Принтер

С появлением первых компьютеров (ЭВМ), изобретались  различные  периферийные "вспомогательные" устройства. Одно из таких устройств - принтер.

Изобретение принтера связано с первым "компьютером", принтер изобрёл тот же  Чарльз Бэббидж (см),  но он так же не был построен по техническим возможностям того времени.

Uniprinter

С появлением первых ЭВМ  возникла необходимость фиксировать результаты,  для этого требовался штат сотрудников.
Через некоторое время возникла идея подключить печатные машинки к ЭВМ.

В 1953 году печатное устройство было подключено к ЭВМ UNIVAC,  получило название Uniprinter и печатало 600 строк в минуту.
Uniprinter был похож на печатную машинку, и имел такой же принцип работы.

Принтеры этого поколения были не надёжны, и не получили распространения.
В 1959 году компания IBM произвела принтер IBM - 1403, у него была высокая скорость печати, 1400 строк в минуту, но имел тот же ударный печатный механизм, что не повышало надёжность.
Но самым большим большим недостатком (лепестковых) принтеров, они не могли печатать графику.

Матричный принтер 

 

В 1964 году компания "Seiko Epson" выпустила матричный принтер, который печатал точное время.  В 1978 году Epson создала TX - 80, принтер имел успех возможно благодаря компании IBM, которая выпускала этот принтер по лицензии. В конце семидесятых появились цветные принтеры.

Epson TX-80.

Матричный принтер имеет печатающую головку, в которой расположен набор игл, головка располагается в каретке,  которая движется поперёк  листа.

В это время, иголки в заданной  последовательности наносят удар по бумаге через красящую ленту.

В  действие иголки приводятся электромагнитами.

Количество иголок в головке (9,12,14,18,24,36,48) в зависимости от скорости и разрешающей  способности печати.
Печать на матричном принтере недорога, поэтому используется в кассовых аппаратах, так же если требуется печать под копирку, и где применяются рулонная бумага.
Матричные принтеры отличаются высокой надёжностью, но качество печати оставляет желать лучшего.

Струйный принтер 

 

 История струйной печати берёт своё начало в 1833 году, когда французский учёный Феликс Саварта, отметил идентичность капель жидкости, выпускаемых через узкое отверстие.
 В 1878 году английский физик лорд Джон Рейли, проводя опыты по влиянию электрического поля  на струю воды, заметил что в электрическом поле струя воды менее охотно распадается на капли, но при определённой температуре происходит более интенсивный распад. Рейли описал это явление но исследовать не стал.
Только  в 1948 году в лабораториях "Siеmens" заинтересовались этим явлением, в результате в 1951 году было запатентовано устройство, разделяющее струю воды на однотипные капли и фиксирующее значение измерений на бумаге (самописец).

Во всех струйных принтерах используется резервуар с краской (картридж) в котором есть отверстия  для подачи краски на бумагу,  причём существуют модели где резервуар объединён с головкой принтера, соответственно резервуар с краской меняется вместе с головкой. Другая модель с отдельным резервуаром, который обеспечивает головку принтера краской через систему капилляров.   При этом струйный принтер использует один из трёх способов печати.

Первый способ - пьезоэлектрический ( компании Epson, Brother) основан на деформации пьезокристалла под воздействием электрического поля. Каждое отверстие имеет плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой, под воздействием электрического тока  пьезокристалл деформируется и давит на диафрагму  (микронасос), часть краски остаётся в отверстии образуя каплю, которая попадает на бумагу в виде точки.

Epson stylus-800.

 Первый струйный принтер с пьезоэлектрическим способом печати  удалось создать компании Siemens  в 1977, году что стало революционным изобретением.  В последующие годы первенство в этом сегменте принадлежит компании Epson.  На рубеже 80-х годов компания создала технологии успешно работающие по сей день,  обеспечивая надёжность,  качество печати, высокую скорость печати принтера. В 1993 году выпускается "Epson Stylus - 800" затем "Epson Stylus Foto" (1996), "Epson Stylus Pro 9500" (2000), "Epson Stylus B-500"(2008).

