ГОУ СПО Астраханский колледжвычислительной техники
М.В. Васильев
преподавательспециальных дисциплин
Астраханского колледжа вычислительной техники.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
учебное пособие для преподавателей истудентов средних профессиональных учебных заведений по специальности 230101
«Вычислительные машины, комплексы системы и сети»
Астрахань 2007
Настоящее учебное пособие посвящено вопросам диагностики неисправностейсредств вычислительной техники. Предлагаемое пособие написано в соответствии сдействующей программой курса «Техническая диагностика СВТ», в соответствии сГосударственным образовательным стандартом среднего профессиональногообразования по специальности 2201 “Вычислительные машины, комплексы, системы исети” от 8 февраля 2002 года и Дополнением к Государственному образовательномустандарту по специализации 2201.01 “Техническое обслуживание средстввычислительной техники” от 25 сентября 2003 года. Настоящее пособие содержитосновные теоретические положения, касающиеся организации, архитектуры иособенностей технической диагностики персональных ЭВМ типа IBM PC/AT. В пособииприведены методики профессионального обслуживания аппаратно-программныхвычислительных систем, организованных на базе персональных компьютеров иуглубленной диагностики их неисправностей. Большое внимание уделено программными аппаратным средствам диагностики неисправностей компонентаппаратно-программной системы, ее периферийных устройств и использованиюсервисных средств диагностики. В нем приведены также характеристики встроенныхтест-программ, основные симптомы неисправностей СВТ, сообщения об ошибкахзагрузки операционной системы, прогоне прикладных программ и т. д.
Предлагаемое учебное пособие может быть использовано в качестве основногоматериала для лекционной работы преподавателей и учебного пособия для студентовсредних учебных заведений по специальности 230101 «Вычислительные машины,комплексы, системы и сети», при изучении ими дисциплины «Техническаядиагностика средств вычислительной техники».
Введение
Настоящий курс лекций по дисциплине «Техническая диагностика средстввычислительной техники» входит в модуль специализации 230101.51 «Техническоеобслуживание средств вычислительной техники» и является, наряду с дисциплинами«Техническое обслуживание средств вычислительной техники» и «Системотехническоеобслуживание аппаратно-программных систем и комплексов», профилирующей – дляполучения студентами ССУЗ квалификации Техник базового уровня подготовки поспециальности 230101.
Задачи курса:
1. Изучить структуру и архитектуру АПС типа РС.
2. Изучить основные средства функционального контроля и методыдиагностики АПС.
3. Научиться проводить классификацию неисправностей по степени ихжесткости и связи с компонентами ВС.
4. Изучить основные симптомы неисправностей АПС, возникающих привключении РС, загрузке ОС и прогоне прикладных программ.
5. Изучить симптомы аппаратных неисправностей системной платы, консоли инекоторых других периферийных устройств РС.
Содержание курса:
1. Для связи симптомов неисправностей с узлами и компонентами ПЭВМследует хорошо разбираться в архитектуре, структуре ПЭВМ, для чего предназначенпервый раздел курса, в котором рассматривается обобщенная блок-схема РС,архитектура микропроцессора, разновидности микропроцессоров, их структурнаясхема и функциональные сигналы управления. Для примера подробно рассматриваетсямикропроцессор i386, как типичный представитель микропроцессоров четвертогопоколения, использующихся в РС/АТ, начиная с IBM РС 386, и до современныхмоделей типа Pentium.
2. Для проведения углубленной диагностики неисправностей РС требуютсядостаточно глубокие знания по особенностям архитектуры как самого CPU, так исредств его системной поддержки. Поэтому здесь рассмотрено взаимодействие CPU с контроллером его системнойподдержки, поддержки системной шины, а также с контроллерами и адаптерами ОЗУ,кэш-памяти, системной шины, устройств внешней памяти и ввода-вывода оперативнойинформации.
3. Далее рассматриваются основные методы диагностики основныхпериферийных устройств ПК – устройств консоли, внешней памяти, средствкоммуникации компьютера, вывода аудиоинформации.
4. Во втором разделе настоящего пособия изучаются приемы разборки исборки РС, аппаратный и программный аспекты диагностики АПС, стандартная испециальная КИА, используемая при аппаратном способе локализации неисправностейв РС, а также программные средства диагностики неисправностей РС.
