Wybierz jedno z urządzeń wejścia/wyjścia komputera i opisz je.(drukarka atramentowa)

1. HISTORIA DRUKARKI:

Historia drukarki jest starsza nawet niż historia monitora. W pierwszych komputerach zdolnych do dialogu z użytkownikiem, komunikacja maszyny z człowiekiem odbywała się za pomocą dalekopisu, tzn. drukarki sprzężonej z klawiaturą. Dopiero po pewnym czasie wynaleziono monitory. Najpierw utrwalano na papierze wyniki obliczeń matematycznych komputera. Drukarki takie podobne były do maszyn do pisania. Gotowy wzorzec znaku uderzał przez taśmę barwiącą w papier, gdzie zostawiał swój ślad. Szybki rozwój w dziedzinie zastosowań komputerów wymusił stworzenie szybkich drukarek wierszowych, drukujących na raz cały wiersz. Następnym krokiem było szerokie wykorzystanie komputerów w warunkach domowych, a za tym potrzeba posiadania drukarek osobistych. Początkowo były to drukarki rozetkowe, czyli „kuzynki” dalekopisu, lecz później rozpowszechniły się drukarki dziewięcioigłowe. Drukowały nie tylko tekst, ale i grafikę, co było dużym osiągnięciem. Kolejnym krokiem były drukarki dwudziestoczteroigłowe lepszej jakości i szybkości wydruku. Wraz z powstaniem szybszych procesorów i projektowaniem systemów operacyjnych zorientowanych graficznie powstała koncepcja WYSIWYG, czyli „ co widzisz na ekranie to dostaniesz na papierze”, a za tym stworzono drukarki laserowe. Jednak druki laserowe były za drogie dla wielu użytkowników, a druki igłowe za wolne i za głośne. Rozwiązaniem na te bolączki było wprowadzenie na rynek drukarek atramentowych. Były szybkie, ciche, oferowały niezłą jakość wydruku i przede wszystkim były niedrogie. W celu polepszenia jakości szczególnie druku kolorowego grafiki zrodziła się koncepcja drukarek termotrasferowych i sublimacyjnych. Jednak były to urządzenia drogie i kosztowne w eksploatacji. Są wykorzystywane do zastosowań profesjonalnych.

2. EWOLUCJA I WIZJA DĄŻENIA DRUKARKI.

Jak się okazuje, komputerowe obrazy można nie tylko oglądać w trzech wymiarach, lecz również... drukować. Taką właśnie "drukarkę" - czy raczej maszynę do szybkiego wykonywania prototypów i niewielkich form odlewniczych. Jako materiał eksploatacyjny tego urządzenia wykorzystano zwykły atrament do drukarek i... gips, utwardzany warstwa po warstwie za pomocą tegoż atramentu. Rozwiązanie to pozwala uzyskać przestrzenne modele dowolnych przedmiotów, które są od razu "pomalowane".
Powstały dwa tego typu urządzenia. Zależnie od trybu pracy monochromatyczny lub kolorowy tworzą one w ciągu minuty sześć lub dwie warstwy o grubości 0,076 do 0,254 mm modelu. Maksymalny rozmiar "wydruku" wynosi 203x254x203 mm.

3. ZALETY I WADY DRUKARKI.

Do zalet drukarek atramentowych zaliczyć można min.:
• niski koszt produkcji, co za tym idzie dość niskie ceny zakupu;
• cichą pracę;
• wysoką wydajność;
• dużą ilość pamięci wewnętrznej;
• dobrą jakość wydruku czarno-białego i w kolorze;
• łatwość wymiany cardridg'y;
Do wad należą min.:
• wysoki koszt materiałów eksploatacyjnych, spowodowany cenami zasobników;
• wysoka jakość wydruku jest możliwa do uzyskania tylko na papierze niestandardowym. Najlepsze wyniki uzyskuje się na papierze firmowym danej drukarki, ponieważ kropla atramentu, która spadnie na zwykły papier rozmywa się (absorbuje);
• duża wadliwość części mechanicznych
Aby zmniejszyć koszty eksploatacji drukarek, na rynku pojawiły się zestawy do samodzielnego napełniania cardridg'y. Koszt takiego zestawu jest kilkakrotnie niższy od oryginalnego zasobnika z atramentem, a jakość wydruku niewiele odbiega od oryginału.
Minusem powyższego rozwiązania jest fakt, iż użytkownik własnoręcznie musi uzupełnić opróżniony zasobnik, co dla niektórych osób może stwarzać problem.

