Пристрої виведення графічної інформації

Пристрої відображення інформації (ПВІ) широко використовуються для виведення алфавітно-цифрової та графічної інформації, відображення довідкових даних по об'єктах контролю та управління технологічними процесами. Пристрої відображення інформації дозволяють надавати людині інформацію у найсприятливішому вигляді типу текстів, таблиць, рисунків, діаграм. Висока швидкодія більшості пристроїв відображення дозволяє використовувати їх у реальному масштабі часу.

Пристрої відображення можна класифікувати:

• а) за методом використання;
• б) за часом поновлення інформації;
• в) за використанням символів;
• г) за технічною реалізацією.

Так, за методом використання ПВІ поділяються на групові та індивідуальні. Групові ПВІ є пристроями колективного використання, вони мають великий розмір екрана, розвинуте математичне забезпечення функціональних можливостей. Такі пристрої встановлюють в диспетчерських пунктах або залах керування польотами і дозволяють взаємодіяти з інформацією значній кількості операторів. Пристрої індивідуального використання відрізняються малими габаритами, вони призначені для взаємодії з одним або двома операторами.

В залежності від характеру задач можливі два режими поновлення інформації. Перший режим дозволяє відслідковувати відображення безперервно в режимі реального часу, а другий дозволяє дискретне відображення через певні проміжки часу. Робота ПВІ в реальному масштабі часу має на увазі наявність такого спостереження оператором візуальної інформації, коли забезпечується її повне сприйняття. В другому випадку інформація надається оператору з затримкою. Припустимість затримки визначається швидкістю протікання процесів в інформаційній системі.

За використанням символів поділ проводиться на алфавітно-цифрові, графічні та мнемонічні. За конкретною технічною реалізацією поділ ПВІ ведеться на пристрої на основі: електронно-променевих трубок безпосереднього відображення; електронно-променевих трубок з проектуванням на екран; газорозрядних, електролюмінісцентних, квантових та інших пристроїв індикації.

До основних характеристик пристроїв відображення інформації відносяться:

Швидкодія;

Об'єм інформації, що відображається;

Спосіб відображення інформації;

Параметри зображення;

Метод зв’язку з ЕОМ.

До пристроїв виведення графічної інформації відносять дисплей, принтери, плотери.

Дисплей

Найважливішою з периферійних систем є відео система, що призначена для виводу текстової та графічної інформації. Відео система складається, в основному, з двох частин: відеоадаптера і дисплею. Відеоадаптер — це електронна схема, яка взаємодіючи з процесором, формує зображення. Дисплей візуалізує сформоване зображення на екрані.

Дисплеї за принципом роботи поділяють, на такі що діють:

ь На основі електронно-променевих трубок;

ь На рідких кристалах;

Більшість сучасних настільних комп’ютерів використовують монітори на базі електронно-променевих трубок, саме завдяки їхній низькій вартості та великих графічним можливостям. Він полягає в тому, що пучок електронів, що вилітають з електронної пушки, потрапляючи на екран, вкритий люмінофором, викликає його світіння. На шляху пучка електронів переважно знаходяться допоміжні електроди: відхиляюча система, що дозволяє змінити напрям пучка і модулятор, який регулює яскравість зображення.

Важливими характеристиками дисплею є:

• § Роздільна здатність;
• § Кадрова частота;
• § Крок пік селів;
• § Розмір екрана по діагоналі.

Роздільна здатність — це величина, що визначається числом елементів зображення на екрані, котрі встановлюються по горизонталі та вертикалі.

Кадрова частота — це кількість кадрів, які відображаються на екрані протягом однієї секунди. Вона вимірюється в герцах, і значно впливає на стійкість зображення.

Крок пікселів — визначає чіткість зображення — чим більший крок, тим більша зернистість зображення. Всі сучасні монітори мають крок пік селів від 0,24 до — 0,28 мм.

Розмір екрана по діагоналі - це довжина діагоналі екрану в дюймах. Відповідно до довжини діагоналі дисплеї поділяють на: 9″, 14″, 15″, 17″, 19″, 20″, та 21″. Дисплеї з великим розміром діагоналі є зручними, оскільки дозволяють в більшому масштабі переглядати дрібні деталі зображення, їх широко використовують в графічних та видавничих програмах.

