Аппара́тное обеспе́чение компьютера

К аппаратному обеспечению относятся устройства, образующую конфигурацию компьютера. Различают внутренние и внешние устройства. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы называют протоколами. Протокол - это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств.

Аппара́тное обеспе́чение[1] (допустимо также произношение обеспече́ние[2][3][4], англ. hardware (́ha:dwεə), жарг. «железо») — электронные и/или механические части вычислительного устройства (компьютер, ЭВМ, микроЭВМ и тд.), исключая его программное обеспечение и данные (информация, которую он хранит и обрабатывает).

Аппаратное обеспечение[5] — комплекс электронных, электрических и механических устройств, входящих в состав системы или сети. Аппаратное обеспечение включает: — компьютеры и логические устройства; — внешние устройства и диагностическую аппаратуру; — энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы.

Особенности аппаратного обеспечения информационных систем: периферийные устройства персонального компьютера, средства вывода. Характеристика матричных, струйных и лазерных (термических) принтеров, принципы их работы и совершенствование технологий.

Персональный компьютер представляет собой вполне самостоятельное устройство, в котором есть все необходимое для автономной жизни. Хотя разговоры о "безбумажной" технологии ведутся уже довольно давно, нормальную работу с компьютером пока еще трудно представить без использования печатающего устройства. Зачастую нужна копия на бумаге того или иного документа, рисунка и т. п., имеющихся в компьютере в файле. Различаются принтеры прежде всего по способу печати. Широко распространены несколько видов принтеров: матричные, струйные, лазерные.

Матричные принтеры

Матричные принтеры - наиболее распространенный тип принтеров. Идея матричных печатающих устройств заключается в том, что требуемое изображение воспроизводится из набора отдельных точек, наносимых на бумагу. В этом типе принтеров используется для печати печатающая головка(ПГ) , которая содержит одни или два ряда тонких игл. Головка устанавливается на ракетке и движется вдоль печатаемой строки. При этом иголки в нужный момент ударяют через красящую ленту по бумаге. Это обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений. В дешевых моделях принтеров используются ПГ с 9 иглами. Качество печати в этих принтерах улучшается при печати информации не в один, а в два или четыре прохода ПГ вдоль печатаемой строки. Более качественная и быстрая печать обеспечивается 24-иголочными принтерами. Однако эти принтеры более дороги по сравнению с 9-иголочными,менее надежны .

Для перемещения красящей ленты используется передаточный механизм, использующий движение каретки. За перемещение каретки отвечает шаговой двигатель. Еще один шаговой двигатель отвечает за перемещение бумагоопорного валика. Скорость печати матричных принтеров невысока. В зависимости от выбранного качества печати и модели принтера скорость печати составляет от 10 до 60 секунд на страницу.

Струйные принтеры

Методу струйной печати уже почти сто лет. Лорд Рейли, лауреат нобелевской премии по физике, сделал свои фундаментальные открытия в области распада струй жидкости и формирования капель еще в прошлом веке, датой рождения технологии струйной печати можно считать только 1948 год. Именно тогда шведская фирма Siemens Elema подала патентную заявку на устройство, работающее как гальванометр, но оборудованное не измерительной стрелкой, а распылителем, с помощью которого регистрировались результаты измерений.

И даже теперь, спустя почти полвека, эта гениально простая система печати применяется, например, в медицинских приборах. Правда, жидкостный осциллограф способен печатать лишь кривые, а не тексты и графики. Эта эффективная схема была усовершенствована, и появился новый струйный принтер, функционирующий по принципу непрерывного распыления красителя или печати под высоким давлением.

Разработчики воспользовались закономерностью, выявленной лордом Рейли: струя жидкости стремится распасться на отдельные капли. Нужно только чуть подправить случайный процесс распадения струи, накладывая с помощью пьезоэлектрического преобразования на струю красителя, выбрасываемую под высоким давлением (до 90 бар), высокочастотные колебания давления.

Таким способом может выбрасываться до миллиона капель в секунду. Их размеры зависят от геометрической формы сопел-распылителей и составляют всего лишь несколько микрон, а скорость, с которой они долетают до бумаги, достигает 40 м/с.

