Периферийные устройства ЭВМ

Общие сведения

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА САПР

Техническое обеспечение САПР совместно с программным обеспечением является инструментальной базой САПР, в среде которой реализуются другие виды обеспечения САПР.

Компоненты технического обеспечения САПР включают в себя средства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетания. Требования к составу и структура технических средств формируются исходя из общих требований к структуре САПР, эффективного решения заданного класса задач проектирования, активного включения пользователя в процесс проектирования, возможности работы с графическим материалом, включая процессы как ввода и обработки, так и вывода информации.

При выборе технических средств САПР, обеспечивающих интерактивное взаимодействие конструктора с процессом решения, следует руководствоваться следующим:

• используемая ЭВМ должна позволять организовать работу определенного числа пользователей (т. е. удовлетворять требованиям по производительности) в режиме коллективного пользования;

• используемое терминальное оборудование должно отвечать эргономическим, эстетическим требованиям и требованиям эффективности работы.

Конкретное оборудование определяется классом решаемых в САПР задач, т.е. структурный состав комплекса технических средств определяется только в условиях конкретной разработки на основе анализа состава решаемых задач.

Эволюция развития комплекса технических средств САПР характеризуется созданием территориально рассредоточенных многомашинных систем сбора, хранения и обработки информации, ревизованных в виде вычислительных сетей. Последние, рассредоточенные на небольших территориях предприятий и объединяющие в единую информационную систему АРМ пользователей, ЭВМ и микроЭВМ, графопостроители, терминальные станции и другую специализированную аппаратуру, называют локальными вычислительными сетями (ЛВС). Локальные вычислительные сети имеют открытую архитектуру, обеспечивающую возможность подключения к сети любых других ЛВС, в том числе крупных сетей ЭВМ. Основное достоинство ЛВС — низкая стоимость системы передачи данных.

Локальные вычислительные сети САПР должны обеспечивать: использование режимов пакетной и диалоговой обработки, разделения времени и виртуальной памяти;

экономичную обработку информации по принципу «наиболее важные процессы САПР выполняются техническими средствами с развитым программным обеспечением и высокой производительностью, наименее ответственные — на дешевых мини- и микроЭВМ»;

высокую надежность и достоверность функционирования, высокую производительность;

применение разнообразного проблемно-ориентированного программного обеспечения, централизованных и локальных БД с необходимым объемом памяти;

работу с автоматизированными рабочими местами различного назначения и другим специализированным оборудованием;

централизованную и децентрализованную обработку информации.

Использование ЛВС позволяет создать САПР нового поколения, объединяющие контрольно-измерительные комплексы и места сбора информации с автоматизированными рабочими местами конструкторов, механиков и т.д.

Основное назначение ЛВС — распределение ресурсов ЭВМ (программ, совокупности периферийных устройств, терминалов, памяти) для эффективного решения задач автоматизированного проектирования.

Локальные вычислительные сети должны иметь надежную, быструю и дешевую систему передачи данных, а стоимость передачи единицы информации должна быть значительно ниже стоимости обработки единицы информации.

2. Электронные вычислительные машины в САПР

Основой комплексов технических средств САПР являются разнообразные ЭВМ от простейших микроЭВМ до сложнейших суперЭВМ.

При определении возможности использования той или иной ЭВМ в составе технических средств САПР их оценивают по совокупности различных показателей, главные из которых технические характеристики, стоимость приобретения и эксплуатации.

История создания и развития САПР неразрывно связана с историей возникновения ЭВМ. Эра электронных вычислительных машин началась в 1945 г., когда в США была построена первая действующая ЭВМ — ENIAC. Она содержала 18 000 электронных ламп, потребляла 150 кВт электроэнергии и обладала следующими характеристиками: операция сложения занимала 0,2 мс, а операция умножения — 2,8 мс. Объем памяти для чисел составлял 20 ячеек, память для программ отсутствовала, а программирование осуществлялось с помощью штекеров и переключателей.

Первая ЭВМ с хранимой в памяти программой появилась в Англии в 1949 г. По быстродействию она существенно не отличалась от ENIAC, но имела память из 512 ячеек. В последующие годы появились и другие ЭВМ, отличающиеся от первых более высоким быстродействием, увеличенным объемом памяти и более развитыми средствами ввода-вывода программ и данных.

В СССР к разработке ЭВМ приступили в конце 1940-х гг. В 1950 г. в Институте электротехники АН УССР в Киеве была испытана первая отечественная ЭВМ на электронных лампах — малая электронная счетная машина (МЭСМ). В 1952 г. была создана большая электронная счетная машина (БЭСМ), которая после модернизации в 1954 г. имела высокое для того времени быстродействие — 10 000 операций/с. Серийный выпуск ЭВМ начался в 1953 г. (ЭВМ «Стрела», М-2, М-3 и др.).

Историю ЭВМ принято делить на поколения. К первому поколению относятся ламповые машины. В 1948 г. был изобретен транзистор, а через несколько лет, примерно с 1955 г., появились транзисторные ЭВМ, относящиеся ко второму поколению. Они были компактнее, экономичнее и надежнее ламповых ЭВМ. В СССР первая серийная транзисторная ЭВМ «Раздан-2» была создана в 1961 г., а в последующие годы начался выпуск транзисторных ЭВМ «Минск», «Урал», БЭСМ-4 и.др.

К третьему поколению, возникшему примерно с 1964 г., принадлежат вычислительные машины на интегральных схемах. Применение интегральных схем позволило резко уменьшить размеры создаваемых ЭВМ, повысить их надежность и сократить потребление энергии. В СССР наиболее популярными вычислительными машинами третьего поколения были ЭВМ Единой системы (ЕС), представленные целым рядом типов или моделей, совместимых между собой (например, ЕС-1020, ЕС-1040, ЕС-1050 и др.). К этому поколению относятся также БЭСМ-6 и малые вычислительные машины, или мини-ЭВМ: СМ-2, СМ-4, «Электроника-100» и др-

В 1971 г. в разных странах были созданы принципиально новые интегральные схемы, в которых с помощью оригинальных технологических методов резко, в десятки и сотни, а позднее и в тысячи раз повысилось количество транзисторов, входящих в схему, без увеличения ее габаритных размеров. Такие интегральные схемы назвали большими интегральными схемами (БИС). Появление БИС стало началом рождения миниатюрных вычислительных машин четвертого поколения — микроЭВМ, или микрокомпьютеров. «Сердце» микрокомпьютера — микропроцессор. Первый микропроцессор был создан в США в 1971 г. В последующие годы были разработаны микрокомпьютеры, которые, уступая большим и мини-ЭВМ по объему памяти и некоторым другим показателям, имели несравненное преимущество в стоимости, компактности, экономичности, надежности, простоте производства и эксплуатации; эти достоинства предопределили широкое распространение микрокомпьютеров и их внедрение во все сферы деятельности человека. Появились и стали привычными для людей персональные микрокомпьютеры, предназначенные для автоматизации деятельности, связанной с умственным трудом и рутинными вычислениями и подсчетами (в середине 1970-х гг. — микрокомпьютер LSI-11 фирмы DEC, а в 1981 г. — первый персональный компьютер фирмы IBM).