Один з найперспективніших напрямів розвитку пристроїв відображення є плоскі екрани, в яких використано рідкі кристали. Гідро кристалічні екрани нині складають практично весь ринок моніторів для портативних комп’ютерів.

Кожна точка зображення на рідкокристалічному дисплеї є собою відповідним РК — елементом. Отже, весь екран дисплею — це матриця цих елементів. Принцип роботи такого дисплею полягає в проходженні чи не проходженні світлових променів через намагнічений РК — елемент. Керують намагніченістю елементів прозорі електроди, що утворюють дві площини, між якими знаходиться матриця РК — елементів. Існує два основних методи, що використовуються для адресації РК — елементів: прямий і непрямий. Ці методи мають багато спільного, але між ними є деякі відмінності. При використанні прямої адресації адресації елементів матриці, кожна точка зображення, що виробляється, активується подачею напруги на відповідний адресний провідник — електрод для рядка і, відповідно, для стовпчика. При такому способі керування точкою зображення кажуть також, що використовується пасивна матриця РК — елементів. Цей метод має декілька недоліків: неможливо досягнути високої контрастності зображення, тому що електричне поле виникає не тільки в точці перетину адресних провідників, але й на всьому шляху поширення струму, зміна зображення при цьому виконується досить інерційно.

Принтери

Принтери призначені для виведення інформації на тверді носії, здебільшого на папір. Існує велика кількість різноманітних моделей принтерів, що різняться принципом дії, інтерфейсом, продуктивністю та функціональними можливостями. За принципом дії розрізняють: матричні, струменеві та лазерні принтери.

Матричні принтер

До недавнього часу були найпоширенішими пристроями виведення інформації, оскільки лазерні були дорогими, а струменеві мало надійними. Основною перевагою є низька ціна та універсальність, тобто спроможність друкувати на папері любої якості.

Принцип дії. Друкування відбувається за допомогою вбудованої у друкуючий вузол матриці, що складається з декількох голок. Папір втягується у принтер за допомогою валу. Між папером та друкуючим вузлом розташовується фарбуюча стрічка. При ударі голки по стрічці, на папері з’являються точки. Голки, що розташовані у друкуючому вузлі керуються електромагнітом. Сам друкуючий вузол пересувається по горизонталі і керується кроковим двигуном. Під час просування друкуючого вузла по рядку, на папері з’являються відбитки символів, складених із точок. В пам’яті принтера містяться коди окремих літер, знаків тощо. Ці коди визначають, які голки і в який момент слід активізувати для друкування певного символу. Матриця може мати 9, 18 або 24 голки. Якість друкування 9-голковими принтерами невисока. Для підвищення якості, можливе друкування 2-х та 4-х кратним проходженням по рядку. Матриця з 24 голками є стандартом для сучасних матричних принтерів. Голки розташовані у два ряди по 12 у кожному. Якість друкування значно вище. Матричні принтери дозволяють друкувати відразу декілька копій документа. Для цього аркуші перекладають копіювальною калькою. Матричні принтери не вимогливі і можуть друкувати на поверхні любого паперу — картках з картону, рулонному папері тощо.

Характеристики матричних принтерів:

• · Швидкість друку. Вимірюється кількістю знаків, що друкуватимуться за секунду. Одиниця виміру cps (character per second — символів у секунду). Виробники вказують максимальну швидкість друкування у чорновому режимі (однопрохідне друкування). Однак, при виборі принтера слід врахувати, що для режиму підвищеної якості, а також при виводі графічних зображень, ця величина значно менша.
• · Об'єм пам’яті. Матричні принтери обладнані внутрішньою пам’яттю (буфером), що приймає дані від комп’ютера. У дешевих моделях об'єм буфера складає 4−6 Кбайт. У дорожчих сягає 175 Кбайт. Чим більше пам’яті, тим менше принтер звертається до комп’ютера за певною порцією даних, що дозволяє центральному процесору виконувати інші задачі. Друкування може відбуватись у фоновому режимі.
• · Роздільна здатність. Вимірюється кількістю точок, що друкуються на одному дюймі. Одиниця виміру dpi (dot per inch — точок на дюйм). Цей показник важливий для друкування графічних зображень.
• · Колірність друку. Існує декілька моделей кольорових матричних принтерів. Але, якість друкування 24-голчатим принтером із застосуванням різноколірної стрічки набагато гірше ніж якість друкування на струменевому принтері.
• · Шрифти. В пам’ять багатьох принтерів вбудовано широкий набір шрифтів. Але друкування може відбуватись любим шрифтом True Type, розроблених для операційної системи Windows.

