Организация ЭВМ и систем. Периферийные устройства (стр. 3 )

Рис. 27. Щелевая маска

Рис. 28. Апертурная решетка

3.1.2. Устройство ЖК-мониторов. Работа ЖК-мониторов основана на свойстве некоторых веществ проявлять анизотропию в текучем ("жидком") состоянии. Первый ЖК-монитор был продемонстрирован американской фирмой RCA в 1966 году. Для изготовления ЖК-мониторов используют так называемые нематические кристаллы, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок. В отсутствии электрического поля молекулы этого вещества образуют скрученные спирали (обычно 90º). В результате такой ориентации молекул плоскость поляризации проходящего света поворачивается. Если же к прозрачным электродам приложено напряжение, спираль молекул распрямляется (они ориентируются вдоль поля), при этом поворота плоскости поляризации проходящего света не происходит (TN-матрица, Twisted Nematic). Используя подходящим образом ориентированный пленочный поляризатор, можно добиться, чтобы в первом случае ЖК-элемент пропускал проходящий свет, а во втором – нет (рис. 29).

Рис. 29. Устройство ЖК-монитора

Для адресации ЖК-элементов можно использовать два метода: прямой (пассивный) и косвенный (активный). При прямой адресации элементов каждая выбираемая точка изображения активируется подачей напряжения на соответствующий проводник-электрод для строки (общий для целой строки) и на проводник-электрод для столбца (общий для всего столбца). Множество ЖК-элементов образуют матрицу. Матрицы с пассивным управлением ("пассивные матрицы") имеют недостаточный контраст изображения, т. к. электрическое поле возникает не только в точке пересечения адресных проводников, но и на всем пути распространения тока. Эта проблема решается при использовании так называемых активных матриц, когда каждой точкой изображения управляет свой независимый электронный переключатель (как правило, TFT – Thin film transistor – тонкоплёночный транзистор).

В настоящее время распространены три технологии изготовления ЖК-мониторов: TN+film, IPS и *VA (MVA/PVA). Они различаются геометрией поверхности, полимера, управляющей пластины. Все это влияет на качество изображения, время отклика (насколько быстро сменяются состояния ЖК-элемента) и углы обзора.

Наиболее «быстрыми» (минимальное время отклика) считаются ЖК-мониторы, построенные на матрицах TN+film. К недостаткам можно отнести невысокие углы обзора до 1600 и худшую цветопередачу.

В ЖК-мониторах с матрицами IPS (In-Plane Switching) увеличены углы обзора до 1700, обеспечивается высокая контрастность и цветопередача, однако они имеют невысокое время отклика. В последних модификациях (S-IPS) уменьшено время отклика.

Мониторы с VA-матрицами (Vertical Alignment) имеют достаточно высокий угол обзора (до 1780), за счет использования технологий ускорения имеют небольшое время отклика и по сравнению с мониторами на матрицах TN+film имеют лучшую цветопередачу.

3.1.3. Основные параметры мониторов. К основным параметрам можно отнести:

– Размер экрана – это размер по диагонали от одного угла экрана до другого, обычно указывается в дюймах (или сантиметрах). Как правило, для ЖК-мониторов паспортный размер соответствует видимому, для ЭЛТ-мониторов видимый размер всегда меньше. Например, для ЭЛТ-мониторов с диагональю 17” видимая область обычно составляет 16”.

– Шаг маски является показателем качества изображения. Это расстояние между двумя соседними элементами люминофора одного цвета. Обычно равно 0,2–0,25мм.

– Разрешение экрана (разрешающая способность) означает плотность отображаемого на экране изображения. Она определяется количеством точек или элементов изображения (пикселов – dot) вдоль одной строки и количеством горизонтальных строк. ЖК-мониторы имеют фиксированное разрешение, т. к. число ЖК-элементов (пикселей) должно точно соответствовать номинальному разрешению. В ЭЛТ-мониторах луч может попадать между люминофором, тем самым, выводя изображение с большим разрешением, однако оно будет мелким. Размер экрана и шаг маски определяют физическое разрешение экрана.

