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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen "intelligenten", bewegbaren Druckerschlitten, der Daten von
einem Hostcomputer verarbeitet und den Betrieb von einer Reihe von
Druckvorrichtungen steuert.
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Herkömmliche Drucker empfangen Daten von
einem Hostcomputer, verarbeiten die Daten auf einer ortsfesten Leiterplatte
oder auf einer Hauptleiterplatte und senden die Daten dann an die
Elektronik und Druckertreiber, die von einem beweglichen Schlitten
gehaltert werden. Die meisten Verarbeitungsfunktionen, wie die Datendekomprimierung, werden
auf der Hauptleiterplatte durchgeführt, bevor sie an die Druckerschlittenleiterplatte
gesendet werden, die an einem beweglichen Schlitten gehaltert wird.
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Der Hostcomputer sendet Daten in
einer Druckersprache an die Hauptleiterplatte, normalerweise entweder
in der HPGL-Sprache (Hewlett-Packard Graphics Language), in der
RTL-Sprache (Raster Transfer Language) oder in einer Kombination
beider Sprachen. Der Hostcomputer, die Anwendungssoftware und die
Druckertreiberprogramme bestimmen, welche Art von Druckersprache
von dem Hostcomputer gesendet wird. Im Drucker selbst ermittelt
ein Mikroprozessor auf der Hauptleiterplatte, welche Druckersprache
von dem Hostcomputer verwendet worden ist. Die Hauptleiterplatte
setzt dann die übertragenen
Daten in ein natives Rasterformat um. Ein derartiger Drucker wird
in EP-A-O 644 057 beschrieben, die die der Kennzeichnung vorausgehenden
Merkmale von Anspruch 1 darlegt.
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Im HPGL-Format übermittelte Daten werden zunächst in
eine Vektorliste umgewandelt. Die Vektorliste wird zur Ableitung
eines nativen Rasterformats verwendet. Falls die Daten in RTL gesendet worden
sind, werden in RTL-Daten eingebettete Steuer zeichen entfernt, und
die RTL-Daten werden direkt in ein natives Rasterformat umgewandelt.
Die als Kombination von HPGL und RTL gesendeten Daten werden in
entsprechende HPGL- und RTL-Datenmengen unterteilt. Jede Komponente
wird dann separat in das native Rasterformat umgewandelt. Die sich
ergebenden, fertigten nativen Raster werden zusammengeführt. Die
Daten werden zudem während der
Umwandlung von HPGL oder RTL in ein natives Raster komprimiert.
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Nach der Umwandlung in ein natives
Rasterformat bereitet der Hauptleiterplatten-Mikroprozessor die Daten durch "Shuffling"
auf. Durch "Shuffling" werden die Daten in eine Form umgesetzt,
die von den Druckköpfen
unmittelbar verwendbar ist. Der Shuffling-Prozess stellt die Reihenfolge
und den Strom der Daten zur Kompensation der Druckkopfanordnung
ein. Ein Multiplexer bereitet die Daten so auf, dass die Leitungs-Transceiver
die Steuerdaten für
die Vielzahl von Düsen übertragen
können.
Typischerweise muss ein Multiplexing der Informationen für ungefähr 200 Düsen auf
einem 16-adrigen Steuerkabel erfolgen.
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Auf der Schlittenleiterplatte angeordnete De-Multiplexer
nehmen dann ein De-Multiplexing
der übertragenen
Daten für
jeden Druckdüsentreiber
vor. Auf der Schlittenleiterplatte befindliche Register speichern
die übertragenen
Daten. Die Tintenstrahl-Treiberschaltung verwendet die Daten, um
das Auslösen der
Tintendüsentreiber
zu steuern.
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Ein auf der Druckerschlittenleiterplatte
angeordneter linearer optischer Codieren überwacht die Schlittenposition.
Diese Informationen werden über das
Steuerkabel an einen ASIC übertragen,
der sich auf der Hauptleiterplatte befindet.
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Einige Drucker, wie der Hewlett Packard
DesignJet Plotter HP C1633A, verwenden doppelte Mikroprozessoren
und ASICs. Ein Mikroprozessor und ASIC (Application Specific Integrated
Circuit/Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung) ist auf der Schlittenleiterplatte
installiert, ein zweiter Mikroprozessor und ASIC auf der Hauptleiterplatte.
In dieser Anordnung verarbeitet der Hauptleiterplatten-Mikroprozessor
die Daten und setzt sie um. Der Schlitten-Mikroprozessor verwendet
die verarbeite ten Informationen aus dem Mikroprozessor, der sich
auf der Hauptleiterplatte befindet, und fügt zusätzliche Steuerinformationen
für die
Druckertreiber an.
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Das zuvor beschriebene herkömmliche
Verfahren zur Umsetzung von Daten in Daten, die vom Druckkopf verwendbar
sind, ist sehr ineffizient. Komplizierte Softwareroutinen ermitteln,
ob die Daten HPGL- RTL- oder eine Kombination beider Datensprachen
sind. Die Druckersoftware muss die HPGL- und die RTL-Daten in verschiedene
Datenmengen trennen und jede Datenmenge unterschiedlich handhaben.
Die HPGL-Datenumwandlung verzögert
den Druckvorgang, weil alle Daten in den Speicher geladen werden
müssen,
bevor das Drucken beginnen kann. Um das Volumen der verarbeiteten
Daten von der Hauptleiterplatte zu den Druckertreibern zu übertragen,
sind Multiplexer erforderlich. Die zur Durchführung dieser Funktionen notwendige
Schaltung trägt
erheblich zu den Druckerkosten bei. Die Komplexität der Routine
erhöht
zudem die Fehlerwahrscheinlichkeit.
