Устройства вывода

К основным компьютерным устройствам вывода информации отно­сятся монитор и принтер. В системах автоматизированного проектирова­ния большую роль играют также плоттеры, а в домашних компьютерах - звуковые карты. Абсолютно необходимым из них можно считать только монитор (дисплей).

В ПК изначально были реализованы два способа отображения инфор­мации на дисплее: текстовый и графический. В текстовомрежиме (text mode), который сейчас используется довольно редко, компьютер обраща­ется к экрану как к совокупности отдельных ячеек стандартного размера (знакомест), в каждую из которых может быть помещена буква, цифра или специальный символ. Экран в этом случае делится, как правило, на 25 строк по 80 позиций в каждой строке. Набор символов, допустимых для использования, соответствует стандарту ASCII и хранится в ПЗУ компьютера в виде начертаний символов. Вывод графического изображе­ния в этом режиме невозможен. Каждый символ, выдаваемый на экран, описывается в виде двух байт: информационного и атрибутивного. Ин­формационный байт указывает код символа в таблице ASCII (например, 32 - пробел, 71 — латинская буква G и т.д.), по которому отыскивается его начертание в ПЗУ. Атрибутивный байт определяет цвет текста и фона, градации яркости (нормальная или высокая), наличие инверсии (замена цвета символа на цвет фона) и наличие или отсутствие мерцания. Ско­рость вывода изображения в этом режиме максимальная.

В графическом режиме (graphics mode) компьютер обращается к экрану как к массиву точек или пикселей (pixel, picture element — элемент изображения). Работая таким образом, ПК может выводить на экран гра­фику и сложные иллюстрации. Количество точек, на которые разбивается экранное изображение, определяется разрешающей способностью дис­плея; при этом управление цветом и яркостью осуществляется отдельно для каждой точки.

Рис. 19. Электронно-лучевой (а) и жидкокристаллический (б) мониторы

В современные компьютерах используются, как правило, два вида дисплеев - на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и жидко­кристаллические (рис. 19). В мониторах на базе ЭЛТ формируемые электронной пушкой три пучка электронов, попадая на экран, покрытый люминофором основных цветов (красный, зеленый, синий), вызывают его свечение. Жидкокристаллические мониторы (Liquid Crystal Display, LCD) первоначально были разработаны для портативных ПК, но в на­стоящее время постепенно вытесняют ЭЛТ-мониторы и в компьютерах настольного исполнения. Жидкий кристалл представляет собой особое состояние вещества, в котором оно обладает свойствами как жидкости (текучестью), так и твердых кристаллов (например, анизотропией). Экран такого дисплея состоит из двух стеклянных пластин, между которыми находится масса, содержащая жидкие кристаллы; они могут изменять свою оптическую структуру и свойства в зависимости от приложенного к ним электрического заряда. Позади пластин находится лампа подсвет­ки; под воздействием электрического поля изменяется интенсивность пропускаемого жидкими кристаллами света, что и делает возможным формирование изображения.

Для газоплазменных мониторов (PDP) нет таких ограничений по параметрам изображения, как для LCD-дисплеев. Они также имеют две стеклянные пластины, но между ними находятся не кристаллы, а газовая смесь, которая высвечивается в соответствующих местах под действи­ем электрических импульсов. Недостатком таких мониторов является большое потребление тока, что делает невозможным их использование в мобильных компьютерах с аккумуляторным и батарейным питанием.

Существует несколько стандартных размеров экрана мониторов, используемых в персональных компьютерах; наибольшее распростра­нение получили мониторы с диагональю 15, 17 и 19 дюймов. При этом для ЭЛТ-дисплеев принято указывать диагональ их передней панели, а не диагональ видимого изображения. Последняя всегда меньше; так для 17-дюймового монитора она может колебаться от 15,5 до 16,4дюймову разных производителей (для LCD-дисплеев такие различия отсутствуют, у них всегда указывают диагональ реального изображения).

Управление выводом на экран в компьютере осуществляет специ­альное устройство, называемое видеоадаптером (видеоконтроллером, видеокартой), располагающееся на плате расширения или непосред­ственно на системной плате. Видеоадаптер хранит и обрабатывает ин­формацию, необходимую для формирования изображения на экране, а также непосредственно подает на электронные схемы монитора сигналы строчной и кадровой развертки, яркости элементов изображения, пара­метры смешения цветов. Возможности видеоподсистемы ПК во многом определяются объемом и скоростью видеопамяти (обычно размещаемой на самом видеоадаптере).