– Соотношение сторон экрана – отношение ширины к высоте. Наиболее распространенные ЭЛТ-мониторы имеют соотношение 4:3, в ЖК-мониторах используются соотношения 4:3, 16:10, 16:9.

– Яркость – количество света, излучаемое монитором. Измеряется в канделах на квадратный метр, чем выше значение, тем лучше.

– Контрастность – отношение яркостей самой светлой и самой темной точек.

– Равномерность – постоянство уровня яркости по всей поверхности экрана монитора. В основном используется критерий «равномерность белого».

Наиболее важными параметрами для монитора являются: частота кадровой развертки, частота строчной развертки и полоса пропускания видеосигнала. Частота кадровой развертки во многом определяет устойчивость изображения (отсутствие мерцаний), типичное значение 60–160 Гц. Частота строчной развертки и полоса пропускания влияют на максимальное разрешение монитора. Типичное значение частоты строчной развертки – 60–80 кГц (отражает количество строк, которое монитор может воспроизвести за одну секунду). Полоса видеосигнала определяется произведением разрешения по горизонтали с учетом обратного хода на частоту строчной развертки (отражает число точек в строке, которое монитор может воспроизвести за одну секунду).

Также можно выделить параметры, характерные только для конкретного типа мониторов. Для ЭЛТ-мониторов это:

– Тип используемой маски – апертурная, щелевая, теневая.

– Сведение – это способность трех электронных пушек основных цветов попадать в точно заданное место на экране. Термин «несведение лучей» означает отклонение красного и синего от центрирующего зеленого.

– Динамическая фокусировка. Если не предприняты специальные меры, электронный луч расфокусируется (увеличивается в диаметре) по мере своего удаления от центра экрана. Для компенсации искажения формируется специальный компенсирующий сигнал. Величина компенсирующего сигнала зависит от свойств ЭЛТ и ее отклоняющей системы. Чтобы устранить смещение фокуса, вызванное различием в путях пробега луча (расстоянии) от электронно-лучевой пушки до центра и до краев экрана, требуется с помощью высоковольтного трансформатора увеличивать напряжение в соответствии с ростом отклонения луча от центра.

Для ЖК-мониторов можно выделить:

– Тип используемой матрицы – TN, IPS,*VA.

– Время отклика – время, за которое транзистор успевает переключиться из одного состояния в другое (изменение яркости пиксела). Чем ниже это время, тем более динамичные сцены можно просматривать на ЖК-мониторах, оптимальным считается время отклика 25 мс и менее.

– Угол обзора. Максимальный угол обзора определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения уменьшается в 10 раз. В силу специфики работы ЖК-мониторов пропускание света через поляризационные фильтры и типа используемой матрицы углы обзора у ЖК-мониторов могут быть различные. Чем выше значения горизонтальных и вертикальных углов обзора, тем лучше.

– Количество отображаемых цветов – в первых ЖК-мониторах использовались матрицы с 18-битным цветом, современные передают 24-битный цвет (по 8 бит на канал).

При подключении мониторов к видеокарте используются в основном два типа разъемов: разъем DB-15 с аналоговым видеосигналом и опционально с цифровым интерфейсом DDC4 и интерфейс DVI (Digital Visual Interface), позволяющий передавать как аналоговый видеосигнал, так и цифровой. В последнее время для подключения мониторов с высоким разрешением (выше 1920 × 1080), применяются цифровые интерфейсы HDMI и DisplayPort.

3.2. Принтеры

Принтеры (печатающие устройства) предназначены для вывода алфавитно-цифровой (текстовой) и графической информации на бумагу или подобный ей носитель.

Принтеры классифицируют по следующим критериям:

1. По способу печати:

­– последовательные – печатный документ формируется символ за символом;

– строчные – при печати устройство формирует сразу всю строку целиком;

– страничные – на бумагу наносится изображение сразу всей страницы.

2. По технологии печати (рис. 30 и 31):

– ударные – матричные или литерные, в которых для переноса красящего вещества используется механический удар;

– безударные – струйные, лазерные, термические, сублимационные и термовосковые.