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Ein zweiter Nachteil der komplizierten
Routine und Schaltung betrifft den notwendigen Endbenutzereingriff.
Endbenutzer müssen
derzeit das System auf den Anschluss verschiedener Arten von Hostcomputereingängen konfigurieren.
Ein LCD-Schirm und
eine Tastatureingabe, die am Drucker angeschlossen oder daran angeordnet
ist, wird derzeit zur Konfiguration des Druckersystems verwendet.
Endbenutzer lehnen im Allgemeinen die komplizierte Einstellungsprozedur
ab und bevorzugten eher automatische Systeme. Eine falsche Benutzerkonfiguration des
Druckers führt
zu falschen Ausdrucken. Ein notwendiger Austausch mit dem Endbenutzer
wird am besten über
eine grafische Benutzeroberfläche
implementiert, wie mit einem Apple Macintosh System oder einem Microsoft
Windows System. Es ist daher ein vereinfachtes System zum Empfangen
und Umwandeln von Daten wünschenswert.
Ein derartiges System würde
die zur Implementierung des Systems notwendige Hardware nicht nur
vereinfachen, es würde
dem Benutzer auch Zeit und Ärger
ersparen.
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Ein dritter Nachteil aktueller Systeme
betrifft die Tatsache, dass die hohen Übertragungsgeschwindigkeiten,
die erforderlich sind, wenn vorverarbeitete Daten an den Druckerschlitten
von einer stationären
Leiterplatte gesendet werden, zur Erzeugung von Hochfrequenzsignalen
führen,
die eine Störung
verursachen können.
Die Verar beitung der Daten auf einer Hauptleiterplatte und das Senden
der Anweisungen erfordert die Übertragung
großer
Datenvolumen, die zudem zeitlich genau gesteuert werden müssen. Die
Datenübertragungsgeschwindigkeiten
erreichten Spitzen von bis zu zwei MBit/Sekunde. Derartig hohe Datenübertragungsspitzen
erfordern hohe Taktzyklen und große Bandbreiten. Diese Hochfrequenzsignale
können
Hochfrequenzstörungen
erzeugen, die möglicherweise
andere Geräte beinträchtigen.
Weil die Daten in Form von Rechteckwellen gesendet werden, die zur
Verwendung in TTL-Schaltungen vorgesehen sind, kann das große Volumen
der Daten, die mit hoher Geschwindigkeit über lange Kabel gesendet werden,
auch Probleme mit der Genauigkeit bewirken, was wiederum die Datenintegrität beeinträchtigt.
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Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und
19 dargelegt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Drucken von Daten mithilfe
eines "intelligenten" Schlittens. Der integrierte "intelligente"
Schlitten ist ein bewegbarer Schlitten, der sowohl die Druckertreiber
als auch die Elektronik beherbergt, die notwendig ist, um die Daten
direkt von dem Hostcomputer zu verarbeiten, was die Notwendigkeit
einer Haupt- oder ortsfesten Leiterplatte vermeidet. Der integrierte
"intelligente" Schlitten verarbeitet die Daten vom Hostcomputer
in enger Nähe zu
den Druckertreibern, wodurch viele der mit den herkömmlichen
Druckerkonfigurationen verbundenen Problem beseitigt werden.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Softwaredruckertreiber auf dem Hostcomputer derart angepasst,
dass er Daten automatisch in einem nativen Rasterformat direkt an
die Elektronik in dem intelligenten Schlitten sendet. Die auf dem
intelligenten Schlitten angeordnete Schaltung verarbeitet die nativen
Rasterdaten zur Verwendung durch die Druckkopftreiber, wodurch die
Notwendigkeit einer stationären
Hauptleiterplatte entfällt.
Dadurch dass die Daten von dem Hostcomputer in einem nativen Rastertormat
verarbeitet werden und dass die Schaltung native Rasterformate auf
demselben sich bewegenden Druckerschlitten verarbeitet auf dem sich
die Druckertreiber befinden, wird die Übertragung verarbeiteter Informationen über lange
Strecken vermieden, wodurch die Notwendigkeit entfällt, einen
zwischen gelagerten Satz von Leitungs-Transceivern, Multiplexern
und De-Multiplexern vorzusehen.
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Die Vereinfachung und Standardisierung
des Datenübertragungsprozesses
ermöglicht
die Automatisierung vieler früher
vom Benutzer bestimmter Funktionen und beseitigt die Notwendigkeit,
den Drucker zur Annahme verschiedener Eingabearten zu konfigurieren.
Benutzersteuerungsfunktionen lassen sich jetzt über die Tastatur und die Anzeige
des Hostcomputers unter Verwendung einer grafischen Benutzeroberfläche handhaben,
anstatt auf eine separate Tastatur und einen kleinen LCD-Monitor am Drucker
selbst zurückgreifen
zu müssen.
Die Verwendung der Tastatur und des Bildschirms des Hostcomputers
führt zudem
zu einer Verringerung der Druckerkosten. Die Automatisierung des
Datenübertragungsprozesses
und die Verwendung einer großen, benutzerfreundlichen,
grafischen Benutzeroberfläche
reduziert Stress und Fehler auf Seiten des Benutzers.
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Sobald die Informationen verarbeitet
worden sind, erzeugt die Elektronik auf der intelligenten Schlittenleiterplatte
Anweisungen zur einwandfreien Papierlage und zu den Druckerbewegungen.
