтеры (Light Emitting Diode), в которых полупроводниковый лазер заменен «гребенкой» мельчайших светодиодов. В данном случае не требуется сложная оптическая система, что позволяет реализовывать более дешевые решения. В области светодиодных принтеров специализируется компания OKI.

Большинство параметров лазерных принтеров соответствует аналогичным параметрам струйных и матричных моделей.

Основным расходным материалом лазерных принтеров является картридж с тонером и фотовал, в некоторых моделях объединенные в общий узел.

Поскольку в отличие от матричной и струйной технологии, лазерная технология требует предварительной подготовки (растрирования) всей страницы, то для лазерных принтеров очень важен объем буферной памяти. Большинство моделей позволяют его наращивать.