В СССР микроЭВМ появились в середине 1970-х гг. Один из первых отечественных микрокомпьютеров — 16-разрядная микромашина «Электроника-60» широко применялась в системах автоматического и автоматизированного управления технологическими процессами, станками, роботами, в контрольно-измерительном оборудовании, для решения различных вычислительных задач. В конце 1970-х гг. был создан микрокомпьютер СМ-1800, положивший начало 8-разрядным микромашинам в СССР. В 1981 г. появился одноплатный микропроцессорный вычислитель «Электроника НЦ-8001Д», на основе которого в 1982 г. была разработана первая модель микрокомпьютеров семейства диалоговых вычислительных комплексов (ДВК), за которой последовали новые, более совершенные модели. Следует упомянуть также микрокомпьютеры «Электроника-85», ЕС-1840, ЕС-1841 и «Искра-1030». На смену 8- и 16-разрядным пришли 32-разрядные микрокомпьютеры, которые по своему быстродействию, объему оперативной памяти и другим техническим характеристикам приблизились к большим ЭВМ.

Все аппаратные средства ЭВМ делятся на две группы устройств: центральные и периферийные.

К центральным устройствам, осуществляющим непосредственно обработку данных, относятся центральный процессор и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Центральный процессор предназначен для преобразования информации в соответствии с выполняемой программой, управления вычислительным процессом и устройствами, работающими совместно с процессором.

Оперативное запоминающее устройство выполняет функции хранения, приема и выдачи данных и программ.

К периферийным устройствам относятся устройства, выполняющие функции ввода, вывода, подготовки данных и хранения больших объемов информации. Общим для всех периферийных устройств является то, что они преобразуют данные из одной формы представления в другую, не изменяя их содержания.

Одновременная работа нескольких периферийных устройств обеспечивается тем, что их скорость работы обычно существенно ниже быстродействия канала ввода-вывода, который может осуществлять обмен с несколькими периферийными устройствами, распределяя между ними время использования общих средств.

Функции управления процессом обмена данными распределяются между каналом и устройством управления периферийными устройствами (контроллером периферийных устройств): в канале реализуются функции, общие для всех периферийных устройств, а в контроллере — специфические для данного периферийного устройства.

Периферийные устройства, используемые в комплексе технических средств САПР, можно разделить на следующие группы:

• внешние запоминающие устройства, предназначенные для хранения больших объемов информации, организации БД, содержащих различную справочную информацию, типовые проектные решения и т.п.;

• устройства ввода-вывода и документирования символьной информации, осуществляющие ввод-вывод информации с различных носителей и документирование полученных проектных решений;

• устройства оперативного взаимодействия с ЭВМ, позволяющие инженеру обращаться к САПР в произвольные моменты времени удобными для него способами (обычно это различные дисплеи и устройства речевого ввода-вывода);

• устройства машинной графики, предназначенные для формирования, ввода-вывода и документирования информации, представленной в графической форме;

• технические средства теледоступа и организации сетей ЭВМ, осуществляющие связь ЭВМ с удаленными пользователями САПР, между всеми ЭВМ, входящими в комплекс технических средств САПР при организации сети проектирования, и между комплексом технических средств САПР и вычислительной сетью;

• устройства связи с технологическим оборудованием, позволяющие, минуя промежуточные носители, непосредственно передавать данные о спроектированных объектах системам автоматизации производства, станкам с числовым программным управ¬лением и другому оборудованию;

• устройства подготовки данных, предназначенные для подготовки данных и программ на различных носителях автономно без

участия ЭВМ.

К основным техническим параметрам ЭВМ относят разрядность машинного слова, производительность, емкость ОЗУ, пропускную способность подсистемы ввода-вывода информации, надежность функционирования и др.

Производительность — один из важнейших показателей ЭВМ, измеряемый количеством операций, выполняемых в единицу времени (в секунду). Для разных типов ЭВМ этот показатель колеблется от нескольких сотен до сотен миллионов операций в секунду и более. Производительность зависит не только от свойств самой ЭВМ, но и от особенностей обрабатываемой информации (разрядности обрабатываемых слов, формы представления чисел — с плавающей или фиксированной точкой, частоты повторения различных операций в общем потоке выполняемых программ и др.) и определяется с помощью тестовых наборов задач (предварительно выявляется процентное содержание команд разного типа). Здесь необходимо отметить, что значения производительности ЭВМ, приводимые в различной справочной литературе (в том числе и в данном издании), могут использоваться только для ориентировочной оценки реальной производительности при решении конкретных задач автоматизированного проектирования. Для большинства проектных процедур в САПР наиболее приемлемы оценки производительности, полученные для класса научно-технических задач.

Емкость ОЗУ определяет возможности ЭВМ по выполнению сложных программ с обработкой больших объемов информации. Емкость ОЗУ может выражаться в битах, байтах, словах, килобайтах, мегабайтах и т. п. Наиболее распространена оценка емкости ОЗУ в байтах, килобайтах (1 Кбайт = 1024 байт), мегабайтах (1 Мбайт = 1024 Кбайт), гигабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайт). Емкость ОЗУ для ЭВМ, используемых в САПР, достигает гигабайт.

Пропускная способность подсистемы ввода-вывода ЭВМ позволяет определить возможности ЭВМ при обмене информацией с различными периферийными устройствами или другими ЭВМ. Она измеряется максимальным количеством единиц информации, переданных через подсистему ввода-вывода за единицу времени. Чаще всего пропускная способность измеряется количеством переданных в секунду байт, килобайт, мегабайт и изменяется от сотен байт в секунду до десятков и сотен мегабайт в секунду.

По производительности и характеру использования ЭВМ можно условно подразделить:

на микроЭВМ, в том числе персональные ЭВМ (ПЭВМ);

мини-ЭВМ;

суперЭВМ.

МикроЭВМ — это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора.

Лучшие модели микрокомпьютеров могут иметь несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяет-

ся не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и емкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.

Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства — эффективность. Быстродействие таких ЭВМ порядка 1 — 10 миллионов операций в секунду, объем оперативного запоминающего устройства — сотни и тысячи мегабайт.

Персональные компьютеры (ПК) — это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком. В класс персональных компьютеров входят различные машины — от дешевых домашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея (1980-е гг.) до сверхсложных машин с мощным процессором, накопителями на магнитных дисках емкостью в десятки гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами.

Персональный компьютер должен удовлетворять следующим требованиям:

• наличие внешних запоминающих устройств на магнитных

дисках;

• объем оперативной памяти не менее 32 Мбайт;

• наличие операционной системы;

• способность работать с программами на языках высокого уровня;

• ориентация на пользователя-непрофессионала (в простых

моделях).

МикроЭВМ — не единственное современное направление развития вычислительной техники.

Продолжается совершенствование и больших ЭВМ. На их основе, а также с использованием мини- и микрокомпьютеров создаются вычислительные сети, охватывающие предприятия, города, целые страны и группы стран. Достигнутое к настоящему времени на некоторых типах машин быстродействие (миллиарды операций в секунду) и объем оперативной памяти (сотни гигабайт) не являются предельными.