Благодаря высокой скорости полета капель допускается использовать поверхности с сильными неровностями и в зависимости от требований к качеству печати размещать их на расстоянии 1-2 см от сопла-распылителя. В результате можно наносить маркировку, например данные о сроке годности товара на картонные коробки, бутылки, консервные банки, яйца или кабели. Эту технологию печати нетрудно узнать по точкам, кажущимся неравномерными и как бы обтрепанными.

С начала 70-х годов необычайно активизировалась исследовательская деятельность, направленная на создание систем без недостатков, свойственных системам печати под высоким давлением. Первое решение, найденное специалистами - печатающие головки с пьезоэлектрическими преобразователями, испускающие по запросу отдельные капли красителя.

Первые заявки на регистрацию изобретения систем струйной печати с пьезоэлектрическими исполнительными механизмами были поданы в 1970 и 1971 гг. На протяжении нескольких лет различные фирмы и институты проводили фундаментальные исследования, пока, наконец, компании Siemens не удалось облечь этот принцип в приемлемую для рынка форму. В 1977 г. Был продемонстрирован первый струйный принтер с дозированным выбросом красителя. Этот принтер, оснащенный двенадцатью соплами-распылителями и печатающий почти бесшумно со скоростью 270 символов в секунду, произвел революцию даже в кругах специалистов. Siemens в качестве электромеханического преобразователя использовала пьезоэлектрическую трубочку, вмонтированную в канал из литьевой смолы. Все каналы заканчиваются пластиной с калиброванными отверстиями для распыления, расположенной на передней стороне устройства. Передача электроэнергии и красителя производится исключительно посредством колебаний давления, распространяющихся в канале в соответствии с законами акустики. Колебания, достигающие конца канала, отражаются там с инверсией фазы, т.е. в этом месте колебание с пониженным давлением и наоборот.

В начале 1985 г. компания Epson представила первый из своих пьезопланарных струйных принтеров.

Вместо пьезоэлектрических трубочек, как у Siemens, на печатающих головках Epson, выполненных из структурированных стеклянных пластинок, укреплены небольшие пьезопластинки. Если к ним приложить электрическое напряжение, их диаметр чуть-чуть изменится, но и этого будет достаточно, чтобы они согнулись вместе с пассивной стеклянной многослойной подложкой подобно биметаллической пластине, что приведет к возникновению в канале красителя выталкиваются тем же способом, что и в печатающих головках с пьезотрубочками.

В 1987 г. компания Dataproducts предложила другой принцип использования пьезоэлектриков для струйной печати, основанный на применении пластинчатого пьезопреобразователя. В последующие годы этот метод оставался сравнительно малоизвестным причем не столько из-за конструкции на базе преобразователя, сколько из-за жидких восковых чернил, которые применялись во всех струйных принтерах с пластинчатым пьезопреобразователем производства Epson

Согласно этому методу пьезопреобразователь, представляющий собой длинную плоскую пластинку (ламель), размещается позади небольшого резервуара с красителем. При воздействии на ламель импульсов напряжения ее длина немного меняется, что приводит к всплескам давления внутри резервуара, которые, в свою очередь, выталкивают капли из сопла-распылителя.

Пластинчатые пьезопреобазователи сочетают в себе преимущества как плоских, так и трубчатых систем высокую частоту распыления и компактную конструкцию. Сегодня на печатающие головки с пьезоламелями делают ставку такие фирмы, как Dataproduts, Tektronix и Epson.

В начале 1994 года Epson продемонстрировал пьезотехнологию MACH (Multilayer Actuator Head - головка с многоуровневым исполнительных механизмом). Тем не менее и в пьезоэлектрических печатающих головках MACH-головках применяются пьезоламели. Правда, компании Epson удалось изготовить пьезоламели одного ряда сопел-распылителей в едином блоке (Multilayer). Таким образом оказалось возможным еще уменьшить размеры печатающей головки, разместить преобразователи, каналы и сопла-распылители с меньшей дистанцией и одновременно снизить производственные расходы.

В 1985 году сенсацию вызвал Thinkjet компании Hewlett-Packard - первый струйно-пузырьковый термопринтер. Метод пузырьково-струйной термопечати за несколько лет покорил рынок (количество проданных струйных термопринтеров составило 10 млн.)

