Основная и самая сложная плата ПК называется материнской (motherboard), генеральной, системной платой (СП), поскольку она содержит сердце ПК — микропроцессор. На ней также размещены несколько сверхбольших интегральных схем (СБИС), ОЗУ, ПЗУ и ряд других микросхем, переключатели — перемычки режимов работы ПК, разъемы расширения для подключения плат адаптеров и контроллеров. На рисунке 1 изображена материнская плата с размещенными на ней интегральными схемами, слотами, разъемами, перемычками.
Рисунок 1
А — основной разъем к блоку питания/Primary power connector
В - разъем для шины VESA/VESA feature connector
С - видеопамять/Video memory и слоты (разъемы) расширения/expansion sockets
D - два разъема интерфейса PCI IDE/ PCI IDE interfaces E - разъем параллельного порта/Pa ra I lei port connector F - разъем для флоппи-дисковода/Floppy drive connector
G - положение перемычек/Configuration jumpers
H - National PC87306 I/O controller
I - цепи регулировки напряжения/Voltage regulation circuitry J - четыре разъема для SIMM-микросхем (два банка)/SIMM sockets (two banks) L — разъем для вторичного кэша/CELP socket for secondary cache М- разъем для процессора типа Pentium/Pentium processor socket
P - системный контроллер/82437РХ system controller (TSC)
R - три слота расширения ISA/Three ISA expansion connectors S — перемычки тактового генератора/Clock Multiplier Jumper T - флэш-память для системного BIOS/Flash EEPROM for system BIOS U - четыре слота расширения PCI/PCI expansion
connectors W— пользовательский вход для видео/Custom video
header for I/O panel
X - разъем для CD-ROM/CD-ROM connectors Y - низковольтный разъем для шины PCI/3.3 volt PCI bus power connector
Z - графический контроллер/PCI graphics controller AA-аудиовход/Audio connector for I/O panel BB — два разъема последовательных портов/Two serial ports CC— разъем для клавиатуры типа AT/AT Keyboard
Connector На следующем рисунке (рис. 2)изображена системная плата с разъемами для ленточных кабелей, соединяющих встроенные в системную плату адаптеры с периферийными устройствами — дисководами (floppy), жестким диском — первичным, или главным, и вторичным, или подчиненным (primary IDE, secondary IDE), разъемом для принтера (parallel port). Квадратной точкой обозначено место контакта № 1 - ленточный кабель, подключаемый к разъему, со стороны
Рисунок 2
первого контакта окрашен в цвет, отличный от цвета самого ленточного кабеля.
Диагностика неисправностей и ремонт СП
Диагностика неисправностей и ремонт СП - это сложное, трудоемкое, но тем не менее вполне посильное и очень интересное дело.
Итак, вы пришли на работу, включили ПК и по прошествии некоторого времени убедились в том, что ПК не работает, а все признаки указывают на выход из строя системной платы/motherboard.
Как найти место неисправности?
Неисправность СП может быть обнаружена при первоначальном запуске ПК (самотестировании, загрузке операционной системы), при прогоне программ и в процессе работы (спустя 20-30 мин. после включения).
Прежде всего воспользуйтесь визуальной и звуковой сигнализацией,которая предусмотрена в ПК. Визуальная сигнализация обеспечивается программой самотестирования (Power On Self-Test - POST), записанной в ПЗУ BIOS и при каждом запуске ПК автоматически проверяющей правильность работы его узлов, микросхем СП и блоков ПК (об этом мы говорили выше).
Если, например, на экране дисплея высвечивается код ошибки 107, то по листингу этой программы можно определить, что не прошел тест NMI, т. е. ПК не сможет выполнить немаскируемое прерывание, вызванное какой-либо аппаратной неисправностью.
Далее сервис-инженер с помощью измерительной аппаратуры и электрической схемы СП определяет место неисправности. При выходе из строя ПЗУ BIOS выполнение тестовой программы POST становится проблематичным и ошибки на дисплее не высвечиваются. Звуковая сигнализация (различные сочетания коротких и длинных гудков) также позволяет локализовать неисправность. Например, пять коротких гудков обычно свидетельствуют о выходе из строя микропроцессора, а девять коротких - об ошибке в контрольной сумме ПЗУ BIOS. Выход из строя ПЗУ BIOS, потеря или искажение информации о конфигурации, хранимой в энергонезависимом ОЗУ (CMOS) на СП - вот примеры часто встречаемых неисправностей СП. Диагностика неисправностей осуществляется двумя способами: программно и с помощью приборов (осциллографа, логического пробника и анализатора).