4. BUDOWA DRUKARKI.

Dzięki zastosowaniu wysoko zaawansowanych technologii jakość wydruków wykonywanych na nowoczesnych drukarkach atramentowych jest już porównywalna z możliwościami drukarek laserowych. Pomiędzy kliknięciem myszki a otrzymaniem zadrukowanej strony ma jednak miejsce bardzo złożony proces techniczny. Na początku sterownik drukarki tłumaczy określoną stronę wydruku na język zrozumiały dla danego urządzenia, po czym przesyła te dane do drukarki, gdzie są one umieszczane w pamięci pośredniej. Elektroniczny układ sterujący drukarki interpretuje kolejne rozkazy. Polecenia przesuwu papieru są realizowane za pomocą silnika napędowego, a rozkazy drukowania trafiają do głowicy drukującej. Głowica ta nanosi barwnik na papier, po czym powstaje gotowy wydruk.
Głowice drukujące nowoczesnych drukarek atramentowych to miniaturowe i bardzo skomplikowane cuda techniki. Mikroskopijne ilości uszlachetnionego atramentu są na kilka milisekund podgrzewane do temperatury 300 stopni Celsjusza lub przyspieszane za pomocą elementu piezoelektrycznego. W ten właśnie sposób powstają pojedyncze krople atramentu, które z prędkością około 100 km/h trafiają na papier.
Techniki druku w drukarkach atramentowych:
Współczesne drukarki wykraczają poza rolę biernego odbiorcy poleceń i danych, dysponują, bowiem zdolnością dwustronnej komunikacji z obsługującym je komputerem. Możliwości takie wymagają jednak korzystania z portów równoległych, które zostały rozbudowane o dodatkowe funkcje, nie ujęte w standardzie oryginalnego IBM-PC.

• Technika piezoelektryczna
Metoda ta, dzięki zastosowaniu materiału piezoelektrycznego, przekształca bezpośrednio napięcie elektryczne na ruch mechaniczny, co pozwala na uzyskanie jeszcze krótszych impulsów niż w technologii Bubble-Jet. Przy takim rozwiązaniu zużycie materiału jest tak niewielkie, że podczas całej eksploatacji drukarki nie ma z reguły potrzeby wymiany głowic drukujących.
• Technika termiczna
Dzięki działaniu sił kapilarnych komory dysz w głowicy drukującej Bubble-Jet napełniają się automatycznie atramentem o objętości jednej stumilionowej części litra. W celu wykonania wydruku na czas dwóch mikrosekund włącza się specjalny element grzejny, który podgrzewa do 300 stopni Celsjusza atrament znajdujący się na dnie komory. Powstający w wyniku podgrzania pęcherzyk pary powiększa się i wtłacza atrament do dyszy. Atrament przedostaje się przez nią na zewnątrz w postaci małej kropli i z prędkością 100 km/h dociera do papieru.
• Technika strumieniowa
Wykorzystuje zjawiska hydrodynamiczne. Kropelki atramentu wysysane są z dysz głowicy przez strumień sprężonego powietrza, a następnie (odpowiednio naelektryzowane) kierowane polem elektrycznym osadzone są na nośniku. Metoda ta jest najbardziej precyzyjna i umożliwia mieszanie składowych koloru w "locie".
• Technika stałego barwnika
Barwnik przed użyciem jest roztapiany. Kropelka roztopionego tuszu spadając na nośnik momentalnie krzepnie. Powstałe w ten sposób punkty są wypukłe (sferyczne), więc wprasowuje się je w nośnik dla uniknięcia niekorzystnych zjawisk optycznych (rozszczepienie światła). Wraz ze zmniejszaniem się zawartości zbiorniczka zwiększa swą objętość dzięki stalowym sprężynom - specjalny woreczek z powietrzem, co umożliwia kompensację zmian ciśnienia wewnątrz pojemnika. Niewielka ilość powietrza dopływa też do wnętrza poprzez otwór w dnie zbiornika.

5. ZASADA DZIAŁANIA DRUKARKI.


Drukarki są urządzeniami służącymi do wyprowadzania informacji w postaci tekstów
i rysunków. W trybie tekstowym przekazujemy do drukarki kody znaków przeznaczone do wydrukowania, a o sposobie konstrukcji znaku decyduje generator znaków zawarty wewnątrz urządzenia. Tryb ten jest przeznaczony głównie dla prostych programów najczęściej dosowskich. W trybie graficznym system ma przekazać do drukarki informacje o każdej kropce, z której zbudowany jest obraz. Dotyczy to także drukowania tekstu i umożliwia stosowanie czcionek o różnorodnych krojach, o wielkości skalowanej przez programy. Budowa układów mechanicznych drukarek igłowych i atramentowych jest zbliżona.