Миникомпъютерами и суперминикомпъютерами называют машины объемом порядка 0,5 м3, конструктивно выполненные в одной стойке. По своим возможностям они занимают промежуточное положение между микрокомпьютерами и суперкомпьютерами.

Для выполнения сверхсложных, ресурсоемких расчетов приходится использовать очень мощные вычислительные средства. Са¬мые производительные компьютеры называют суперкомпьютерами, которые представляют собой комплекс программно-аппаратных средств, обслуживающего оборудования и инфраструктуры. Чтобы оптимально загрузить вычислительные мощности суперкомпьютера, требуется иметь целую сеть вспомогательных компьютеров, сверхскоростные каналы передачи информации и специальные управляющие алгоритмы.

Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры производительностью свыше 100 Мфлоп (1 Мфлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду), представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств.

Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений. Все суперкомпьютеры имеют несколько независимых процессорных блоков (от сотни до нескольких тысяч). Память может быть доступна целиком каждому процессору или может быть поделена на зоны ответственности каждого процессора. В то же время каждый процессор может иметь свою собственную быструю память для ускорения локальных расчетов. Несмотря на то, что максимальная производительность суперкомпьютера может превосходить в тысячи раз производительность обычных компьютеров, скорость вычислений при запуске на суперкомпьютере обычной программы окажется всего в несколько раз выше, поэтому при написании программ для суперкомпьютеров необходимо учитывать большое количество одновременно работающих процессоров и оптимально распределять задачи между ними.

В этих машинах параллельно, т. е. одновременно, выполняется множество похожих операций, что называется мультипроцессорной обработкой. Сверхвысокое быстродействие на суперкомпьютере обеспечивается только для задач, поддающихся распараллеливанию (конвейерной обработке).

Что такое конвейерная обработка? Приведем сравнение. На каждом рабочем месте конвейера выполняется одна операция производственного процесса, а на всех рабочих местах в одно и то же время обрабатываются различные изделия на всевозможных стадиях. По такому же принципу устроено арифметико-логическое устройство суперкомпьютера.

Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и Параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном выдает сразу векторные команды. Векторная аппаратура очень дорога, в частности потому, что требуется много сверхбыстродействующей памяти под векторные регистры.

Наиболее распространенные суперкомпьютеры — массово-параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованную систему памяти.

В качестве примера рассмотрим характеристики многоцелевого массово-параллельного суперкомпьютера среднего класса Intel Pentium Pro 200. Этот компьютер содержит 9200 процессоров Pentium Pro на 200 МГц, в сумме (теоретически) обеспечивающих производительность 1,34 Тфлоп (1 Тфлоп равен 1012 операций с плавающей точкой в секунду), имеет 537 Гбайт памяти и диски емкостью 2,25 Тбайт. Масса системы 44 т, а кондиционеров для нее — 300 т; потребляемая мощность 850 кВт.

Суперкомпьютеры используют для решения сложных и ресурсоемких научных задач (метеорология, гидродинамика и т.п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д. Среди типичных задач для суперкомпьютера можно перечислить следующие: моделирование физических процессов, расшифровка кодов (в том числе генетических), обработка больших массивов информации, управление распределенной сетью абонентских компьютеров.

Некоторые технические характеристики современных суперкомпьютеров приведены в табл. 5.1.

В настоящее время АРМ проектировщиков, как правило, построены на базе микроЭВМ, которые могут обращаться к ЭВМ более высокого уровня, в случаях, когда ресурсов микроЭВМ (особенно памяти) недостаточно. Иерархическая структура такого вычислительного комплекса представлена на рис. 5.1.

СуперЭВМ для автоматизации проектирования обычно не применяются, однако они используются для решения сопутствующих задач, связанных, например, с физикой процессов, происходящих в различных технических системах.

Для выполнения автоматизированного проектирования рабочее место проектировщика должно быть оборудовано всеми необходимыми техническими средствами. Комплекс технических средств, предназначенный для использования конкретным проектировщиком в САПР, называется автоматизированным рабочим местом (АРМ).

Впервые это понятие в нашей стране появилось в связи с тем, что на заре возникновения САПР существовали ЭВМ, пригодные для автоматизации проектирования, и различные периферийные устройства, необходимые в процессе автоматизированного проектирования: графопостроители, кодировщики графической информации, графические дисплеи- и др. Однако зачастую не существовало устройств сопряжения этой техники с ЭВМ, программного обеспечения, которое, с одной стороны, обеспечивало бы «взаимопонимание» между устройствами, входящими в систему, а с другой — позволяло бы выполнить некоторые этапы автоматизированного проектирования. Поэтому была осуществлена идея комплексирования ЭВМ с периферийными техническими устройствами с соответствующим программным обеспечением. Именно тогда и появилось понятие АРМ; они разделялись по назначению (АРМ-М для машиностроения, АРМ-Р для радиоэлектроники и Др.) и в зависимости от этого комплектовались различными устройствами и программными средствами.

В настоящее время вопросы стандартизации аппаратного и программного сопряжения ЭВМ и любых устройств, работающих под ее управлением, решены и практически нет проблем в формировании любого рабочего места проектировщика, которое по традиции носит название АРМ. Возможная схема АРМ для выполнения автоматизированного проектирования машиностроительных конструкций представлена на рис. 5.2.

Периферийные устройства — устройства ЭВМ, используемые для ввода, вывода, подготовки данных и запоминания больших объемов информации. Отличительная особенность периферийных устройств состоит в том, что они в процессе работы преобразуют форму представления информации, не изменяя ее содержания. Быстрое совершенствование центральных устройств ЭВМ, уменьшение их размеров, постоянное снижение стоимости привели к повышению роли периферийных устройств. Так, уже сейчас стоимость периферийных устройств составляет большую часть стоимости ЭВМ, а их габаритные размеры определяют размеры помещения для установки ЭВМ. В значительной мере это объясняется тем, что периферийные устройства в основном являются электромеханическими, быстродействие, надежность, габаритные размеры и другие характеристики которых ограничены.

Ниже будут рассмотрены периферийные устройства, которые обычно входят в типовой комплект устройств ЭВМ (внешние запоминающие устройства, устройства ввода-вывода информации, устройства подготовки данных).

Внешние запоминающие устройства. В иерархической структуре памяти ЭВМ в качестве запоминающего устройства большой емкости применяются устройства с записью информации на подвижный магнитный носитель (обычно это накопители на магнитных дисках — НМД); эти запоминающие устройства являются внешними по отношению к ОЗУ и поэтому называются внешними запоминающими устройствами (ВЗУ). Они позволяют увеличить емкость памяти ЭВМ до десятков и сотен гигабайт, что необходимо для САПР, оперирующих с большими объемами справочной и проектной информации. Данные, хранящиеся в ВЗЗ непосредственно центральным процессором не обрабатываются

Накопители на магнитных дисках используются для оперативного хранения больших массивов информации. Как правило, и магнитных дисках (МД) хранятся многократно используемые про граммы, справочные данные и т. п. Накопители на магнитном диск имеют большую емкость и малое время поиска при сравнительно невысокой стоимости хранения бита информации.