Diese Anweisungen werden direkt an Motoren gesendet, die die Bewegung
des Schlittens und Papiers steuern.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein
Blockdiagramm des Datenstroms durch eine Anordnung des Druckers
nach dem Stand der Technik.
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2 ein
Blockdiagramm der Komponenten in einer Hauptleiterplatte nach dem
Stand der Technik.
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3 ein
Ablaufdiagramm der Umwandlung von Hostcomputerdaten in native, einem
"Shuffling" unterzogene Rasterdaten, wie nach dem Stand der Technik
ausgeführt.
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4 ein
Blockdiagramm der Komponenten in einer Schlittenleiterplatte nach
dem Stand der Technik.
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5 ein
Blockdiagramm einer Verbindungsleiterplatte nach dem Stand der Technik.
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6 eine
schematische Darstellung einer Druckerbedientastatur nach dem Stand
der Technik.
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7 ein
Blockdiagramm der "intelligenten" Druckerschlittenleiterplatte,
die auf dem "intelligenten" Schlitten angeordnet ist, die zugehörige Verbindungsleiterplatte
und die Verbindungen zwischen den beiden Leiterplatten.
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8 eine
schematische Darstellung des gesamten intelligenten Schlittens einschließlich der intelligenten
Schlittenleiterplatte, die auf dem intelligenten Schlitten angeordnet
ist.
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9 ein
intelligentes Schlittensystem mit Implementierung optischer Verbindungen.
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1 zeigt
die in herkömmlichen
Druckerschaltungen verwendete Anordnung. Die Informationen oder
Daten 10, 12 werden von einem Hostcomputer 14 an
eine Hauptleiterplatte (Haupt-Leiterplattenbaugruppe) 16 in
komprimierter Form übertragen. Die
Daten von dem Hostcomputer werden normalerweise entweder in einem
Vektorformat als HPGL 10 (Hewlett Packard Graphical Language),
einem formatierten Rasterformat, wie HP.RTL 12 (Hewlett Packard
Raster Transfer Language) oder als eine Kombination beider Formate
gesendet. Welches Format verwendet wird, bestimmen die Anwendungssoftware 18 und
der Druckertreiber 20. Die Daten verlassen den Hostcomputer über ein
paralleles Centronics-Kabel 22.
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Die Hauptleiterplatte 16 ist
eine im Drucker angeordnete stationäre Leiterplatte. Die Hauptleiterplatte 16 verarbeitet
und dekomprimiert die Daten aus dem Hostcomputer 14 und
sendet die verarbeiteten, dekomprimierten Daten an die Schlittenleiterplatte 24.
Der Prozessor 26 in der Hauptleiterplatte analysiert die
Daten aus dem Hostcomputer 14, übersetzt und dekomprimiert
sie und wandelt die Daten in ein natives Rasterformat um. Der Mikroprozessor 26 der
Hauptleiterplatte 16 unterzieht die Daten einem "Shuffling",
bevor die Multiplexer 28 die Daten multiplexen und die
Leitungs-Transceiver 30 die Daten über ein Steuerkabel 32 an
die Schlittenleiterplatte 24 übertragen. Auf der Schlittenleiterplatte 24 demultiplext
ein De-Multiplexer 34 die Daten, und ein Register 36 speichert
die Daten, bis sie von den Druckköpfen 38 benötigt werden.
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Alte Hauptleiterplattenbaugruppe
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2 ist
eine Funktionsdarstellung der Hauptleiterplatte 16 eines
herkömmlichen
Druckers. Die Daten gelangen aus einem Hostcomputer 14 über verschiedene
Schnittstellen, wie die RS-232C-Schnittstelle oder die Parallelschnittstelle (Centronics) 22 in
die Hauptleiterplatte 16.
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Nachdem der Hostcomputer 14 die
Daten 10, 12 zur Hauptleiterplatte 16 gesendet
hat, werden die Daten zur weiteren Verarbeitung in den DRAM 40 eingelesen.
Alle eingehenden Daten müssen
verarbeitet und in ein natives Rasterformat umgesetzt werden. 3 zeigt den Algorithmus
zur Verarbeitung der Daten. Daten aus dem Hostcomputer 11 werden in
die Hauptleiterplatte eingelesen. Die Hauptleiterplatte ermittelt
dann, ob die Daten 44 im HPGL-, RTL- oder in einem kombinierten
Format gesendet wurden. Welche Verzweigung der Algorithmus nimmt, hängt davon
ab, ob die Daten in HPGL-, RTL oder einem kombinierten HPGL/RTL-Format
gesendet wurden.
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Für
Daten im HPGL-Format verzweigt der Algorithmus nach Zweig 46.
HPGL ist eine Druckerbeschreibungssprache, die Objekte, wie Kreise,
in Bezug auf Datenpunkte definiert. Datenmengen, die im HPGL-Format
gesendet werden, müssen
von dem Hauptleiterplatten-Mikroprozessor zunächst analysiert werden 48.
Die Analyse (Parsing) zerlegt jedes Objekt in eine Reihe oder Sammlung
geradliniger Vektoren. Die Daten für die Vektoren bestehen aus einer
Linienbreite und den Koordinaten der beiden Endpunkte. Diese Sammlung
der Vektordaten wird als ein Vektorzeiger bezeichnet.
