简化 Windows 8 中的打印

打印是我们在使用 PC，甚至是阅读和使用更多网络资源时最常进行的一项操作。因此我们已经着手简化并改进这一常见操作，并与生态系统中的各个合作伙伴开展通力合作，以不断改进 Windows 8 中的打印操作。本篇博文的作者是打印团队的项目经理主管 Adrian Lannin。

--Steven

在所有可连接至 Windows PC 的外围设备中，打印机可能是最常用的，同时也是受支持时间最长的设备之一。事实上，根据 Windows 1.0 Press Kit，1995 年推出的 Windows 1.0 就可支持“大量打印机和绘图仪”并包含了“可让用户在打印一个文件时操作另一文件的打印后台处理程序”。下方的 Windows 1.0 屏幕截图显示了包含于该 Windows 版本的文件，其中包括 Epson.drv、许多字体文件、以及打印后台程序进程。其中部分打印系统的年龄甚至比使用它的用户年龄还大。:-)

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随着时间的推移，打印系统已经发展成为一个可支持大量打印机的复杂体系结构，而且该结构可从成本为 50 美元的家用简易喷墨打印机扩展成可为数十万用户托管大量打印队列的高可用性打印服务器，以及成本高达几万美元的主导性打印机。

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Clik here to view.打印系统涉及 Windows 的许多方面。打印系统中将显示 UI，并将承载同样将显示 UI 的驱动程序。由于打印从根本上来说是将您的屏幕内容重新绘制至纸张的过程，因此打印系统将执行大量图形操作。该进程中包含较低级别的通信，其中主要通过 USB 或网络完成（当今可在美国购买到的大部分打印机均可支持网络功能，但是我们的遥测数据显示安装于 Windows 8 Consumer Preview 中的打印机超过 75% 都通过插入 USB 端口而进行连接）。打印系统需能为大型企业中的大型关键任务部署而扩展，但同时其也需要能够在小型系统中高效运行。

在本篇博文中，我将与您探讨我们为重新设计出可为客户最大程度上提供卓越设备支持而在 Windows 8 中所开展工作。我将向您展示打印系统在基于 ARM 的 PC 和 Metro 风格应用程序中的使用情况。而且，我还将向您介绍我们为确保最大数量的现有打印机能够“恰到好处”地工作所做的努力，无论您是从桌面，或是 Metro 风格应用程序，抑或是从运行 Windows RT 的设备上访问这些打印机，您都将从中受益匪浅。

颠覆 Windows 8 的打印系统

我们在 Windows 8 中引入了一个全新的打印机驱动程序体系结构，我们将其称为第 4 版，或简称 v4。v4 体系结构可产生更小、更快的打印机驱动程序，而且其将支持打印类驱动程序框架的理念，据悉，该框架是一个可让用户在许多情况中，在不为该设备定位驱动程序的前提下而安装打印机的系统。

正如您可能已经猜到的，V4 是 Windows 中打印机驱动程序体系结构的第四次迭代。而 V3 是用于 Windows 2000 到 Windows 7 的体系结构，由于设备兼容性的原型，其实际上仍可完全支持 Windows 8。因此，如果您只有一个用于当前打印机的驱动程序，那么其仍可在 Windows 8 中运行。而第 1 版和第 2 版则是应用于 Windows 1.0 到 Windows ME 的驱动程序体系结构。

在我解释打印系统的工作原理之前，我想先谈谈我们需要在 Windows 8 打印系统中满足的一些要求。

从 Metro 风格应用程序中打印

我们需要确定的一个问题是如何让 Metro 风格应用程序的开发人员进行打印操作。从 win32 应用程序中打印需要 GDI（图形设备接口）或 XPS（XML 纸张规范）的图形编程知识。当我们探求应如何从 Windows 8 应用程序中进行打印操作时，我们彻底重塑了我们从 Windows 运行时中启用打印的方式，而且我们让用户可从 HTML5/JavaScript 和 XAML/C# 应用程序中轻松执行打印操作。

将打印集成至 Metro 风格应用程序

从 Metro 风格应用程序中打印应自然而然地成为 Metro 风格体验中的一部分。我确定各位中大多数人在打印某些内容时，你们将看到弹出的一个小程序，其显示打印机缺纸，或让您购买油墨。

