Лекции по "Периферийным устройствам"

Первые LCD дисплеи были очень маленькие , около 8 дюймов, в то время как сегодня они достигли 15” размеров для использования в ноутбуках, а для настольных ПК производятся 20” и более LCD мониторы. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые были решены с помощью появившихся специальных технологий , всё это опишем мы далее. Одной из первых проблем была необходимость стандарта в определении качества отображения при высоких разрешениях. Первым шагом на пути к цели было увеличение угла поворота плоскости поляризации света в кристаллах с 90 градусов до 270 градусов с помощью STN технологии.

 

Плазменные  дисплеи

 

В настоящее  время ЖК - мониторы являются наиболее технически отработанными представителями семейства плоско-панельных мониторов, но не единственными. Активно развиваются альтернативные технологии, например, плазменные дисплеи. В плазменных дисплеях вместо жидкокристаллического вещества используется ионизированный газ. Его молекулы обладают особенностью излучать свет в процессе рекомбинации (т.е. восстановления электрической нейтральности). Для приведения молекул газа в ионизированное состояние, т.е. в состояние плазмы, используется высокое напряжение. При ярком свете изображение на экране плазменного дисплея выглядит немного расплывчатом. Яркость красок, контрастность, чёткость и прочие параметры изображения у плазменных мониторов не уступают ЭЛТ, а размеры и энергопотребление сравнимы с ЖК. Стоимость ещё выше, чем у ЖК. К тому же плазменные дисплеи применяются только для изготовления экранов большого размера - от 40 дюймов.

 

Электролюминесцентные мониторы

 

Электролюминесцентные мониторы по своей конструкции аналогичны с ЖК - мониторами , но их принцип действия основан на другом физическом явлении: испускание света при возникновении туннельного эффекта в полупроводником p-n-переходе. Такие мониторы имеют высокие частоты развёрток и яркость свечения, надёжны в работе. Уступают ЖК - мониторам по энергопотреблению (на ячейки попадает сравнительно высокое напряжение - около 100 В), а также по чистоте цветов, которые тускнеют при ярком освещении.

 

Мониторы  электростатической эмиссии

 

Мониторы электростатической эмиссии являются своего рода гибридом двух технологий: традиционной, основанной на использовании ЭЛТ, и жидкокристаллической. В качестве пикселов используется такие же зёрна люминофора, как в обычном кинескопе. Благодаря этому удалось получить очень чистые и сочные цвета, свойственные обычным мониторам. Но активация этих зёрен производится не электронным  лучом, а электронными ключами , наподобие тех, что используются в TFT –экранах . управление этими ключами осуществляется специальной схемой , принцип действия которой аналогичен принципу действия контроллера ЖК - экрана . Для работы такого монитора необходимо высокое напряжение -около 5000 В.

Энергопотребление мониторов электростатической эмиссии  значительно выше, чем ЖК - мониторов, но на 30% ниже , чем у обычных мониторов с экраном того же размера. В настоящее время эта технология обеспечивает наилучшее качество изображения среди всех плоскопанельных мониторов и самую низкую(около 5 мкс) инерционность, однако промышленные образы размером 14-15” на рынке пока не появились.

ПЕЧАТАЮЩИЕ  УСТРОЙСТВА

 

Назначение  печатающих устройств

 

В настоящее время известно большое количество вычислительной техники (ВТ), в которых оказывается необходимым использование различных печатающих устройств. Среди периферийных устройств особое место занимают печатающие устройства, которые представляют собой аппараты, обеспечивающие вывод и регистрацию буквенно-цифровой информации на бумажном носителе, а так же в аппаратуре диалога человека с ЭВМ, терминальных устройствах и устройствах подготовки данных.

В сравнении  с другими устройствами ввода-вывода информации устройства печати имеют следующие достоинства:

1. Документирование выводимой информации на носители для длительной сохранности и в различных видах и формах.
2. Пригодность для человеческого восприятия.
3. Возможность получения копий документов, как в процессе печати, так и при помощи множительной аппаратуры.
4. Относительно невысокая стоимость.
5. Использование обычных сортов бумаги в качестве носителя информации.
6. Возможность выводить информацию в виде, пригодном для машинного восприятия.

 

Выбор

 

В зависимости  от класса решаемых задач выбираются те или иные устройства печати. При выборе типа печатающего устройства целесообразно использовать следующие критерии работоспособности: скорость печати, качество печати, надёжность, достоверность информации, размеры оформляемых документов, стоимость печатающего устройства, потребляемая мощность, габаритные размеры и вес, уровень шума, ремонтопригодность, удобство обслуживания и т.д.