Накопитель на магнитном диске содержит пакет МД и его при вод, блок магнитных головок и механизм их позиционирование электронные схемы, обеспечивающие запись и воспроизведении информации, коммутацию магнитных головок и др.

Поверхности МД используются для хранения информации, записываемой по концентрическим дорожкам. Дорожки одного 1 того же диаметра на всех рабочих поверхностях образуют цилиндр Понятие «цилиндр» используется при размещении и поиске ин формации в НМД.

Наборы данных, состоящие из записей постоянной или переменной длины (блоков), записываются вдоль магнитных дорожек Для записи и считывания информации используются плавающие магнитные головки, расположенные на подвижных рычагах.

Накопители на магнитных дисках классифицируются по ряд] признаков.

По материалу основы диска НМД разделяют на накопители ш жестких и накопители на гибких магнитных дисках (ГМД).

По числу дисков различают НМД однодисковые и с пакетов дисков.

Жесткие МД изготавливаются из алюминиевого сплава. На поверхность дисков наносится магнитное покрытие. Для увеличение скорости передачи данных требуется увеличивать скорость движения носителя. В современных НМД частота вращения дисков составляет тысячи оборотов в минуту. Во избежание интенсивной: износа магнитных головок и носителя используется бесконтактный способ записи с плавающими головками. При этом между магнитными головками и поверхностью носителя создается зазор в 3...5 мкм за счет подъемной силы, действующей на специальный башмак, удерживающий головки. Современные накопители На жестких магнитных дисках имеют емкость тысячи гигабайт.

До последнего времени в качестве ВЗУ мини- и микроЭВМ Широко использовались накопители на сменных ГМД. Такие диски выполняются на лавсановой основе толщиной 0,12 мм, на которую наносится магнитное покрытие. Гибкий магнитный диск Постоянно находится в квадратной кассете (дискете), имеющей Прорезь, через которую осуществляется взаимодействие магнитной головки с магнитной поверхностью диска. Накопители на ГМД компактны и дешевы, однако их емкость (как правило, 1,44 Мбайт) зачастую недостаточна для хранения больших массивов информации, характерных для САПР.

В настоящее время ГМД вытесняются устройствами чтения-записи оптических (лазерных) дисков (CD-ROM). Приводы CD-ROM подразделяются на устройства, предназначенные только для чтения компакт-дисков, и устройства, позволяющие производить как чтение, так и запись информации. Для этих устройств используются два типа компакт-дисков: CD-R, позволяющие однократно записать информацию, и CD-RW, на которых возможна перезапись. Емкость одного диска обычно составляет до 700 Мбайт, т. е. на нем может уместиться информация, содержащаяся на 500 ГМД.

Дальнейшим развитием оптических способов хранения информации являются приводы DVD-ROM, в которых информация также содержится на специальных компакт-дисках, но ее объем на порядок больше, чем на CD-ROM.

Применявшиеся ранее накопители информации на магнитных лентах, магнитных барабанах и на бумажных носителях (перфокартах и перфолентах) либо ушли в прошлое, либо доживают последние дни в устаревших вычислительных системах.

Дисплеи. Дисплеи предназначены для визуального отображения информации и представляют собой наиболее перспективную группу терминалов. Они дают возможность пользователю оперативно вводить и корректировать вводимую информацию, компоновать ее в соответствии с требуемым форматом и видоизменять по своему усмотрению. Данные выводятся на экран дисплея в цифровой, буквенно-цифровой, графической и комбинированной формах.

Дисплеи пришли на смену печатающим устройствам ввода-вывода информации и в настоящее время полностью их вытеснили.

По сравнению с печатающими терминалами дисплеи имеют следующие достоинства:

• большая скорость приема сообщений;

• возможность редактирования вводимой информации;

• бесшумность в работе;

• ориентация на непрофессионального пользователя;

• отсутствие бумажного носителя для отображения вводимой и выводимой информации.

Последние достижения науки и техники позволили создать различные по назначению, структуре и характеристикам видеотерминальные устройства, которые широко используются для связи человека с ЭВМ при интерактивных режимах проектирования.

Структурная схема дисплея представлена на рис. 5.3.

Устройство сопряжения дисплея предназначено для организации приема и передачи информации и обеспечивает требуемый для работы протокол обмена информацией. Память дисплея играет существенную роль в функционировании всего устройства. Запоминая принятую от оператора или ЭВМ информацию, блок памяти, как правило, имеет объем, превышающий объем кадра изображения и может колебаться в достаточно больших пределах.

Так как в качестве блока индикации в большинстве современных дисплеев используется электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с малым временем послесвечения, то для надежного восприятия человеческим глазом отображенной информации требуется ее циклическое повторение (регенерация) на экране ЭЛТ с частотой не менее 50 Гц. Современные дисплеи на ЭЛТ, как правило, имеют частоту до 100 Гц и выше. Выполнение функций регенерации информации в подобных дисплеях также лежит на блоке памяти.

Принцип действия монитора на базе ЭЛТ заключается в том, что испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на экран, покрытый специальным составом — люминофором, вызывает его свечение. Направление пучка электронов задают также дополнительные электроды: отклоняющая система, позволяющая изменять направление пучка, и модулятор, регулирующий яркость получаемого изображения. Электронный луч периодически сканирует экран, образуя на нем строки развертки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость определенных пикселей, образуя некоторое видимое изображение. Разрешающая способность монитора определяется числом пикселей, из которых и формируется изображение на экране.

В цветном мониторе имеются не одна, а три электронные пушки с отдельными схемами управления, а на поверхность экрана Нанесен люминофор трех основных цветов: красного, зеленого, синего. Таким образом, каждая пушка «стреляет» по своей цели. Для этого в каждом мониторе имеется либо теневая маска, либо апертурная решетка; теневая маска имеет систему отверстий, а апертурная решетка — систему щелей.

В основном применяются кинескопы двух типов: плоско-прямоугольные (наиболее распространены) и вертикально-плоские. В плоско-прямоугольных кинескопах экраны на самом деле не плоские и не прямоугольные, они выглядят такими по сравнению с обычными кинескопами за счет большого радиуса кривизны. В вертикально-плоских кинескопах экран действительно плоский по вертикали, а по горизонтали имеет кривизну (как вырезанный из цилиндра). Наиболее известны вертикально-плоские кинескопы Trinitron фирмы Sony.

Четкость изображения определяется так называемым шагом триад — расстоянием (в мм) между двумя ближайшими точками люминофора одного цвета свечения. Чем меньше шаг триад, тем выше потенциальная четкость изображения. Типичные значения для шага триад для современных дисплеев составляют 0,28; 0,26; 0,24 мм.

Важным параметром является разрешение монитора экрана — количество точек, которое может отображать монитор. Чем больше точек он может отобразить, тем более высокого качества изображения можно достичь. Существуют стандартные режимы: 800 х 600, 1024 х 768, 1152 х 864 и т.д. Первая цифра — это количество точек по горизонтали, вторая — количество точек по вертикали; чем выше указанные числа, тем четче изображение.