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Die gesamte Vektorliste muss im Speicher der
Hauptleiterplatte gespeichert werden, wie in Block 50 gezeigt,
bevor die Umsetzung der Daten in das native Rasterformat stattfinden
kann. Diese massive Speicherung der Daten erzeugt Speicherprobleme,
weil in komplizierten Zeichnungen der Speicher des Druckers ggf.
nicht ausreicht, um die gesamte Vektorliste aufzunehmen. Typischerweise
wird ein Drucker mit ca. 4 Megabyte Speicherkapazität ausgeliefert,
um die Vektorliste aufzunehmen, wobei einige Zeichnungen jedoch über 32 Megabyte
an Datenspeicher benötigen.
Wenn die Vektorliste die verfügbare
Speicherkapazität überschreitet,
kann keine der Zeichnungen gedruckt werden.
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Die Notwendigkeit, alle Elemente
einer Zeichnung vor der Verarbeitung und dem Druck in den Speicher
laden zu müssen,
verzögert
den Druckvorgang. Der Drucker muss warten, bis die Datenübertragung
vollständig
ist und die Verarbeitung abgeschlossen ist, bevor der Druckvorgang
beginnen kann.
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Der Hauptleiterplatten-Mikroprozessor
wandelt 52 die Vektorliste in ein natives Raster um, und zwar
Durchgang für
Durchgang. Ein Durchgang ist als die Höhe von Pixeln vorbestimmt,
die sich von Rand zu Rand über
eine Zeichnungsbreite erstreckt. Das native Raster ist eine Wiedergabe
der Zeichnung unter Verwendung von Pixelpunkten. In einem Farbdrucker
hat jeder Farbtreiber seine eigene Menge an nativen Rasterdaten,
die festlegt, an welchen Punkten der Druckertreiber mit einer bestimmten
Farbe ausgelöst
werden muss.
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Handhabung von RTL- und
verbundenen HPGL-RTL-Formaten
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RTL, also "Raster Transfer Language",
ist ein weiteres Format, das zur Übertragung von Daten aus einem
Hostcomputer Verwendung findet. In RTL werden die Daten in einem
Rasterformat mit eingebetteten Zeichencodes gesendet. RTL-Daten
werden oft mit HPGL-Daten kombiniert. Der Hauptleiterplatten-Mikroprozessor
ist darauf programmiert, RTL-Daten von HPGL-Daten zu trennen. HPGL-Daten
werden dann wie zuvor für
Verzweigung 46 beschrieben verarbeitet. Die Verarbeitung
der RTL-Daten erfolgt
in Verzweigung 54. Der Hauptleiterplatten-Mikroprozessor
beseitigt 56 Steuercodes aus den RTL-Daten, wodurch eine
native Rasterdatei entsteht. Die Daten werden dann in eine native
Rasterdatenmenge konvertiert, wie in Block 58 dargestellt. Die
aus der RTL-Verarbeitung entstandenen nativen Raster werden dann
mit nativen Rasterdatenmengen aus der HPGL-Verarbeitung mit einer
'5' "OR" Operation 60 kombiniert oder verbunden, in der
die resultierende, verbundene Rastermenge eine Anweisung enthält, Tinte
auszuwerfen, wenn entweder in der RTL- oder in der HPGL-Datenmenge
angegeben ist, dass Tinte ausgeworfen werden soll.
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Während
des Umwandlungsprozesses aus HPGL- oder RTL werden die Daten dekomprimiert. RTL-Daten
werden normalerweise am Hostcomputer unter Verwendung von Packbits
komprimiert, während
HPGL-Daten normalerweise in einem PE-Format komprimiert werden. Während der
Umwandlung der Daten aus dem Vektorin das Rasterformat wird jede
Art von Datenmenge in geeigneter Weise dekomprimiert. Diese Umwandlung
der Daten in ein natives Rasterformat macht es im Allgemeinen erforderlich,
dass der Druckermikroprozessor (1) das Format der eingehenden
Daten ermittelt 44, (2) die eingehenden Datenmengen
trennt, (3) die HPGL-Daten analysiert,
(4) die Daten dekomprimiert, (5) die HPGL-Daten
durch Umwandeln der analysierten Objekte in Punktmuster übersetzt
und (6) die entsprechenden HPGL- und RTL-Datenmengen verknüpft. Die
Umwandlung in das native Rasterformat ist rechenintensiv. Einige
Designs verwenden zwei Mikroprozessoren, um die Daten zu analysieren
und umzuwandeln. Andere Designs integrieren die beiden Aufgaben
in einem einzelnen Mikroprozessor. Ein Drucker, wie der Hewlett
Packard DesignJet Plotter, kombiniert nicht nur die Umwandlung der
Daten vom Vektor- in das Rasterformat auf einem Chip, sondern integriert
auch die Steuerung der Print-Engine
in einem einzigen RISC-Hochleistungsprozessor, dem Intel 80960KA.
Das System wird in dem Artikel von Mebane IV, Schmedatke, Chen und
Kadonaga mit dem Titel "Electronic and Firmware Design of the HP
DesignJet Drafting Plotter," Hewlett-Packard Journal, Dezember 1992,
Seite 16–23,
beschrieben, der durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird.
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Für
Drucker, die mit mehreren Köpfen
arbeiten, müssen
die Daten nach der Dekomprimierung einer entsprechenden Shuffling-Operation 62 unterzogen
werden. In traditionellen Druckern führt der Hauptleiterplatten-Mikroprozessor 64 in 2 die Shuffling-Operation
durch. Der Shuffling-Prozess nimmt eine "Feinabstimmung" der Daten
für die
Verwendung durch die Druckköpfe
vor und umfasst (1) das Entfernen von Syntax- und Overhead-Zeichen aus
den Daten, (2) das Umwandeln der gespeicherten horizontalen
Daten in Reihen von vertikalen Spaltendaten, wobei die Höhe der vertikalen
Spaltendaten der Höhe
des Druckkopfes entspricht (oder der Höhe eines Datendurchgangs von
typischerweise 8 Punkten oder mehr), (3) das Versetzen
der Daten für jeden
Farbdruckkopf zur Kompensation des Abstands zwischen den Druckköpfen und
(4) das Versetzen der Daten für jeden Druckkopf, um die mechanische
Totzone und die Verfahrgeschwindigkeit des Schlittens zu kompensieren.