WAŁEK
SILNIK NAPĘDU
WAŁKA
GŁOWICA DRUKUJĄCA
SILNIK NAPĘDU
GŁOWICY DRUKUJĄCEJ

Zasada działania mechanizmów drukarek atramentowych i igłowych.


Silnik napędu głowicy drukującej przesuwa ją wzdłuż wałka, co powoduje wydrukowanie kolejnej linii. Po dojściu do końca wałek powinien obrócić się o pewien kąt, tak, aby możliwe było wydrukowanie następnej linii. Jednocześnie, głównie w trybie tekstowym, głowica drukująca powinna zostać przesunięta do początku linii. W trybie graficznym ruch roboczy głowicy może zachodzić w obydwu kierunkach.
W drukarkach atramentowych wydruk uzyskuje się nanosząc na papier mikroskopijne kropelki atramentu wyrzucane z zespołu dysz głowicy drukującej.

W konstrukcji głowicy drukującej wykorzystuje się dwa różne zjawiska do wywołania efektu wyrzucenia kropelek atramentu.


MEMBRANA Z MATERIAŁU
PIZOELEKTRYCZNEGO


RUCH MEMBRANY KROPLA KROPLA
ATRAMENTU ATRAMENTU



NAGRZEWANIE
ATRAMENT ATRAMENT

1. 2.


W obydwu przypadkach wykorzystuje się małą ściśliwość cieczy, co przy zmianach jej ciśnienia w wyniku zmian objętości, powoduje jej wypływ przez napotkane otwory.
W pierwszym przypadku efekt wyrzucania atramentu uzyskuje się w wyniku ruchu membrany wykonanej z materiału pizoelektrycznego. Własnością materiałów pizoelektrycznych jest odkształcanie się pod wpływem przyłożonego napięcia. Napięcie to steruje ruchami membrany.
W drugim przypadku zmianę objętości i wzrost ciśnienia uzyskuje się przez podgrzewanie strefowe rurek kapilarnych (dyszy), w których znajduje się atrament. Zarówno w pierwszym, jak i w drugim przypadku o wielkości kropel atramentu decyduje precyzja wykonania dysz.
W celu otrzymania wydruku kolorowego stosuje się metodę oznaczoną skrótem CMYK, polegającą na mieszaniu trzech podstawowych kolorów tj. Żółty, Czerwony i Zielony oraz koloru Czarnego. W przypadku atramentowych w drukarce znajdują się dwa pojemniki, jeden z trzema kolorami atramentu i drugi z atramentem czarnym. Wydruk uzyskiwany jest w jednym przebiegu.
Coraz częściej drukarki stają się bardzo poszukiwanymi urządzeniami peryferyjnymi, a największym zainteresowaniem cieszą się oczywiście modele drukarek atramentowych, chociaż należy wspomnieć o fakcie pewnego zrównania cenowego drukarek laserowych i atramentowych.
Pierwszym, podstawowym pytaniem każdego nabywcy drukarki atramentowej jest pytanie o jakość wydruków konkretnego modelu, a zależy ona od kilku czynników. Po pierwsze niezwykle ważna jest oferowana rozdzielczość wyrażana w punktach na cal DPI . Różnica pomiędzy rozdzielczością 300 a 600 pkt./cal jest widoczna gołym okiem, jednak powyżej 600 pkt. już nie da się rozstrzygnąć, z wydrukiem, o jakiej rozdzielczości mamy do czynienia. A z kolei na rozdzielczość wpływa liczba dysz zastosowanych w głowicy. Istotna jest również objętość wystrzeliwanych z dysz drukarki wyrażana w pikolitrach. A co chyba najważniejsze od technologii budowy głowic zastosowanej przez producenta.- W drukarkach EPSON-a użyta jest technologia PIEZO INK JET. Kryształ piezo to materiał o dużej twardości, sztywności i wysokiej trwałości. W konstrukcji głowic stosuje się wielowarstwowe aktywatory, składające się z układu małych płytek piezo ułożonych równolegle w bardzo małych odległościach od siebie. Pod wpływem przyłożonego napięcia (impuls o czasie 5 ms) aktywator zmienia swoje wymiary, powodując powstanie wysokiego ciśnienia rzędu 200 kg/cm3, co pozwala na wystrzelenie kropli z ogromną prędkością.
- Hewlett-Packard w najnowszym modelu 970 Cxi zastosował nowy system HP PhotoRet III, który zapewnia możliwość ulokowania aż 29 kropli atramentu w jednym punkcie (pikselu) wydruku oraz zmniejszenie kropli do 5 pikolitrów. Ponadto w modelu tym zastosowano wyższą częstotliwość wyrzucania kropli atramentu, co pozwala każdej dyszy na wystrzelenie aż 18 000 kropli na sekundę. W swoich drukarkach CANON zastosował technologię modulacji wielkości kropli atramentu. Uzyskuje się ją dzięki wbudowaniu w głowicę drugiej grzałki przy każdej dyszy. Przy działaniu jednej grzałki dysza wyrzuca małe krople atramentu, a po włączeniu obu grzałek jednocześnie formowana jest i wyrzucana większa kropla. Mniejsze krople to wyraźniejsze rysunki i mniejsza ziarnistość obrazu. Połączenie kropel o różnej wielkości poprawia gradację kolorów i zapewnia większą liczbę odcieni.
Bardzo istotną sprawą w przypadku drukarek atramentowych jest koszt eksploatacji, nie zawsze drukarka o najniższej cenie będzie ekonomiczną w dalszej eksploatacji (najczęściej jest właśnie przeciwnie). Koszty pojemnika z atramentem np. dla drukarek Hewlett-Packard zawiera się w przedziale od 120 do 150 zł, a jego wydajność przy zaledwie 5% pokryciu to ok. 800 stron (czarny) i ok. 130 (kolor). W przypadku drukowania pełnowymiarowych zdjęć liczby te można podzielić przez 10. Drukarką, która we wszystkich testach zajmuje najwyższą pozycję jest HP 2000C, która pomimo bardzo wysokiej ceny (ok. 1800 zł) oferuje wysoką jakość wydruków przy najniższych kosztach eksploatacji, jak również najwyższą szybkość pracy.