Другим важным параметром дисплея является его размер, определяемый размером экрана кинескопа по диагонали. В настоящее время стандартными являются следующие размеры: 15, 17, 19 и 21 дюйм. Пятнадцатидюймовый монитор постепенно выходит из употребления, так как для использования в целях САПР он неудобен. Наибольшее распространение получили мониторы с размером диагонали 17 дюймов, как оптимальные с точки зрения соотношения цена—качество.

Дисплей по своим функциям представляет собой преобразователь двоичного кода, поступающего на его вход из ЭВМ, в символьную или графическую информацию на экране. Непосредственное преобразование осуществляет генератор изображения совместно с блоком индикации и устройством управления.

В общем случае генератор изображения преобразует двоичный код символа либо фрагмента графического изображения (точки, вектора, части окружности) в код, который, поступая в блок индикации, заставляет его вычертить требуемый символ или графическую фигуру на экране. Блок индикации во многом определяет общую структуру дисплея и предназначен для формирования и отображения информации на экране.

По методу формирования изображения на экране дисплеи можно подразделить на точечные, векторные и телевизионные (растровые).

В точечных дисплеях изображения формируются путем последовательной передачи координат каждой точки в блок управления, который вырабатывает необходимые управляющие сигналы для вычерчивания. При близком расположении точек создается впечатление непрерывной линии.

В векторных дисплеях имеется специальный блок — генератор векторов, предназначенный для быстрого вычерчивания отрезков линий.

Преимущественное применение получили растровые методы формирования изображений на экране.

По назначению и виду отображаемой информации дисплеи делятся на алфавитно-цифровые и графические.

Современные растровые дисплеи сочетают возможности алфавитно-цифровых и графических дисплеев. Именно они и используются для организации рабочего места проектировщика в САПР.

В нише профессиональной графики, в том числе используемой САПР, т.е. там, где требуется безупречное качество изображения и цветопередача, ЭЛТ-мониторам на сегодняшний день альтернативы нет. Мониторы с ЭЛТ превалируют над всеми остальными, поскольку являются наиболее дешевыми из моделей с плоским экраном, размеры и качество изображения которого неуклонно растут; но постепенно их популярность начинает падать, и на смену им приходят плоские дисплеи, занимающие значительно меньше места, легкие и потребляющие меньше энергии. Здесь, однако, следует сделать оговорку: речь идет только о рынке домашних и офисных компьютеров.

В последнее время все более широкое распространение получают дисплеи с жидкокристаллическим (ЖК) экраном. Экран ЖК-монитора представляет собой массив пикселей (элементов изображения), которыми можно управлять для отображения информации. Дисплей создается из двух стеклянных пластин, расположенных на расстоянии нескольких микрон друг от друга и содержащих тонкий слой жидких кристаллов между собой. На верхнюю стеклянную пластину наносится трафарет, который играет роль фильтра цвета (как и в ЭЛТ, каждый пиксель матрицы строится из трех компонентов цвета — красного, зеленого и синего). Затем на обе стеклянные пластины наносятся поляризационные фильтры, которые пропускают только тот компонент светового пучка, ось поляризации которого соответствует заданной; так создается ячейка ЖК-дисплея.

Общий принцип действия ЖК-мониторов следующий. Свет от неоновой лампы проходит через систему отражателей, направляется через первый поляризационный фильтр и попадает в слой жидких кристаллов, контролируемый транзистором; затем свет проходит через цветовые фильтры. Транзистор создает электрическое поле, задающее пространственную ориентацию жидких кристаллов. Свет, проходя через такую упорядоченную молеку-I лярную структуру, меняет свою поляризацию, и в зависимости от нее будет либо полностью поглощен вторым поляризационным фильтром на выходе (образуя черный пиксель), либо не будет поглощаться или поглотится частично (образуя различные цветовые оттенки, вплоть до чистого белого).

Поляризация, лежащая в основе ЖК-технологии, имеет и свои минусы, главный из которых сокращение угла обзора ЖК-дисплея. Производители ЖК-панелей это учитывают; в настоящее время созданы технологии, позволяющие если не искоренить, то хотя бы значительно уменьшить этот недостаток.

Классификация дисплеев приведена на рис. 5.4.

В настоящее время наибольшее распространение получили дисплеи фирм Sony, NEC, Mitsubishi.

Устройства ввода и редактирования информации. Данные устройства предназначены для ввода и редактирования как символьной, так и графической информации. В их состав могут входить всевозможные клавиатуры, джойстики, планшеты, манипуляторы (мышь), световое перо.

Печатающие устройства. Среди разнообразной номенклатуры периферийных устройств печатающие устройства (ПУ) занимают ведущее место. Они используются в составе ЭВМ всех типов, от персональных ЭВМ до суперЭВМ.

Выпуск ПУ непрерывно возрастает; он составляет более 50 % общего производства периферийного и терминального оборудования.

В зависимости от порядка вывода информации на носитель записи различают посимвольные, построчные и постраничные ПУ.

Посимвольные ПУ выводят алфавитно-цифровую информацию на носитель записи последовательно символ за символом. При этом за один цикл печати формируется только один знак.

Построчные ПУ формируют и выводят за один цикл печати всю строку, делая ее доступной для восприятия пользователем сразу же после завершения процесса.

Постраничные ПУ формируют и выводят за один цикл печати целиком страницу. Основное отличие постраничных устройств состоит в том, что информация поступает пользователю сразу же отпечатанной на отдельной или соединенной с другими странице.

По принципу формирования изображений символов на носителе записи различают литерные (полносимвольные) и матричные (знакосинтезирующие) ПУ. В литерных ПУ изображение формируют одновременно по всей поверхности символа при единичном воздействии на носитель записи печатающей головки, например молоточка. В матричных ПУ изображение символов формируют из отдельных элементов — точек последовательно или последовательно-параллельно при многократном воздействии на носитель записи.

Вначале наибольшей популярностью пользовались литерные ПУ. По мере развития техники печати и расширения функциональных возможностей как самих ПУ, так и управляющих ими ЭВМ, большое распространение получили матричные ПУ; это было обусловлено возможностью последних практически неограниченно расширять номенклатуру и число наборов символов, печатаемых ПУ, возможностью вывода не только алфавитно-цифровой, но и графической информации, возможностью вывода многоцветных и полутоновых изображений. При этом качество получаемого изображения благодаря возможности повышения плотности печати во многих случаях не уступает полиграфическому.

В качестве носителя записи в ПУ используют, как правило, бумагу в рулонах или пачках с краевой перфорацией и без нее. Наряду с этим в постраничных устройствах преимущественно применяют бумагу в виде листов, причем во многих даже низкопроизводительных ПУ предусмотрена автоматическая подача листов на печать.

Наибольшее распространение получили ПУ, использующие в качестве носителя записи обычную бумагу. Следует отметить, что под обычной часто понимают бумагу широко распространенных марок, таких, как писчая, типографская и др. Однако в ПУ рекомендуют использовать бумагу вполне определенных марок, обеспечивающих наилучшее качество печати, при этом учитывают ее гладкость, белизну, степень проклейки, удельную плотность и многие другие показатели.