Программный способ реализуется с помощью встроенной программы POST, специальных диагностических программ (Checklt, Norton Disk Doctor, QAPIus и др.), а также с использованием диагностических плат, например типа ДП-1 фирмы «РОСК».
Диагностическая плата устанавливается в свободный разъем СП, и после включения ПК на ее индикаторе отображается код ошибки. Применение диагностической платы существенно повышает вероятность верной локализации неисправности. Большинство зашитых в платы диагностических программ написаны в расчете на то, что микропроцессор работает правильно.
Такой подход вполне оправдан, поскольку микропроцессор выходит из строя очень редко.
Необходимо отметить, что наличие листинга с исходным текстом BIOS на ассемблере намного увеличивает шансы самостоятельно разобраться со своими проблемами. Для диагностики вторым способом требуются определенные знания в области электроники и вычислительной техники и навыки работы с тестовым оборудованием. Методика поиска неисправностей этим способом состоит в последовательной проверке:
• правильности установки всех переключателей режимов работы СП;
• напряжений питания СП ±5 В и ±12 В;
• всех кварцевых генераторов, тактовых генераторов и линий задержки (кстати, линии задержки часто выходят из строя);
• работы микропроцессора (наличие штатных сигналов на выводах);
• функционирования шин адресов, данных и управления;
• сигналов на контактах микросхем ПЗУ и ОЗУ;
• сигналов на контактах разъемов расширения СП;
• временной диаграммы работы набора СБИС и схем малой степени интеграции.
Если вы хорошо знакомы с аппаратной частью ПК, имеете достаточный опыт диагностики и ремонта и располагаете электрическими схемами СП, то найти неисправную компоненту не составит для вас особого труда.
Далее нужно будет лишь позаботиться о том где приобрести исправную и как ее заменить без особого ущерба для электронной схемы системной платы.
В альтернативном случае,е ели неисправная компонента не поддается определению или нет возможности для ее замены, вам просто придется поменять системную плату на исправную.
Чаще всего причинами неисправности СП являются некачественная разводка платы, низкий уровень технологии производства и плохая
сборка. Если в 1989-1990 гг. выходили из строя в основном буферные микросхемы и периферийные БИС, то сейчас наиболее слабое звено -микросхемы из набора СБИС.
Темпы разработки и внедрения новых наборов СБИС для СП возросли настолько, что в производство иногда идут технологически необработанные изделия, которые характеризуются низкой надежностью.
Модификации СБИС на СП некоторых поставщиков меняются каждые два месяца. При таком коротком цикле разработки полноценное тестирование микросхем провести невозможно. Известны случаи, например, когда микросхемы из набора СБИС даже не поддерживали работу двух 32-разрядных каналов прямого доступа.
В начале 90-х годов цены на большинство ввозимых в страну компьютеров существенно снизились. Ухудшилось, правда, и качество сборки их системных плат. Создается впечатление, что снижение цен связано не с автоматизацией производства, а с применением более дешевого ручного труда. СБИС начали запаивать вручную, а это отнюдь не лучший вариант. С повышением степени интеграции элементов размеры СП уменьшаются.
Локальные перегревы СП стали сегодня довольно частым явлением, хотя качество сборки становилось лучше.
Центральный процессор, платформы, чипсеты (наборы микросхем) Центральный процессор. В таблице 7 показано хронологическое усложнение центрального процессора и улучшение его характеристик.
Например, шина процессора Pentium Pro отличается от шины процессора Pentium, так что он несовместим с его разъемом. Компонентная шина процессора Pentium разработана для взаимодействия с внешней шиной.
При изготовлении процессора Pentium Pro используются те же самые технологические этапы изготовления и корпу-сирования, что и при изготовлении процессора Pentium. Корпус имеет две полости, что делает его размеры на 40% больше, чем корпус процессора Pentium.
Оба кристалла укреплены в соответствующих полостях корпуса, и сигналы передаются между ними при помощи стандартной техники корпусирования PGA.
Рассеиваемая мощность пропорциональна тактовой частоте процессора и квадрату напряжения питания. Первый процессор Pentium Pro работал на частоте 150-200 мгц с напряжением 2.9 вольт и имел пиковую мощность рассеяния 20 ватт. Рассеиваемая мощность для всех процессоров зависит и от выполняемого программного обеспечения. Для обычных кодов на процессоре Pentium Pro она составляет в среднем около 14 ватт.
