История печатных устройств

Серафим Вагитов (г. Севастополь)

В середине апреля этого года произошло не историческое, но все же знаковое событие. В Индии закрылся последний на нашей планете завод по производству пишущих машинок. Мир понемногу осознает, что эпоха печати на мертвых деревьях подходит к концу, свои права все громче заявляют безбумажные технологии.

В знак уважения ко множеству изобретателей, чьим гением развивалась «бумажная» эпоха, очертим основные вехи этого более чем 500-летнего пути. 

BIGITALRU_11

Стены пещер, исписанные иероглифами, каменные фрески, полотна из льна и пергамента, папирус, а в последствии и бумага — вот лишь небольшой перечень поверхностей для письма, которые человек использовал за 60 тысяч лет своего продолжительного существования на планете Земля.

Интересно, однако, не это, а то, что на фоне такой длительной истории существования, по жизненным меркам самих людей, специальные печатные устройства человек использует только последние 550 лет.

Основателем технического способа нанесения чернил на лист бумаги стал немецкий ювелир Йоганн Гуттенберг, живший в небольшом провинциальном городке Майнц. В 1450 году Гуттенберг изобрел первый в мире книгопечатный станок.

Суть его изобретения состояла в следующем: на деревянный штамп устанавливался железный пуансон на котором были выгравированы изображениями букв. С помощью этого пуансона производился удар по пластине из меди (матрице), таким образом, выбивались необходимые для печати символы. После, полученные буквенные формы, помещали в специальную емкость для отлива. При помощи заливки данной емкости гартом (сплавом свинца, олова и сурьмы) получали точные копии пуансона — собственно буквы. В дальнейшем производилась наборка из дубликатов и построчная печать книжных страниц.

К сожалению, гениальное изобретение Гуттенберга не было воспринято всерьез, и, в итоге первый книгопечатный мастер, а именно так его называют сами немцы, погряз в огромных долгах и умер в нищете на улице. После смерти изобретателя его гениальное творение было приватизировано купцом из того же города, кстати тезкой, по имени Йоганн Фуст.

Королевские печатники

Впрочем, другим изобретателям аппаратов для автоматического письма повезло немного больше. Огромного богатства им это конечно не принесло, но и погибать за свою идею, к счастью, тоже не пришлось. Так последователями Гуттенберга стали подданные ее величества королевы островов Великой Британии Анны Анри Милл. В 1714 году тамошние «кулибины», дабы облегчить труд королевских писцов, преподнесли им в подарок первую печатную машинку. Самое интересно то, что принцип работы механизма кардинально так и не изменился до сегодняшнего дня. Нанесение изображений букв на бумагу осуществлялось при помощи специальных металлических рычажков («сапожек» или «косточек»), которые ловко стучали своими кончиками по бумаге при нажатии на определенные клавиши.

BIGITALRU_22

Спустя 154 года житель штата Висконсин, американский изобретатель Кристофер Лэтем Шоулз, запатентовал свое печатное устройство — машинку, которая имела привычную для нас QWERTY раскладку клавиатуры и специальную технологию быстрого набора текста.

Приблизительно в то же время, все в той же Англии Чарльз Бэббидж (в прошлом изобретатель спидометра) начал работу над конструкцией необычного, уникального по тем временам устройства. Бэббидж назвал свое изобретение большой разностной машиной. Данный механизм представлял собой сложное сочетание 25 тысяч зубчатых шестерней, которые были расположены на вращающихся валах. Механизм предназначался для сложных математических, астрономических и навигационных вычислений. Но самым интересным свойством этого «чугунного калькулятора» был способ отображения результатов вычислений. Расчетные данные автоматически наносились на ленту из бумаги, что напоминало принцип работы современных принтеров. К сожалению, Бэббидж не смог воплотить в жизнь свои наработки из-за череды трагических событий в его жизни. За короткое время изобретатель потерял отца, жену и единственного ребенка, что повлекло за собой ступор и отрешенность гения. Он стал затворником и забросил изобретательство.