Преимущественное применение обычной бумаги объясняется ее меньшей стоимостью, большей доступностью и, как правило, более высоким качеством печати по сравнению с печатью на специальной бумаге. Специальной называют бумагу, которая содержит дополнительные слои или добавки в бумажную массу, благодаря чему обеспечиваются требуемые термочувствительность, ударочувствительность, диэлектрические или электропроводные свойства и др.

Большое влияние на технические показатели, конструктивные особенности, эксплуатационные и другие характеристики ПУ оказывает физический принцип — способ регистрации, на основе которого оно реализовано. При этом различают ПУ ударного и безударного принципов действия.

При ударном действии получают изображения символьной и графической информации в результате удара по носителю записи органом записи — печатающим знаком, молоточком, стержнем.

При безударном действии изображение на носителе записи получают в результате физико-химического или другого вида воздействия на оконечный носитель записи, поступающий к пользователю, или на некоторый промежуточный носитель записи, входящий, как правило, неотъемлемой частью в состав ПУ. С промежуточного носителя записи или с его помощью информацию переносят на оконечный носитель записи.

Печатающие устройства ударного принципа действия имеют богатую предысторию, поскольку многие технические решения на первых этапах развития были заимствованы из техники пишущих (печатающих) машинок с ручным приводом.

При ударном принципе изображения на бумаге получаются механическим воздействием (ударом) печатающего элемента на бумагу, как правило, через красящую ленту, из которой выдавливается краситель.

В ряде устройств используется прямая печать, при которой краситель (краска) наносится (накатывается) непосредственно на поверхность литеры и далее при ударе переносится на бумагу. При использовании ударочувствительной бумаги ее цвет изменяется без дополнительного красконосителя.

Печатающие устройства ударного принципа действия разработаны двух классов — посимвольные и построчные.

Посимвольные ПУ первоначально создавались рычажного типа, в которых литера — рельефное изображение каждого знака закреплена на отдельном рычаге. В дальнейшем в качестве литеро-(шрифто)носителя использовали шаровые и цилиндрические головки с литерами на их поверхности. В последние годы получили распространение лепестковые шрифтоносители, представляющие собой диск с радиально расположенными по его периферии лепестками, на концах которых имеются литеры.

Во всех рассмотренных конструкциях шрифтоносителя выборка знаков производится путем механического перемещения определенной литеры на ударную позицию. Удар литеры по бумаге обеспечивается, как правило, электромагнитным приводом.

В настоящее время наибольшее распространение получают многоэлементные матричные печатающие головки, каждый печатающий элемент которых при воздействии на носитель записи создает отдельную точку, а комбинация точек формирует изображение знака.

Печатающий элемент головки представляет собой тонкий стержень, соединенный с автономным быстродействующим электроприводом (электромагнитным или пьезоэлектрическим). Печатающие элементы располагаются в один или несколько рядов и, как правило, вдоль движения носителя. При перемещении такой головки поперек движения носителя и возбуждении определенных элементов образуются отдельные знаки и вся печатная строка.

Построчные ПУ реализуются обычно одним из следующих вариантов исполнения шрифтоносителя.

В литерных ПУ шрифтоноситель выполняют в виде цилиндра или замкнутой ленты. В первом случае образующая шрифтоносителя поперечна перемещению носителя записи. По окружности цилиндра для каждой печатной позиции имеются рельефные изображения знаков. Выборка каждого знака производится при вращении цилиндрического шрифтоносителя, а печать — ударом по выбранной литере через красконоситель и бумагу печатающим молоточком без остановки шрифтоносителя — так называемая «печать на лету». Недостатками ПУ с цилиндрическим шрифтоносителем являются большая масса последнего, его громоздкость и практическая невозможность замены шрифтов. Во втором случае шрифтоноситель имеет форму эластичной бесконечной ленты, перемещаемой поперек движения носителя записи. Печать осуществляется без остановки шрифтоносителя на печатной позиции, так же как и для цилиндрического шрифтоносителя. Смена шрифта сравнительно просто производится путем замены ленточного шрифтоносителя.

В построчных матричных ПУ в отличие от посимвольных матричных ПУ элементы формируются одновременно для всех знаков и последовательно элемент за элементом для каждого знака, а не последовательно-параллельно. Печатающие элементы перемещаются поперек носителя записи, причем на каждую печатную позицию приходится, как правило, по одному печатающему элементу и по одному электромагниту.

Как посимвольные, так и построчные ПУ ударного принципа Действия обеспечивают одно- и многоцветную печать. Последнюю Получают, используя красящую ленту, у которой отдельные зоны Пропитаны красителями разных цветов. Печать разными цветами осуществляется автоматической сменой зон красящей ленты.

Печатающие устройства ударного действия сравнительно просты по конструкции, но имеют много элементов, работающих в режиме больших динамических нагрузок; этим обусловлен ограниченный ресурс элементов и повышенный уровень шума при работе ПУ.

Печатающие устройства безударного принципа действия (безударные печатающие устройства — БПУ) свободны от ряда недостатков ПУ ударного действия.

Применяются три класса БПУ — посимвольные, построчные и постраничные. Во всех классах БПУ изображения символьной и графической информации синтезируют из отдельных точек — элементов изображения с плотностью записи (печати) 3 — 32 точек/мм. По скорости печати выпускаемые многочисленные модели этих устройств значительно отличаются друг от друга — от десятков символов в секунду в БПУ малой производительности до сотен тысяч символов в секунду в наиболее быстродействующих моделях.

Наибольшее распространение при реализации БПУ получили следующие способы регистрации: электрографический (электрофотографический); феррографический (магнитографический); электростатический и его разновидность — электроионный; термический; струйный. Ожидается, что эти же способы регистрации будут в основном использоваться при создании БПУ и в дальнейшем.

Электрографические БПУ. В основе всех электрографических БПУ лежит электрофотографический способ регистрации, при котором создают скрытое электрическое изображение на промежуточном носителе записи с фотопроводниковым слоем на поверхности, визуализируют это изображение мелкодисперсным красящим порошком — тонером, получая при этом порошковое изображение, которое затем переносят на оконечный носитель записи — бумагу, где и закрепляют — фиксируют, например термическим способом. В электрографических БПУ для создания скрытого электрического изображения на фотопроводниковый носитель записи воздействуют электромагнитным излучением, источниками которого могут быть лазеры, светодиоды, светоклапанные системы или электронно-лучевые трубки.

В ряде случаев электрографические БПУ различают по виду используемого в них источника излучения (лазерные, светодиодные, светоклапанные или электронно-лучевые).

В высокоскоростных лазерных БПУ в качестве источника излучения применяют газовые Не—Ne лазеры; в средне- и низкоскоростных лазерных БПУ — полупроводниковые лазеры. Во всех лазерных БПУ развертку лазерного луча вдоль строки производят электромеханическим путем с помощью вращающегося зеркального многогранника или призмы. Светодиодные и светоклапанные системы записи применяют в средне- и низкоскоростных БПУ.