Canon BJM-820.

Второй способ - метод газовых пузырей (Canon) состоит в том, что каждое отверстие головки принтера снабжено нагревательным элементом. При пропускании тока нагревательный элемент нагревается до температуры испарения краски, в отверстии возникает паровой пузырь, который выталкивает через отверстие каплю краски необходимую для нанесения на бумагу. При отключении тока, нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается в размерах, и в разряженное отверстие снова заполняется краской.

Представитель такого способа печати  компания " Canon".   В 1988 году в продаже факсимильный аппарат "Сanon FAX - 705", а  в 1992 году изобретение принтера с полноцветной печатью "Canon" BJC-820,  серия BJ стала одной самых популярных в мире,  в 1996 году было продано 20 миллионов экземпляров.

HP DeckJet.

Третий способ - drob-on-demand, разработанный фирмой "Hewlett-Packard" похож на метод газовых пузырей, так же используется нагревательный элемент. Происходит нагрев краски до 650 градусов, используя физические явления жидкости, достигаются туманообразные  частицы краски, которые движутся к выходу отверстий головки принтера, управляемые электрическими сигналами. Такая технология позволяет получать высокое качество и высокую скорость печати принтера.

Струйный принтер компания "НP" выпустила в 1984 году, HP Think Jet  был один из первых цветных принтеров, и имел коммерческий успех.  В 1988 году появился  не дорогой принтер для пользователей HP DeckJet, а в 1991 году  широкоформатный принтер  HP DesignJet.

Лазерный принтер 

 

Копировать с помощью статического электричества, придумал Честер Карлсон будучи ещё студентом. Карлсон семнадцать лет пытался внедрить своё изобретение пока в 1946 году не нашёл компанию "Xerox Corporation". В 1949 появилось копировальное устройство, оно имело огромные размеры и все операции производились в ручную. Через десять появился полностью автоматизированный Xerox-914, печатавший 7 копий в минуту.

HP Lazerjet 1984 год

В 1969 году сотрудник компании Гэри Старкуезер применил лазерный луч, скорость печати достигла 120 листов в минуту, но принтер оставался громоздким и дорогим (Xerox - 9700).

В 1982 году Canon выпустила настольный лазерный принтер LBP - 10.
Для продвижения лазерных принтеров  компания Canon искала партнёров, имевших  линейки лепестковых и матричных принтеров, качество печати которых в 80х годах уже не удовлетворяло.

Canon LBP-CX

Таким партнёром для Сanon стала компания Hewlett-Packard ( переговоры велись и с другими фирмами), в результате сотрудничества в 1984 году появился принтер LazerJet.

Массовым лазерный принтер стал с внедрением сменных картриджей ( разработчик HP) и в 1985 году Canon c HP заняли ведущее место на рынке лазерных принтеров.

Принцип работы лазерного принтера основан на притяжении разноимённых зарядов, и отталкивании одноимённых (закон Кулона).
Основная деталь принтера - фотовал, с помощью которого происходит передача изображения на бумагу.  Фотовал покрыт тонким слоем фотопроводящего проводника, имеет форму цилиндра.
На поверхность фотовала подаётся положительный или отрицательный заряд (с помощью коронирующего провода), который сохраняется на поверхности пока фотовал не освещён.
Для освещения вала используется лазер и система перемещающая луч лазера.

Лазер подаёт световой луч на вращающееся зеркало (шестигранное), и отражающийся от зеркала луч попадая на фотовал разряжает его. Управляемый микроконтроллером лазерный луч включается и выключается, формируя изображение. Зеркало разворачивает луч по строке.  На поверхности фотовала образуется изображение (скрытое), участки которые должны быть белые,  имеют один заряд, чёрные противоположенный.  Фотовал движется около валика подающего из контейнера  тонер (положительно заряженный чёрный красящий порошок).
Частицы тонера имея положительный заряд притягиваются к нейтральному (где побывал луч лазера), и отталкиваются от положительных зарядов. 