5. Третий раздел пособия содержит достаточно подробные сведения о приемахавтономного и комплексного методов функционального контроля АПС, АПК и ихпериферийного оборудования.
Раздел 1 Архитектура и структура ПЭВМ IBMPCи их клонов
Особенности контроля и диагностики микроЭВМ.
Персональный компьютер, как известно, относится к типу микро-ЭВМ, т. е.ЭВМ, используемых микропроцессорные структуры. Микро-ЭВМ, в отличие от другихтипов вычислительных устройств, имеет свои достоинства и недостатки в планедиагностики их неисправностей.
Поиск неисправностей в микроЭВМ осложнен целым рядом причин, наиболееважными из которых представляются следующие:
1) высокая сложность СБИС. Обычный однокристальный микропроцессор имеетоколо 200 внутренних запоминающих элементов (информационных, управляющихрегистров и триггеров) и, соответственно, 2200 возможных состояний,поэтому полный контроль микропроцессорных СБИС практически невозможен иотдельные неисправности, вызванные взаимным влиянием отдельных элементов СБИС,могут проявляться в виде редких нерегулярных сбоев;
2) малое число контрольных точек схемы (выводов ИМС) приводит к тому, чтоподача тестирующих воздействий на нужные точки схемы и контроль их состоянияносит косвенный характер. Доступ к внутренним элементам СБИС возможен толькопод микропрограммным управлением, т. е. генерация тестовых последовательностейвозможна, в основном, только средствами микропрограммного управления самогомикропроцессора или микроконтроллера;
3) неразделимость аппаратных и программных средств управлениямикропроцессорной системы. Часто провести четкую границу между аппаратными ипрограммными средствами микропроцессорной системы нельзя, так как в большинствемикропроцессоров ПЗУ микропрограмм выполнено на самом кристалле СБИСмикропроцессора;
4) сложность и неразделимость аппаратных средств микроЭВМ. Микропроцессорнуюсистему часто невозможно разделить на отдельные функциональные узлы (ТЭЗ, как вбольших ЭВМ), потому что часто вся микро-ЭВМ, или, по крайней мере, еесистемная плата, исполняются в виде одного конструктивно законченного узла.Во-вторых, часто в одной СБИС, например, контроллере системной поддержкимикропроцессора, совмещены различные функции: управление и выполнениеарифметических процедур, запрограммированная конфигурация, выполнение функцийввода-вывода и т. д., и наоборот – одна функция может реализовываться по частямв разных СБИС и т. п. Так что диагностика неисправностей микро-ЭВМ требуетвысокой квалификации обслуживающего персонала;
5) необходимость одновременного контроля состояния шин. Микропрограммныйхарактер генерации тестовых воздействий требует наблюдения и регистрации всехсигналов шин на больших временных интервалах, чтобы можно былозафиксировать редкие и однократные события. Эти события идентифицируютсязаданными комбинациями сигналов на шинах адреса, управления, данных, и дажезаданной последовательностью таких комбинаций. Например, регистрация первичнойошибки только в n-м такте операции умножения с плавающей точкой,только с определенными операндами, да еще и на фоне обмена данными с принтером.Подобную регистрацию можно провести только на специальной нестандартной КИА –анализаторе логических состояний;
6) высокое быстродействие. Тактовая частота современных микропроцессоровдостигает сотен МГц и даже ГГц, так что разрешающая способность стандартной инестандартной КИА должна быть не ниже тысяч МГц, но такая аппаратура оченьсложна, дорога и редка;
7) шинная организация микропроцессорной системы часто требуетиспользования тристабильных элементов (с Z-состоянием) с подключением в однуточку многих передатчиков и источников сигналов, что приводит к трудностямопределения источника искажения информации в магистрали;
8) мультиплексирумость шин микропроцессорной системы, вызываемаянеобходимостью сокращения числа выводов СБИС, приводит к временному разделениюодной и той же шины между младшей и старшей частями адреса, адресом и данными,данными и сигналами управления и т. п. Это требует дополнительной идентификациихарактера информации на шине и сильно усложняет диагностику магистралей.