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这些弹出窗口在喷墨打印机中十分常见。某些弹出窗口仅在相关时间出现（例如，您的油墨量过低），而其它弹出窗口则每次都在您打印时出现。这些弹出窗口来自打印机驱动程序软件本身，当然它们全部属于桌面 UI。但是举例来说，当从 Metro 风格照片应用程序中打印时，我们并不希望您需要切换至桌面以查看显示打印进度的 UI。

在 Windows RT 中打印

打印机驱动程序随着时间的推移得到了不断改进，现在已经包含了许多功能，如一些安装服务、另一些安装多个小应用程序，而且现在许多驱动程序都尺寸较大。自 Windows 2000 以来开始使用的 v3 打印机驱动程序模型已经发展成为了一个高度复杂、并可高度扩展的模型，该模型可让打印机制造商自由安装其驱动程序软件。当我们思考这将如何在某些运行 Windows RT 的设备上工作时，我们就意识到了我们需要进行大量体系结构的变更。我们确实希望确保我们不会因为运行了必要的服务而对 ARM 系统造成负面影响，而且我们希望减少使用系统资源，并与此同时为尽可能多的设备提供支持。

增加支持的打印机，而大幅减少驱动程序

打印机的功能多种多样，而 Windows 需要支持大量打印机。在 Windows 7 和较早版本的 Windows 中，每个打印机都需要特定的驱动程序方可运行（用户提出了一些期望，如希望获得一个通用的打印机驱动程序，但是这些驱动程序可能较大，而且耗费资源较多）。这意味着我们包含于 Windows 中的驱动程序（我们将其称为随机驱动程序）需要保持相当的数量才能提供另人满意的支持。当然，我们在 Windows 更新中发布了更多驱动程序，但是我们相信我们应该拥有一套可支持热门设备的核心随机驱动程序，因此我们仍可为无法或未从 Windows 更新中下载驱动程序的用户提供卓越的打印体验，这一点非常重要。随机驱动程序对于 Windows RT 而言至关重要，事实上，其仅可用于随机打印机驱动程序。此处的难题在于如何确定受支持的相关打印机组合，以及如何减少完成此操作所需的资源数量。

在支持多个打印机中所面临的另一个有趣的难点在于支持随着时间的推移而变得停滞。以包含于 Windows 7 中的一组驱动程序为例，其为 2008 年和 2009 年推出的设备提供了卓越的支持，但是随着新设备的逐年推出，以及时间的推移，Windows 7 中的驱动程序的相关度不断下降。因此 Windows 8 中的一大挑战在于如何确保 Windows 将为众多打印机，包括尚未推出的打印机提供高级别的支持。

打印机共享

任何一个管理过打印机服务器的用户都可告诉您安装适当的驱动程序以支持共享是管理打印机服务器中最费时的一项工作。当您试图在家中共享一台打印机时也将遇到这些困难，特别是当您同时拥有 Windows 的 32 位版本和 64 位版本时，这一困难将表现得尤为明显。造成这种麻烦的原因在于打印机“服务器”（实际上是指打印机所连接的 PC，而非实际的 Windows Server）需要向希望为使用共享打印机打印的客户端提供驱动程序。在 Windows 7 中，我们使用家庭组解决了这一问题，而且在大部分时间中都效果不错。然而，当您打算从 Windows RT 中打印时，为各个 Windows 体系结构加载驱动程序的要求将产生很多问题。

尽管我们预计大多数从 Windows RT 设备中进行打印操作的用户都有可能使用无线打印机打印，但是我们并不希望完全排除使用 USB 打印机打印的可能性。另一方面，我们也不希望增加打印机共享的难度，而要求用户为 32 位客户端、64 位客户端和 Windows RT 客户端分别添加驱动程序！因此，我们借助 Windows 8 中的 v4 模型而开发了一个共享打印机的全新方式，该方式无需将打印机驱动程序添加至打印机服务器。

Windows 8 中的打印系统

应用程序可让您创建并查看内容。打印系统的目的在于为这些应用程序提供多种方式，以使用安装的任意打印机打印您的内容，从而无需担心是否安装了特定的设备。接下来我将简要地谈谈应用程序打印的方式，并深入介绍我们如何将内容打印至纸张上。