Система кэширования процесора Pentium Pro не только упрощает разработку системы, но также и экономит место. Ядро процессора может связываться с этим кэшем на максимальной скорости. К тому же эта кэш не блокируемая, что означает, что обработка запроса на шине процессора Pentium Pro не останавливает процессор и не блокирует последующие запросы на шине. Например, когда необходимые данные отсутствуют в кэш, процессор Pentium Pro продолжает обрабатывать другие инструкции одновременно с инициированием транзакции (пересылки) на шине для получения необходимых данных. Эти исполняемые инструкции могут вызвать очистку кэш, что вызовет дальнейшие транзакции на шине. Процессор Pentium Pro может обслуживать до четырех таких незапланированных транзакций. Что касается мультипроцессорной конфигурации с Pentium Pro, то здесь можно сказать следующее. Шина процессора Pentium Pro была разработана для поддержки нескольких процессоров Pentium Pro, связанных параллельно. Компонентная шина процессора Pentium Pro -это симметричная мультипроцессорная шина, и полностью поддерживает протокол MESI. Поддерживается естественная многопроцессорность при проектировании систем на процессоре Pentium Pro; это означает отсутствие необходимости в дополнительной системной логике, т. к. процессор Pentium Pro уже включает всю логику, необходимую для поддержки до четырех процессоров Pentium Pro. Это является легким и рентабельным для проектировщиков систем, нужно только установить разъемы для дополнительных процессоров Pentium Pro. Процессор Pentium Pro не является 64-битным. Подобно всем процессорам фирмы Intel начиная с процессора Intel386 (TM), Pentium Pro - 32-битный процессор. Регистры общего назначения - те же самые, что у предыдущих поколений процессоров архитектуры Intel с тем же набором инструкций, лишь только с одной новой инструкцией. Таблица 7
Однако внутри и снаружи процессора имеются участки с более широким форматом представления данных. Одна видимая особенность, которая иногда неверно истолковывается, - это то, что процессор Pentium Pro, подобно процессору Pentium, имеет внешнюю 64-битную шину. Однако это сделано для того, чтобы более эффективно связываться с системной памятью. Этот более широкий внешний формат данных увеличивает пропускную способность между процессором Pentium Pro и системой, но не делает процессор Pentium Pro 64-битным.
К набору инструкций процессора была добавлена инструкция условного перехода. Это позволяет исключить зависимые от данных операции ветвления. Таким образом, результирующий код является более предсказуем, что позволит получать высокую производительность. Процессор Pentium Pro имеет приблизительно 21 миллион транзисторов. Ядро процессора Pentium Pro имеет 5,5 миллионов транзисторов, кэшпамять 2-го уровня содержит 15,5 миллионов. Так как кэш-память -достаточно однородная структура, транзисторы могут быть размещены более плотно, что приводит к уменьшению размера структуры. Несмотря на то что кэш-память содержит почти столько же транзисторов, сколько три ядра CPU, конечный размер фактически меньше, чем CPU процессора Pentium Pro.
Для нормальной и высокопроизводительной работы ПК ему нужна память, соответствующая решаемым задачам, производительности и скорости процессора.
Платформа. Платформой обычно называют системную плату, но в более широком смысле.