Podstawowe systemy mieszania barw
Konieczność stosowania różnych schematów mieszania barw utrudnia wykorzystywanie kolorów w systemach komputerowych. Barw uzyskanych w systemie RGB nie można, bowiem bezpośrednio przekształcić na kolory CMYK. Trudności te wynikają z faktu, że drukarki nie nanoszą na papier koloru powstałego z uprzednio wymieszanych barw, lecz stosują tzw. dithering - drukują blisko siebie punkty w barwach podstawowych, które dopiero oglądane z większej odległości dają wrażenie ostatecznego koloru. Ponadto takie zestawy punktów na papierze układają się według określonego wzorca, tzw. rastra drukarki. Z uwagi na fakt, że różne drukarki mogą posiadać raster o zupełnie innej strukturze, do uzyskania identycznego odcienia barwy potrzeba w każdym przypadku innej domieszki koloru czarnego, z tego względu wykorzystuje się technikę Addytywną tworzenia barw.
• Technika Substraktywna CMY
Każdy barwny obraz - zarówno malowidło, wydruk, jak też fotografia, wykorzystuje subtraktywny system mieszania kolorów. Malarz nakłada na płótno odpowiednie barwniki, które pochłaniają jedne długości fal padającego światła, natomiast inne odbijają. Tylko światło odbite jest odbierane przez nasze zmysły jako odpowiedni kolor. Obraz sprawia, więc wrażenie tym ciemniejszego, im więcej światła pochłaniają naniesione na nim barwniki.


• Technika Addytywna RGB
W przypadku wydruku obrazu na drukarce trzeba stosować odpowiednie mieszanki barwników, a więc wykorzystywać model addytywny. Podczas pracy drukarki mieszane są ze sobą barwniki CMY: cyan (turkusowy), magenta (karmazynowy) i yellow (żółty). O ile jednak w wyniku mieszania strumieni światła RGB powstaje kolor biały, o tyle kombinacja barwników CMY nie pozwala w praktyce na uzyskanie czystej czerni, lecz tylko ciemnego brązu. W celu uzyskania pełnej czerni oraz lepszej jakości kolorów ciemnych model barw, CMY został na potrzeby drukarek rozszerzony o kolor czarny do tzw. schematu CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black). Niemal wszystkie nowe drukarki atramentowe posiadają już, zatem cztery pojemniki z atramentem odpowiadającym barwom podstawowym.

