Cómo funcionan las impresoras
En esta entrega presentamos el funcionamiento de un periférico clásico, la impresora. Ésta permite transformar los textos y gráficos electrónicos en auténticos documentos impresos.
En la actualidad, cualquier usuario de PC trabaja habitualmente en formato electrónico. Se redactan documentos mediante herramientas de proceso de texto, se crean presentaciones que se pueden mostrar directamente en la pantalla del PC, se escriben ?cartas electrónicas? mediante e-mail, etc. Sin duda, el uso innecesario del papel se ha reducido considerablemente, lo que conlleva muchos beneficios (por ejemplo, el consiguiente impacto positivo en el ámbito ecológico o la reducción de costos debido al menor gasto de papel).
Sin embargo, se hace necesario el paso a versión impresa en un punto u otro de la vida de la mayoría de los documentos. La salida mediante un monitor no persiste durante años, y tampoco es transportable, mientras que la versión en papel sí que cumple con estas características.
Un periférico esencial para cualquier ordenador
El periférico capaz de transformar texto y gráficos desde su versión digital hacia su forma impresa recibe el nombre de impresora, y constituye un dispositivo esencial para cualquier usuario de PC. De hecho, mucho antes de la aparición del PC, las impresoras ya se empleaban con los ordenadores primitivos como medio principal para la presentación de resultados. Y de hecho, todo parece apuntar a que las impresoras no se abandonarán en el futuro.
En este artículo presentaremos el funcionamiento básico de las impresoras y las tecnologías de impresión más aceptadas actualmente. En particular, prestaremos atención a las dos tecnologías más extendidas: las impresoras láser y las de inyección de tinta.
Tres subsistemas básicos
Para llevar a cabo el proceso de impresión, toda impresora consta de tres subsistemas básicos: hardware de control, sistema de transporte del papel y un mecanismo de impresión sobre el papel. El hardware de control se encarga de gobernar el funcionamiento de los componentes de la impresora. El mecanismo de impresión hace que los caracteres y gráficos a imprimir queden efectivamente "dibujados" sobre el papel. Suele consistir en un cabezal de impresión que se puede desplazar horizontalmente. Finalmente, el sistema de transporte desplaza el papel verticalmente, haciendo que la tinta vaya a parar, finalmente, al lugar oportuno en el papel (es decir, a la línea oportuna).
El origen de la información a imprimir suele adoptar tres formatos básicos: texto (secuencias de códigos ASCII), objetos definidos vectorialmente (es decir, matemáticamente) o bien mapas de bits o bitmaps (que definen todo elemento a imprimir como un conjunto de puntos).
En general, y al igual que ocurría con los monitores, las impresoras forman las imágenes y el texto a partir de puntos (píxeles). Las impresoras suelen estar dotadas de una memoria ROM, que almacena el mapa de bits (bitmap) correspondiente a cada carácter, e incluso una memoria RAM que permite que el PC envíe otras fuentes a la impresora.
Características básicas
La caracterización de las impresoras en cuanto a prestaciones se lleva a cabo mediante cuatro parámetros fundamentales.
En primer lugar, la velocidad de la impresora se determina en páginas por minuto (ppm) o bien en caracteres por segundo (cps). En la actualidad, se usa prácticamente siempre la unidad ppm, y se reserva la velocidad en cps para las impresoras matriciales (muy poco extendidas en comparación con el resto de tipos).
A la hora de interpretar la velocidad especificada por el fabricante, debemos ser realmente cautos, e indagar en los detalles: ¿cómo se ha medido dicha velocidad? Normalmente los fabricantes indican que su impresora alcanza 6 páginas por minuto, pero no especifican que se trata de páginas con un 5% de información impresa, sin gráficos y en baja calidad. Incluso se suele descontar el tiempo de cálculo empleado por el ordenador, aumentando más la cifra. Esta cifra es la máxima que puede alcanzar el motor de la impresora.
