Лазерные и LEty-принтеры

В лазерных (laser) принтерах используется электрографический принцип создания изображения — примерно такой же, как и в копировальных машинах. Наиболее важными частями лазерного принтера можно считать фотопроводящий цилиндр (печатающий барабан), полупроводниковый лазер и прецизионную оптико-механическую систему, перемещающую луч. Микромощный полупроводниковый лазер генерирует тонкий световой луч, который, отражаясь от вращающегося зеркала, формирует электронное изображение на светочувствительном фотоприемном барабане. Барабану предварительно сообщается некий статический заряд. Для получения изображения лазер должен включаться и выключаться, что обеспечивается специальной управляющей электроникой принтера. Вращающееся зеркало служит для разворота луча лазера на новую строку, формируемую на поверхности печатающего барабана. Когда луч лазера попадает на предварительно заряженный барабан, заряд "стекает" с освещенной поверхности. Таким образом, освещаемые и не освещаемые лазером участки барабана имеют разный заряд. В зависимости от того, как (положительно или отрицательно) заряжены частицы порошкообразного тонера, они будут притягиваться и прилипать к барабану только в областях с разноименным зарядом. После формирования каждой строки специальный шаговый двигатель поворачивает барабан так, чтобы можно было формировать следующую строку. Это смещение равняется разрешающей способности принтера и может составлять, например, 1/300, 1/600 или 1/1200 дюйма. Данный этап работы во многом напоминает построение изображения на экране монитора (растрирование).

Когда изображение на барабане построено, и он покрыт тонером, подаваемый лист заряжается таким образом, чтобы тонер с барабана притягивался к бумаге. После этого изображение закрепляется на ней за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления. Окончательную фиксацию изображения осуществляют специальные резиновые валики, прижимающие расплавленный тонер к бумаге.

На рынке лазерных принтеров можно выделить печатающие устройства малого быстродействия (скорость вывода — 4—6 страниц в минуту), принтеры среднего быстродействия (7—11 страниц в минуту) и принтеры коллективного использования, так называемые сетевые принтеры (более 12 страниц в минуту).

К наиболее важным функциональным возможностям принтеров относятся такие, как поддержка технологии повышения разрешающей способности, наличие масштабируемых шрифтов (PostScript, TrueType), объем оперативной памяти и т.п. Безусловным лидером на рынке лазерных принтеров малого быстродействия является фирма Hewlett Packard. Хорошо зарекомендовали себя также модели фирм Lexmark, Canon, Epson, QMS, Minolta.

Кстати, первый принтер с действительным разрешением 1200 на 1200 dpi выпустила фирма Lexmark. Как правило, производители принтеров указывают, что их изделия обеспечивают так называемое алгоритмическое разрешение 1200 точек на дюйм. А это обычно означает, что разрешение составляет все-таки 1200 на 600 точек на дюйм, то есть шаг вращения барабана остается равным 1/600 дюйма. Алгоритмическое разрешение достигается за счет того, что механизм подобных принтеров позволяет слегка изменять положение луча по вертикали (напомним, что развертка луча бывает, как правило, только горизонтальной). В результате темная точка на бумаге появляется либо в верхней, либо в нижней части прямоугольника высотой 1/600 дюйма. Хотя подобная технология действительно позволяет сделать края изображения более гладкими, однако понятно, что в столбике высотой один дюйм чисто физически не может быть больше 600 точек. А ведь максимальное количество точек важно не только для хорошего качества черного цвета, но и для передачи полутоновых изображений.

Кроме лазерных принтеров (рис. 21) существуют так называемые LED-принтеры (Light Emitting Diode), которые получили свое название из-за того, что полупроводниковый лазер в них был заменен «гребенкой» мельчайших светодиодов. Разумеется, в данном случае не требуется сложная оптическая система вращающихся зеркал и линз. Изображение одной строки на светочувствительном барабане формируется одновременно. Одним из лидеров на рынке LED-принтеров можно назвать фирму Okidata, хотя подобные устройства сегодня выпускают еще ряд фирм.

Цветная печать

На сегодняшний день для цветной печати используются все описанные выше технологии плюс еще две: принтеры с термосублимацией красителя (dye sublimation) и с изменением фазы красителя (phase-change ink-jet), но о них мы поговорим чуть позже. Теперь же коротко остановимся на технологии цветопередачи для печатающих устройств.