Рис. 30. Классификация принтеров по технологии печати

а) матричный принтер б) струйный принтер

Рис. 31. Принтеры

в) лазерный принтер г) сублимационный

Продолжение рис. 31. Принтеры

3.2.1. Литерные принтеры. Принцип работы похож на работу печатающей машинки. В литерных принтерах имеется определенный алфавит (литеры) и при ударе их через красящую ленту на бумаге оставался отпечаток соответствующей литеры – буква или знаки препинания. Такие принтеры способны обеспечить высокую скорость печати, однако они не способны выводить графическое изображение.

3.2.2. Матричные принтеры. В них печатающая головка из 9, 18 или 24 игл, приводимых в движение электромагнитами, крепится к каретке и перемещается вместе с ней по направляющим параллельно бумаге вдоль печатаемой строки.

Часть игл матрицы приводится в движение, и они "ударяют" по красящей ленте, находящейся между головкой и бумагой, формируя таким образом след из маленьких точек (рис. 32).

Рис. 32. Матрица для буквы "К" в зависимости от количества иголок

в головке принтера и режима печати

К недостаткам этих принтеров относят низкую скорость печати и высокий уровень шума при работе. Достоинством же является то, что они оставляют оттиски букв на бумаге, а это важно при составлении финансовых или официальных документов, есть возможность изготовлять одновременно несколько копий (до 5шт.). Следует отметить, что у этой технологии печати в общем случае нежесткие требования к качеству бумаги.

3.2.3. Струйные принтеры. У них, так же как и у матричных принтеров, головка движется в горизонтальной плоскости над бумагой. Печатающая головка содержит сопла, через которые подаются чернила. У разных моделей количество сопел может варьироваться от 12 до 300.

Струйная технология является одним из основных видов получения высококачественной цветной печати. При печати на принтере цветное изображение формируется наложением друг на друга изображений трех основных типографских цветов: голубого (cyan), пурпурного (magenta) и желтого (yellow) – CMY. При такой печати на бумаге очень трудно получить насыщенный черный цвет, поэтому в качестве четвертого цвета добавляют еще и черный (black), и такую цветовую модель называют CMYK. В современных фотопринтерах количество используемых цветов при печати может достигать 6–7.

Струйная технология печати порождает и ряд проблем, среди которых основной является проблема предотвращения засыхания чернил в соплах и одновременно с этим обеспечения быстрого их высыхания при попадании на бумагу. Она решается либо путем погружения сопел в резервуар с красителем, либо автоматизацией очистки сопел, либо благодаря использованию красителя, расплавляющегося при нагревании и затвердевающего при остывании. Для его реализации достаточно подогреть сопла и, возможно, резервуар с красителем.

Хранение чернил осуществляется двумя методами:

– головка принтера является составной частью патрона с чернилами, замена патрона с чернилами одновременно связана с заменой головки;

– используется отдельный сменный резервуар, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головку принтера.

Фирмы-изготовители реализуют различные способы нанесения чернил на бумагу:

– пьезоэлектрический метод;

– метод газовых пузырей (bubblejet);

– метод drop-on-demand.

3.2.3.1. Пьезоэлектрический метод. Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Под воздействием электрического поля происходит деформация пьезоэлемента. 

При печати находящийся в трубке пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые "выдавились" наружу, оставляют на бумаге точку (рис. 33). Подобные устройства выпускают компании «Epson», «Brother» и др.

Рис. 33. Подача чернил через сопло с пьезоэлементом

Учитывая, что пьезоэлектрические элементы достаточно дорогие в производстве, в принтерах с таким методом печати используется несменная печающая головка, а краска подается из сменного резервуара.

3.2.3.2. Метод газовых пузырей. Способ базируется на термическом методе и больше известен под названием Bubblejet (инжектируемые пузырьки). При использовании этого метода каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который при пропускании через него тока за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500°С. Возникающие при резком нагревании газовые пузыри (bubbles) стараются вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую порцию (каплю) жидких чернил, которые переносятся на бумагу. При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается и через входное отверстие поступает новая порция чернил (рис. 34). Подобную технологию использует фирма «Canon».