Resolución de las impresoras
La resolución de la impresora es un parámetro íntimamente ligado a la calidad de impresión. Indica la cantidad de puntos (píxeles) que la impresora puede crear sobre el papel, por unidad de superficie. Se suele medir en puntos por pulgada (ppp), tanto en dirección horizontal como vertical.
Por ejemplo, una impresora con resolución de 600 x 300 ppp es capaz de imprimir 600 puntos en cada 2,54 cm horizontales (una pulgada), y 300 puntos en cada pulgada vertical. Si sólo se indica un número, la resolución es la misma en ambas direcciones (por ejemplo, 600 ppp equivale a 600 x 600 ppp). No hay que olvidar que la resolución no es directamente traducible en calidad. Si la impresora presenta una elevada resolución, pero no sitúa los puntos con precisión sobre el papel o los puntos son demasiado gruesos, el resultado no presentará alta calidad.
El buffer de memoria
El tamaño del buffer de memoria (zona de almacenamiento temporal de datos en la impresora) es otro dato importante, ya que determina el rendimiento de las comunicaciones entre el PC y la impresora. El PC funciona a una velocidad considerablemente más rápida que la impresora. Por tanto, sin un buffer, el PC debería esperar continuamente a la impresora entre envío y envío. Gracias al buffer, el PC envía datos a la impresora, y pasa a realizar otras tareas mientras la impresora procesa dicha información.
A mayor tamaño de buffer, más rápida es la impresión. El tamaño habitual es de 256 kB, aunque las impresoras más profesionales ofrecen hasta varios MB.
07-01-2003
Cómo funcionan las impresoras
Características básicas
La caracterización de las impresoras en cuanto a prestaciones se lleva a cabo mediante cuatro parámetros fundamentales.
En primer lugar, la velocidad de la impresora se determina en páginas por minuto (ppm) o bien en caracteres por segundo (cps). En la actualidad, se usa prácticamente siempre la unidad ppm, y se reserva la velocidad en cps para las impresoras matriciales (muy poco extendidas en comparación con el resto de tipos).
A la hora de interpretar la velocidad especificada por el fabricante, debemos ser realmente cautos, e indagar en los detalles: ¿cómo se ha medido dicha velocidad? Normalmente los fabricantes indican que su impresora alcanza 6 páginas por minuto, pero no especifican que se trata de páginas con un 5% de información impresa, sin gráficos y en baja calidad. Incluso se suele descontar el tiempo de cálculo empleado por el ordenador, aumentando más la cifra. Esta cifra es la máxima que puede alcanzar el motor de la impresora.
Resolución de las impresoras
La resolución de la impresora es un parámetro íntimamente ligado a la calidad de impresión. Indica la cantidad de puntos (píxeles) que la impresora puede crear sobre el papel, por unidad de superficie. Se suele medir en puntos por pulgada (ppp), tanto en dirección horizontal como vertical.
Por ejemplo, una impresora con resolución de 600 x 300 ppp es capaz de imprimir 600 puntos en cada 2,54 cm horizontales (una pulgada), y 300 puntos en cada pulgada vertical. Si sólo se indica un número, la resolución es la misma en ambas direcciones (por ejemplo, 600 ppp equivale a 600 x 600 ppp). No hay que olvidar que la resolución no es directamente traducible en calidad. Si la impresora presenta una elevada resolución, pero no sitúa los puntos con precisión sobre el papel o los puntos son demasiado gruesos, el resultado no presentará alta calidad.
El buffer de memoria
El tamaño del buffer de memoria (zona de almacenamiento temporal de datos en la impresora) es otro dato importante, ya que determina el rendimiento de las comunicaciones entre el PC y la impresora. El PC funciona a una velocidad considerablemente más rápida que la impresora. Por tanto, sin un buffer, el PC debería esperar continuamente a la impresora entre envío y envío. Gracias al buffer, el PC envía datos a la impresora, y pasa a realizar otras tareas mientras la impresora procesa dicha información.
A mayor tamaño de buffer, más rápida es la impresión. El tamaño habitual es de 256 kB, aunque las impresoras más profesionales ofrecen hasta varios MB.