Напомним, что при использовании RGB-модели цветообразования — Red (красный), Green (зеленый) и Blue (синий) — указанные цвета называются первичными, поскольку путем сложения соответствующего их количества можно получить любой другой цвет вплоть до белого. RGB-модель цветообразования применяется во всех мониторах персональных компьютеров и называется также аддитивной (addition — сложение). Кстати отметим, что черный цвет для монитора, вообще говоря, не чернее поверхности его экрана в выключенном состоянии.

Печатающие устройства работают с другими первичными цветами и используют соответственно иную модель цветообразования — так называемую субтрактивную (subtraction — вычитание). Первичными цветами для цветных принтеров являются зелено-голубой (Cyan), светло-пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Наложение двух из этих первичных цветов в данном случае дает красный, зеленый или голубой цвет, а смешение всех трех первичных цветов субтрактивной модели — черный цвет. Поясним, почему собственно различаются модели цветообразования для мониторов и принтеров. Напомним, что наши глаза являются сложной оптической системой, которая воспринимает излучаемый или уже) отраженный от освещаемых предметов свет, разумеется, если они сами его не излучают. Цвет, как известно, определяется длиной волны электромагнитного излучения, определенный частотный спектр которого и представляет для нас видимый свет. Нанесенные на экран точки люминофора воспринимаются именно того цвета, какой они и излучают. Краситель же, нанесенный на бумагу, напротив, действует как фильтр, поглощая (вычитая) одни и отражая другие длины электромагнитных волн. Насыщенность цвета (розовый, красный, пурпурный) зависит от количества белого цвета. Таким образом, промежуточные цвета при выводе изображения, например розовый, получаются, как правило, путем пропуска (не печати) нескольких точек. Собственно, это обычный подход, связанный с растрированием изображения (dithering), то есть оттенки соответствующего цвета получаются путем группировки нескольких точек изображения в псевдопикселы размером 2x2, 3x3 и более точек.

Модемы

Для связи удаленных компьютеров друг с другом могут использоваться обычные телефонные сети, которые в той или иной степени покрывают территории большинства государств. Единственной проблемой в этом случае является преобразование цифровых (дискретных) сигналов, с которыми оперирует компьютер, в аналоговые (непрерывные). Как известно, до недавнего времени широкое распространение имели именно аналоговые телефонные сети, например PSTN (Public Switchable Telephone Network) - коммутируемая телефонная сеть общего назначения. Здесь на помощь компьютерам приходят модемы. Итак, модемом называется устройство, способное осуществлять модуляцию и демодуляцию информационных сигналов (МОдуляция-ДЕМодуляция) (рис. 22). Собственно работа модулятора модема заключается в том, что поток битов из компьютера преобразуется в аналоговые сигналы, пригодные для передачи по телефонному каналу связи. Понятно, что демодулятор модема выполняет обратную задачу.

Перемычки для разделения (системных ресурсов)

Рис. 22 Модем

Таким образом, данные, подлежащие передаче, преобразуются в аналоговый сигнал модулятором модема "передающего" компьютера. Принимающий модем, находящийся на противоположном конце линии, "слушает" передаваемый сигнал и преобразует его обратно в цифровой при помощи демодулятора. После того, как эта работа выполнена, информация может передаваться в принимающий компьютер. Режим работы, когда передача данных осуществляется только в одном направлении, называется полудуплексным (half duplex). Вообще говоря, оба компьютера, как правило, могут одновременно обмениваться информацией в обе стороны. Этот режим работы называется полным дуплексом, или просто дуплексом (full duplex).

Можно выделить некоторые основные этапы работы модема. Первым делом модем принимает данные, поступающие из компьютера, после чего разделяет их на исполняемые команды и информацию, которую необходимо передать в линию. Сразу же заметим, что большинство современных модемов используют так называемый набор команд AT (сокращение от слова ATtention). Поскольку этот набор команд был в свое время разработан фирмой Hayes Microcomputer Product, то использующие его модемы называют Hayes-совместимыми. Сегодня они составляют подавляющее большинство среди подобных устройств.