Но, наряду с вышеуказанными сложностями, микропроцессорные системы имеюти ряд преимуществ при диагностике неисправностей в них:
1) стандартная форма электрических сигналов. Важной особенностью всехцифровых, дискретных устройств, реализованных на стандартных наборах БИС,является стандартное представление информации электрическими сигналамиодинаковой амплитуды (логические нуль и единица представляются сигналаминулевого уровня и/или сигналами уровня амплитудой порядка +5 вольт). В этомслучае, прибегать к измерениям аналоговых величин (амплитуды, длительностифронтов), приходится только в блоках ЦАП и АЦП, или при подозрении на выход изстроя одной из компонент схемы. Эта стандартность дает возможностьразрабатывать КИА со средствами стандартного подключения к контролируемымточкам системы, что снижает стоимость такой КИА и, в большой степени, сокращаетвероятность ошибок оператора. Примером такой КИА могут быть логические пробникии измерительные клипсы, одеваемые прямо на выводы исследуемых ИМС;
2) способность к самоконтролю. Как только отлажена схема синхронизациимикропроцессорной системы и начал работать контур микропрограммного управления,появляется возможность использовать сам микропроцессор системы для сбора иобработки информации о состоянии элементов самой микропроцессорной системы.Исполнение таких тестовых программ, как циклические пересылки унитарных кодов,подсчет контрольных сумм содержимого ROM BIOS, КМОП-памяти, контроль ОЗУ,запись-чтение тестирующей информации в порты ввода-вывода и т. п., позволяетопределить характер неисправности, а иногда и точно указать ее место. Мощнымсредством в этом отношении являются микропрограммные тесты, которыесоставляются с использованием так называемого “способа раскрутки”, когда,опираясь на уже проверенное ядро тестируемой системы, можно постепенно и оченьподробно протестировать все более дальние от ядра узлы схемы и, по словарямнеисправностей, достаточно точно определить место возникновения неисправности.При этом основная тяжесть диагностики переносится с «изобретения»диагностирующим персоналом контрольных процедур с использованием КИА, наразработку диагностических микропрограмм. Эта работа требует доскональныхзнаний аппаратной реализации ЭВМ и под силу только ее разработчикам, которые исоставляют эти проверочные и диагностирующие микропрограммы и наборымикропрограммных тестов.
Основной или, во всяком случае,функциональной составляющей большинства вычислительных систем и вычислительныхкомплексов часто является компьютер, первоначально, при разработке,ориентированный на персонального пользователя и, в силу хорошо продуманнойорганизации, способный решать и другие, системные задачи. Следует только иметьв виду, что это все-таки персональная машина (ПЭВМ), обладающая рядомнедостатков:
— плохо развитая коммуникативность:малы возможности развития подсистем ввода-вывода, очень трудно инеэффективно подключать к РС несколько десятков внешних устройств;
— не всегда достаточны скоростипередачи данных, без участия центрального микропроцессора;
— недостаточен объем специальнойвысокоскоростной мультиплексной памяти;
— сложно, а порой и невозможно,обеспечить параллельную работу периферийного оборудования в режиме совмещения;
— трудно решается проблемамногопользовательской работы (многозадачный режим), в силу слабо развитойсистемы прерываний и обслуживания каналов ввода-вывода;
— неэффективное использованиесобственно вычислительных возможностей центрального процессора. При работах повводу-выводу он практически простаивает, что ведет к плохому использованиюресурсов ВС. Так, ввод-вывод реализует всего 5-10% заложенных в РС возможностейпо скоростям его работы, а в CPU и того меньше – 2-5%.
Хорошим выходом из этого положения может быть особая RISC-структура CPU и применениеспециальной каналообразующей аппаратуры (процессоров каналов связи). Но это будетуже совсем не персональный компьютер, а, скорее, система типа IBM-370, 380,390, ЕС ЭВМ, PDP и т. п. Однако, в силу ряда не вполне объективных причин, ихприменение у нас в стране сильно ограничено. Зарубежные фирмы подобные системынам поставляют весьма неохотно, нет и литературы по их применению. Так что намприходится использовать, для систем не очень высокого класса, именно РС. Такчто мы вынуждены изучать эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт именноРС.