La interfaz de conexión
Finalmente, el último parámetro de interés es la interfaz de conexión. Hasta hace poco la más habitual era el puerto paralelo estándar del PC, utilizando el conector Centronics de 36 terminales (ver entrega de esta serie en PC World nº 188, de junio de 2002).
También existen impresoras que funcionan a través del puerto serie RS-232, lo que minimiza el número de cables a utilizar y permite emplear cables mucho más largos. Sin embargo, la impresión serie resulta mucho más lenta, por lo que no es la interfaz de conexión más habitual. Hoy en día, la conexión vía USB es la más común por su elevada velocidad frente al puerto paralelo.
Otras conexiones habituales, normalmente compartidas con una de las anteriores, son los puertos de infrarrojos, de red o hasta un enlace Bluetooth inalámbrico.
Tecnologías básicas de impresión
Existen dos tecnologías básicas de impresión: las que se basan en impacto (matriz de puntos y caracteres) y las que trabajan sin impacto.
Las impresoras basadas en una matriz de puntos contienen un grupo de "agujas" que se asientan sobre un cabezal móvil. Estas agujas impactan sobre una cinta impregnada de tinta (mediante la aplicación de fuerza producida por electroimanes), lo que hace que la tinta se transfiera al papel en cada pequeño punto de impacto.
Estas impresoras eran muy populares antes de la aparición de las impresoras de inyección de tinta. Hoy en día, aún se utilizan en algunos contextos, debido a su capacidad de usar papel autocopiativo. Como desventaja, hay que resaltar que se trata de dispositivos lentos y con baja calidad de impresión.
Impresoras de caracteres
Las impresoras de caracteres son, básicamente, máquinas de escribir computerizadas. Contienen una serie de barras con la forma de cada carácter predefinida. Para imprimir un carácter, la barra correspondiente mueve el patrón del carácter con fuerza hacia la cinta impregnada de tinta, y por tanto el carácter se transfiere al papel. En este caso, cada carácter se transfiere como un todo (mediante un único impacto), y no se forma por un conjunto de impactos (puntos). Las impresoras de caracteres son muy rápidas para la impresión de texto, pero no es posible incluir gráficos.
Impresoras sin impacto
Las impresoras sin impacto producen las imágenes y el texto sin llegar a tocar el papel. En otras palabras, utilizan técnicas que permiten guiar la tinta hacia el papel, colocándola en el lugar preciso y en cantidad oportuna. Dentro de esta tecnología, destacan dos tipos básicos de impresora: inyección de tinta y láser. Estos tipos de impresora son los más aceptados actualmente, y los comentamos en detalle en los siguientes apartados. Además, existen otras muchas tecnologías de impresión sin impacto, que se comentan en un recuadro independiente de este artículo.
Formación del color
En la entrega de esta serie dedicada a los monitores dijimos que el color se forma a partir de la combinación de tres colores primarios (rojo, verde y azul).
En el caso de las impresoras, los colores primarios utilizados son justamente los complementarios del sistema RGB: cián (complementario del rojo), amarillo (complementario del azul) y magenta (complementario del verde). Si estos tres colores se mezclan entre sí, el resultado debería ser el color negro. Sin embargo, ya que estos colores no son puros, se obtiene un tono ?café?. Por ello, a este sistema se le añade el negro, formando el sistema denominado CYMK (C para cián, Y para amarillo, M para magenta y K para negro). En conclusión, una impresora sólo contiene cuatro tintas distintas.
A la hora de imprimir un punto, la impresora lo forma como un "superpunto", formado por un entrelazado de puntos de los distintos colores (CYMK). El ojo (por su menor resolución espacial y por la distancia al papel) tiende a realizar una combinación de los colores, haciendo que veamos el superpunto con un color determinado.
Impresoras de inyección de tinta
Desde su introducción en la segunda mitad de los años 80, las impresoras de inyección de tinta (ink-jet en inglés) han gozado de una aceptación en constante crecimiento. Su precio no ha parado de descender y sus prestaciones no han dejado de aumentar. Pero, ¿qué es una impresora de inyección de tinta?