Спустя еще столетие, на рассвете его второй половины, был окончательно налажен выпуск ручных механизмов для набора текста. На сей раз технический прорыв был осуществлен компанией IBM, а ее детище — электрическая пишущая машинка — вызвала  настоящий фурор! Устройство под названием IBM Selectric позволяло печатать не только черным, несколькими цветами. На смену механическим «косточкам» пришел электропривод, что позволило значительно увеличить скорость ударов литер по бумаге, а, следовательно, и скорость печати. Наряду с этим присутствовала функция набора различных символов в автоматическом режиме, для чего в корпус Selectric вставлялись специальные перфоленты. Грубо говоря,  устройство, разработанное крупнейшим на сегодняшний день американским IT-гигантом, представляло именно упрощенный принтер, за исключением того, что позволяло печатать исключительно текст, а работа производилась без участия автоматики, то есть без подключения к ПК.

BIGITALRU_33

Гадание на ромашке

Масштабное развитие электронно-вычислительных машин превратило работу людей, которые набирали миллионы страниц с результатами различных вычислений вручную, в поистине невыносимое занятие. Поэтому вполне логично было изобрести специальное устройство для нанесения информации на бумагу, то есть принтер. Машинисткам пришлось мучиться довольно недолго. Уже в 1953 году американской компанией Remington-Rand была представлена новинка, в прямом смысле слова трансформирующая печатную машинку в громоздкий девайс, получивший название Uniprinter (то есть универсальный принтер). Нужно отметить, что устройство создавалось специально для уже существовавшего компьютера Univac (Universal Automatic Computer).

Сразу же стоит оговориться, что никакими особо универсальными функциями эта груда металла не обладала, зато не занимала руки научных сотрудников, вместо монотонного стука по клавишам те могли спокойно отдыхать или заниматься своими делами. Принтер же в это время распечатывал информацию со скоростью 600 строк в минуту на специальных бумажных лентах. Размер вращающегося барабана составляла около 130 символов шрифта среднего размера, а сам цилиндр вместе со всеми «молоточками-косточками» (точно такими, как  у обычной печатной машинки) внешне очень сильно напоминал ромашку. Благодаря этой особенности подобные устройства получили название лепестковые принтеры.

Принцип действия аппарата не сильно отличался от принципа работы электромеханической печатной машинки: рычаг (или лепесток), приводимый в действие специальным механизмом ударял по красящей ленте, оставляя таким образом на бумаге отпечаток определенного символа. Чем больше лепестков имел принтер, тем большим диапазоном возможностей он обладал. Замена типа шрифта осуществлялась путем установки альтернативных литер на кончиках лепестков, а вариации цвета, отличного от черного, достигались путем замены красящей ленты. К превеликому сожалению, напечатать изображение так и не получалось, хотя некоторые находчивые пользователи придумали целый стиль рисования при помощи различных печатных символов.

BIGITALRU_44

Несмотря на низкий уровень надежности и эргономичности лепестковых принтеров, данная технология считалась весьма перспективной. И тут на горизонте снова появляется IBM. В 1954 году инженер Рейнольд Б. Джонсон разработал свою конструкцию «ромашки», которая, собственно, не сильно отличалась от прототипа, изготовленного компанией Remington-Rand.

Немногим позже конструкция лепестковых принтеров была существенно доработана, установкой электромеханических приводов отдельно для каждого лепестка. Например, устройство, появившееся осенью 1959 года, под названием IBM 1403, представляло собой весьма габаритный «столик» на ножках. Оно выдавало более полутора тысяч строк текста в минуту, причем отличного качества. Лаборанты, следящие за подачей бумаги, буквально сбивались с ног, поскольку скорость выхода ленты составляла примерно четыре страницы в секунду! Приходилось через каждые несколько минут убирать в помещении, так как его пол был полностью усеян бумагой.

Другие инженеры IBM веселились иначе: распечатка принтером определенных символов часто сопровождалось целой симфонией звуков различной тональности. Некоторые особо забавные личности даже умудрялись проводить в своих лабораториях небольшие концерты.