Благодаря тому, что в механизмах печати, реализованных с использованием метода газовых пузырей, меньше конструктивных элементов, такие принтеры надежнее в работе и срок их эксплуатации более продолжителен. Кроме того, использование этой технологии позволяет добиться наиболее высокой разрешающей способности принтеров.

Рис. 34. Подача чернил по методу газовых пузырей

3.2.3.3. Метод drop-on-demand. Метод, разработанный фирмой «Hewlett-Packard» (HP). Так же, как и в методе газовых пузырей, здесь для подачи чернил из резервуара на бумагу используется нагревательный элемент. Однако при этом дополнительно применяется специальный механизм, отличный от метода газовых пузырей (рис. 35).

Рис. 35. Подача чернил по методу drop-on-demand

Технология drop-on-demand обеспечивает наиболее быстрый впрыск чернил, что позволяет существенно повысить качество и скорость печати. Цветовое представление изображения в этом случае более контрастно.

В зависимости от режима печати скорость работы струйных принтеров может варьироваться от нескольких минут на 1 лист формата A4 (фотографическая печать) и до 30 страниц в минуту (черновой черно-белый режим печати). Также они имеют низкий уровень шума при работе, но как правило требуют использование высококачественной бумаги. Расходные материалы для технологий струйной печати являются самыми дорогими, по сравнению с принтерами других технологий печати.

3.2.4. Лазерные принтеры. Доминирующими для лазерных принтеров являются электрофотографическая и светодиодная (LED, Light Emitting Diode) технологии печати. Электрофотографическая технология подобна применяемой в копировальных аппаратах. В светодиодной технологии в качестве оптического устройства, формирующего изображение, используются светодиоды (исторически светодиодные принтеры относятся к классу лазерных). Светодиодная технология, как правило, находит применение в широкоформатных принтерах (до 36 дюймов). Электрофотографическая технология обычно применяется в настольных и офисных лазерных принтерах.

3.2.4.1. Принцип действия лазерного принтера. Лазерные принтеры используют технологию фотокопирования, называемую еще электрофотографической, которая заключается в точном позиционировании точки на странице посредством изменения электрического заряда на специальной пленке из фотопроводящего полупроводника. Подобная технология печати применяется в ксероксах. Принтеры фирмы «HP», например, используют механизм печати ксероксов фирмы «Canon».

Важнейшим конструктивным элементом лазерного принтера является вращающийся фотобарабан, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом. 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. Этот луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем элементарные площадки (точки), и в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электрический заряд. Для некоторых типов принтеров потенциал поверхности барабана уменьшается от -900 до -200 В. Таким образом, на фотобарабане возникает копия изображения в виде потенциального рельефа (рис. 36).

Рис. 36. Функциональная схема лазерного принтера.

На следующем рабочем шаге с помощью другого барабана, называемого девелопером (developer), на фотобарабан наносится тонер – мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда мелкие частицы тонера легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют на нем изображение (рис. 37).

Лист бумаги из подающего лотка с помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем листу сообщается статический заряд, противоположный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частички тонера с барабана переносятся (притягиваются) на бумагу.

Для фиксации тонера на бумаге листу вновь сообщается заряд и пропускается между двумя роликами, нагревающими его до температуры около 180–200 °С. После собственно процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших частиц тонера и готов для нового цикла печати. Описанная последовательность действий происходит очень быстро и обеспечивает высокое качество печати.

Рис. 37. Создание копии изображения на фотобарабане

3.2.4.2. Цветная печать. При печати на цветном лазерном принтере используются две технологии:

– В первой технологии на фотобарабане последовательно для каждого отдельного цвета (Cyan, Magenta, Yellow, Black) формировалось соответствующее изображение и лист печатался за четыре прохода. Такой подход достаточно медленный.

– В современных моделях цветных лазерных принтеров в результате 4-х последовательных прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из 4-х цветов. Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее наносятся все 4-е краски одновременно, образуя нужные цветовые сочетания на отпечатке. В результате достигается более ровная передача цветовых оттенков (рис. 38).