En este tipo de impresoras, un cabezal de impresión dispara pequeñísimas gotas de tinta (con un diámetro de unas 50 micras, menor que el diámetro de un cabello) sobre el papel, formando finalmente texto e imágenes. El cabezal (que transporta los cartuchos de tinta) se desplaza en sentido horizontal, mientras que la hoja se desplaza línea a línea en sentido vertical, gracias a un mecanismo de transporte del papel. Las gotas de tinta se posicionan sobre el papel con una precisión extrema, alcanzando resoluciones de hasta 4.800 ppp. Ya que cada punto puede tener un color diferente, se pueden generar imágenes impresas de calidad fotográfica.
Dentro de este tipo de impresoras se distinguen dos tecnologías básicas: bubble jet (introducida por Canon) y desk-jet (introducida por Hewlett-Packard), donde la diferencia reside, básicamente, en el modo de generar las gotas de tinta.
Tecnología bubble jet
En las impresoras bubble jet o de inyección térmica, se aplica calor sobre la tinta, que se halla situada en un depósito dentro del cartucho de impresión, del que fluyen varios micro-conductos por los que saldrá la tinta. Esto se consigue haciendo pasar un impulso de corriente eléctrica a través de unas resistencias. El calor hace que la tinta entre en estado de ebullición, generando una burbuja que crece en volumen, y empuja a la tinta hacia el exterior, a través de los conductos. Este proceso dura aproximadamente un milisegundo, y desaloja un volumen de tinta predeterminado (una gota). La presión de la burbuja produce un efecto ?cañón?, que dispara la gota sobre el papel. Cada vez que la corriente en las resistencias cesa, la burbuja desaparece, y por tanto se produce un efecto de succión que toma tinta del depósito y rellena los conductos.
Tecnología desk-jet
En el caso de las impresoras desk-jet se emplean cristales piezoeléctricos como elemento fundamental, en lugar de resistencias. Se aprovecha la característica básica de un cristal piezoeléctrico: si se aplica tensión eléctrica, se produce una deformación del cristal. Por tanto, se envían los impulsos eléctricos a los cristales, y su deformación produce un bombeo de la tinta desde el depósito hacia los microconductos, disparando la tinta hacia el papel. Esta filosofía de funcionamiento es similar a la de un gotero.
Los cartuchos más habituales suelen contener tinta en estado líquido, por lo que ésta no necesita ningún tratamiento previo a la impresión. Sin embargo, existen cartuchos en los que, a temperatura ambiente, la tinta se encuentra en estado sólido. En este caso, se utilizan resistencias para pasar la tinta a estado líquido antes de ser disparada hacia el papel. Durante el recorrido hacia el papel, la tinta se va solidificando, y queda finalmente adherida al papel sin ser absorbida. Esto evita un problema típico de la tinta común: la imagen impresa se encuentra ?seca?, y no es necesario utilizar papel especial para evitar este efecto.
Los cartuchos correspondientes a las impresoras deskjet suelen ser más baratos, ya que tan sólo contienen el cartucho en sí, y no el cabezal de impresión completo (algo que ocurre en los cartuchos bubble jet).
Impresoras láser
La impresión láser se basa enteramente en la interacción electrostática, el mismo fenómeno que produce que un plástico atraiga trozos de papel tras ser frotado con una prenda de fibra.
Para comprender la impresión electrostática, basta saber que las cargas eléctricas pueden ser positivas o negativas, y que las cargas de signo opuesto se atraen, mientras que las cargas de igual signo se repelen.
En primer lugar, se carga negativamente toda la superficie de un tambor fotosensible, del tamaño de una hoja. Acto seguido, se hace avanzar el tambor línea a línea, y un láser recorre horizontalmente cada línea, ayudado por un espejo giratorio (en otras palabras, se produce un proceso de barrido). El láser incide en los puntos donde la tinta se deberá fijar, invirtiendo la carga (que ahora será positiva). El láser se desconecta en los lugares donde no deberá aparecer tinta (quedando con carga negativa). Por tanto, tras recorrer todo el tambor, solo habrá cargas positivas en los puntos donde deberá depositarse tinta, mientras que el resto (lo que constituirá el fondo blanco del papel) queda cargado negativamente. En otras palabras, se ha conseguido crear una imagen electrostática de la hoja a imprimir, mediante cargas positivas sobre un fondo de cargas negativas.