Изучать мы будем компьютер именно типа IBM PC/AT потому, что всесовременные модели РС, вплоть до самых последних, в большой мере интерпретируютструктуру и архитектуру РС/АТ. С другой стороны, все поздние модели РС, начинаяс 386 и до «Pentium-4» – это технологические усовершенствованияРС/АТ: увеличение разрядности, объемов ОЗУ, объемов ВЗУ, повышениебыстродействия компонент, в первую очередь, CPU и системной шины, и архитектурапоследних моделей РС практически не отличается от РС/АТ. Плюс к тому, быстроразвивающаяся технология СБИС позволяет совместить в одном кристалле многофункций разных узлов обрамления CPU – объединить CPU и FPU в одной ИМС (486,«Pentium»), и собственно структура центрального вычислителяпри этом не видна. Нам же нужно хорошо представлять себе все узлы, как вычислителя,так и его обрамления, а это лучше всего видно на примере РС/АТ.
1.1 Блок-схема ЭВМ по фон-Нейману и ее реализация в ПК
Блок схема любого компьютера состоит из пяти частей (рисунок 1.1):
┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─┐
ЦПУ┌───────┐
│ │ УУ │ │
└───┬───┘
┌──────┐ │ ┌────┴────┐│ ┌────────┐
│ Увв ├───>│ АЛУ │ ────>│ Увыв │
└──────┘ │ └────┬────┘│ └────────┘
└─ ─ ─ ─│─ ─ ─┘
┌────┴────┐
│ ЗУ │
└─────────┘
Рисунок 1.1.Обобщенная блок-схема ЭВМ.
Две части: АЛУ и УУ составляют центральное процессорное устройство (в РС– CPU – микропроцессор).
АЛУ (арифметико=дигическое устройствр) предназначено для выполнения арифметическихи логических процедур программы вычислений.
УУ (устройство управления) выполняет функции управления устройством АЛУ,оперативной памятью и синхронизирует работу всех составных частейвычислительной системы (в РС УУ встраивается в CPU). Устройство управления вычислительной системой можетбыть выполнено на жесткой логике, или использовать микропрограммный способуправления.
Как известно, управление вычислительным устройством осуществляетсяаппаратно с помощью фиксированных для каждой вычислительной системы специальныхсигналов, называемых элементарными операциями.
При выполнении УУ с жесткой логикой, выработка нужныхпоследовательностей элементарных операций производится с помощью дешифраторакода операций и распределителя синхронизирующих импульсов (РСИ). При этомаппаратная реализация такого УУ получается очень сложной и громоздкой. Этосвязано с тем, что дешифратор кода операций должен иметь столько выходов,сколько разных команд имеется в системе машинных (ассемблерных) команд даннойвычислительной системы, и каждый из выходов такого дешифратора должен иметьсвой собственный РСИ. Кроме того, такое УУ совершенно негибко в части внесениякаких-либо изменений в систему команд (потому-то она и называется жесткой), т.к. в этом случае потребуются аппаратные изменения, как в дешифраторекоманд, так и в системе РСИ. Но, тем не менее, реализованное на жесткойлогике управление является весьма быстродействующим и находит применение вспециализированных вычислительных системах.
Для упрощения аппаратной структуры устройства управления был разработанметод микропрограммного управления. Суть его состоит в том, что длякаждой машинной операции разработана своя микропрограмма, состоящая изпоследовательности отдельных микрокоманд. Каждая из микрокоманд, в свою очередь,содержит либо непосредственно набор элементарных операций (микроопераций),которые необходимы для выполнения данного шага микропрограммы и могут бытьвыполнены одновременно, либо только коды элементарных операций, которые должныбыть одновременно выполнены в данной микрокоманде. В последнем случае, кодыэлементарных операций тоже расшифровываются, но очень простыми дешифраторами,так что структура микрокоманды упрощается и становится похожей на структуруобычной машинной команды. Обобщенно структуру микрокоманды можно представитьтак:
|КМкОп| –|Адр|
где
КМкОп – кодмикрооперации (принять, выдать данные, сбросить регистр и т. п.)
Адр – адрескомпоненты (регистра, формирователя, сумматора и т. д.), для которой должнабыть выполнена данная микрооперация.
Последовательность микрокоманд (с учетом условий их выполнения, переходовв микропрограмме, подобно машинным, ассемблерным командам) и составляетконкретную микропрограмму. Вся система микропрограмм обычно хранится в ПЗУмикропроцессора, но иногда и в ОЗУ микропроцессора. Последнее требует передначалом работы загрузить ОЗУ микропрограмм, но такой прием позволяет, загрузивдругую систему микропрограмм, работать в другой ассемблерной системе команд.