Die resultierenden Daten stellen die Anweisungen dar, wann jede
der Auswurfdüsen
ein- und abzuschalten
ist.
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Ein typischer Drucker besitzt über 200
Auswurfdüsen.
Die Daten müssen
somit einem Multiplexing unterzogen werden, um über das Steuerkabel übertragen
zu werden, dass die Hauptleiterplatte mit der Schlittenleiterplatte
verbindet. Der Multiplexer 66 aus 2 führt
diese Aufgabe durch. Die Leitungs-Transceiver 68 senden
die verarbeiteten, einem Multiplexing unterzogenen Daten über zwei Steuerkabel
an die Schlittenleiterplatte. Ein ASIC 70 steuert die ausgehenden
und die vom Schlitten zurückgegebenen
Daten. Weitere Verfahren zur Datenübertragung ohne Verwendung
von Steuerkabeln umfassen die optische Übertragung der Signale entweder
durch den freien Raum oder durch ein Glasfaserkabel.
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Die herkömmliche Druckerschlittenleiterplatte
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4 zeigt
ein detailliertes Blockdiagramm einer herkömmlichen Druckerschlittenleiterplatte 24. Die
Schlittenleiterplatte umfasst einen De-Multiplexer 72,
Treiberelektronik 78 für
die Druckköpfe,
einen Linearcodierer 76 und ein 4 Bit × 4 Bit Schieberegister 74 zur
Speicherung der Daten für
jeden simultanen Tintenauswurf. Der Druckerschlitten selbst umfasst die
Druckertreiber 80, einen Papiersensor 82, einen Deckelsensor 84 und
einen optischen Sensor oder Codierer 86 zur Bestimmung
der horizontalen Position.
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Die Druckerschlittenleiterplatte 24 ist
auf dem Druckerschlitten angeordnet. Steuerkabel 32 treten
in die Druckerschlittenleiterplatte 24 ein, wo ein De-Multiplexer 72 die
Informationen aus der Hauptleiterplatte 16 einem De-Multiplexing
unterzieht. Die einem De-Multiplexing unterzogenen Informationen werden
in einem 16-Bit-Schieberegister 74 gespeichert, wo sie zur Steuerung
der Druckertreiberelektronik 78 verwendet werden. die Informationen
in dem Schieberegister 74 koordinieren die (nicht gezeigten) Schalter
in der Treiberelektronik 78, die die Düsen 84 an jeder Schlittenposition
auslöst.
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Der Papiersensor 82 stellt
Informationen über
den Papierstatus bereit. Diese Informationen werden zurück an die
Hauptleiterplatte 16 gesendet, um dort durch den Hauptleiterplatten-Mikroprozessor 64 verarbeitet
zu werden, wie in 2 gezeigt.
Ein optisches Sensorsystem 86, das sich auf dem Papiersensor 82 befindet,
ermittelt selbst die Schlittenposition. Die Rohdaten des optischen
Sensors werden an die Druckerschlittenleiterplatte 24 gesendet, wo
ein Leitungscodierer 76 die tatsächliche Schlittenposition ermittelt
und die Informationen zu der im 2 gezeigten
Schlittenleiterplatte ASIC 70 zurückgibt, wo sie überwacht
und dann zur Bestimmung der Schlittenbewegungen verwendet werden.
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Wie anhand der vorausgehenden Beschreibung
ersichtlich ist, ist die auf der Schlittenleiterplatte in einem
herkömmlichen
Druckersystem angeordnete Verarbeitungselektronik minimal. Die von
dem Schlitten empfangenen Informationen sind bereits zur direkten
Verwendung von dem Druckertreiber aufgebreitet worden. Die von Sensoren
auf dem Schlitten erfassten Informationen werden zur Verarbeitung
zurück
an die Hauptleiterplatte gesendet.
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Die herkömmliche Verbindungsleiterplatte
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5 zeigt
ein Blockdiagramm einer Verbindungsleiterplatte 88. Die
Verbindungsleiterplatte enthält
einen Schlittenmotortreiber 90, einen Papiermotortreiber 92,
zwei Linearspannungsregler 94 für die Druckertreiber auf dem
Druckerschlitten und Verbindungen zur Hauptleiterplatte. Die von
der Hauptleiterplatte empfangenen Daten sind bereits verarbeitet
worden. Bei einigen Konstruktionen nach dem Stand der Technik sind
die Hauptleiterplatte und die Verbindungsleiterplatte auf einer
Leiterplatte kombiniert.
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Ein (nicht gezeigter) Leiterplatten-Servoprozessor
auf der Hauptleiterplatte 16 sendet die Treibersignale
PA und PB für
den Papiermotorantrieb 92 an den Schlittenmotorantrieb 90,
der auf der Verbindungsleiterplatte angeordnet ist. Die Signale
des Hauptleiterplatten-Servoprozessors werden benutzt, um das Auslösen der
Druckertreiber 86 auf dem Schlitten mit der Bewegung des
Schlittens und dem Vorschub des Papiers (nicht gezeigt) zu koordinieren.