"В некоторых  принтерах (Epson) тонер заряжается отрицательно, и притягивается к положительно заряженным участкам фотовала).

Далее бумага с помощью валиков движется к фотовалу, получая статический заряд от коронирующего провода. Затем бумага прижимается к поверхности фотовала.
Отрицательные заряды бумаги притягивают положительные заряды тонера, и обеспечивают прилипание тонера на бумагу.  (В случае Epson бумага имеет положительный заряд тонер отрицательный)

При перемещении к выходному лотку, бумага проходит через узел фиксации изображения (фьюзер). При повышении температуры до 220 градусов и повышении давления, тонер плавится и прилипает к бумаге. Бумага направляется в выходной лоток, отпечаток готов.

При переносе изображения на бумагу, часть тонера остаётся на фотовале, для очистки подаётся электрический заряд, фотовал очищается, и готов к печати следующего листа.

Цветной лазерный принтер,  имеет тот же принцип печати что и чёрно-белый, отличие в том что необходимо четыре разноцветных тонера. Так же существует три способа смешивания тонера.

Многопроходная печать - состоит из барабана внутри которого ёмкости с тонером. При переносе тонера на бумагу, барабан поворачивается по мере необходимости тонера  другого цвета,  для полноцветного изображения делает четыре прохода. То есть при печати цветного изображения,  скорость печати принтера будет печатать в 3 раза дольше чем чёрно-белое.При чёрно-белой печати, цветные картриджи использоваться не будут.

Однопроходная печать - используются сразу четыре картриджа, для каждого свой фотовал. Лист бумаги движется попадая поочерёдно под четыре фотовала, которые поочерёдно переносят на бумагу тонер каждого цвета. Узел фиксации изображения общий.


Третий способ - имеет один фотовал, но сложную конструкцию картриджа.Картридж состоит из четырёх бункеров с тонером и трёх валов. В таком картридже невозможна замена одного из цветов.

Некоторые компании для засветки фотовала, вместо лазерного луча с зеркалом и линзами, применяют линейку светодиодов. Засветка происходит быстрее ( по всей ширине), конструкция упрощается, удешевляется производство.

Лазерный принтер имеет большую скорость печати, высокое разрешение,при этом качество печати полутонов ниже чем у струйных, также высокая стоимость комплекта картриджей.

Компьютер. Поколения ЭВМ.

Изобретению современных  персональных  компьютеров,  предшествовали попытки  облегчить арифметические действия с простыми числами. В качестве одного из первых приспособлений для счёта, человек использовал пальцы рук, видимо поэтому пользуются десятичной системой счисления. Уже в древности появилось устройство для счёта - абак, прототип дошедших до нас счётов.

В 1642 году французский математик, физик  Блез Паскаль, сконструировал механическую суммирующую машину.

Арифмометр Лейбница.

В 1673 году немецкий математик Лейбниц, собрал механический арифмометр, способный выполнять четыре арифметических действия.

В последствии арифмометры получили широкое распространение, на них выполнялись сложные расчёты.

В 1833 году английский математик Чарльз Бэббидж (см), создал универсальную аналитическую машину, которая программировалась с помощью перфокарт,  могла запоминать промежуточные данные (имела память), и запоминать данные. Чарльз Бэббидж не смог закончить всё задуманное до конца, машина опережала технические возможности того времени, но разработал основные идеи.

Табулятор.

Американский инженер Герман Холлерит в 1880-х годах, разработал электрическую счётную машину - табулятор. Табулятор мог считывать и систематизировать данные закодированные на перфокартах. Изобретение использовалось в  11-й  американской переписи населения, и в десятки раз сократило время обработки данных.

В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе в домашних условиях создаёт вычислительную электромеханическую машину Z1, практического применения Z1 не имела.

В 1940 году Конрад  Цузе построил  вычислительную машину Z2 на основе телефонных реле, информацию машина считывала с перфорированной киноплёнки.