Когда Вы будете делать диплом, то при решении различных  задач один из этих показателей оказывается  определяющим, а остальные выполняют второстепенную роль.

 

Варианты

 

1. Например, для вывода информации на ЭВМ, в которых обрабатывают большие массивы информации с высокой скоростью, то и необходимы устройства вывода информации, в которых была бы высокая скорость печати и высокая надёжность. Все остальные показатели работоспособности имеют второстепенное значение.
2. Если устройство используют для подготовки машиночитаемых документов, то основным критерием выбора устройства является качество печати. Качества печати можно достигнуть за счёт снижения скорости печати, стоимости эксплуатационных расходов и т.д.
3. Если устройство должно быть использовано при оформлении банковских или денежных документов, то в таких системах главным критерием является достоверность регистрируемой информации, а все остальные становятся второстепенными показателями.
4. Если необходимо создать простую малогабаритную систему средств ВТ, то основными критериями становятся малые габариты, масса и минимальная стоимость. В этом случае оказывается возможным идти по пути снижения скорости печати (до 20 знаков в секунду), снижаются показатели надёжности, ремонтопригодности и др.
5. Если печатающее устройство используется в больших научных учреждениях, где необходимо соблюдать тишину, на передний план выдвигается критерий низкого уровня шума печатающего устройства. В этом случае выбирают тип печатающих устройств безударного действия, для которых требуется бумага специальных типов, а это ведёт к увеличению эксплуатационных расходов.

Из приведённых  примеров мы видим, насколько разнообразны и противоречивы требования к печатающим устройствам: выполнение одних требований ведёт к невыполнению других. Всё это связано с созданием широкой номенклатуры печатающих устройств.

Недостатками печатающих устройств является: сложность изготовления и сборки механических узлов, их относительно невысокая надёжность, сложность эксплуатации, шум при работе.

 

Классификация печатающих устройств

 

I.  Печатающие устройства, применяемые для регистрации информации требуемого качества, скорости и т.д., в зависимости от используемых различных методов регистрации, делятся на устройства ударного и безударного или механического и немеханического действия.

Регистрация информации в  устройствах ударного действия осуществляют путём создания ударом или прижимом давления между печатающим органом, несущим выпуклый контур знака или отдельные его элементы, и опорной поверхностью. Носитель информации располагается между печатающим органом и опорной поверхностью. В движении, необходимом для производства удара или прижима, могут участвовать как печатающий орган, так и опорная поверхность. Печатающее устройство ударного действия, реализуемого методом регистрации нанесения слоя вещества на носитель информации можно увидеть на рисунке:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В этом случае контур знака расположен на выпуклой поверхности  печатающего органа 1. В качестве печатающего вещества используется красящая лента -2 в качестве посредника между печатающим органом и носителем  информации -3 (бумага) и опорная поверхность – 4.

В зависимости  какое изображение символа необходимо получить, красящая лента может быть помещена между печатающим органом  и носителем информации, в этом случае получаем так называемое зеркальное изображение. Если между носителем  и опорной поверхностью в этом случае прямое изображение.

 

 

Критерии качества

 

Хорошее качество отпечатков получают при переносе краски непосредственно с печатающего органа без посредника. Если используют красящую ленту, качество ухудшается. это связано с толщиной красящей ленты, её структурой и толщиной носителя. Кроме того, качество отпечатка зависит от количества переносимой на носитель краски, которая в свою очередь определяется создаваемым в процессе печати давления Р, а сам процесс зависимости количества переносимой краски от давления показан на рисунке выше.

На участке 0-1 кривой количество краски неустойчиво на контуре знака  носителя информации из-за микронеровностей носителя её красящей ленты, неравномерной пропитки красящей ленты или разной толщины краски. Из рисунка видно, что по мере увеличения давления на участке 1-2 влияние вышеперечисленных факторов уменьшается, благодаря чему количество переносимой краски увеличивается и достигает своего максимума на участке 2-3.

Дальнейшее повышение  давления на участке 3-4, как видно  из рисунка, приводит к уменьшению количества переносимой краски, а следовательно, к ухудшению качества отпечатка.

В печатающих устройствах ударного действия реализуется метод регистрации информации снятием слоя вещества, где носителем является специальный тип бумаги. В таких устройствах давление используется для снятия светлого слоя в месте контакта контура выпускного знака или его элементов с носителем.

Безударные устройства вывода данных осуществляют регистрацию информации не в результате механического воздействия  печатающих элементов на носитель информации, а в результате того или иного  электро-физико-химического воздействия на специальные воспринимающие поверхности материалов. Принцип действия таких устройств и их конструкция будет рассмотрена ниже.