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PA und PB sind pulsbreitenmodulierte
Signale. Bei Anlegen eines Signals PA an den Papiermotortreiber
führt der
Papiermotor das Papier nach oben, während er bei Anlegen des Signals
PB das Papier nach unten führt.
Durch Anlegen eines Signals PA an den Schlittenmotortreiber führt der
Schlittenmotor den Schlitten zur rechten Seite des Plotters, während er
bei Anlegen eines Signals PB den Schlitten zur linken Seite des
Plotters führt.
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Benutzeroberfläche
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6 zeigt
eine Übersicht
zur Benutzeroberfläche
des Druckers. Eine Reihe von sieben Funktionstasten 96 auf
der rechten Seite des Druckers, eine LCD-Anzeige 98 und
vier Zugangstasten 100 (Haupttaste, Auswahltaste, Vortaste,
Rücktaste)
bilden die direkte Benutzeroberfläche des Druckers. Die sieben
Funktionstasten 96 ermöglichen
dem Benutzer die direkte Steuerung der Druckerfunktionen, wie das
Anhalten des Gerätes
zum Wechseln der Tintenpatronen und die Anweisung an das Gerät, das Papier
zu schneiden.
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Vier Zugangstasten 100 steuern
einen menügeführten LCD-Schirm 98.
Das Menü enthält Optionen
zur Kalibrierung des Papiers und der Schlittenachse, zur Einstellung
des Düsenauswurfs
und der Anzahl von Schlittenläufen
pro Durchgang. Zudem müssen
detaillierte Anweisungen für
den Druckerbetrieb eingegeben werden. Beispielsweise lässt sich der
Drucker zur Emulation von HPGL2 einstellen. Die Speicherzuweisungen
zwischen der Ein-/Ausgabe und der Rasterung von Daten werden ebenfalls über die
menügesteuerte
LCD-Tastatur gesendet. Die Datengeschwindigkeit zwischen dem Drucker
und dem Hostcomputer wird ebenso gewählt wie die Einstellung der
Stifte in Bezug auf Farbe und Breite der gerasterten Linien. Das
neue Design automatisiert viele dieser Bedienvorgänge oder
macht diese unnötig.
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Neue "intelligente" Druckerschlittenarchitektur
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7 zeigt
die Gesamtkonstruktion einer "intelligenten" Schlittenarchitektur.
Die Konstruktion verwendet eine ausgefeilte Schlittenleiterplatte 102, um
die nativen Rasterdaten 104 direkt von dem Hostcomputer
zu verarbeiten, wodurch eine Hauptleiterplatte ganz wegfallen oder
zumindest stark vereinfacht werden kann. Das neue System erübrigt viele der
in alten Drucksystemen notwendigen Umwandlungen. Die verbleibenden
Funktionen, die zuvor von der herkömmlichen Hauptleiterplatte 16 durchgeführt wurden,
werden so entweder auf die intelligente Schlittenleiterplatte 102 oder
auf den Hostcomputer übertragen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel übernimmt
der Hostcomputer 14 die gesamte Verarbeitung, die zur Umwandlung
der Daten in ein natives Rasterformat notwendig ist. Der Hostcomputer
wandelt also die Daten aus der Anwendung nicht in das HPGL-Format
um, wie dies zuvor oft notwendig war. Wenn die Anwendung bereits
Daten im HPGL-Format erzeugt, wandelt der Hostcomputer stattdessen die
Daten direkt in ein natives Rasterformat um. Soweit eine Analyse
oder Übersetzung
erforderlich ist, führt
der Hostcomputer diese Funktionen ebenfalls durch.
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Der Hostcomputer sendet die komprimierten Daten
im nativen Rasterformat direkt an die Schlittenleiterplatte 102.
Die Schlittenleiterplatte steuert die Druckköpfe 104. Die Schlittenleiterplatte 102 verarbeitet
auch Informationen über
Schlitten- und Papierposition und sendet die Anweisungen an eine
Verbindungsleiterplatte 106, die die Motoren 108, 110 steuert,
die den Schlitten sowie das Papier bewegen.
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Der intelligente Schlitten
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8 zeigt
den gesamten intelligenten Druckerschlitten 82. Der Druckerschlitten 82 haltert
eine Vielzahl von Druckerpatronenaufnahmen, die auch als Patronenaufnahmekanäle 114 bezeichnet
werden, von denen jeder eine entsprechende Druckerpatrone 116 entfernbar
aufnehmen kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Mehrfarbendruckers
umfasst der Druckerschlitten 82 mindestens vier Druckerpatronenaufnahmen 114 und
mindestens vier entsprechende Druckerpatronen 116. Zur Vereinfachung
zeigt 8 den Druckerschlitten 82 nur
mit einer Druckerpatrone. Der Druckerschlitten umfasst zwei geteilte
Buchsen 118, die die Führungsstange 120 teilweise
umgeben und in diese verschiebbar eingreifen, um den Druckerschlitten 82 zur linearen
Bewegung des Schlittens entlang der Führungsstange 120 zu
haltern, entlang der sich der Druckerschlitten 82 bewegt.
Der Druckerschlitten 82 läuft über eine Länge der Auflage 122,
auf der der Druckvorgang ausgeführt
wird. Die Länge
der Auflage 122 wird als Druckweg des Druckerschlittens 82 bezeichnet.
Ein Motor 124, ein Laufrad 126 und ein Antriebsriemenmechanismus 12B dienen
dazu, den Druckerschlitten 82 entlang der Führungsstange 120 zu
bewegen. Die Bewegung des Motors, der den Druckerschlitten bewegt,
wird durch die Elektronik auf der Schlittenleiterplatte 102 gesteuert.