Рис. 38. Схема реализации метода получения изображений "прямо на барабан"

3.2.4.3. Светодиодные принтеры. Они также относятся к лазерным принтерам, однако в них для засвечивания барабана вместо лазерного луча, управляемого с помощью системы зеркал, используется неподвижная светодиодная строка (линейка), состоящая из 2500 светодиодов, которой формируется не каждая точка изображения, а целая строка. Подобный подход позволил уменьшить стоимость лазерных принтеров. На этом принципе печати основаны лазерные принтеры фирмы «OKI».

3.2.5. Термические принтеры. Технология термических принтеров основана на использовании механизма печати факсимильных аппаратов. Печатающая головка термического принтера конструктивно похожа на аналогичный узел матричного принтера – используются иголки. Для таких принтеров необходима бумага со специальным термочувствительным покрытием. Управляемые электрическим током иголки нагревают бумагу, оставляя при этом отметки.

Такие принтеры обеспечивают черно-белую печать.

3.2.6. Сублимационные и термовосковые принтеры. Для получения цветного изображения с качеством, близким к фотографическому, или для изготовления допечатных цветных проб используют сублимационные и термовосковые принтеры.

Общим для сублимационной и термовосковой технологий является нагрев красителя и перенос его на бумагу (пленку) в жидкой или газообразной фазе. Многоцветный краситель, как правило, нанесен на тонкую лавсановую пленку толщиной 5 мкм. Пленка перемещается с помощью лентопротяжного механизма, который конструктивно похож на аналогичный узел игольчатого принтера. Матрица нагревательных элементов за 3–4 прохода формирует цветное изображение.

Отличие термовосковой печати от сублимационной заключается в том, что в первом случае пленка покрыта воскоподобной мастикой, а во втором – специальным красителем. Термовосковые принтеры переносят краситель, растворенный в воске, на бумагу, нагревая ленту с цветным воском. Как правило, для подобных принтеров необходима бумага со специальным покрытием.

При сублимационной печати осуществляется перевод красителя в газообразное состояние путем нагрева ленты. Этот газ затем поглощается полистирольным покрытием специальной бумаги. Диффузионный перенос красителя обеспечивает получение высококачественного цветного изображения без видимых тональных переходов.

3.2.7. Интерфейсы принтеров и языки принтеров. Для соединения принтеров с ПЭВМ до недавнего времени применялся интерфейс Centronics (LPT-порт). В настоящее время практически все принтеры подключаются с использованием шины USB (универсальная последовательная шина), обладающей большей пропускной способностью. Некоторые модели принтеров, называемые сетевыми, поддерживают возможность печати через сеть (для этого имеют в своем составе Ethernet-адаптер).

При печати документов на принтере драйвер преобразует текст и изображения в формат, понятный принтеру, т. е. принтер получает набор команд, который он выполняет. Методы перевода файлов в команды принтера называются языками описания принтера. Для матричных и струйных принтеров наибольшее распространение получил язык ESC/P5. Также можно выделить языки GDI, PCL, Postscript.

GDI – это самый простой язык. Поскольку печатью управляет компьютер, то такие принтеры самые дешевые, но при этом они работают только из графических операционных систем.

Postscript – профессиональный язык, чем-то схожий с html. Позволяет печатать сложные документы, но требует наличие на принтере дорогой электроники, поэтому применяется для печати сложных с полиграфической точки зрения документов.

PCL – язык, разработанный компанией «Hewlett Packard» (HP), достаточно прост. Полученный файл копируется в порт принтера поддерживающего PCL и на выходе получается документ в напечатанном виде.

3.2.8. Технические характеристики. Основными техническими характеристиками принтеров являются:

1. Принцип действия (в соответствии с рассмотренной классификацией).

2. Цветовые возможности (черно-белые или цветные принтеры).

3. Графические возможности или их отсутствие.

4. Разрешающая способность.

5. Качество печати, тесно связанное с предыдущим показателем и обобщающее его.

6. Скорость печати (быстродействие).

7. Стоимость.

3.3. Плоттеры (графопостроители)

Плоттер (графопостроитель) – устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке (рис. 39).