Светодиодные системы записи представляют собой светодиодную линейку, излучение которой проецируется с помощью объективов или самофокусирующих световодов на промежуточный фотопроводниковый носитель записи.

В светоклапанных системах записи электромагнитное излучение, создаваемое, например, лампой накаливания, проецируется на фотопроводниковый носитель записи через световые затворы — магнитооптические или жидкокристаллические.

Сопоставление рассмотренных оптических систем записи показывает, что по многим параметрам они идентичны.

Электронно-лучевые системы записи в электрографических БПУ в настоящее время применения не находят из-за больших габаритных размеров, низкой надежности и ограниченного срока службы ЭЛТ.

В качестве промежуточного носителя электрографических устройств используют, как правило, барабаны с цилиндрической поверхностью, покрытой фотопроводниковым слоем, — электро-фотографические цилиндры. В некоторых высокопроизводительных устройствах в качестве промежуточного носителя используют гибкий электрофотографический носитель, основой которого является пластмассовая пленка, покрытая фотопроводниковым слоем с металлическим подслоем. Применение гибкого носителя усложняет устройство, однако по сравнению с устройством с электрофотографическим цилиндром стоимость его эксплуатационных расходов меньше.

Основными требованиями, предъявляемыми к электрофотографическим слоям, являются:

• электрооптическая чувствительность к электромагнитному

излучению определенного спектрального состава, воздействующему на слой в процессе записи;

• высокий электростатический контраст скрытого электрического изображения;

• высокая износостойкость (тиражеустойчивость) и др.

В качестве фотопроводникового слоя применяют неорганические вещества типа триселенида мышьяка, селен-теллура или орга¬нические фотопроводниковые вещества, повышая их чувствительность — сенсибилизируя их так, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность в диапазоне длин волн электромагнитного излучения источника света.

Скрытое электрическое изображение во всех современных моделях электрографических БПУ визуализируют с помощью так Называемой магнитной кисти одно- или двухкомпонентным проявителем. В однокомпонентном проявителе в состав частиц тонера Наряду с красящим веществом входит магнитная составляющая. В двухкомпонентном проявителе частицы тонера, содержащие красящее вещество, смешаны с более крупными магнитными частицами носителя тонера и удерживаются на них в результате трибо-электрического взаимодействия.

При работе узла проявления с двухкомпонентным проявителем из магнитной кисти постоянно удаляется тонер. Для поддержания его постоянной концентрации БПУ имеет средства контроля за концентрацией тонера в проявителе, средства подачи то¬нера в узел проявления и равномерного распределения тонера в проявителе.

Перенесенное с промежуточного носителя записи на оконечный (бумажный) порошковое изображение закрепляют — фик¬сируют. В подавляющем числе моделей электрографических БПУ для закрепления изображения используют термический или термосиловой способы фиксации. Первый применяется только в от¬дельных моделях низко- и среднескоростных БПУ. Второй способ, при котором носитель с порошковым изображением прока¬тывают между двух нагретых валов, применяется в большинстве низко-, средне- и высокоскоростных устройств, так как он обеспечивает высокое качество закрепления, более низкое по сравне¬нию с другими способами закрепления потребление энергии и практически полную противопожарную безопасность (даже при аварийных ситуациях бумага, застрявшая между закрепляющими валами, не загорается, так как температура валов не превосходит для разных моделей устройств 120...200 °С).

Во всех высокоскоростных и некоторых среднескоростных БПУ в качестве оконечного носителя записи используют рулонную бумажную ленту и ленту, сложенную в пачку с поперечными насечками и краевой перфорацией. В ряде моделей БПУ предусмотрена рубка ленты на отдельные листы и обрезка краевой перфорации с последующей сортировкой отпечатанных материалов, что резко упрощает подготовку отпечатанных материалов для пользователя.

Во всех низкоскоростных устройствах печать ведется на листовой бумажный носитель форматов А4, A3 и др. Листы поступают из подающих кассет емкостью 250 — 500 листов. В ряде устройств имеется по две подающие кассеты: одна для формата A3, другая для формата А4.

В некоторых БПУ наряду с выводом информации, поступающей от ЭВМ, предусмотрено также копирование документов. При этом используются две системы формирования изображений — лазерная система, управляемая сигналами от ЭВМ, и оптическая проекционная система, выполненная по традиционной схеме.

В зависимости от назначения БПУ, его быстродействия и особенностей использования в широких пределах изменяются структурная схема блока управления и объем его внутренней памяти. Высокоскоростные БПУ, обслуживающие мощные ЭВМ, оснащаются буферной памятью объемом в несколько страниц, растровой памятью, в которой формируется электрический образ регистрируемого изображения, генератором символов, преобразователями векторной формы описания графики в растровую, а также мошной системой контроля и диагностики состояния устройства. В средне- и низкоскоростных БПУ часть функций перекладывается на ЭВМ и ПЭВМ, в частности по преобразованию вектор— растр, и упрощается обмен информацией с ЭВМ.

В большинстве устройств предусматриваются интерфейсы Centronics.

Практически все электрографические БПУ предназначены для одноцветной (черно-белой) печати, хотя имеются и многоцветные устройства.

Феррографические БПУ. Структурные схемы феррографических БПУ аналогичны схемам электрографических БПУ. Скрытое изображение также создают на промежуточном носителе записи, затем визуализируют мелкодисперсным порошком — тонером, переносят на бумажный носитель и закрепляют. Основное отличие между электрографическими и феррографическими устройствами состоит в том, что в феррографических БПУ создают скрытое магнитное, а не электрическое изображение. Для этого в качестве промежуточного носителя записи в феррографических БПУ используют магнитные барабаны или ленты; для записи информации применяют многодорожечные блоки магнитных головок; тонер обязательно должен быть магниточувствительным.

Поскольку в качестве промежуточного носителя, как правило, используют магнитные барабаны с металлическим рабочим слоем, их износоустойчивость на много порядков выше, чем у фотопроводниковых носителей, применяемых в электрографии.

В связи с тем, что в феррографических БПУ не нужно защищать рабочую зону от воздействия света, конструкция этих устройств получается более простой, при этом улучшаются условия их регулировки и обслуживания.

Отмеченные достоинства феррографии обусловили интерес к ней разработчиков БПУ. На коммерческий рынок выпущено несколько моделей феррографических БПУ среднего быстродействия.

Основная проблема феррографических устройств практически всех разновидностей заключается в обеспечении эффективного взаимодействия магнитных головок с магнитным носителем. Для этого необходимо сократить до минимума зазор между рабочей поверхностью магнитной головки и носителя (до 0,01...0,02 мм). Однако наличие мелкодисперсного тонера, также взаимодействующего с магнитным носителем, приводит к тому, что промежуток между магнитной головкой и носителем постепенно заполняется тонером; при этом либо увеличивается зазор, либо усиленно Изнашивается магнитная головка, либо происходит и то и другое.

Диапазон распространения феррографических БПУ будет определяться тем, насколько эффективной окажется конструкция магнитной головки и удачными решения по предотвращению засорения зазора магнитная головка — магнитный носитель записи.