Эволюция интерфейсов

Согласно всему вышесказанному становится очевидно, что всего за каких-нибудь 50 лет эволюция принтеров пережила без малого четыре поколения. И что самое интересное, все эти технологии печати (кроме лепестковых устройств) до сих пор используются. Равно как и два типа интерфейсов, что соединяют персональный компьютер и «поглотители бумаги».

Очень скоро системные платы стремительно распространяющихся по миру настольных компьютеров, а соответственно и принтеры обзавелись модным портом LPT (расшифровывается как Line PrinTer — линейный, или строчный принтер). Такое название он получил, потому что ранее на бумажных лентах печатался исключительно построчный текст. Параллельный интерфейс был разработан компанией Centronics Data Computer (CDC), снабжен двумя шинами для передачи сигналов (4 и 5 бит) и 8-битным каналом для передачи данных. Вскоре после этого появился первый стандарт SPP (Standard Parallel Port), который позволял передавать на принтер информацию со скоростью 40 Кбайт/сек. Остальные каналы предназначались для отправки сигналов о готовности устройства, наличии бумаги, краски и т. п. Именно появлению LPT обязаны существованием такие популярные сегодня сканеры. Всего нескольких десятков килобайт было достаточно для передачи оцифрованного изображения.

BIGITALRU_55

Следующий стандарт для принтеров был изобретен вездесущей Intel, хотя и не без помощи парочки колоритных помощников — это Xircom и Zenith Data Systems. Теперь протокол передачи стал двунаправленным и был логично назван EPP (Enhanced Parallel Port). Пропускная способность интерфейса, в результате некоторых изменений, значительно вырос (до 2 Мбайт в секунду). Через некоторое время, компаниями Microsoft и Hewlet-Packard к стандартному аппаратному сжатию данных был добавлен, буфер записи, а также прямой доступ к памяти, что позволило немного повысить производительность порта LPT. В маркетинговых целях протокол естественно был назван по-новому, а именно ECP или Extended Capability port.

И вот, наконец, на смену всему этому разнообразию пришла USB-шина, она же Universal Serial Bus. Данный интерфейс не нуждается в представлении, поскольку на сегодняшний день применяется очень широко, а вот «старичок» LPT сегодня стал атавизмом, встречающимся в некоторых устройствах в качестве бесполезного дополнения.

С диким скрежетом в ушах

Похожим «музыкальным талантом» лепесткового принтера также обладал и его потомок матричный принтер (Dot Matrix Printer). Эти звуки походили на скрежет металла по стеклу. Источником противного скрипа был плавно перемещающийся механизм каретки устройства, который приводился в движение электрическим двигателем с храповым механизмом. Каретка была увенчана несколькими печатными головками с тончайшими иголками, что формировали матрицу. Головки приводились в действие электромагнитом и иголки  впивались в определенный участок бумаги, пронзая красящую ленту. В результате получали изображение, то есть буквенные символы представляли собой не что иное, как маленькую картинку.

BIGITALRU_66

Первый принтер имел всего 7 игл и был произведен компанией Seiko Epson в 1964 году. Удивительно, но устройство изначально использовалось отнюдь не по назначению. Оно предназначалось для печатания точного времени на бумажной ленте. И только в 1970 году компания CDС, разработчик LPT-порта, использовала матричную технологию в своих устройствах, в частности в принтере CDC Model 101. Прибор позволял «накалывать» ни много ни мало 165 буквенных символов в минуту и имел весьма «заманчивую» стоимость — 2995 долларов. Пять баксов экономии как-никак!

Дальнейшие события развивались лавинообразно. Практически одновременно возникла серьезная конкуренция на новом и пока еще необузданном рынке печатных устройств. Появился матричный принтер LA30 от компании Digital Equipment Corporation, обладавший скоростью печати 180 символов в минуту. Определенного стандарта размеров бумажных листов для печати в то время еще не существовало, и компаниям, выпускавшим принтеры, приходилось налаживать самостоятельный выпуск запчастей и канцелярских принадлежностей.