Puntos cargados positivamente
Los puntos cargados positivamente en el tambor atraen partículas de tóner (material electronegativo mezclado con un pigmento que lo dota de color). Por tanto, la imagen final queda "dibujada" sobre el tambor por medio de puntos negros de tóner.
El papel a imprimir se carga positivamente en su totalidad. Por tanto, al hacerlo pasar por el tambor, atraerá a las partículas de tóner (que tienen carga negativa), y la imagen quedará finalmente formada sobre papel. Finalmente, el tóner adherido al papel se funde mediante la aplicación de calor, haciendo que quede totalmente fijado al papel. Se consigue así imprimir una página en una sola pasada, al contrario que en las impresoras de inyección de tinta, donde la página se imprime línea a línea. Antes de imprimir una nueva página, se realiza un borrado electrostático del tambor, dejándolo preparado para un nuevo ciclo.
Impresoras con diodos emisores de luz
Existe otra variante de las impresoras láser en las que no es necesario un proceso de barrido. En lugar de un láser y un sistema de espejos se dispone de una hilera de diodos emisores de luz (Láser-LED). Por ejemplo, en una impresora de 300 ppp, habrá una hilera de LED cubriendo una línea completa del papel, a razón de 300 LED por pulgada. Sólo se encienden, para cada línea, aquellos diodos que corresponden a puntos donde deberá aplicarse tóner. Este proceso se repite línea a línea hasta procesar el tambor completo. Se produce el mismo efecto que con un barrido láser, pero de forma más rápida.
Tecnología con diodos de cristal líquido
Otra variante emplea diodos de cristal líquido (LCD) en lugar de LED. Estos conforman un material que es transparente u opaco según el nivel de tensión eléctrica que se le aplica. Se forzarán al estado transparente aquellos cristales correspondientes a los puntos donde deba aplicarse tóner, manteniendo el resto de diodos en estado opaco. Por otra parte, se aplica una lámpara halógena que ilumina todos los cristales, y sólo pasa luz a través de los diodos en estado transparente, invirtiendo la carga en el tambor.
Ventajas e inconvenientes de la impresión láser
Las impresoras láser son mucho más rápidas que las impresoras de inyección de tinta. Además, están dotadas de una mayor precisión en la colocación de puntos sobre el papel. También economizan tinta, ya que depositan la cantidad de tóner necesaria, sin exceder ese límite. El tóner no es caro en comparación con los cartuchos de tinta y, además, es mucho más duradero, lo que resulta rentable en el entorno de una oficina, donde se imprimen gran cantidad de documentos diariamente. Como desventaja principal, el precio de estas impresoras es muy elevado en comparación con las impresoras de inyección de tinta.
Conclusión
Si necesitamos imprimir gran cantidad de documentos con mucha frecuencia, la elección más rentable es una impresora láser. Sin embargo, si deseamos imprimir documentos de tamaño moderado con una frecuencia también moderada, la mejor elección es una impresora de inyección de tinta.
Otras tecnologías de impresión sin impacto
Además de las conocidas impresoras láser y de inyección de tinta, existen otras tecnologías que permiten crear documentos impresos evitando el contacto con el papel.
Impresoras de sublimación de tinta
En primer lugar, las impresoras de sublimación de tinta ofrecen la posibilidad de imprimir imágenes de altísima calidad. Se basan en el empleo de una cinta transferible formada por una película plástica. Sobre la cinta se sitúan paneles del tamaño de una página, cada uno recubierto con tinta (en estado sólido) de un color: cián, magenta, amarillo y negro (CYMK).