Принтер (печатающее устройство, printer} предназначен для вывода информации на бумагу и другие аналогичные носители (конверты, пленку и т.п.). Все принтеры могут выводить текстовую информацию; их воз­можности по выводу графики существенно зависят от типа устройства и конкретной марки.

К основным характеристикам принтеров относятся разрешающая способность (качество печати), скорость печати, ресурс принтера и сто­имость эксплуатации.

Существуют три группы устройств, отличающихся тем, как они формируют изображение на бумаге: печатающие последовательно, по­строчно и постранично. В свою очередь в каждой группе можно выделить устройства ударного и безударного действия.

Последовательно-печатающие устройства (serial printer) печатают символ за символом (или точку за точкой) в том порядке, в каком они расположены в строке. Построчно-печатающие принтеры сразу выво­дят целую строку. Как правило, все эти устройства позволяют печатать только текстовую информацию. Постранично-печатающие принтеры формируют и затем выводят на печать целую страницу. Обычно это устройства безударного действия, которые накапливают информацию о выводимой странице в буфере (или готовят макет страницы на специ­альной ленте путем пропитывания ее краской), а затем распечатывают ее копию на бумаге. Качество и скорость печати при этом могут быть очень высокими (до 100 копий в минуту), однако требуется время на подготовку страницы к печати.

Все принтеры подразделяются на шрифтовые и знакосинтезируюшие. Шрифтовые печатающие устройства имеют полностью выгравированные или отлитые символы на шрифтоносителе. Существует нескольких видов таких носителей — шаровая головка, ромашка с литерами на лепестках, металлическая гравированная лента и др. Такая технология обеспечивает высокое качество печати, но отсутствует какая-либо возможность вывода графического изображения. Знакосинтезирующие принтеры получили свое название от того, что печатаемые знаки создаются на бумаге (син­тезируются) из отдельных точек изображения.

По технологии создания изображений различают несколько видов принтеров.

Матричные принтеры относятся к последовательно печатающим, знакосинтезирующим устройствам ударного действия. Их печатающая головка содержит вертикальный ряд иголок (чаще всего 9 или 24); при движении вдоль строки иголки в нужный момент времени ударяют по бумаге через красящую ленту. Это обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений, состоящих из отдельных точек. Качество печати удовлетворительное, скорость печати невысока, но имеется возможность выводить графические изображения. К тому же качество конечного изо­бражения можно повысить путем печати в несколько проходов (от двух до четырех). Ресурс таких принтеров значителен, а стоимость эксплуатации (и соответственно стоимость страницы печати) низкие.

Существуют модели принтеров как с широкой (формат A3), так и с узкой (формат А4) кареткой.

Линейно-матричные принтеры используют архитектуру страничной сегментации, позволяющую еще до начала печати организовать поток данных в страничный формат и печатать весь текст и графику за один проход; такие устройства могут выводить от 500 до 1800 строк в минуту в круглосуточном режиме без остановок. Хотя цены на них выше, чем у лазерных принтеров аналогичной производительности, из-за очень низкой стоимости отпечатка общая стоимость их обслуживания гораздо ниже. Кроме того, линейно-матричные принтеры в отличие от лазерных могут печатать на перфорированной бумаге невысокого качества. Другим важным их преимуществом является быстрая печать на многослойных бланках (обычно до 6 слоев), в том числе и на плотной бумаге.

Струйные чернильные (InkJet) принтеры относятся, как правило, к классу последовательных матричных безударных печатающих устройств,

которые, в свою очередь, подразделяются на устройства непрерывного и дискретного действия. Последние в своей работе опять же могут ис­пользовать либо термическую «пузырьковую» технологию (bubble-jet), либо пьезоэффект (piezo ink-jet). В пьезоэлектрических печатных головках капля формируется и выстреливается на бумагу благодаря пьезоэффекту (принтеры Epson), в пузырьковых - за счет давления пузырька пара, воз­никающего при нагревании чернил (принтеры Canon, Hewlett-Packard и Lexmark).

Печатающая головка, имеющая вертикальный ряд сопел, переме­щается вдоль печатаемой строки, и из каждого сопла на бумагу выпры­скивается капля красителя. Изображение формируется в виде матрицы высохших чернильных точек.