Струменеві принтери

Перші струменеві принтери випустила фірма Hewlett Packard. Принцип дії подібний до принципу дії матричних принтерів, але замість голок у друкуючому вузлі розташовані капілярні розпилювачі та резервуар із чорнилом. У середньому, число розпилювачів від 16 до 64, але існують моделі, де кількість розпилювачів сягає для чорних чорнил до 300, а для кольорових до 416. Резервуар із чорнилами може розташовуватися окремо і через капіляри з'єднуватись з друкуючим вузлом, а може бути вбудованим у друкуючий вузол і замінятись разом із ним. Кожна конструкція має свої недоліки та переваги. Вбудований у друкуючий вузол резервуар являє собою конструктивно окремий пристрій (картридж), який дуже легко замінити. Більшість сучасних струменевих принтерів дозволяють використовувати картриджі для чорно-білого та кольорового друку.

Принцип дії. Існує два методи розпилення чорнила: п'єзоелектричний метод та метод газових пухирців. У кожному розпилювачі п'єзоелектричного вузла встановлено плоский п'єзоелемент, що зв’язаний з діафрагмою. При друці він стискує й розтискує діафрагму, викликаючи розпилення чорнил через розпилювач. При попаданні потоку аерозолю на носій, друкується точка (використовується в моделях принтерів фірм Epson, Brother). При методі газових пухирців, кожний розпилювач обладнано нагріваючим елементом. Якщо через цей елемент проходить мікросекундний імпульс току, чорнила нагріваються до температури кипіння, і утворюються пухирці, які витискують чорнила з розпилювача, що утворюють відбитки на носії (використовується в моделях принтерів фірм Hewlett Packard, Canon).

Кольоровий друк виконується шляхом змішування різних кольорів у певних пропорціях. Переважно, у струменевих принтерах реалізується колірна модель CMYK (Cyan-Magenta-Yellow). Змішування не може надати чистий чорний колір і тому в складову входить чорний колір (Black). При кольоровому друкуванні картридж містить 3 або 4 резервуари з чорнилами. Друкуючий вузол проходить по одному місцю аркуша декілька разів, додаючи потрібну кількість чорнил різного кольору. Після змішування чорнил, на аркуші з’являється ділянка потрібного кольору.

Характеристики струменевих принтерів:

• · Швидкість друкування. Друкування у режимі нормальної якості складає 3−4 сторінки у хвилину. Кольоровий друк трохи довший.
• · Якість друкування. Дорогі моделі струменевих принтерів із великою кількістю розпилювачів забезпечують високу якість зображення. Але велике значення має якість і товщина паперу. Щоб позбутися ефекту розтікання чорнил, деякі принтери застосовують підігрів паперу.
• · Роздільна здатність. Для друкування графічних зображень роздільна здатність складає від 300 до 720 dpi.
• · Вибір носія. Друк неможливий на рулонному папері.

Основним недоліком є засихання чорнил у розпилювачах. Усунути це можна лише заміною картриджа. Щоб не допустити засихання принтери обладнані пристроями очищення розпилювачів. По ціні та якості струменеві принтери ідеально підходять для домашнього користування. Заправка чорнилом не є дорогою й банки чорнила вистачає на декілька років.

Лазерні принтери

Сучасні лазерні принтери дозволяють досягнути найбільш високої якості друку. Якість наближена до фотографічної. Основний недолік лазерних принтерів є висока ціна, але ціни мають тенденцію до зниження.

Принцип дії. У більшості лазерних принтерів використовується механізм друкування, як у копіювальних апаратах. Основним вузлом є рухомий барабан, що наносить зображення на папір. Барабан являє собою металічний циліндр, що покритий шаром напівпровідника. Поверхня барабана статично заряджається розрядом. Промінь лазера, що скерований на барабан, змінює електростатичний заряд у точці попадання і створює на поверхні барабана електростатичну копію зображення. Після цього, на барабан наноситься шар фарбуючого порошку (тонера). Частки тонера притягаються лише до електрично заряджених точок. Папір втягується з лотка і йому передається електричний заряд. При накладанні на барабан, аркуш притягає на себе частки тонера з барабана. Для фіксації тонера, папір знов заряджається й проходить між валами, нагрітими до 180 градусів. По закінченні, барабан розряджається, очищується від тонера і знов використовується.