创建可打印的内容

对于应用程序而言，添加打印支持的过程十分简单。您希望从某一应用程序打印的内容需为该应用程序指定格式。对于 Metro 风格应用程序而言，该格式通常为 HTML5 或 XAML，但对于诸如 Word 或 Photoshop 等 Win32 应用程序，内容需为各个应用程序特定的格式。

因此，当您从应用程序向打印机打印时，打印系统需要进行的一项操作是将应用程序的格式转换成打印机可理解的格式。很不幸，并非所有打印机都能理解相同的格式（甚至相似的格式），因此这将产生大量的工作。

接下来向您介绍一个真实的示例，诸如 Word 等应用程序将使用 GDI 图形系统来向屏幕和打印机绘制内容。在可能的情况下，打印系统将使用名为 XPS（XML 纸张规范）的高质量中间格式作为内部内容格式；我们将内容从 Word 转换成 XPS。我们之所以选择 XPS 作为打印系统的基础在于 XPS 是一种高度灵活的格式，而且非常类似于电子纸张。XPS 可支持高保真的颜色，而且由于它是基于 XML 的描述，并且没有嵌入可执行的代码，因而是存档的最佳格式，而且相对于其它选项，其安全系数更高。此外，Microsoft 与 ECMA Internationa（欧洲计算机制造商协会）开展了通力合作，以将其制定为一个开放的标准。桌面浏览器和阅读器应用程序均可显示 OpenXPS。我将所有网上购物的收据“打印”成了 XPS 文件。

一旦打印系统开始管理内容，那么该内容将转换成打印机可理解的格式（如有必要；很多打印机可直接理解 XPS），打印系统将把该格式与适当的选项集发送至打印机，随后打印作业将启动。

在 Windows 8 中，我们显著改善了这一内容，这是因为所有 Metro 风格应用程序都使用 Direct2D 作为其基本绘制格式，而 Direct2D 和 XPS 共享着相同的基于 XML 的图形“语言”。因此在另一实际示例中，阅读器应用程序使用了 Direct2D 来将内容呈现于屏幕中。该应用程序同时使用 Direct2D 将相同内容呈现于打印系统中。系统可将阅读器的内容作为 XPS 轻松提交至打印系统，而无需付出高昂的成本从 GDI 进行转换。

如果应用程序需要与屏幕布局不同的打印布局，那么其可使用样式表单或 XAML 进行这一操作。也就是说您不需要“单击此处以获得该页面打印机友好的版本”。如果您的打印机可支持 XPS，那么从应用程序到打印机的路径无需进行任何转换，打印过程将迅速完成！

既然您已经广泛理解了应用程序是如何将打印信息发送至打印系统，接下来我将向您介绍系统将如何处理这些打印信息、系统将提供那些服务和 Windows 8 中的其它变更。

支持大量打印机

Windows 为应用程序所提供的一个巨大优势在于其从应用程序中提取出了特定的打印机，因此应用程序的程序员不需要担心您所安装的打印机。Windows 可支持成千上万种打印模型，其中包括通过 Windows 更新或制造商网站而可用的驱动程序所支持的打印机。当我们发现打印机停止运行时，这通常是由于制造商在不识别其软件正在安装的 Windows 版本时禁用了安装进程。我们与打印机制造商进行了合作以获得这些更新的软件包，但是这一过程仍需花费一定的时间。

理想的情况是当您在 Windows 中插入新打印机时，其将正常运行，进而无需您查找驱动程序。

那么要如何实现这一点呢？在过去，我们在 Windows 中推出了很多打印机驱动程序。Vista 中包含约 4500 个驱动程序，而 Windows 7 中包含约 2100 个驱动程序。尽管 Windows 7 中的驱动程序数量只有 Vista 中的一半，但是其市场覆盖面更广，也就是说更多热门的打印机可有机会获得驱动程序。为什么这么说呢？当今全球正在使用的打印机琳琅满目。在 Vista 中，我们支持了大量较旧且不再广泛使用的设备，因此 Vista 的设备支持相关度不如 Windows 7。

顺便提一句，我们在发布新版本的 Windows 时所开展的另一项举措是推出此前版本中的驱动程序，并将其发布于 Windows 更新中，因此即便这些设备的流行程度有所下降，用户仍有可能即插即用地自动运行这些设备。