El cabezal de impresión contiene miles de elementos generadores de calor, que son capaces de controlar su temperatura con precisión extrema. El cabezal se desplaza a través de la cinta, y el calor aplicado por los elementos calentadores hace que la tinta se vaporice, difundiéndose sobre la superficie del papel (el proceso de cambio de estado sólido a gaseoso se denomina sublimación, y de ahí el nombre de esta tecnología). El cabezal realiza una pasada completa sobre la página para cada color básico, construyendo la imagen de forma gradual. Los diferentes colores se obtienen gracias a las variaciones de calor: a mayor temperatura, más tinta se difunde y más intenso es cada color.
La ventaja indiscutible de este tipo de impresoras es la excelente calidad de imagen que es capaz de producir. Las impresoras de sublimación de tinta son utilizadas ampliamente por servicios de publicaciones, artistas gráficos y fotógrafos profesionales. Sin embargo, estas impresoras no resultan apropiadas para la impresión de documentos "cotidianos", ya que el coste de impresión es elevado y la impresión es lenta (requiere varias pasadas).
Impresoras de tinta sólida
Las impresoras de tinta sólida (un sistema muy ligado a la firma Tektronix, ahora Xerox) contienen cuatro barras de color (CYMK), formadas por tinta en estado sólido. La tinta se derrite mediante la aplicación de calor, y se esparce por un tambor de transferencia, que es el que finalmente imprime cada página de una sola pasada.
Estas impresoras se caracterizan por un bajo coste de adquisición y mantenimiento, y por una gran calidad de impresión en prácticamente cualquier tipo de papel. Por ello se utilizan con frecuencia para preparar transparencias e impresiones de grandes dimensiones
Impresoras de cera térmica
Por otra parte, las impresoras de cera térmica contienen una cinta formada por paneles del tamaño de una página, correspondiendo a los cuatro colores básicos (CYMK). Al imprimir, la cinta pasa a través de un cabezal de impresión térmico. Éste contiene miles de finas agujas de impresión, capaces de controlar la temperatura con elevadísima precisión. La cera se funde y se deposita sobre un papel dotado de un revestimiento especial o sobre una transparencia. La imagen final está compuesta de minúsculos puntos de cera de color.
Estas impresoras ofrecen un bajo coste por página, y una rapidez aceptable. Sin embargo, requieren del uso de papel especial y su calidad no supera a la ofrecida por las impresoras de sublimación.
Impresión térmica autócroma
Finalmente, cabe citar la tecnología de impresión térmica autócroma. En este caso, el color se encuentra en el papel, y no en la impresora. El papel contiene tres capas de color: cián, magenta y amarillo. Cada capa se activa mediante la aplicación de una cierta cantidad de calor. El cabezal de impresión realiza tres pasadas (una por color), aplicando la cantidad de calor oportuna para activar cada capa.
Impresoras GDI
Las impresoras GDI o Win Printers se basan en una tecnología propia de Windows, llamada GDI (Graphical Device Interface).
GDI es una librería que permite desarrollar impresoras que dejan gran parte del trabajo de impresión al sistema operativo Windows. Por ejemplo, la impresora puede prescindir de memoria, empleando la RAM del PC. Todo esto deriva en una reducción de la cantidad de hardware a implementar en la impresora, ya que parte de él se implementa mediante software. Además, como era de esperar, dicha reducción hace que el costo de la impresora sea considerablemente menor (se pueden llegar a ahorrar unos 60 euros).
Sólo funcionan con Windows
Al igual que ocurría con los Win-modems, las impresoras GDI sólo funcionan bajo el sistema operativo Windows. Si se planea migrar a otro sistema, no se debería adquirir una impresora de este tipo.
Conviene tener en cuenta que, en principio, puede ocurrir que la impresora no funcione con futuras versiones de Windows. Es muy importante asegurarse de que los controladores de la impresora se encuentran bien documentados y el soporte que proporciona el fabricante sea de calidad.
Sistema lento e inestable
Ya que la impresora funciona mediante Windows, el sistema operativo se verá obligado a cargar con más tareas, lo que puede volver el sistema lento o inestable si su PC no es suficientemente potente.
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