Die Schlittenleiterplatte 102 ist oben auf dem Schlitten
angeordnet und verbindet den Hostcomputer, die Übergangsleiterplatte und die
vier Druckertreiber.
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7.
zeigt ein Blockdiagramm der Schlittenleiterplatte. Der Mikroprozessor 130 ist
mit einem ROM oder FLASH 132 ausgestattet (elektronisch programmierbares
EPROM), das die Anweisungen für
den Mikroprozessor 130 bereitstellt. Das FLASH enthält die Softwareprogrammierung
für den
Mikroprozessor. Das DRAM 134 speichert sowohl Informationen
vor als auch nach Verarbeitung durch den Mikroprozessor 130.
Der Mikroprozessor 130 auf der Schlittenleiterplatte 102 verarbeitet
die Daten 136 so, wie sie von dem (nicht gezeigten) Hostcomputer empfangen
werden.
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Der auf der "intelligenten" Schlittenleiterplatte 102 verwendete
Mikroprozessor 130 gehört
typischerweise zur 683XX Familie, obwohl auch andere Mikroprozessoren
verwendbar sind. Die Standardisierung der Hostdatenausgabe hat die
Verarbeitungsanforderungen an den Mikroprozessor verringert, wodurch
mehr Arten von Mikroprozessoren verwendbar sind.
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Der Mikroprozessor 130 dekomprimiert
die von dem Hostcomputer empfangenen nativen Rasterdaten und unterzieht
dieser einer Shuffling-Operation, bevor die verarbeiteten Daten
an einen ASIC-Zusatz-Chip 132 gesendet werden, der ebenfalls
auf der Schlittenleiterplatte 102 angeordnet ist. Obwohl
normalerweise der ASIC-Chip 132 und der Mikroprozessor 130 zwei
verschiedene Chips sind, ist es möglich, sowohl die Funktionen
des Mikroprozessors als auch des Zusatz-ASIC in einem Chip zu vereinen.
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Der ASIC-Zusatz-Chip 132 überwacht
Informationen aus dem Linearcodierer und koordiniert den Signalfluss.
Der ASIC-Zusatz-Chip 132 sendet Anweisungen vom Mikroprozessor 130 zu
den Druckkopftreibern 134. Jeder Druckkopftreiber steuert
eine Druckkopfpatrone 104. Jede Druckkopfpatrone 104 enthält ungefähr 104 Düsen. Der
ASIC-Zusatz-Chip 132 empfängt zudem Informationen aus dem
Papiersensor 136 und dem Deckelsensor 112.
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Ein Papiersensor ermittelt das Vorhandensein
und die Breite des in den Drucker eingelegten Papiers. Ein Deckelsensor
ermittelt, ob der Deckel offen ist. Der ASIC-Zusatz-Chip verhindert ein Auslösen der
Druckköpfe,
wenn die Sensoren ermitteln, dass (1) entweder der Druckkopf nicht über einer
Papieroberfläche
positioniert ist, oder (2) dass der Deckel offen steht. Wenn der
Deckel geöffnet
ist, unterbricht die Elektronik den Druckerbetrieb und bewegt den
Schlitten in eine mittige Position, um ein Auswechseln der Druckerpatrone
zu ermöglichen. Zuvor
wurden derartige Wechsel durch Eingabe von Pausebefehlen über das
Tastenmenü durchgeführt.
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Statusinformationen über das
Auslösen
der Druckköpfe,
das Positionieren des Schlittens über dem Papier und das Öffnen des
Deckels werden vom ASIC-Zusatz-Chip 132 zum
Mikroprozessor 130 übertragen.
Der Mikroprozessor 130 verarbeitet diese Informationen
und ermittelt die entsprechende Schlittenposition sowie den Papiertransport.
Die verarbeiteten Anweisungen werden dann benutzt, um die Motoren
auf der Verbindungsleiterplatte 106 zu steuern. Zur Verbindung
der Schlittenleiterplatte mit der Verbindungsleiterplatte sind ein
Steuerkabel 140 oder optische Verbindungen verwendbar.
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Die Verbindungsleiterplatte 106 enthält den Papiermotorfreiber 138 und
den Schlittenmotortreiber 140. Die Verbindungsleiterplatte 106 enthält zudem
die Leistungsschaltung 142 sowie die physische Verbindung
144, die das Centronics-Parallelkabel 146 vom Hostcomputer
auf das Steuerkabel 140 führt. Wie bei der herkömmlichen
Verbindungsleiterplatte 106 puffern und verstärken die
Papiermotortreiber 138 die Signale, um das Papier nach
oben und unten zu bewegen, und der Schlittenmotor 108 bewegt
den Schlitten nach links oder rechts, je nach dem von der Schlittenleiterplatte 102 empfangenen Signal.
Die Verarbeitung der Signale, die den Schlitten und das Papier bewegen,
wird dann auf dem Mikroprozessor 130 und dem ASIC-Zusatz-Chip 132 ausgeführt.
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In einem anderen, in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel, kann das Steuerkabel
durch einen Hochgeschwindigkeits-Lichtleiter 150 ersetzt
werden. Bei Verwendung eines Lichtleiters werden auf der Verbindungsleiterplatte
ein Schnittstellen-IC 152 und ein Transceiver 154 benötigt. Ein
passender Schnittstellen-IC 156 und ein Transceiver 15B werden
auf der Schlittenleiterplatte benötigt, um die elektronischen
digitalen Signale in optische Signale umzusetzen und die optischen
Signale zurück
in digitale Signale. Die Verwendung von Lichtleiterverfahren zur Übertragung
von Daten an die Schlittenleiterplatte schaltet viele Probleme mit
Interferenzen aus und ermöglicht
dem System die Unterstützung
höherer Datenübertragungsgeschwindigkeiten.
