We wcześniejszych felietonach należących do tego cyklu omawiałem historię rozwoju elementów systemu komputerowego wchodzących w skład tak zwanej jednostki centralnej. Opisałem ewolucję procesorów i mikroprocesorów, czyli systemów wykonujących wszystkie działania arytmetyczno-logiczne zgodnie z programem, jak powstawały i rozwijały się różne rodzaje pamięci, a także wspomniałem o historii klawiatury – formalnie nienależącej do jednostki centralnej, ale często fizycznie z nią zintegrowanej. Dzisiaj chcę zacząć serię opowieści o historii powstania i rozwoju tzw. urządzeń peryferyjnych (chociaż omawiane wcześniej pamięci masowe także zaliczane są do urządzeń peryferyjnych). Urządzeniem omawianego typu są z pewnością drukarki, dlatego ich genezie dzisiaj się przyjrzymy.

Wykorzystywanie dalekopisów

Wspominałem o tym, że już twórca koncepcji pierwszego programowalnego komputera, Charles Babbage („Recz o Historii", 11 czerwca 2021) dostrzegał potrzebę automatycznego rejestrowania na papierze wyników maszynowo prowadzonych obliczeń, żeby uniknąć pomyłek wprowadzanych przez ludzi, m.in. drukarzy. Podobne potrzeby mieli telegrafiści, dlatego w roku 1902 Frank Pearne wraz z Charlesem L. Krumem rozpoczęli pracę nad drukującym telegrafem, nazywanym dalekopisem. Dalekopis był w istocie zdalnie sterowaną elektryczną maszyną do pisania, w której elektrycznie napędzane czcionki uderzały – przez taśmę barwiącą – w szeroką taśmę papieru, odbijając na niej litery albo cyfry układające się w tabele liczbowe i teksty. Dalekopis zdał egzamin w telekomunikacji i był stosowany przez ponad 70 lat, gdy więc pierwsze elektroniczne komputery potrzebowały urządzenia zapisującego wyniki, podłączano do nich dalekopisy. Było to rozwiązanie stosunkowo tanie i łatwe w obsłudze (dostępni byli liczni i dobrze wyszkoleni konserwatorzy dalekopisów), które stosowano dość długo. Nawet gdy w Krakowie pojawił się naprawdę potężny superkomputer Cyber 72, korzystaliśmy z niego w sposób zdalny, m.in. za pomocą dalekopisów TTY.

Dalekopis jako urządzenie drukujące komputera miał więc liczne zalety, ale miał też spore wady. Był bardzo głośny w pracy. Wiem coś o tym, bo gdy rozpocząłem pracę na AGH, nie było dla mnie pokoju do pracy i przez ponad rok siedziałem w jednym pomieszczeniu z komputerem Odra 1013. No i z dalekopisem... Okropnie hałasował!

Ale to nie była jego zasadnicza wada. Główną była powolna praca. Wydrukowanie strony tekstu zajmowało kilka minut, co przy coraz szybciej pracujących komputerach tworzyło „wąskie gardło", utrudniające korzystanie z systemów komputerowych w biznesie.

Próbowano przyspieszyć działanie drukarek działających na zasadzie uderzania czcionką (poprzez taśmę barwiącą) w papier. Dość udana była próba zastąpienia pojedynczych czcionek na długich ramionach, które musiały wykonać zamach po łuku ponad sto stopni, zanim uderzyły w papier – kulistą głowicą przypominającą piłeczkę golfową, na powierzchni której były poszczególne czcionki. Gdy trzeba było wydrukować określony znak, głowica najpierw się odpowiednio obracała, a potem uderzała w papier. Taką metodę druku wprowadziła 31 lipca 1961 r. firma IBM, wypuszczając serię maszyn nazwanych IBM Selectronic. Szybkość druku udało się dzięki temu niemal podwoić. Podobną ideę zaproponował w 1970 r. Andrew Gabor z firmy Diablo Data, tyle że zamiast ciężkiej głowicy kulistej zastosował lekką rozetkę w kształcie stokrotki, stąd sympatyczna nazwa Daisy, która była przywiązana do tych drukarek. Osiągały one szybkość 30 znaków na sekundę.