В чем же революционность этой технологии? Как часто бывает в подобных случаях, достижением стало сокращение производственных расходов. Если пьезоэлектрические печатающие механизмы приходилось с большим или меньшим трудом собирать из множества отдельных деталей, то пузырьково-струйные печатающие головки, представляющие собой кристаллы на кремниевых подложках, изготавливались по тонкослойной технологии сотнями.

При тонкослойной технологии применяются в принципе те же производственные процессы, что и при изготовлении интегральных схем. Каналы подачи красителя, сопла-распылители, исполнительные механизмы и токоподводящие шины возникают при поочередном нанесении слоев на подложки, например способом ионно-лучевого напыления, и последующем структурировании этих слоев.

Таким образом, по завершении процесса производства, насчитывающего более сотни шагов, на одной подложке появляется очень много термопечатающих элементов. Все структуры должны быть выполнены с точностью до тысячной доли миллиметра. Кроме того, малейшее загрязнение при производстве приводит к отказу. По этой причине пузырьково-струйные печатающие элементы изготавливаются в чистых помещениях и с применением машин, типичных для полупроводниковой промышленности.

Поскольку головки струйно-пузырьковой термопечати изготавливаются по тому же принципу, что и интегральные микросхемы, напрашивается мысль об интеграции последних в печатающие кристаллы. И первый шаг в этом направлении сделала фирма Canon, встроив в печатающие головки своих принтеров транзисторную матрицу. Примеру Canon последовала компания Xerox, выпустившая в 1993 году модель пузырьково-струйного принтера с головкой, оборудованной 128 распылителями, и полностью интегрированным последовательно-параллельным преобразователем.

Лазерные принтеры

Лазерные принтеры, как и копировальные аппараты используют принцип сухой ксерографии, в основе которого лежит напыление порошка на материал с последующим запеканием.

Как же устроен обычный лазерный принтер? Впрочем до того, как перейти непосредственно к принтерам рассмотрим вначале копировальные аппараты, поскольку на их основе строения были сделаны лазерные принтеры.

Функционально аппарат состоит из следующих частей (если не рассматривать сканирующую часть):

Фоторецептор (барабан)

Магнитный вал

Ракельный нож

Коротрон заряда

Вал переноса (коротрон переноса)

Коротрон отсечения

Бункер с тонером

Бункер отработки

Печка (фьюзер)

Фоторецептор представляет собой специальный материал (обычно это селен), нанесенный на металлическую основу. Обычно он выполняется в виде вала, поэтому иногда его называют барабан (drum unit).

Фоторецептор заряжается коротроном заряда, который представляет собой металлическую (обычно золотую или платиновую проволоку) или же резиновый вал с металлической основой. Причем резина токопроводящая. На старых аппаратах применялся проволочный коротрон. В настоящее время происходит переход к другой технологии. Дело в том, что проволочный коротрон сильно озонирует воздух из за высокого напряжения, подаваемого на него. Как известно озон полезен, но в малых количествах. Поэтому характерный запах озона в копировальных центрах постепенно уходит в прошлое.

После зарядки на фоторецептор подается изображение, которое в копировальных аппаратах освещается мощным источником света и проецируется через систему зеркал. Обычно для освещения оригинала используется каретка с лампой как в сканерах, Для увеличения и уменьшения изображения служит объектив с изменяемым фокусным расстоянием. Скорость барабана и каретки должна быть согласована. Те места на фоторецепторе, на которые падает свет меняют свой потенциал или вообще теряют заряд (в зависимости от типа копировального аппарата). Таким образом на фоторецепторе остается рисунок оригинала в виде заряженных участков.

Затем фоторецептор входит в контакт с магнитным валом, который покрыт смесью тонера и носителя.

Тонер представляет собой пыль состоящую из мельчайших частиц определенного цвета. Для достижения более высокого качества печати фирмы-производители стремятся к созданию более мелких частиц тонера.

Носитель (developer) представляет собой железные частицы, на которых осаждается тонер. Таким образом на магнитном валу находятся железные частицы, покрытые тонером. В некоторых аппаратах носитель отделен от тонера и заправляется отдельно, в других тонер представляет собой порошок уже смешанный с носителем. Тонер находится в специальном бункере. Внутри бункера устанавливается мешалка, которая предотвращает спрессовывание тонера.

Тонер переходит на фоторецептор за счет противоположного заряда на фоторецепторе. Весь этот процесс носит название проявки.