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Vorteile des "intelligenten"
Schlittenverfahrens
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Die Kommunikationselektronik wird
durch Dekomprimierung und Shuffling der Hostcomputer-Daten in Nähe der Druckelektronik 104 vereinfacht.
Diese Vereinfachung ermöglicht
den Wegfall eines Teils der Kommunikationselektronik. Der Wegfall
eines Übergabedatenpunkts
auf der Hauptleiterplatte ermöglicht
auch den Wegfall eines Multiplexer-/Demultiplexer-Satzes und eines
Satzes von Leitungs-Transceivern. Dadurch, dass native Rasterdaten
anstelle von Daten gesendet werden, die einem Multiplexing und Shuffling
unterzogen wurden, ergeben sich konstantere Datenübertragungsgeschwindigkeiten.
Typische Datenübertragungsgeschwindigkeiten
zwischen dem Hostcomputer 14 und der Schlittenleiterplatte 102 liegen
bei ca. 160 kByte/s, was niedrig genug ist, um die Entstehung von
Hochfrequenzwellen zu vermeiden. Die frühere Konstruktion, bei der
unkomprimierte Daten im nativen Rasterformat zum Schlitten gesendet
wurden, erforderte Spitzenübertragungsgeschwindigkeiten
von bis zu 2 MByte/s. Diese hohen Datenübertragungsgeschwindigkeiten
erzeugten bisweilen Hochfrequenzstörungen.
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Durch die Standardisierung der Ausgabe vom
Hostcomputer werden zudem Verarbeitungsschritte beseitigt. Der Hostcomputer
braucht einige Ausgaben von Anwendungen nicht mehr in HPGL umzuwandeln,
nur damit diese später
von der Druckerelektronik wieder in das native Rasterformat zurückgewandelt
werden. Das Analysie ren und Übersetzen
der Daten erfolgt nur, wenn die Daten ursprünglich in HPGL vorlagen. Um
die Abwärtskompatibilität zu wahren,
ersetzen neue Softwaredruckertreiber die alten Druckertreiber 20 aus 1. Diese neuen Softwaretreiber
bestimmen, ob die ursprünglichen
Ausgangsdaten aus der Anwendung im HPGL-Format oder in einem gemischten RTL/HPGL-Format
vorlagen. Falls das so ist, verwendet der Treiber den (nicht gezeigten)
Mikroprozessor im Hostcomputer, um die Daten zu analysieren und
in ein natives Rasterformat zu übersetzen.
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Das automatische System ermöglicht zudem den
Wegfall der Funktionstasten 96, der Tastatur 100 und
des LCD-Schirms 98 am Drucker. Weil die Eingabe vom Hostcomputer
standardisiert ist, braucht der Endbenutzer die Emulationsmodi nicht
mehr auszuwählen
und Speicher im Drucker zuzuweisen. Sogar profane Funktionen, wie
das Anhalten des Druckers zum Wechseln der Tintenpatrone, wurden
unter Verwendung eines Deckelsensors 112 und Elektronik
auf dem intelligenten Schlitten implementiert. Die Implementierung
der übrigen
Steuerfunktionen mithilfe der Tastatur und des großen Bildschirms
des Hostcomputers ermöglichen
die Verwendung einer benutzerfreundlichen grafischen Bedieneroberfläche.
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Die Verarbeitung nativer gerasterter
Daten anstelle von HPGL- und gemischter HPGL/RTL-Daten ermöglicht die
Reduzierung des erheblichen Speicherbedarfs, der bislang zur Speicherung
von Vektorlisten während
des Umwandlungsprozesses erforderlich war. Wie zuvor beschrieben,
erforderte das alte Verfahren die Speicherung der gesamten Vektorliste,
wodurch bisweilen 32 MByte Speicher überschritten wurden, bevor
die Umwandlung in ein natives Raster beginnen konnte. Die Verwendung der
direkten Übertragung
von nativen Rasterdaten vermeidet einen derart großen Speicherbedarf.
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Die Vereinfachung der Analyse und Übersetzung
reduziert die Software-/ROM-Anforderungen ebenfalls
erheblich. Das vorherige "Mega-Analyse"-Programm (Mega-Parser),
das zur Handhabung von HPGL- und RTL-Daten diente, erforderte die Ausführung von über 150
Befehlen. Der jetzige Übersetzer,
der den "Mega-Parser"
ersetzt, erfordert die Ausführung
von ca. 8 Befehlen. Damit ist eine erhebliche Einsparung beim ROM
und beim RAM erzielbar.
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Der neue "intelligente" Schlitten
beschleunigt zudem das Drucken der Druckdaten. Der Drucker braucht
nicht mehr darauf zu warten, dass der Hostcomputer alle zu druckenden
Daten geschickt hat, und dass der Drucker die gesamte Zeichnung
umgewandelt hat, bevor der Druckvorgang beginnen kann. Stattdessen
kann jeder Datendurchgang gedruckt werden, sobald er empfangen und
einer Shuffling-Operation unterzogen worden ist. Durch das Drucken
der übertragenen
Daten während
der Datenübertragung
sind erhebliche Zeiteinsparungen erzielbar.