Эволюцию девайсов от DEC продолжила новая модель LA36, которая стала одной из наиболее популярных новинок на рынке матричных устройств. Технические изменения коснулись в первую очередь электродвигателей, регулирующих подачу бумаги и движения каретки, вследствие чего заметно возросла скорость печати, а противный скрежет, неустанно преследующий работу механизмов, слегка поубавился. К тому же конструкцию снабдили метрологическим тахометром и сервоприводом, что позволяло более точно определять местоположение матричной головки. Сегодня фирма Digital Equipment Corporation занимается производством исключительно отдельных запасных частей для всевозможных принтеров.

Шло время, однако единственное, что подверглось существенной модификации у матричных принтеров, было количество игл. Уже не редкостью стали головки, имеющие 12, 14 и большее количество «шипов». Шило от мыла можно было отличить по специальной маркировке. Принтеры, имеющие обозначение LQ (Letter Quality) в техпаспорте, обладали повышенной прокалыващей способностью, а вот «железо» NLQ (Near Letter Quality) уже не могло похвастаться подобными характеристиками. Широко известный в то время принтер Epson DFX-9000 имел на каретке печатной головки 36 игл. Правда и стоило устройство сумасшедшие, по сравнению с 7-игольчатыми принтерами, деньги — 3500 зеленых.

Более менее доступные цены для рядовых пользователей появились в середине 80-х годов с приходом на рынок принтера ImageWriter. Компания производитель C.Itoh Electronics сумела удешевить процесс производства матирицы. В результате конкуренты были вынуждены снизить стоимость матриц в среднем до 675 у. е. Приблизительно тогда же первые печатные устройства появились в продаже и на просторах нашей необъятной Родины.

Хорошо забытое старое

Что ни говорите, а быть первым всегда приятно, и ребята из C.Itoh Electronics в этом преуспели. Они разбогатели сами, при этом сохранив наличность в карманах многих покупателей. Парадокс заключался еще и в том, что следующая ступень эволюции автоматизированной струйной печати была на самом деле разработана еще задолго до появления той самой разностной машины многоуважаемого Чарльза Бэббиджа, а, следовательно, и прочих подобных устройств. Если быть точнее, то правильно эту технологию называть безударным высокоскоростным точечным нанесением капель чернил на твердый носитель из микроскопических отверстий. Однако не будем чересчур усложнять.

Впервые этот вид печати был описан в 1833 году французским изобретателем Феликсом Савартом, определившим точную порцию капли пигментного вещества, которое выпускалось из сопел крошечного диаметра.

<IMG SRC=»6_Bubble Jet.jpg» WIDTH=»301″ HEIGHT=»522″ BORDER=»0″ ALIGN=»RIGHT» HSPACE=»10″ ALT=»»>Лауреат Нобелевской премии лорд Рейли в 1878 году преобразовал данное физическое свойство жидкости в математические формулы, но лишь в ХХ веке, а конкретно в 1951 году, эти знания впервые были применены на практике. Новатором стала известная фирма Siemens, которая к тому времени выкупила ряд патентов для производства миографов (самопишущих регистраторов напряжения).

BIGITALRU_77

Спустя 10 лет специалистами Стэндфордского Университета был проведен ряд специальных опытов с жидкостями. Поток красящей жидкости под действием пьезоэлектрика дробился на множество чернильных частиц, которые удалялись на определенное, постоянное расстояние друг от друга. Выталкивание жидкости из резервуара происходила за счет изменения его объема напряжением. Заряженные молекулы красителя скапливались в специальном накопительном коллекторе. Остальные же беспрепятственно проникали сквозь сопла и, попадая на твердую поверхность, не обязательно впитывающую, создавали изображение. Такой вид печати назвали достаточно интересно — Drop-on-Demand («капли по требованию»).

Самым дорогостоящим элементом данного устройства считалась печатающая головка. Ее нельзя было быстрой заменить как картридж, к тому же, во избежание порчи микроскопических сопел частицами застывших чернил, приходилось использовать принтер постоянно, даже без особой на то  необходимости.