При кольоровому друці зображення формується змішуванням тонерів різного кольору за 4 проходження аркуша через механізм. За кожен прохід на папір наноситься певна кількість тонера одного кольору. Кольоровий лазерний принтер є складним електронним пристроєм з 4 резервуарами для тонера, оперативною пам’яттю, процесором та жорстким диском, що відповідно збільшує його габарити та ціну.

Основні характеристики лазерних принтерів:

• · Швидкість друкування. Визначається швидкістю механічного протягування аркуша та швидкістю обробки даних, що надходять із комп’ютера. Середня швидкість друку 4−16 сторінок за хвилину.
• · Роздільна здатність. У сучасних лазерних принтерах сягає 2400 dpi. Стандартним вважається значення в 300 dpi.
• · Пам’ять. Робота лазерного принтера пов’язана з величезними обчисленнями. Наприклад, при роздільній здатності 300 dpi, на сторінці формату А4 буде майже 9 млн. точок, і потрібно розрахувати координати кожної з них. Швидкість обробки інформації залежить від тактової частоти процесора та об'єму оперативної пам’яті принтера. Об'єм оперативної пам’яті чорно-білого лазерного принтера складає не менше 1 Мбайт, у кольорових лазерних принтерах значно більше.
• · Папір. Використовується якісний папір формату А4. Існують моделі для формату А3. У деяких лазерних принтерах є можливість використання рулонного паперу.

Термін роботи та якість роботи лазерного принтера залежить від барабана. Ресурс барабана дешевих моделей 40−60 тисяч сторінок.

Під'єднання принтера

Після фізичного під'єднання до комп’ютера, принтер потрібно програмно встановити та налаштувати. У Windows процесом друкування керує не програма, а операційна система. Тому налаштування виконується за допомогою програми Control Panel, після чого принтер стає доступним для всіх програм. Керування принтером здійснюють драйвери. Вони поставляються разом із принтером, але драйвер популярних моделей містяться у комплекті Windows. При відсутності «рідного» драйвера, можна спробувати підібрати подібний з набору існуючих драйверів або знайти в Інтернеті на сайті фірми-виробника.

Плотери

Плотер — це пристрій, призначений для виведення графічних зображень на тверді копії великого формату. Існує досить багато типів плоттерів, які відповідають різним вимогам щодо розміру, роздільної здатності, кількості кольорів створюваних зображень, швидкості їх виводу. В загальному всі існуючі на нинішній день плоттери умовно можна поділити на планшетні і барабанні. В планшетних плоттерах папір нерухомий, а виконуючий пристрій переміщується по двох осях. Барабанні або рулонні плоттери переміщають по одній осі папір, а перпендикулярно — виконуючий пристрій.

Обидва типи плотерів використовують для виведення графіків, діаграм і креслень, характерних для завдань, пов’язаних, наприклад, з САПР. Вони можуть працювати з форматом паперу від А4 до А0.

За способом створення зображення їх поділяють на плоттери:

• § На перах;
• § Струменеві.

Плоттери, які використовують різні типи пера створюють зображення, наносячи його на тверду копію за допомогою спеціального пристрою, що нагадує перо. Вони мають змогу використовувати від 1 до 8 різноманітних кольорів, кожен з яких наноситься відповідним пером.

Струменевий плотер

Струменева технологія створення зображення відома з 70-х років, але справжній її прорив на ринку став можливий тільки з розробкою фірмою Canon технології створення реактивної бульбашки (Bubblejet) — спрямованого розпилення чорнила на папір за допомогою сотень дрібних форсунок одноразової друкуючої головки. Кожній форсунці відповідає свій мікорскопічний нагрівальний елемент (терморезистор), який миттєво (за 7−10 мкс) нагрівається під впливом електричного імпульсу. Чорнила закипають, і пари створюють пухирець, який виштовхує з форсунки краплю чорнила. Коли імпульс закінчується, терморезистор так само швидко остигає, а пухирець зникає.