Рис. 39. Плоттеры

3.3.1. Классификация плоттеров. Плоттеры можно разделить на два класса:

– векторного типа, в которых пишущий узел перемещается по двум или одной координате (в последнем случае по другой координате перемещается носитель информации); типичные представители – перьевые плоттеры;

– растрового типа, в которых используется принцип создания изображения заполнением поверхности носителя точками красителя; типичный представитель – струйный плоттер.

3.3.2. Перьевые плоттеры (Pen Plotter). Перьевые плоттеры (ПП) являются электромеханическими устройствами векторного типа и создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя существуют различные виды пишущих элементов, отличающиеся друг от друга используемым типом жидкого красителя. Пишущие элементы бывают одноразовые и многоразовые; шариковые, фибровые, пластиковые и другие; с чернилами на водной или масляной основе; заполненные под давлением и обычные и т. д. Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения.

Существуют два типа ПП: рулонные и планшетные. В ПП первого типа перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага – вдоль другой за счет захвата транспортным валом. В ПП второго типа бумага неподвижна, в то время как перо перемещается по всей плоскости изображения. Это ограничивает максимальный размер выводимого изображения, т. к. конструкция крепления бумаги получается громоздкой.

3.3.3. Карандашно-перьевые плоттеры. Карандашно-перьевые плоттеры (Pen/Pencil Plotter) являются разновидностью перьевых плоттеров. Их отличие от последних состоит в возможности установки специализированного пишущего узла, в котором используются обычные карандашные грифели. Держатель пишущего узла в таких устройствах благодаря наличию специального механизма обеспечивает постоянную величину усилия нажима грифеля на бумагу и автоподачу грифеля при его стачивании. Прочая механика у карандашно-перьевых плоттеров абсолютно аналогична перьевым, поэтому в них также можно применять все пишущие узлы, используемые в последних.

3.3.4. Струйные плоттеры (Ink-Jet Plotter). В плоттерах в основном используется технология пузырьковой струйной печати (bubble-jet). Принцип действия аналогичен работе струйных принтеров (см. п. 3.2.3).

Существует три разновидности струйных плоттеров: монохромные, цветные (полноцветные) и с возможностью цветной печати (color capable). В струйные плоттерах с возможностью цветной печати при необходимости меняется картридж с одним цветом на другой.

3.3.5. Электростатические плоттеры (Electrostatic Plotter). В электростатических плоттерах используются жидкие красители. Электростатическая технология основывается на создании скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на поверхности носителя. В качестве носителя используется специальная электростатическая бумага, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями, позволяющими получить требуемую влажность и электропроводность. Для записи информации используют записывающие головки, представляющие собой блоки тончайших электродов. Потенциальный рельеф появляется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении электродов высоковольтными импульсами напряжения. Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, его частички остаются на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.

3.3.6. Плоттеры прямого вывода изображения (Direct Imaging Plotter). Технология ПВИ была изобретена в конце 50-х годов и основывалась на применении термобумаги.

Изображение создается длинной (на всю ширину плоттера) "гребенкой" миниатюрных нагревателей. Каждый нагреватель имеет самостоятельное управление. Когда термобумага движется вдоль "гребенки", она меняет цвет в местах нагрева. Выводимое изображение получается монохромным.

3.3.7. Плоттеры на основе термопередачи (Thermal Transfer Plotter). В отличие от плоттеров прямого вывода изображения в них между термонагревателями и бумагой (или прозрачной пленкой) размещается донорный цветоноситель – тонкая (толщиной 5–10 мкм) пленка (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе, особенностью которой является низкая (менее 100 ºС) температура плавления.

На ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист, соприкасаясь с лентой, проходит под печатной головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Все изображение получается за четыре прохода. Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в четыре раза больше красящей ленты, чем для монохромного.

3.3.8. Лазерные плоттеры (Laser/LED Plotter). Лазерные плоттеры базируются на электрографической технологии. Принцип работы соответствует лазерным принтерам (см. п. 3.2.4).

4. ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

4.1. Накопители с магнитным носителем

В настоящее время распространены три типа накопителей с магнитной записью информации: на жестких (несъемных) магнитных дисках (НЖМД или "винчестеры" или HDD – Hard Disk Drive), на гибких магнитных дисках (НГМД или флоппи-дисководы) и на магнитной ленте (НМЛ или стримеры).