II. В зависимости от способа формирования контура знака печатающего устройства делятся на знакопечатающие и знакосинтезирующие.

а) В знакопечатающих  устройствах для регистрации  требуемого знака на поверхности  носителя информации печатающий орган  содержит набор знаков. Для отпечатки  требуемого знака на носителе достаточным  является его выбор из этого набора. Печатающие устройства, в которых знак на носителе печатается целиком, называется знакопечатающим.

б) Знакосинтезирующим называется устройства печати, в которых  орган печати содержит набор отдельных  элементов знака и для печати требуемого знака неоюходим выбор  определённого сочетания элементов из набора – это могут быть дискретные элементы (точка, отрезок, дуга).

III. В зависимости от того движется ли знаконоситель относительно носителя информации в момент контактирования с ним или неподвижен, печатающие устройства делятся на устройства статической и динамической печати.

а) В устройствах  статической печати перемещение  печатающего органа в момент печати отсутствует. Знаконоситель предварительно устанавливается в определённое положение, после чего производится печать знака на носитель. Такие устройства отличаются высоким качеством печати, но умеренным быстродействием.

б) В устройствах  динамической печати знаконоситель  совершает постоянное движение, связанное  с выбором знака, которое не прекращается и в момент печати.

IV. В зависимости от формирования строки печатающие устройства могут быть разделены на два больших класса – это последовательного и параллельного типа.

а) В печатающих устройствах последовательного  типа печать одной строки на документе  осуществляется путём последовательной печати одного символа другим. При этом печать знака в каждой позиции строки только после окончания печати знака или части его в предыдущей позиции. Под позицией знака понимают место в строке, занятое знаком или пробелом между знаками, равное по длине шагу печати. А множество знаков и пробелов между знаками, расположенное вдоль горизонтальной линии, обеспечивающее их последовательное считывание, называют строкой. В печатающих устройствах последовательного действия необходимо перемещение печатающего органа относительно носителя или носителя относительно печатающего органа вдоль строки. Величина перемещения зависит от длины строки. После печати строки необходимо переместить печатающий орган или носитель в исходное положение. Время распечатки одной строки, содержащей n – позиций знаков, с учётом времени подготовки устройства для печати следующей строки t_под составил

Т_о = n * t_зн + t_под

Время печати одного знака составит t_зн = t_выб  + t_возд + t_доп , где

t_выб - время выбора одного знака

t_{возд –} время воздействия печатающего органа на носитель

t_доп – время перехода для печати в следующей знаковой позицией строки.

б) В печатающих устройствах параллельного действия печать всех символов строки осуществляется либо одновременно, либо за несколько  циклов, причём в каждом из циклов печатаются лишь одноименные знаки. Печатающие устройства такого действия называются также построчно-печатающими, они являются наиболее быстродействующими. Быстродействие достигается за счёт уменьшения величины перемещения печатающего органа и носителя вдоль строки (устройствах последовательного действия). При количестве печатающих органов, равном числу позиций знаков в строке, перемещение печатающего органа или носителя отсутствует.

В печатающих устройствах  параллельного действия время печати строки Т_о уменьшается в связи с тем, что возможна печать в двух или более позициях строки в течение максимального времени выбора знака.

 

Распечатка  одной строки в печатающих устройствах  параллельного действия равно

Т_о = n/k * t_зн + t_под ,

где k – число позиций знаков в строке, в которых обеспечивается печать за время t_выб 

Таким образом, в общем виде время печати строки

Т_о = n/k * (t_выб + t_возд + t_доп +) + t_под

Из полученного  выражения видим, что производительность устройств параллельного действия выше в k раз от устройств последовательного действия.

Действительно в устройствах последовательного  действия 2≤k≤n. В частном случае k соответствует числу печатающих органов, участвующих в распечатке строки. Кроме того, если в устройствах параллельного действия за время t_выб печать происходит во всех позициях строки, то t_доп = 0.

Уменьшение  времени распечатки строки Т_о возможно как за счёт уменьшения t_выб , t_возд , t_под, так и за счёт совмещения этих промежутков. В современных устройствах параллельного действия скорость печати достигает 3000 строк/мин.

 

Режим работы печатающих устройств последовательного  действия

 

Быстродействие  печатающих устройств определяется технической скоростью печати, измеряемой в знаках, печатаемых в течение  секунды, или временем печати одного знака.

Одним из реальных путей повышения скорости работы печатающих устройств последовательного  действия является частичное или  полное совмещение t_выб и t воздействия с t_доп. Это возможно реализовать за счёт конструирования устройств работы в двух режимах: стартстопному ли непрерывному.