以下照片是我在一个打印机实验室（我们拥有多个实验室）拍摄的一个工作台，我们正在这测试所有功能是否可以正常运行。您可看到许多来自不同制造商的小型喷墨和激光打印机。幸运的是，现在我们并不经常测试点阵式打印机，否则我的耳朵就遭殃了。

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用户平均将使用打印机 5 到 7 年，因此当我们打算添加支持时，我们需要考虑“用户正在使用什么设备？过去数年中最热门的设备是什么，将来最热门的设备又是什么？”最后一个问题难度最大，因为在我们发布 Windows 不久后，打印机制造商将推出什么样的设备我们不得而知。这意味着随着时间的推移，我们在任何 Windows 版本中所支持的设备都将停滞。

我们知道在给定的时间点上，约有 100 台特定的打印机型号占据安装总数的一半。如果我们希望支持当今使用的 75% 的机型，那么我们需要支持约 300 个机型。以下图表清晰了展现了这一点。

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为了支持 95% 的机型，我们需要支持超过 1000 台机型。但是我们所面临的问题将更加严峻，因为这 100 台，300 台或 1000 台打印机的组合都在不断变化。组成“当今”市场 50% 的 100 台打印机并不是组成“下一周”或“下个月”，特别是“下一年”的 50% 的打印机。每天，许多用户都将购买和安装新的打印机。

正如我在上文中所提到的，我们在过去通常采用蛮力的方式来解决这一问题。Microsoft 与来自各大打印制造商的代表在 Redmond 办公室直接合作，共同检查 Windows 中的源代码。他们将为各个 Windows 新版本创建全新的随机驱动程序。这样效率并不是很高。

在 Windows 8 中，我们采用了截然不同的方法，并停止与 Windows 一同提供大量打印机驱动程序。相反，我们构建了一个“打印类驱动程序框架”。该框架可扩展，因为其可支持现有设备的打印，但是其还可让制造商为新设备提供支持，即使该设备尚未完成设计。

借助打印类驱动程序框架，我们距离实现为您提供无驱动程序打印体验的目标又迈近了一步，在这一体验中，您不需要查找驱动程序，相反打印机将在 Windows 打印系统中恰到好处地运行。真正的无驱动程序打印体验需要变更大多数打印机的设计方式，而打印类驱动程序框架为这一理念提供了支持，但是我们同时认为现有设备提供尽可能多的支持也相当重要。

借助支持全新、计划的打印机的功能，Windows 8 打印类驱动程序框架所支持打印机的数量将随着时间的推移而增加。

除了所支持的设备的数量大幅提高以外，我们还可减少为实现这一覆盖目标所需的资源数量。

首先，我们将支持打印机和映像设备所需的磁盘空间从 Windows Vista 的 768MB 减少到 Windows 8 的 184MB。这一数量是各个不同版本和 Windows 8 体系结构中的平均值。以下图形表明了自 Windows Vista 以来使用空间的减少情况。

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Windows 8、Windows 7 和 Windows Vista 中支持打印机和映像设备所需磁盘空间的比较图

此外，磁盘空间的减少将伴随着 Windows 直接支持的设备的关联度的提高。以下表格总结了随机覆盖关联度的提高，而磁盘使用减少的情形。

这是 Windows 8 中的一项重大改进，而且磁盘使用空间的减少直接意味着存储容量有限的硬件用户可以获得更多可用存储空间，而存储空间有限正是某些 Windows RT 计算机的一个特征。

Windows 8 打印机驱动程序模型还可让我们的制造合作伙伴专注于一系列代码，该代码将不会随着新 Windows 版本的推出而大幅改变，因此我们可将这些资源用于改进质量和性能，而不是重新填充驱动程序集。

打印类驱动程序体系结构

我们除了打算创建一个可支持 Windows RT 和 Metro 风格应用程序需求的体系结构以外，我们还希望确保该模型能够与现有设备兼容，并可让打印机制造商使用我们熟悉的技术，从而让他们轻松实施新驱动程序技术。