Струйные принтеры обеспечивают высокое качество и скорость пе­чати, но стоимость их эксплуатации довольно высокая. Для получения цветного изображения используется стандартная цветовая схема CMYK, включающая четыре базовых цвета: Cyan (зеленовато-голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый) и Key (ведущий, то есть черный). Любой цвет может быть получен благодаря их смешению, а получение оттенков достигается путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в мельчайших фрагментах изображения.

Термопринтеры создают отпечатки путем нагрева в нужном месте бумаги, имеющей термочувствительное покрытие. При повышении температуры цветоформирователь плавится и, смешиваясь с краси­телем, формирует изображение. На таких принтерах можно получать цветные изображения исключительно высокого качества, но стоимость их довольно велика, а скорость печати низкая. В настоящее время они применяются весьма ограниченно (в основном в полиграфической промышленности).

Лазерные принтеры (Laser/LED Printer) используют электрографи­ческую технологию, сходную с той, что применяется в копировальных машинах (рис. 20). Изображение страницы создается лазерным лучом в виде матрицы точечных зарядов на поверхности селенового барабана. После формирования «строки» из таких точек специальный шаговый двигатель поворачивает барабан так, чтобы можно было формировать следующую строку. Это смещение равняется разрешающей способности принтера и обычно составляет 1/600 дюйма (по поверхности), то есть около 0,05 мм. Затем заряженные области барабана притягивают сухой тонер, который и переносится на бумагу. На завершающем этапе про­цесса бумага с нанесенным на нее тонером проходит через нагреватель, и частицы тонера спекаются, создавая монохромное изображение.

В настоящее время вместо лазера нередко используют точечные светодиоды (LED), что делает всю систему проще, надежнее и дешевле. Качество изображения и скорость печати у таких принтеров гораздо выше, чем у всех остальных, а стоимость эксплуатации значительно ниже, чем у струйных.

Рис. 20. Принцип печати лазерного принтера

До недавнего времени основным интерфейсом для подключения принтеров был параллельный (LPT) порт; сейчас он быстро вытесняется соединением через шину USB. Немало принтеров поддерживают печать и через инфракрасный порт.

Устройства, предназначенные для вывода сложных графиков и ри­сунков на бумагу, называют графопостроителями, или плоттерами (Plotter). По способу формирования изображения их можно разделить на два класса - векторные и растровые (рис. 21).

Рис. 21. Внешний вид планшетного (а) и рулонного (б) плоттеров

В векторных плоттерах пишущий узел перемещается по одной из коор­динат графика или по двум сразу (в первом случае по другой координате перемещается бумажный носитель). Типичные представители машин данного класса - перьевые плоттеры, которые создают изображение при помощи пишущих элементов (перьев). Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы.

Существуют две разновидности перьевых плоттеров: рулонные и планшетные. У первых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага - вдоль другой за счет захвата транспортным валом. В планшетных плоттерах бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения. Перьевые плоттеры обеспечивают высокое качество выво­да, но работают довольно медленно.

В машинах растрового типа изображение создается путем нанесения на бумагу точек красителя. К ним относятся прежде всего струйные плоттеры; работают они так же, как и струйные принтеры, и обладают всеми присущими им достоинствами и недостатками.

К компьютеру плоттеры могут подключаться через последовательный, параллельный или SCSI-интерфейс.

Звуковые карты используются для воспроизведения оцифрованных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. Современные звуковые карты, даже недорогие, предоставляют для этого самые раз­нообразные возможности.

Одна из них (самая простая) - преобразование ранее оцифрованного сигнала снова в аналоговый. Глубина оцифровки и частота дискретизации (например, 8 или 16 бит, 22 или 44 кГц) определяет качество записи и соответственно воспроизведения. Так, 8-разрядное преобразование при частоте 22 кГц обеспечивает качество звучания кассетного магнитофона, а 16-разрядное при частоте 44 кГц - качество компакт-диска.

Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор некоторой управляющей информации (упрощенно говоря - нотной последовательности) в нем формируется соответствующий выходной сигнал. В настоящее время применяются две основные формы синтеза звука: на основе частотной модуляции (FM-син-тез) и с применением таблиц волн (так называемый WaveTable-синтез); последний обеспечивает более качественное звучание.

Акустические системы (динамики, или колонки) являются не­отъемлемым дополнением звуковой карты. В настоящее время массовое распространение получили две основные их разновидности: со встро­енным выходным усилителем (так называемые активные системы) и без него (пассивные системы). Пассивные колонки подключают только к соответствующему выходу звуковой карты, в то время как для активных нужен также дополнительный источник энергии - аккумуляторы или подключаемый к сети блок питания.