Следующая машина Цузе Z3 созданная в 1941 году была более совершенной, и эту модель считают первым  реально действующим программируемым компьютером.
Вычисления  Z3 использовались при проектировании крыла самолёта.
Вычислительные машины Z1, Z2 и Z3, были уничтожены при бомбардировках Берлина в 1944 году.

Марк - 1.

В 1939 году американского математика  Говарда Эйкена, в ту пору молодого учёного, призвали на военную службу, и направили работать в компанию "IBM", где Эйкен с молодыми инженерами воплощал в реальность описания аналитической машины Чарльза Баббиджа.

В результате в феврале 1944 года появилась вычислительная  электромеханическая  машина "Марк-1", в машине так же как и в Z2 использовались реле и перфокарта, а в 1947 году Эйкен с коллегами представил усовершенствованную электрическую машину "Марк-2".

Далее конструкции ЭВМ определяются поколениями.

Первое поколение ЭВМ (компьютеров) 1945 - 1954 год, создано на основе электровакуумных ламп, ввод осуществлялся с помощью перфокарт, а управление операциями с помощью штекеров и наборных полей.
Первое поколение ЭВМ (компьютеров) отличалось  малой надёжностью в работе, имело огромные размеры, ЭВМ  потребляли много электроэнергии.

МЭСМ.

Первой серийно выпускаемой ЭВМ, стал (универсальный автоматический компьютер) UNIVAC,  созданный  американскими инженерами Джоном Маулчи и  Преспером Эккертом в 1951 году. На UNIVAC вместо перфокарт использовалась магнитная лента, информация обрабатывалась как цифровая так и символьная.

В СССР под руководством С.А Лебедева, в 1951 году построена (малая электронная счётная машина) МЭСМ-1.


К  ЭВМ  второго поколения, относят машины разработанные в конце 50-х начале 60-х годов.

На  ЭВМ  второго поколения вместо электроламп применяли полупроводниковые диоды и транзисторы. Так же использовались магнитные барабаны и магнитные сердечники (прототипы жёстких дисков) для хранения информации. Так же появились языки программирования высокого уровня, что позволило упростить и ускорить процесс написания программ. 

Мини компьютер PDP-8.

Первое поколение ЭВМ (компьютеров)  и  ЭВМ второго поколения занимали большие помещения, наполненные шкафами с электронным оборудованием.
Стоимость и обслуживание ЭВМ второго поколения были доступны только крупным компаниям.

В 1965 году фирме Digital Eqvipment, благодаря развитию технологий, удалось выпустить компьютер PDP-8 приемлемых размеров и стоимостью около 20 тысяч долларов.  PDP-8 стал первым шагом на пути к созданию персональных компьютеров.

БЭСМ - 6.

Достижением отечественной научной мысли, стало создание в 1966 году полупроводниковой  ( большой электронной счётной машины)  БЭСМ-6.  С 1968 по 1987 год было выпущено 355 машин,  последние  БЭСМ-6  демонтированы в середине 2000-х годов 21 века.

Производство интегральных схем (микросхем), привело к появлению компьютеров третьего поколения.


К ЭВМ  (компьютерам) третьего поколения, относят ЭВМ выпущенные во второй половине 60-х и первой половине 70-х годов.
В 1968 году фирма "Burrouth"произвела компьютер на интегральных схемах.

В 1970 году "Intel" производит и продаёт интегральные схемы памяти, в том же году сотрудник "Intel" Маршиан Хофф, создал интегральную схему по своим параметрам аналогичную процессору большой ЭВМ.

Альтаир-8800

В 1975 году на основе процессора Intel, фирмой Mits налажено производство коммерческого компьютера "Альтаир-8800",  стоимостью 500 долларов.

Альтаир не имел экран и клавиатуру, оперативная память 256 байт, в конце этого же года Билл Гейтс и Пол Аллен создали интерпретатор языка Basic, что упростило написание для Альтаира программ, а пользователям упростило общение с компьютером.