Друкуючі головки можуть бути «кольоровими» і мати відповідну кількість груп форсунок. Для створення повноцінного зображення використовується стандартна для поліграфії колірна схема CMYK, що використовує чотири кольори: Cyan — блакитний, Magenta — пурпуровий, Yellow — жовтий і Black — чорний. Складні кольори утворюються шляхом змішування основних, причому отримання відтінків різних кольорів досягається шляхом згущення або розрідження точок відповідного кольору у фрагменті зображення (аналогічний спосіб використовується при отриманні різних відтінків «сірого» при виведенні монохромних зображень).

Струменева технологія має ряд переваг. Сюди можна віднести простоту реалізації, високу роздільність, низьку споживану потужність та відносно високу швидкість друку. Прийнятна ціна, висока якість і великі можливості роблять СП серйозним конкурентом перових пристроїв. Попит на СП з боку працюючих з настільними видавничими системами і користувачів систем автоматизованого проектування, що випускають складні креслення формату А0, зростає, однак невисока швидкість виведення графічної інформації та вицвітання з часом отриманого кольорового зображення без прийняття спеціальних заходів обмежує їх застосування.

Плотери на основі термопередачі

Відмінність цих плотерів полягає в тому, що в них між термонагрівачами і папером (або прозорою плівкою!) розміщується «Донорний кольороносій» — тонка, завтовшки 5−10 мкм, стрічка (наприклад, лавсанова), звернена до паперу барвним шаром, виконаним на восковій основі з низькою (менше 100С) температурою плавлення.

На донорній стрічці послідовно нанесені області кожного з основних кольорів розміром, відповідним листу використовуваного формату. У процесі виведення інформації паперовий лист з накладеною на нього донорної стрічки проходить під друкуючої головкою, яка складається з тисяч дрібних нагрівальних елементів. Віск у місцях нагріву розплавляється, і пігмент залишається на листі. За один прохід наноситься один колір. зображення виходить за чотири проходу. Таким чином, на кожен лист кольорового зображення витрачається в чотири рази більше фарбувальної стрічки, ніж на лист монохромного.

Зважаючи на дорожнечу кожного відбитка ці плоттери використовуються в складі засобів автоматизованого проектувався для високоякісного виводу об'єктів тривимірного моделювання, у системах картографії, де потрібна висока якість відтворення кольорів, та рекламними агенціями для виведення плакатів і транспарантів для барвистих презентацій.

Лазерний плоттер

Ці плотери базуються на електрографічний технології, в основу якої покладено фізичні процеси внутрішнього фотоефекту у світлочутливих напівпровідникових шарах селеновмісних матеріалів і силовий вплив електростатичного поля. Проміжний носій зображення (обертовий селеновий барабан) у темряві може бути заряджений до потенціалу в сотні вольт. Промінь світла знімає цей заряд, створюючи приховане електростатичне зображення, яке притягує намагнічений дрібнодисперсний тонер, прикріплений потім механічним шляхом на папір. Після цього папір з нанесеним тонером проходить через нагрівач, в результаті чого частки тонера запікаються, створюючи зображення.

Деякий час тому створення прихованого зображення на барабані здійснювалося виключно за допомогою лазера. Для управління переміщенням лазерного променя служила складна система обертових дзеркальних багатогранників чи призм або лінз. Внаслідок цього плотери, що використовують лазери, бояться трясіння і ударів, які можуть збити налаштування.

Уникнути складнощів з оптикою і зробити систему простіше, легше і надійніше дозволило застосування лінійок крапкових напівпровідникових світло діодів (Light-emitting diode — LED).

Лазерні і LED-плотери зважаючи на високу швидкодії (аркуш формату А1 виводиться менше ніж за півхвилини) зручно використовувати як мережеві пристрої, і вони мають в стандартній комплектації адаптор мережевого інтерфейсу. Не менш важливо і те, що ці плотери можуть працювати на звичайному папері, що скорочує експлуатаційні витрати.

LED-плотери стають все більш популярними, хоча за вартістю можна порівняти з монохромними електростатичними.

Область їх застосування: складний технічний дизайн, архітектура, картографія та інше, тобто скрізь, де вимоги до продуктивності і якості результатів високі, але наявність кольору не потрібно.

Час від часу передрікає появу кольорових лазерних плотерів, але поки що це занадто дорого.