Например, платформа Slotl объединяет процессоры Pentium II, Pentium III и Celeron, выполненные в конструктивном варианте Slotl. Они включают дополнительные встроенные устройства SCSI и сетевые адаптеры. Платформа Super7 - это платформа с процессором, имеющим разъем Socket7, но отличающаяся от платформы Socket7 наличием поддержки 100 мегагерцевой шины и улучшенным графическим адаптером AGP. Платформы включают следующие компоненты:
• системная шина PCI 2,1;
• системная шина ISA;
• ускоренный графический порт AGP;
• интегрированные ЮЕ-контроллеры;
интегрированные контроллеры ввода/вывода. Чипсет (набор микросхем) реализует все основные функции системной платы. К этим функциям относятся органи зация взаимодействия процессора, памяти, шины и периферийных устройств. В таблице 8 для примера показаны параметры и обозначения некоторых чипсетов, применяемых в современных компьютерах. Динамическая память ПК (ОЗУ — RAM) В последнее время микросхемы динамической памяти приобрели ярко выраженную аббревиатуру, способствующую их быстрой идентификации. Вот некоторые наиболее часто используемые типы динамической памяти: 1. DRAM - Dynamic RAM - динамическая память с про-звольной выборкой. Стандартной является память со страничной организацией (Fast Page Mode- FPM). 2. FPM DRAM - Fast Page Mode - FPM - динамическая память со страничной организацией. 3. VRAM — Video RAM — видеопамять динамическая, двухпортовая. Наличие второго порта позволяет осуществлять произвольный доступ к памяти в то время, когда идет вывод данных на экран. 4. CDRAM - Cached DRAM - динамическая память фирмы Mitsubishi, содержащая 16 Kb быстрой памяти на каждые 4 или 16 Mb. 5. EDRAM - Enhanced DRAM - динамическая память фирмы Ramtron, содержащая 8 Kb быстрой кэш-памяти на каждые 4 Mb. 6. EDO DRAM — Extended Data Output DRAM — динамическая память со страничной организацией. Благодаря дополнительным регистрам данные на выходе сохраняются в течение большого интервала времени, практически от одного сигнала CAS# до другого. Кроме надежности микросхем динамической памяти следует обратить внимание на надежность и фирму-изготовителя самих системных плат. Некоторые фирмы производят платы, отличающиеся типом и цветом фольгированного гети-накса. Кстати, прямой зависимости между надежностью работы и цветом проводников или цветом покрытия платы не установлено. Весьма надежны СП в ПК корпорации Dell, а также микропроцессоры и СБИС корпорации Intel, oco бенно в керамических корпусах. К наиболее распространенным неисправностям СП можно отнести выход из строя буферных микросхем типа SN74244, SN74245, SN74373 и других; линий задержки типа РЕ21213; отдельных микросхем динамического или статического ОЗУ; таймеров; СБИС; клавиатурных контроллеров прерываний; шинных контроллеров. В настоящее время эти микросхемы ИНТЕГРИРОВАНЫ В СБИС БОЛЕЕ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ИНТЕГРАЦИИ. Причинами неисправности чаще всего бывают: • пробой на землю или питание вывода микросхемы; • отсутствие контакта или обрыв печатного проводника; • неполноценные логические уровни; • уход параметров транзисторов, резисторов, конденсаторов. Следует отметить, что при нарушении работы блока питания (например, системы блокировки источника при повышении напряжений на его выходе), как правило, выходят из строя микропроцессор, СБИС ПЗУ BIOS, СБИС ОЗУ. О проблеме редких, эпизодических отказов, вызываемых неисправностью системной платы Зависание может быть как аппаратным, так и программным. Аппаратное зависание, при котором ПК неожиданно перестает выполнять программу и откликаться на нажатие клавиш, может наступить практически- сразу после включения блока питания, через 3-5 или 15-25 мин. Оно может быть обусловлено многочисленными факторами, в частности и неисправностями СП, например ошибкой микропроцессора, выходом из строя микросхемы ОЗУ, восьмиканального шинного формирователя SN74LS245 или контроллера клавиатуры, отсутствием сигнала выбора кристалла ОЗУ. Достаточно часто такие зависания-неисправности возникают из-за плохого контакта микросхемы с системной платой. В этом случае с помощью измерительной техники можно локализовать (найти место) неисправность. Что необходимо помнить пользователю, немного знакомому с принципами работы измерительной техники и который собственными силами хотел бы попытаться устранить неисправность и отладить системную плату?
Необходимо помнить следующие основные принципы:
• предварительно отключить электропитание ПК, убедиться, что все элементы, платы, разъемы установлены правильно и имеют хороший контакт;
• проверьте не имеют ли кабели обрывов или повреждений;
• в целях предотвращения пробоя КМОП ИС перед работой необходимо снять с рук статический заряд, коснувшись металлической конструкции ПК;
• задержка по времени между отключением и повторным включением БП ПК должна составлять не менее 30-40 с;
• при ремонте не отключайте нагрузку, замеры напряжений питания целесообразно производить на самих ИС и на разъемах;
• для извлечения и установки БИС в сокеты применяйте специальные устройства — экстракторы;
• для выпаивания многоконтактных БИС применяйте паяльные станции с отсосом олова;
• пользуйтесь маломощным паяльником с рабочим напряжением 6-12 вольт, с разделяющим трансформатором;
• для одновременного прогрева всех ножек БИС применяйте специальные насадки для паяльников;
• пользуйтесь современной контрольно-измерительной техникой с пониженным напряжением питания.
Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Ремонт системных плат", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:
Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
Обсудить статью на форуме