Электростатические БПУ. Электростатическая регистрация состоит в создании скрытого электрического изображения на диэлектрической поверхности оконечного или промежуточного носителя.

Электростатические БПУ без промежуточного носителя получили незначительное распространение. В них запись ведется на специальную электростатическую бумагу, рабочая поверхность которой имеет тонкий диэлектрический слой, а основа бумаги пропитана гидрофильными солями, позволяющими получить требуемую для нее влажность и электропроводность. Для записи информации на такой носитель используют одно-, двух- и многорядные записывающие головки, представляющие собой блок тонких (диаметром около 0,1 мм) электродов, расположенных соответственно в один-два ряда и более. При подаче высоковольтного импульса напряжения между записывающим электродом и про-тивоэлектродом на диэлектрической поверхности бумаги образуется элемент скрытого электрического изображения. Затем электростатическая бумага протягивается через узел проявления, в котором диспергированные в жидкой органической среде частицы красителя визуализируют скрытое изображение. Плотность записи в таких устройствах составляет 4—8 точек/мм и более. Скорость регистрации определяется скоростью записи, проявления и высыхания растворителя. Обычно электростатическая бумага движется в устройстве со скоростью 10...50 мм/с, хотя известны отдельные устройства, в которых она перемещается со значительно большей скоростью (до 250 мм/с). Современная технология производства электростатической бумаги позволила снизить ее стоимость до уровня высококачественной типографской бумаги.

Основная область применения электростатических БПУ без промежуточного носителя — вывод графической информации, включая схемную и конструкторскую документацию. Возможность вывода информации на широкий (свыше 1000 мм) носитель делает электростатические устройства особенно полезными в системах автоматизированного проектирования.

Наибольший интерес представляют устройства с многоцветным (4—7 цветовых оттенков и более) выводом информации. Для уменьшения габаритных размеров, массы и стоимости устройств многоцветную печать, как правило, получают при многократном проходе бумажного носителя мимо одних и тех же записывающих головок, подключенных к единому блоку управления. Изменение цвета изображения достигается включением при каждом проходе носителя соответствующего узла проявления.

Более широкое применение находят электростатические устройства с промежуточным носителем. Их особенность состоит в том, что скрытое электрическое изображение получают на цилиндре с диэлектрическим покрытием, которое проявляют мелкодисперсным тонером, аналогичным используемому в электрографических устройствах.

Термические БПУ. Способ термопечати основан на двух принципиально различных схемах — без промежуточного (донорного) носителя и с промежуточным носителем. Для реализации каждой из них локально воздействуют на оконечный или промежуточный носитель теплотой, выделяемой записывающей (термопечатающей) головкой, которая содержит от нескольких единиц до нескольких тысяч отдельных элементов.

В термопечатающих БПУ, выполненных по первой схеме (без донорного носителя), оконечный носитель — бумага покрыта или пропитана теплочувствительным веществом, которое при локальном нагреве в результате термохимической реакции изменяет цвет, образуя визуально наблюдаемое изображение точки. Достоинством устройств, выполненных по схеме с термочувствительной бумагой, является их простота. Кроме механизма перемещения бумаги в контакте с термопечатающими головками и в некоторых случаях механизма перемещения головки, в таких устройствах практически отсутствуют какие-либо подвижные элементы. По этой причине, а также в силу малой энергоемкости процесса записи уст¬ройства этого типа нашли преимущественное применение в первую очередь в малоразрядных калькуляторах и персональных ЭВМ для посимвольного или построчного вывода информации.

К недостаткам устройств, выполненных без промежуточного носителя, относятся сравнительно невысокое качество изображения (плотность записи обычно не более 3—5 точек/мм), повышенная в 2 — 3 раза по сравнению с обычными потребительскими сортами бумаги стоимость термобумаги, ограниченность ресурса термопечатающих головок, чувствительность бумаги к изменениям температуры окружающей среды, особенно при длительном хранении. Правда, надо отметить, что последний недостаток для большинства современных марок бумаги преодолен. Кроме того, устранен серый или цветной фон бумаги, повышена контрастность получаемого изображения. Тем не менее число моделей БПУ, предназначенных для печати на термочувствительную бумагу, постоянно уменьшается.

Термопечатающие БПУ, выполненные с промежуточным носителем, находят все большее распространение. По этой схеме между термопечатающей головкой и оконечным носителем, в качестве которого используют бумагу, пластмассовую пленку (часто Прозрачную) и т.п., размещают донорный носитель — копировальную пленку. Последняя представляет собой тонкую (толщиной 5... 10 мкм) пластмассовую планку (например, лавсановую) покрытую со стороны, обращенной к оконечному носителю, красящим слоем. Особенностью этого слоя является низкая (менее 100 °С) температура оплавления связующего вещества красящего слоя, в котором диспергирован краситель.

При контакте оконечного носителя с красящим слоем донор-ного носителя и при кратковременном прогреве его термопечата-ющей головкой красящий слой локально оплавляется и практически полностью переходит на оконечный носитель, создавая на нем элемент изображения. Его цвет определяется цветом красящего вещества. При последовательном переносе элементов на один и тот же оконечный носитель с донорных носителей разных цветов получают многоцветные изображения. Допускается наложение одних отпечатков на другие, что расширяет цветовую гамму изображения.

Преимуществами данной схемы термопечати являются высокое качество получаемых изображений (плотность записи в отдельных устройствах достигает 6—12 элементов изображения/мм), высокая контрастность, практически любая цветовая гамма получаемых изображений, возможность печати практически на все известные носители информации, отсутствие фона на пробельных местах изображения и др. Ввиду того, что термопечатающая головка контактирует с поверхностью химически нейтральной пластмассовой пленки, имеющей высокую гладкость, срок службы головки на много порядков больше, чем срок службы головок, используемых в устройствах, выполненных по первой схеме.

Недостатками термопечати с промежуточным носителем являются большой расход донорного носителя для одноцветных устройств, равный, а для многоцветных — по крайней мере в три раза превосходящий расход оконечного носителя, и повышенная сложность устройства. Последнее объясняется тем, что помимо механизма перемещения оконечного носителя печатающее устройство должно содержать еще и механизм перемещения донорного носителя. Для многоцветных устройств должны быть предусмотрены также средства возврата оконечного носителя и его точ¬ного позиционирования в исходное перед записью состояние, что необходимо для обеспечения точного совмещения цветов, и механизм отвода термопечатающей головки и донорного носителя от оконечного при его возвратном движении. В ряде устройств такого типа имеется механизм автоматической отрезки листов после завершения цикла многоцветной печати.

В возможной схеме реализации такого БПУ (рис. 5.5) оконечный носитель 1 поступательно перемещается в процессе печати совместно с донорным носителем 2 мимо многоканальной термопечатающей головки 3. При возбуждении ее от блока управления 4 отдельные резистивные элементы головки нагреваются, расплавляют связующее вещество красящего слоя 5 донорного носителя, в результате чего на оконечном носителе образуется изображение.

Струйные БПУ. Длительное время высказывались сомнения по поводу возможности практической реализации струйных БПУ. Причиной этому было характерное для них засорение сопл, из которы

Дата добавления: 2013-12-11