Сразу же после стэнфордских исследований, в тех же 60-х, на свет стали появляться первые струйные принтеры, такие как Mead DIJIT, Siemens PT-80, и A.B. Dick VideoJet. А в 1976 г. IBM выпустила периферийную модель IBM 4640. Несмотря на шестнадцатилетнюю разницу между своими последними новинками, гигант мировой цифровой промышленности не смог удивить пользователей чем-то радикально продвинутым.

Тут за дело взялась компания Canon (кстати, названная так в честь буддийской богини милосердия). «Божественное» детище этой компании, пузырьковая печать или Bubble Jet, была основана на принципе лопающихся пузырьков краски. Дальнейшее рассеивание по бумаге газообразных частиц этой краски позволяло создать то или иное изображение.

Не успели инженеры Canon нарадоваться своему изобретению, как братья Хьюлетт и Паккард представили свою альтернативную технологию струйной термической печати. Существенных отличий устройство не имело. Просто, благодаря применению другого красящего состава, его частицы в момент нагревания не взрывались, а начинали испаряться. Пары рассеивались при помощи сопел в небольшие емкости. И вот тогда происходило невероятное! В камерах образовывалась зона пониженного давления, благодаря которой в нагревательную камеру втягивалась недостающая краска с циклом 12 тысяч мини дозаправок в секунду. По такому принципу работали первые струйные принтеры знаменитой серии ThinkJet от фирмы Hewlett-Packard.

Естественно, прогресс на этом не остановился, и уже скоро технология струйной печати смогла похвастаться еще двумя технологиями, в основном предназначенными для фотографической печати. Это твердочернильный (от фирмы Xerox) и термосублимационный (от Kodak) способы впрыска чернил. Термочернильная технология основана на действии пьезоструйной головки, которая перемещалась линейно по вращающемуся валу. На поверхности последнего при этом появлялось зеркальное отображение будущего изображения, которое впоследствии переносилось на бумагу и покрывалось краской (точнее, восковыми пластинами цветов CMYK, что были разогреты до температуры плавления).

Второй способ нанесения изображения, термосублимационная печать, прекрасно подходит для нанесения цветных изображений не твердую поверхность. Смысл метода заключается в специальной прозрачной пленке, расположенной между нагревателем и фотобумагой, которая содержит красители. Нагрев вызывает быстрое испарение чернил и их распространение по поверхности. Цвета накладываются послойно, поэтому процесс нанесения картинки довольно длительный. Но благодаря этому фото отличаются высокой стойкостью, они не размываются и не текут, так как в ходе работы устройства не образуется капель и пузырьков краски.

BIGITALRU_88

Оружие джедаев

Еще один способ нанесения краски на бумагу — лазерная технология, применяемая в одноименных принтерах. Интересно, что принцип устройства лазерной печати был заложен давным-давно, еще перед началом второй мировой войны.

Изобретатель Честер Карлсон в 1938 году воплотил в реальность технологию электрографии (иначе ксерографии). Этот принцип применяется до сих пор в современных принтерах.

BIGITALRU_99

Главная деталь лазерных принтеров — это металлическая труба-фотобарабан (преимущественно из алюминия), покрытая светочувствительным слоем. На ее поверхность наносятся отрицательно заряженные элементарные частицы. Момент прохождения по трубке луча лазера сопровождается частичным изменением заряда частиц (с отрицательной на положительную) в тех местах, где должна быть картинка. Далее будущая картинка или текст переносились на разогретую бумагу, одновременно  в необходимые места подавался расплавленный тонер.