Распространение и развитие ПК (персональных компьютеров), привело к снижению спроса на большие ЭВМ, что вызвало беспокойство в компании "IBM".

IBM PC

Чтобы не тратить время и деньги, IBM в своих компьютерах использовала комплектующие других производителей.

В частности использовался 16 разрядный микропроцессор Intel-8088, что увеличивало возможности компьютера.

В 1981 году IBM PC получил массовое распространение среди пользователей , и через некоторое время стал эталоном персонального компьютера.

В ЭВМ третьего поколения благодаря интегральным схемам удалось снизить вес, уменьшить занимаемую площадь, уменьшить потребление электроэнергии, при этом увеличить объём оперативной памяти (увеличить быстродействие), повысить надёжность и снизить себестоимость производства ЭВМ (компьютеров).

В СССР  ЭВМ  третьего поколения использовались в различных областях производства, науки и техники.

В разработке универсальных  отечественных ЭВМ третьего поколения принимали участие учёные СССР, Болгарии, Венгрии,ГДР.

ЭВМ серии "Мир"

 В то же время в СССР создаются мини - ЭВМ "Мир-31", "Мир-32", "Наири-2".       

Также выпускаются настольные ЭВМ "Электроника - 79,  Электроника-100, Электроника -125, Электроника-200"

К третьему поколению отечественных  ЭВМ  относятся  "Днепр-2" "ЕС-1010, 1020,1030,1040,1050,1060."
    

пульт управления "Эльбрус-2"

Считается что четвёртое поколение ЭВМ начинается с 1975 года до середины 80х годов, но существует мнение что за этот период времени не произошло судьбоносных открытий, прогресс достигался за счёт уже изобретённого.

Так или иначе, но развитие ЭВМ в эти годы, происходило по двум направлениям.

 ПК  Apple - 2

Первое направление - это создание мощных ЭВМ где для обработки информации используется несколько процессоров (мультипроцессорная обработка). Многопроцессорные вычислительные комплексы использовались в областях промышленности где требовались большие объёмы вычислений, быстродействие таких машин несколько миллиардов операций в секунду.

Также развитие технологий позволило производить для компьютеров четвёртого поколения, большие интегральные схемы (БИС).
ЭВМ с использованием мультипроцессорной обработки информации это Illias-4, Cray, Cayber и советские "Эльбрус-1" и "Элбрус-2".

На базе больших интегральных схем создаются  микро-ЭВМ и персональные ЭВМ.
Второе направление связано как раз с появлением больших интегральных схем  (БИС).

Появляются персональные электронные вычислительные машины (ПЭВМ), которые  называют "компьютер".
С этого времени термин "компьютер" прочно входит в быт, семейство современных персональных компьютеров (ПК) быстро развивается.

Представителями первых  ПЭВМ  или  ПК были IBM-PC,  Apple, " Искра", "Электроника", "Агат". Примечательно что  появление и развитие пк,  определило появление  новых периферийных устройств,   развивается персональный графический интерфейс, появляется интернет (1983).
Персональный компьютер доминирует на рынке компьютерной техники.
                                                                                        

Пятое поколение ЭВМ - это компьютеры в которых предполагается наличие интеллекта, с производительностью суперкомпьютера, и способностью мыслить. Если первое поколение ЭВМ было ламповым, второе - транзисторным, третье на интегральных схемах, четвёртое на микропроцессорах, то пятое поколение подразумевает взаимодействие большого количества  микропроцессоров.

Создать компьютер пятого поколения в 1982 году пытались в Японии, через десять лет проект был прекращён, причём недостижимы оказались даже промежуточные результаты.     Проекты по созданию компьютера с  параллельными процессорами предпринимались в США, Великобритании,Европе. В СССР в 1985 году так же проводились исследования, но результаты были не востребованы.

В настоящее время не определено,что из себя  будет представлять  компьютер пятого поколения. Но уже сейчас компьютеры способны осуществлять переводы текста, распознавать по голосу, воспринимать информацию с голоса человека, и распознавать рукописный или печатный текст.