Drukarki wierszowe

Tłuczenie w papier kolejnymi czcionkami, będące podstawą działania dalekopisu i innych elektrycznych maszyn do pisania, ciągle jeszcze nie pozwalało na taką szybkość drukowania, jaka była potrzebna w dużych centrach komputerowych. W związku z tym opracowano drukarki wierszowe, które za jednym uderzeniem drukowały cały wiersz tekstu (typowo o szerokości 120 znaków). Istniały odmiany bębnowe i łańcuchowe drukarek wierszowych, przy czym najbardziej znana i najdłużej nieprzerwanie produkowana była drukarka IBM 1403 wprowadzona w 1959 r. Jej niektóre modele drukowały 1400 linii na minutę, a gdy trzeba było zostawić puste miejsce (żeby np. zacząć kolejny wydruk od nowej stronicy), to wysuw papieru osiągał szybkość 190 cm/s. Drukarki te pozwalały nabijać kilka znaków w tym samym miejscu, dzięki czemu przez odpowiednie kombinacje drukowanych znaków uzyskiwano większe lub mniejsze zaciemnienie papieru, co pozwalało na drukowanie semigrafiki – obrazów, które oglądane z pewnej odległości sprawiały podobne wrażenie jak fotografie.

Drukarki igłowe

Autopromocja
Bezpłatny e-book

WALKA O KLIMAT. Nowa architektura energetyki

POBIERZ

Lepszą jakość semigrafiki i mniejszy koszt drukowania zapewniło odwrócenie tendencji, która przyświecała twórcom drukarek wierszowych. Owi twórcy zmierzali do tego, żeby jak najwięcej znaków odbić za jednym uderzeniem w papier. Twórcy drukarek igłowych (nazywanych też mozaikowymi) postanowili za jednym uderzeniem drukować tylko jedną kropkę, ale przez odpowiednie zestawienie tych kropek uzyskać dowolną literę, cyfrę albo fragment grafiki.

Potrzebne kombinacje kropek drukuje głowica, która poprzez taśmę barwiącą ma styczność z papierem. Z głowicy pod wpływem sygnałów elektrycznych wyskakują w potrzebnych miejscach igły, które uderzają w papier i zostawiają na nim kropki, po czym pod wpływem sprężyny cofają się i po przesunięciu głowicy w nowe miejsce są gotowe wystukać kolejną konstelacje kropek. Igieł w głowicy bywało od 9 do 48 (im więcej, tym subtelniej można było stylizować elektronicznie drukowane znaki), a typowy „skok" głowicy wymuszany silnikiem krokowym to ułamek milimetra.

Co ciekawe, pierwsze drukarki igłowe wcale nie były przeznaczone do komputerów! Wynalazła je i zastosowała japońska firma Seikosha Co. Ltd. (producent zegarków) na potrzeby urządzeń do mierzenia czasu na Igrzyskach Olimpijskich w Tokio w 1964 r. Do urządzeń mierzących wyniki osiągane przez sportowców Seikosha dodawała cyfrowe rejestratory działające na zasadzie drukarki mozaikowej. Okazały się one bardzo wygodne i sprawne, dlatego pod nazwą Electronic Printer, w skrócie EP, zaczęły być sprzedawane na cały świat. Najbardziej znana była produkowana od 1968 r. drukarka EP-101 osiągająca szybkość do 100 znaków na sekundę.

Inne znane drukarki igłowe to LA30 wprowadzona na rynek w 1970 r. przez firmę DEC (Digital Equipment Corporation) oraz igłowa drukarka Epson MX80 z 1978 r. Ze względu na niewielkie rozmiary i umiarkowaną cenę drukarki igłowe były chętnie dołączane do komputerów osobistych klasy PC.

Drukarki atramentowe

W 1977 r. Ichiro Endo uznał, że zamiast wyrzucać z głowicy igły, które przez taśmę barwiącą uderzeniowo nanoszą kropki na papierze, lepiej będzie wyrzucać z głowicy kropelki specjalnego atramentu, które – padając na papier – wytwarzać będą odpowiednie kropki w sposób szybszy i pewniejszy. Pomysł podjęła firma Siemens, która pod koniec 1977 r. zbudowała drukarkę PT 80i. Na dużą skalę produkcją drukarek atramentowych zajęła się w 1988 r. firma Hewlett-Packard (HP), w której duże zasługi dla rozwoju tej techniki wniósł Jon Vaught. Opracowano wiele drukarek, tworząc cały ich zbiór pod wspólną nazwą DeskJet. Trzeba przy tym było rozwiązać problem sprzecznych wymagań dotyczących atramentu: z jednej strony musiał szybko wysychać, żeby kropelki na papierze nie rozmazywały się, z drugiej – nie mógł wysychać w zasobniku, a zwłaszcza w dyszy, przez którą był wypluwany. Ale problemy te dało się rozwiązać i drukarki atramentowe („plujki", jak się je popularnie nazywa) są produkowane do dziś, także w wersji kolorowej. Głównymi producentami drukarek atramentowych są obecnie (poza HP) firmy Canon, Epson i Brother.