Интересен тот факт, что вездесущая IBM изначально отказалась сотрудничать с Честером, однако в 1946 году юный американец все-таки сумел найти спонсора. Им стала тогда еще малоизвестная Haloid Company, переименованная впоследствии в Xerox Corporation (кстати, на самом деле правильно произносить название бренда «Зирокс»). Через три года первое лазерное печатное устройство появилось на прилавках магазинов. Ксерограф имел незамысловатое название Haloid Model. Это был достаточно громоздкий ящик с фотобарабаном и лазером внутри. Спустя еще десять лет, на просторах США появилось не менее «миниатюрное» устройство размером с маленький диванчик — Xerox 914. «Агрегат» распечатывал до 8 черно-белых копий в минуту и пользовался беспрецедентным успехом у офисных сотрудников, а впоследствии похожие продукты фирм конкурентов, таких как Canon, HP, Epson по привычке не совсем верно стали называть «ксероксами».

Первый лазерный принтер появился в 1977 году. Неугомонная Xerox умудрилась произвести на свет устройство ценой 350 тысяч долларов! Разработки невероятного по стоимости аппарата продолжались целых 12 месяцев, затем один сотрудник фирмы по имени Гарри Старквизер просто предложил использовать технологию работы ксерографа и в печати,  конечно же, с небольшими доработками. В результате дорогостоящего «монстра» обозначили маркировкой Xerox 9700 и наградили аббревиатурой EARS. Неизвестно как обстояли дела с параметрами цена-производительность у этого аппарата, но лоток на 120 листов бумаги он опустошал ровно за минуту. Сегодня вряд ли какой-нибудь из принтеров в состоянии повторить этот подвиг.

Относительно недавно стало известно, что компания IBM, на самом деле достаточно давно занималась разработками аналогичного аппарата. По уверениям руководителей концерна IBM 3800 еще с 1976 года честно трудился на благо американцев в F.W. Woolworth — Североамериканском дата-центре. Первенство разработки у Честера Карлсона отвоевать было непросто, потому что изобретатель был сотрудником патентного бюро.

В ответ на это «Xerox» в 1981 году выпустила устройство подешевле. Аппарат под названием Xerox 8010 Star мог печатать, делать копии, редактировать текст и графику и все это за скромные 17 тысяч баксов. Кстати, именно модель «Star» считают прародителем всех многофункциональных устройств, которые столь популярны в наши дни.

Эволюции суждено было сделать еще один шаг длиною в 13 лет, прежде чем Canon выпустила первый доступный персональный принтер LBP-10 ценой 3000 долларов. Модель вышла достаточно интересной, однако молодой компании требовался опытный «наставник» для дальнейшего продвижения. Тогда еще «зеленый» коллектив Токийской лаборатории попросил аудиенции у самого лазерного короля Xerox, вернее у Diablo Systems — подразделения, которое отвечало за матричные и струйные технологии. Но американские  инженеры, загордившиеся успехами своих «ксероксов» отвергли предложение Canon и заключили договор о сотрудничестве с компанией Fuji.

Как оказалось позже, это было большой ошибкой. МФУ Xerox 4045, появившийся в середине 80-х годов, с ошеломительным треском провалился. Никто не хотел покупать себе в дом бандуру весом 50 кг и печатающую изображения отвратительного качества. А вот Canon, в сотрудничестве с Hewlett-Packard, выпустила весьма эргономичный и миниатюрный HP LaserJet стоимостью 1000 долларов. Производительность была 8 страниц в минуту, а качество его изображения было просто неприлично сравнивать с конкурентом. Неприлично для Xerox.

В конце концов уже к началу 90-х годов Canon на пару с HP захватили большую часть рынка печатных устройств для домашнего использования. Многие IT-аналитики до сих пор спорят о том, что произошло бы, если бы тогда «Зирокс» и Diablo пошли навстречу печатным мастерам из столицы Японии.

Нынешняя ситуация на рынке печатных устройств характеризуется полным спокойствием. Все, что можно было изобрести, уже давно изобретено, а производители принтеров спокойно штампуют свои изделия, заполняя ими полки компьютерных магазинов. Случается, что раз в год выпустят какую-нибудь новую тонеросберегающую технологию, но не более. Старые наработки давно уже затерты до дыр, а новых идей не предвидится. Однако не стоит забывать, что индустрия компьютерных технологий, как и наша жизнь, течет, словно бурная река.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>