打印机驱动程序将执行几项关键操作：

• 配置可让用户更改设置、将诸如双面打印等意图转换成打印机所需的具体命令。配置将通过用户界面而呈现于用户面前。
• 呈现将打印内容从 Windows 打印系统所使用的打印内容转换成打印机可理解的格式。在某些情形中，打印机可能直接理解原生 Windows 打印格式 (XPS)，因此对于这些设备，则没有必要执行这项操作，除非它们希望进行额外的呈现（根据物理纸张进行多页面打印就是这种情形的一个例子）。驱动程序中进行呈现的部分被称为“呈现过滤器”。
• 事件可让打印机告知用户某些事件的发生，例如一项作业已完成，打印机卡纸或打印机油墨已用尽等。

配置 UI

旧驱动程序模型和 Windows 8 驱动程序模型之间的一个较大改变在于 UI 提供的方式。在旧打印机驱动程序模型中，配置 UI 内置于驱动程序之中。以下向您展示的是某些典型的打印机 UI 的示例（该示例摘自我正在使用的 Epson NX430）。

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正如我此前所提到的，我们需要查找一个方式来在用户希望更改打印机设置时显示 Metro 风格 UI。

在 Windows 8 驱动程序模型中，制造商的 UI 与他们的驱动程序完全分离。基于以下原因，这是一个更佳的体系结构决策：控制打印机的 UI 现在是一个可在从 Metro 风格应用程序或桌面应用程序打印时调用的应用程序。这可让打印机制造商为您提供更丰富的体验，想象一下观看教您如何设置打印机或安装墨盒的视频的情形。

以下是 Metro 风格应用程序的示例，该应用程序由 Epson 专为 Epson NX430 而开发：

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您可发现这一 UI 包含 Metro 风格应用程序的所有标志，但是没有关于您打印机的标志。其精美的视图中显示了打印机的油墨量，而且更易于使用，特别是在触摸屏幕的设备上。

Windows 将自动向您展示适当的 UI 类型，当您从桌面应用程序中打印时向您展示桌面打印机 UI，而当您从 Metro 风格应用程序中打印时向您展示 Metro 风格 UI。

如果制造商未提供有关其设备的任何配置 UI，那么 Windows 将提供某些标准的 UI，您可在任何打印机中使用这些 UI。然而，当打印机制造商确定进行投资，为其设备提供自定义的体验时，他们可提供一个替换标准 Windows UI 的应用程序。随后，当您决定更换设备的配置时，或在打印期间发生设备配置更改时（例如，卡纸情形），Windows 将为您显示制造商自定义的应用程序。

呈现

打印机驱动程序的一项最重要的功能在于在您需要打印时获取应用程序制作的内容，并将其转换成打印机可理解的内容。这是构建 Windows 8 打印类驱动程序中最具挑战的一个领域，因此让我们对其进行更为详细的说明。

正如上文所提到的，诸如 Word 或 Photoshop 等桌面应用程序将使用图形命令来将其内容呈现至屏幕或打印机。当它们执行这一操作时，打印系统将接收内容，在必要的情况下将其转换成 XPS，随后调用打印机的驱动程序（或更为具体的是驱动程序的“呈现过滤器”）来将内容转换成适当的格式。该格式将发送至打印机，之后您的文件就将开始打印。

在支持大量打印机的过程中，最大的挑战可能在于处理问题的呈现部分。某些昂贵的打印机可支持标准“页面描述语言”或 PDL，例如 PostScript、PCL 和 XPS。然而，价格较低的、以消费者为中心的设备可能在设计过程中充分考虑节约成本的因素，因此这些打印机中许多都可支持将页面信息发送至打印机的专有方法。一些制造商可能仅在产品线中使用几种语言，但是其它制造商可能从一个机型到另一机型中调整语言，试图最大程度发挥出打印机硬件的功能。

这就产生了打印机驱动程序和打印机硬件之间的一对一映射。

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请将每个 PDL 想象成一个完整的打印机驱动程序，因此您可轻松了解到越来越多的支持与稳定上升的驱动程序数量密切相关。当然，我们对此进行了略微的简化，而且我们有可能创建一个可支持大量设备的驱动程序，另外我们还经常看到可支持一系列打印机的驱动程序。但是此处的重点在于 Windows 7 和 Windows 较早的版本并未采取任何措施来支持这一设计方法。