Кроме собственно модуляции и демодуляции сигналов модемы могут выполнять сжатие и декомпрессию пересылаемой информации, а также заниматься поиском и исправлением ошибок, возникнувших в процессе передачи данных по линиям связи.

Модемы могут отличаться друг от друга, например, по методам модуляции. Ведь, как известно, у одного и того же сигнала, определенного во времени, можно модулировать амплитуду, частоту и фазу. Наиболее известны три метода модуляции: FSK (Frequency Shift Keying), PSK (Phase Shift Keying) и QAM (Quadrature Amplitude Modulation). FSK является разновидностью частотной модуляции (ЧМ), a PSK - фазовой (ФМ). В методе квадратурной амплитудной модуляций QAM одновременно изменяются фаза и амплитуда сигнала, что позволяет передавать большее количество информации. В современных модемах используется так называемая модуляция с решетчатым кодированием TCQAM (Trellis Coded QAM), или просто ТСМ. Теперь о скорости передачи.

Одной из основных характеристик модема является скорость модуляции (modulation speed), которая определяет физическую скорость передачи данных без учета исправления ошибок и сжатия данных. Единицей измерения этого параметра является количество бит в секунду (бит/с). Скорость модуляции не следует путать с пропускной способностью канала (throughput), которая может быть меньше или больше скорости модуляции в зависимости от качества линии, применения коррекции ошибок и сжатия передаваемых данных. Поскольку скорость передачи данных может измеряться как в битах в секунду, так и в бодах, то следует отметить, что это, вообще говоря, — единицы разные. Дело в том, что бод определяет число изменений (модуляций) сигнала в секунду. Однако в зависимости от способа модуляции каждое изменение сигнала может соответствовать не только одному, но и большему количеству бит.

Факс-модемы

Заметим, что сама идея передачи изображений по линиям проводной связи ненова и впервые была предложена еще в 1842 году, а первая работающая факсимильная машина появилась на свет спустя 12 лет. Правда, затем эта идея была забыта почти на столетие.

Система, должна обеспечивать сканирование документа на передающей стороне, преобразование информации в форму, пригодную для передачи по имеющемуся каналу связи, и формирование на бумажном носителе на приемной стороне дубликата — факсимиле — исходного документа. Факсимильные машины стали популярны во второй половине 60-х годов, когда МККТТ принял набор стандартов для телефаксов, названных Group 1 и Group 2 (или Gl, G2). Однако телефаксы, отвечающие требованиям G1 или G2, были исключительно аналоговыми и страдали неточностью передачи информации. Существенный скачок в развитии факсимильной связи произошел в 1980 году, когда ССITТ ввел стандарт Group 3 (G3), который определял методы цифрового сканирования и сжатия информации. Иными словами, избыточность информации в сигнале снижалась еще до ее передачи (модуляции). В отличие от первых аналоговых телефаксов, работающих со скоростью 300 бит/с, аппарат, отвечающий стандарту G3, передает информацию со скоростью 9600 бит/с, что позволяет отправлять страницу документа менее чем за минуту (обычно за 15—20 секунд). Сам процесс модуляции-демодуляции сигнала определяется стандартом V.29.

Эффективные методы сжатия позволяют в некоторых случаях сократить количество, передаваемой информации на 70—80%.

Звуковые карты

Как явствует из названия, звуковые карты используются для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. Любая современная звуковая карта может использовать да обычно и использует несколько способов для воспроизведения звука. Одним из простейших способов является преобразование ранее оцифрованного непрерывного (аналогового) сигнала снова в аналоговый. Для этого используются микросхемы ЦАП (цифро-аналоговых преобразователей). Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAV-файлов) и преобразуются в аналоговый сигнал через ЦАП по мере необходимости. Кстати, для записи сигнала применяются микросхемы аналого-цифровых преобразователей (АЦП), то есть устройства, способные формировать из аналогового эквивалентный цифровой сигнал.

Качество записываемого и воспроизводимого сигналов зави­сит от разрядности (бит) и частоты преобразования (кГц) применяемых АЦП и ЦАП. В зависимости от разрядности АЦП-ЦАП карты условно подразделяются на 8- и 16-разрядные (вообще говоря, АЦП-ЦАП бывают также 10- и 12-разрядными). 8-разрядное преобразование может обеспечить качество звучания кассетного магнитофона, а 16-разрядное ассоциируется обычно с качеством аудио компакт-диска. Аппаратные средства, необходимые для прямой записи и воспроизведения сигнала, часто называют цифровым аудиоканалом (digital audio channel).

Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор некоторой управляющей информации по ней формируется соответствующий выходной сигнал. В настоящее время применяются две основные формы для синтеза звукового сигнала. Это синтез с использованием частотной модуляции, или FM-синтез, и синтез с применением таблицы волн (WaveTable) — так называемый табличный, или WT-синтез. Разумеется, поскольку синтез в звуковых картах может быть только цифровой, то для преобразования выходной информации в непрерывный сигнал также используются микросхемы ЦАП. Совокупность микросхемы синтезатора и ЦАП называют набором. Так, если набор OPL 3 обеспечивает только FM-синтез, то OPL 4 поддерживает как FM-, так и WT-синтез. В последнем случае звучание наиболее приближено к естественному.

Кстати, управляющие команды для синтеза звука могут поступать на звуковую карту не только от компьютера, но и от другого, например MIDI-, устройства. Собственно MIDI (musical instruments digital interface) определяет протокол передачи команд по стандартному интерфейсу. Вообще говоря, MIDI-сообщение содержит ссылки на ноты, а не запись музыки как таковой. В частности, когда звуковая карта получает подобное сообщение, оно расшифровывается (какие ноты каких инструментов должны звучать) и отрабатывается на синтезаторе. В свою очередь компьютер может через MIDI управлять различными "интеллектуальными" музыкальными инструментами с соответствующим интерфейсом.

Отдельные узлы звуковой карты (фильтры, выходной усилитель) могут использоваться при воспроизведении звука с аудио-компакт-диска, при этом интерфейс соответствующего привода CD-ROM может располагаться также на звуковой карте.

Некоторые звуковые карты оснащают сигнальными процессорами DSP (Digital Signal Processor). Это обеспечивает существенное увеличение скорости работы при компрессии и декомпрессии звуковых файлов для звукового аудиоканала, так как они обычно занимают много места. Небесполезным оказывается использование DSP и при WT-синтезе. Как правило, настоящий DSP — достаточно дорогое устройство, поэтому сразу устанавливается только на профессиональных музыкальных картах. Большинство пользователей пока могут спокойно обходиться без DSP таким же образом, как масса людей, не использующих в своей работе математического сопроцессора в компьютере

Стереозвучание —, далеко не предел в стремлении к естественному звучанию. Одним из путей реализаций этого стремления стала технология так называемого объемного, или трехмерного звучания (иначе, 3D-звучания), названного так по аналогии с трехмерным изображением. Например, карты серии Sound Blaster 16 ASP (со встроенным довольно специализированным DSP) могут загружать специальное программное обеспечение (по лицензии фирмы Q-Sound), которое и позволяет получить объемное 3D-звучание. Стоит отметить, что программные приложения должны быть специально ориентированы на Q-Sound. В последнее время стали появляться звуковые карты, оснащаемые дочерними платами, которые обеспечивают для большинства приложений так называемый псевдо ЗD-эффект.

Акустические системы

Акустические системы (динамики или колонки) являются, вообще говоря, неотъемлемой частью звуковой карты, за исключением того случая, когда вы предпочитаете слушать музыку через головные телефоны (наушники). В настоящее время существуют две основные разновидности акустических систем: со встроенным выходным усилителем (так называемые активные системы) и без оного (пассивные системы). Если пассивные системы подключаются только к соответствующему выходу звуковой карты, то для активных необходим дополнительный источник энергии. В качестве такого источника может выступать либо батарея гальванических элементов, либо блок питания, который в свою очередь может быть как встраиваемым, так и внешним. Кроме регулировки громкости активные системы имеют обычно 3-полосный эквалайзер. Вместе с компьютером необходимо использовать только экранированные (shielded) колонки — они могут быть расположены непосредственно рядом с монитором и не приведут к постепенному размагничиванию ЭЛТ. Как мы уже отмечали, существуют не только мониторы со встроенными акустическими системами, но даже и клавиатуры. Разумеется, для получения высококачественного звучания стереосистемы должны быть внешними.