Drukarki stałoatramentowe

Wypluwanie kropelek płynnego atramentu łatwo sobie wyobrazić. Natomiast wymyślono także metodę nanoszenia na podłoże (niekoniecznie papierowe) barwnika rozpuszczonego w wosku. Przed wyrzutem kropli takiego barwnika trzeba go najpierw roztopić, a potem wyrzucić w określone miejsce podłoża, gdzie od razu zastyga. Taką nieco dziwną metodę drukowania jako pierwszy wymyślił w 1982 r. Robert Howard. Produkcji drukarki tego typu w 1984 r. podjęła się firma Howtek, Inc. Nazywały się one Pixelmaster, a użyta technika stała się znana pod nazwą Thermojet. Od 1991 r. drukarki tego typu oferuje głównie firma Tektronix.

Drukarki stałoatramentowe nie są szczególnie rozpowszechnione, ale są cenione przez artystów, ponieważ zapewniają bardzo dobrą jakość i trwałość kolorów.

Drukarki laserowe

Nie ulega wątpliwości, że obecnie najpowszechniej stosowane są drukarki laserowe. Ich działanie oparte jest na zasadzie działania kserografu. Technologia druku laserowego jest jedną z najstarszych stosowanych w drukarkach komputerowych i wywodzi się w prostej linii od techniki druku (powielania) stosowanej w kserokopiarkach. Wynalazcą był Chester Carlson, który pierwszą kserokopię dokumentu wykonał w 1938 r. W roku 1946 jego pomysłem zainteresowała się firma Haloid Company (obecnie Xerox Corporation) produkująca wówczas papier fotograficzny i wprowadziła go do powszechnego użytku. Zasada działania kserografu (i drukarki laserowej) polega na tym, że na wstępnie naelektryzowanym bębnie selenowym wytwarza się za pomocą światła obszary naelektryzowane (przyciągające proszek barwiący, tzw. toner) oraz nienaelektryzowane, gdzie tonera nie ma. Potem toner przenosi się na kartkę papieru i utrwala (termicznie).

Na to, że można owe obszary naelektryzowane oraz nienaelektryzowane tworzyć za pomocą lasera sterowanego przez komputer, wpadł w 1971 r. Gary Keith Starkweather, który tym samym uważany jest za wynalazcę drukarki laserowej. Jednak zwierzchnicy Starkweathera w firmie Xerox nie docenili jego wynalazku, dlatego pierwsza drukarka laserowa zbudowana została przez IBM w 1976 r. i była sprzedawana pod nazwą IBM 3800. Powodzenie tego produktu spowodowało, że firma wynalazcy też wypuściła w 1977 r. swoją drukarkę laserową – Xerox 9700, ale była ona droga (niektóre źródła podają kwotę 350 tys. USD, ale to chyba niemożliwe!) i bardzo duża (nie mieściła się w niektórych pomieszczeniach).

Byłby to koniec drukarek laserowych, ale w 1983 r. firma Canon zaproponowała prostszy i tańszy mechanizm laserowego drukowania o nazwie LPB-CX. Mechanizm ten wprowadziła na rynek (w 1984 r.) firma Hewlett-Packard, wypuszczając model LaserJet Classic. Sukces tego modelu sprawił, że firma HP wprowadziła jeszcze lepszy mechanizm drukowania o nazwie LPB-SX w modelu drukarki Laser Jet Series II, który pozwalał na wydrukowanie 4000 stron bez wymiany wałka i zapewniał rozdzielczość 300 dpi. Większą rozdzielczość (600 dpi) zaoferowała firma Lexmark w 1991 r., a w 1996 r. pojawiła się drukarka kolorowa HP Colour LaserJet 5. No i drukarki laserowe podbiły świat!

Autor jest profesorem AGH w Krakowie