Porty komunikacyjne


Interfejs Centronics (Centronics interface) - standard wtyku równoległego kabla drukarki
Złącze równoległe jest jednym z najstarszych elementów architektury PC, który utrzymuje się w niezmienionej formie przez cały szereg lat. Modele prostych złącz równoległych były w użyciu na wiele wcześniej zanim pojawiły się mikrokomputery. Złącza takie służyły głównie do przekazywania danych pomiarowych. W momencie opracowywania przez firmę IBM pierwotnych zarysów PC zaistniała potrzeba implementacji prostego złącza równoległego obsługującego drukarkę. W tym celu sięgnięto po uproszczony wariant standardu Centronics posługującego się w pełnej wersji 29 liniami połączeniowymi i poziomami logicznymi TTL. W oryginale obydwa końce przewodu połączeniowego wyposażone były w specjalny 36-końcówkowy wtyk, którego duże rozmiary nie znalazły uznania wśród twórców architektury PC. Zmieniono, więc format gniazda po stronie komputera na bardziej kompaktowy typ SUB-D (DB-25) dysponujący 25 końcówkami. Aby zachować wszystkie oryginalne linie sygnałowe protokołu Centronics zredukowana została do ośmiu liczba przewodów masy (w oryginale 12).. Magistrala danych jest 8-bitowa a wiec interfejs równoległy przesyła jednocześnie (równolegle) osiem bitów, czyli na raz przesyłany jest jeden bajt. Ponieważ interfejs równoległy jest w stanie przesyłać w tym samym czasie więcej danych to komunikacja prowadzona takim łączem jest znaczenie szybsza niż przy użyciu interfejsu szeregowego
Ponieważ jedynym zadaniem łącza równoległego, wynikającym z przyjętej architektury systemu, była obsługa drukarki nie ma się, co dziwić, iż specyfikacja obejmowała wyłącznie transfer jednokierunkowy (od komputera do drukarki). Oprócz 8-bitowej magistrali danych złącze równoległe wyposażone jest w cztery linie sterujące (~STR, -ALF, ~IN1, ~DSL). Drukarka mogła, co prawda zgłaszać pewne sytuacje nienormalne (jak np. brak papieru), ale o transmisji danych w odwrotnym kierunku nie było mowy. Odkryto jednak możliwość transmisji półbajtowej. Oryginalna specyfikacja portu równoległego definiuje 5 linii statusowych (~ERR, SEL, PAP, -ACK, BSY), z których część służy realizacji protokołu Centronics a część pozwala na sygnalizację pewnych stanów wyjątkowych. W omawianym trybie cztery spośród tych linii wykorzystuje się do transmisji w kierunku odwrotnym. Dwa następujące po sobie półbajtowe cykle pozwalają na organizację wymiany danych w tempie około 100 kB/s.
W złącze równoległe wyposażano przez długi czas wszystkie, przeznaczone do współpracy z PC drukarki. Nie jest to oczywiście jedyna możliwość, bowiem drukarka może również współpracować ze złączem szeregowym. Port szeregowy, jakkolwiek wolniejszy od równoległego, pozwala na pokonanie dużo większych dystansów dzielących komputer od drukarki, co w niektórych zastosowaniach ma kluczowe znaczenie. Specyfikacja łącza szeregowego dopuszcza transmisję danych na odległość do 200 m natomiast łącze równoległe jedynie do około 5 m.
Współczesne drukarki wykraczają poza rolę biernego odbiorcy poleceń i danych, dysponują, bowiem zdolnością dwustronnej komunikacji z obsługującym je komputerem. Możliwości takie wymagają jednak korzystania z portów równoległych, które zostały rozbudowane o dodatkowe funkcje, nie ujęte w standardzie oryginalnego IBM-PC.
Port USB (Universal Serial Bus)


Przez wiele lat niepodzielnie królowały porty równoległe i szeregowe. Niedawno wprowadzony (USB) oferuje zupełnie nową jakość instalacji i pracy z urządzeniami zewnętrznymi. Został on opracowany przez firmy Compaq, IBM, DEC, Intel i Microsoft. Charakteryzuje się dużą szybkością transferu (rzędu 1,5 MB/s), zgodnością z Plug and Play i możliwością obsługi do 127 urządzeń jednocześnie. Od ang. Universal Serial Bus - uniwersalna magistrala szeregowa. USB nie wymaga resetu komputera
Podczas dołączania nowych urządzeń peryferia USB nie wymagają resetu komputera czy jego wyłączenie. Użytkownik może dowolnie włączać i wyłączać urządzenia USB. Np. użytkownik, który musi stworzyć dokument z kolorowymi zdjęciami, może zeskanować grafikę, wyciągnąć wtyczkę skanera i podłączyć drukarkę bez konieczności wyłączania komputera.