Ремонт системных плат (начальные сведения)

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/Parallel 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 M—  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, QAPlus 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.

Статистика неисправностей сверхбольших интегральных схем (СБИС)

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

Микропро­цессор	Когда разра­ботан	Такт, частота/ Clock Speed	Ширина шины/ Bus Width	Число транзисторов (технология)	Адресуемая память/ Addressable Memory	Общая память/ Virtual Memory	Краткое описание
	1971	108 КГц	4 bits	2,300 (10 микрон)	640 байт		Первый микрокомпьютерн. кристалл (чип), арифметические операции
8008	1972	108 КГц	8 bits	3,500	16Kb		Операции с данными, символами
	1974	2 МГц	8 bits	6,000 (6 микрон)	64Kb		10Х the performance of the 8008
4004	1978	5,8, 10МГц	16 bits	29,000 (3 микрон)	1Mb		Десятикратное улучшение характеристик 8080-го процессора
8088	1979	5,8 МГц	8 bits	29,000 (3 микрон)			Аналогичен 8086-му, за исключением 8-битовой внешней шины
80286	1982	8,10,12 МГц	16 bits	134,000 (1,5 микрон)	16Mb	1 Гигабайт	3-6-кратное улучшение характеристик 8086-го
Intel386 (TM)DX	1985	16,20, 25,33 МГц	32 bits	275,000 (1 микрон)	4 Gb	64 Терабайт	Первый Х86 чип с 32-битовой обработкой данных

 

Окончание табл. 7

Микропро­цессор	Когда разра­ботан	Такт, частота/ Clock Speed	Ширина шины/ Bus Width	Число транзисторов (технология)	Адресуемая память/ Addressable Memory	Общая память/ Virtual Memory	Краткое описание
Intel386 (TM)SX	1988	16,20 МГц	16 bits	275,000 (1 микрон)	4 Gb	64 Терабайт	16-битовая адресная шина с возможностью 32-битовой обработки данных
Intel486 (TM)DX	1989	25,33, 50 МГц	32 bits	1,200,000 (1 микрон, 0,8 микрон)	4 Gb	64 Терабайт	С кэшем 1-го уровня на чипе
Intel486 (TM)SX	1991	16,20, 25,33 МГц	32 bits	1,185,000 (0,8 микрон)	4 Gb	64 Терабайт	Аналогичен 486(ТМ) DX но без мат. сопроцессора
Pentium®	1993	60,66, 75,90, 100,120 133,150 166 МГц	32 bits	3,1 миллион (0,8микрон)	4 Gb	64 Терабайт	Суперскалярная архитектура 5Х с характеристиками 33 МГц процессора Intel486 DX
Pentium® Pro	1995	150,180 200 МГц	32 bits	5,5 миллион (0,32 микрон)	4 Gb	64 Терабайт	Дальнейшее развитие супер­скалярной архитектуры высокопроизводительного процессора
AMD	2000	500-700 МГц	32 bits	10 миллионов (0,16 микрон)	4 Gb	64 Терабайт	Тоже

 

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, кэш-память 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 IDE-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?

 

Таблица 8

	440LX	440EX	440BX	440ZX-66	440ZX
Поддержка процессоров	Pentium II233-333, Celeron, Pentium Pro	Pentium II 233-333, Celeron	Pentium II, Pentium III, Celeron	Pentium II 233-333, Celeron	Pentium II, Ш, Celeron
Частота шины	66 МГц	66 МГц	100 или 66 МГц	66 МГц	100 или 66 МГц
Два процессора	+	-	+	-	-
ЕСС	+	-	+	-	-
Кол. модулей памяти	4 DIMM	2 DIMM	4 DIMM	2 DIMM	2 DIMM
Макс, колич. слотов PCI Master	5	3	5	3	3
South Bridge	PIIX4, PIIX4E	PIIX4E	PIIX4E	PIIX4E	PIIX4E

 

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.