Windows 8 中的打印机驱动程序模型可支持 PDL（或驱动程序）与多台设备相关联的理念。

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我们一直与打印机制造商合作伙伴合作，并让他们在设备中包含一个标识符，以更普遍的方式来描述它们受支持的方式。我们将其称为“兼容性 ID”。 因此，举例来说，如果某设备包含一个兼容性 ID 表明该设备可支持 XPS，那么打印系统将知道其无需为该设备查找机型特定的驱动程序，打印系统只需为该设备安装一个通用的 XPS 驱动程序。Windows 将理解该设备是一个通用的 XPS 打印机，并以该方式进行处理。当然，Windows 也将理解这是一台 Fabrikam 10000 打印机（或其它设备），因此如果系统中存在某个机型特定的驱动程序，Windows 将进行安装。但是如果系统中不存在驱动程序，那么 Windows 仍可使用类驱动程序打印到打印机。

因此在本示例中，我们有一组作为类驱动程序模型中一部分的随机呈现过滤器，而且这些过滤器可安装于任何实施了匹配兼容性 ID 的设备中。该理念的逻辑扩展是未来尚未设计或构建的设备很有可能与 Windows 8 中的打印类驱动程序兼容。我们一直在与打印机制造商开展合作，他们都计划在其设备中实施兼容性 ID（许多制造商已经实施了该操作）。由于这一功能，Windows 8 中受支持的打印机将随着时间的推移而不断增加，而非减少，而且越来越多的用户将在 Windows 8 中获得连续使用打印机，而无需查找驱动程序的卓越体验。

但是那些拥有专用呈现语言的设备又将是怎样一番情形呢？打印类驱动程序也将支持该模型，但是其包含一个缺点，即我们需要为每个使用唯一语言的较小机型而设置一个单独的呈现过滤器。目前尚无可以解决该问题的方法，而且我们已在 Windows 8 中采用了数个可应用于一组热门机型的过滤器。然而，我们需要再次表示我们一直在与打印机制造商合作来改善这一问题，而且制造商将来有望生产出更易于使用类驱动程序的打印机。

从 Windows RT 中打印

打印类驱动程序所使用资源的减少将直接减少 Windows 的占用空间，这一点对于 Windows RT 尤为宝贵。此外，V3 打印机驱动程序体系结构可高度扩展，经过多年的发展已经成为一个能够推动大型复杂打印机驱动程序开发的模型。某些驱动程序安装服务需要全天候运行，因而将消耗大量电池电量并长时间占用处理器。我发现某些驱动程序仅可支持一个设备，但是它们甚至比 Windows 8 中的整个打印机驱动程序集还大！

Windows RT 中支持打印的需求以及提高打印效率的共同愿望让我们开发出一个可严格控制驱动程序操作的体系结构。我在上文中已经提到打印体验中的 UI 部分现在已经成为了一个完全独立的组件，即是一个应用程序而非驱动程序中的一部分。这意味着该部分是可选的，驱动程序将与标准 Microsoft 打印 UI 良好兼容。我们还通过消除服务的依赖性和降低驱动程序中包含额外软件的可能性，简化了驱动程序体系结构，并提高了节能效率。

借助 Windows 8 驱动程序模型，我们还大幅改变了打印机驱动程序的安装过程。在 Windows 7 和 Windows 较早版本中，所有打印机驱动程序都存储于“驱动程序存储单元”中，这有点类似于所有驱动程序类型的数据库。当您插入打印机时，我们将在驱动程序存储单元中查找适当的驱动程序，并将其复制到一个特定的位置，在此后台处理程序可与您的打印机共同使用该驱动程序。而在 Windows 8 中，我们消除了额外的复制造作，从而显著减少了磁盘的 I/O。打印后台处理程序现在可清楚了解如何在驱动程序存储单元中查找驱动程序。

在实际示例中，我们比较了 Windows 7 和 Windows 8 （Windows 7 所使用的驱动程序相对较小）中 Epson Artisan 的安装时间：Windows 7 上的安装时间为 14 秒，而 Windows 8 中的安装时间则不足 2 秒。

结语

正如您所了解的，Windows 8 打印机驱动程序体系结构已有了长足的进步。其为用户已有的大量打印机提供了卓越的支持，同时还可借助小型、快速、内置的类驱动程序框架而支持未来的设备。此外，该体系结构还具有性能出众、磁盘占用空间小的优势。

我们期待您的反馈！

-- Adrian Lannin