4.1.1. Принцип работы НЖМД. Жесткий диск содержит один или несколько жестких алюминиевых или стеклянных дисков, покрытых слоем ферромагнитного материала, которые смонтированы на оси-шпин-деле. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря тонкой прослойке воздуха (доли микрон), образуемой при быстром вращении дисков (рис. 40).

Рис. 40. Устройство дискового накопителя

Скорость вращения современных винчестеров составляет 5400–15000 об/мин. Информация записывается на диск в результате изменения ориентации магнитных доменов на участке поверхности диска под записывающей головкой. Для кодирования информации в первых винчестерах использовался метод MFM. В этом случае "1" переводится в комбинацию "01", а "0" – в комбинацию "10", если следует за битом "0", или в "00", если следует за битом "1", что обеспечивает не более трех нулей подряд. При записи этой последовательности на диск логическая "1" кодируется сменой намагниченности на соответствующем участке, а логический "0" – отсутствием смены. Это означает, что один переход намагниченности соответствует 1–3 битам. Впоследствии стала использоваться схема кодирования RLL. Алгоритмы RLL обеспечивают такую закодированную последовательность, что длина поля записи (количество бит между переходами от "0" к "1" или от "1" к "0") ограничена определенным диапазоном [d+1; k+1]. Параметры d и k задаются модификацией алгоритма (обозначается RLL d, k). Для винчестеров использовался RLL 2,7: 8 бит данных перекодируются в 16 так, чтобы в последовательности встречалось не менее двух и не более семи нулей. Затем был внедрен RLL 3,9 (Advanced RLL) и т. п.

Поверхность магнитного носителя в ее первозданном виде – это всего лишь магнитное покрытие, которое не готово к работе. Структура диска, включающая в себя дорожки (концентрические полоски, на которые разделена каждая сторона пластины), цилиндры (дорожки на обеих сторонах пластины, расположенные на окружностях с одинаковым радиусом) и сектора (участки дорожки, представляющие собой наименьший размер порции данных, которая может быть изменена в результате перезаписи), формируется при физическом (низкоуровневом) форматировании. В ходе этой операции контроллер накопителя записывает на носитель служебную информацию: байты синхронизации, указывающие на начало каждого сектора, идентификационные заголовки, состоящие из номеров головки, сектора и цилиндра, байты контрольной суммы CRC (Cyclic Redundancy Check) и коды обнаружения ошибок ECC (Error Correction Code); при этом происходит также маркировка дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Все современные винчестеры поддерживают технологию SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology), которая предполагает выполнение внутренней диагностики винчестера, определяющей состояние двигателя, магнитных головок, рабочих поверхностей носителя и контроллера.

4.1.2. Основные параметры жестких дисков. После рассмотрения устройства и работы дисковых накопителей должен быть понятным смысл их основных параметров:

Форматированная емкость представляет собой объем хранимой полезной информации, то есть сумму полей данных всех доступ­ных секторов.

Неформатированная емкость представля­ет собой максимальное количество бит, записываемых на всех треках диска, включая и служебную информацию (заголовки секторов, контрольные коды полей данных).

Интерфейс определяет способ подключения накопителя. Для на­копителей со встроенным контроллером распространены интерфейсы АТА, он же IDE (все их разновидности будут рассмотрены ниже), SATA, SCSI и SAS.

Внутренняя скорость передачи данных измеряется в количестве бит (мегабит) в секунду, передаваемых между носителем и буфер­ной памятью контроллера, задает физический предел производительности нако­пителя.

Внешняя скорость передачи данных измеряется в количестве килобайт (мегабайт) полезных данных в секунду, передаваемых по шине внешнего интерфейса, зависит от быстродействия электроники конт­роллера, типа интерфейсной шины и режима обмена.

Время перехода на соседний трек характеризует быстродействие системы позиционирования и обычно измеряется в миллисекундах. Для со­временных жестких дисков характерно время перехода в 0,8–2 мс, причем для записи оно несколько больше, чем для считывания (записывать лучше при более точном позиционировании).