Каждая из микропрограмм вызывается на исполнение по коду операцииисполняемой ассемблерной команды, так что последовательность выполняемыхмикропрограмм однозначно определяется последовательностью ассемблерных командвыполняемой в данный момент программы.
Увв (устройство ввода) и Увыв (устройство вывода) в ПК составляютподсистему ввода-вывода. Увв – для ввода исполняемых программ, оперативныхнастроек операционной системы, прикладных программ, исходных данных длявычислений и команд оперативного управления вычислительным процессом. Увыв –для вывода оперативной информации, результатов вычислений (на дисплей,печатающие устройства, удаленные терминалы, абонентам сетей и т. д.), различныхпрограммных файлов, данных для резервного хранения и т. п.
ЗУ (запоминающее устройство) включает в себя ОЗУ и ПЗУ (RAM и ROM BIOS).ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) предназначается для хранения рабочейпрограммы в процессе вычислений, а также для оперативного хранения исходныхданных, промежуточных и конечных результатов вычислений до завершениявыполняемой программы. Если в качестве автоматического вычислительногоустройства иметь в виду конкретно компьютер, то в ОЗУ компьютерахранятся, при его работе, еще и операционная система, программы-драйверыуправления периферийными устройствами и ряд других служебных программ и оперативныхнастроек системы. В ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) ROM BIOS персонального компьютера хранятся, в основном, служебныепрограммы-драйверы, необходимые, по крайней мере, для загрузки операционнойсистемы. ПЗУ нужно потому, что ОЗУ, выполняемое обычно на динамическихполупроводниковых элементах памяти, при выключении питании компьютера теряетвсю информацию.
Система ввода-вывода в компьютерах, в свою очередь, распадается наподсистемы: консоли (KBD и видеоподсистема), дисковую подсистему, коммуникационныеCOM- и LPT-порты и т. д.
Несколько слов о консоли. Видеомонитор и клавиатура по традиции, берущейначало от системы IBM-360 и ЕС ЭВМ,принято называть консолью ЭВМ или ПЭВМ. Это уже давно устоявшеесяназвание используется и сейчас. Так, в ROM BIOS PCDOS есть драйвер CON (Console)– системный драйвер клавиатуры и дисплея.
Конструктивно подсистемы видео, дисковая, коммуникации, периферийныхустройств и клавиатура, в большинстве случаев, располагаются не на системнойплате и соединяются с ней посредством системной шины через разъемы – слотырасширения. Именно это и позволяет аппаратно реконфигурировать систему,подключая, при необходимости, к слотам расширения системной шины разные видыконтроллеров, адаптеров, а к ним – и нужные устройства ввода-вывода. Впрочем,отдельные типы РС, такие как LapTop, Note-Book имеют встроенные видеосистему,клавиатуру, дисковую систему, а некоторые из моделей и DeskTop, выполняющиесяпо принципу BabyBoard, имеют непосредственно на системной плате многие изконтроллеров ВУ и ПУ и даже НЖМД. Это ухудшает способность РС креконфигурированию, но снижает себестоимость и, соответственно, цену РС.
Контрольные вопросы.
1. Каково назначение АЛУ?
2. Каково назначение блока УУ?
3. Где, по фон-Нейману, должна находиться программа для автоматическоговыполнения вычислений?
4. Для чего предназначены блоки Увв и Увыв?
5. Как может быть реализован блок УУ?
6. Какие пять основных частей составляют компьютер?
7. Какие основные функции возложены на CPU?
8. Какое конструктивное решение позволяет легко реконфигурировать РС?
9. Что понимается под аппаратной конфигурацией и реконфигурациейкомпьютера?
10. Какие устройства входят в понятие консоли ЭВМ и ПЭВМ?
1.2 Структурная схема PC/AT
Типичная структурная схема РС/АТ в развернутом виде представлена нарисунке 1.2.
Центральным устройством, осуществляющим все вычислительные функции,функции управления и синхронизации работы всех подсистем РС, является CPU,содержащий АЛУ, регистровую память, дешифратор команд, микропрограммноеустройство управления и, в последних версиях CPU “Pentium”,буферную (кэш) память.
┌──┬──────────┐
┌─────┐ ┌────┐ │ │controllers
│ PS │─>│GCLK│─> ┌ ─ ── ┐ │ │ ┌───┐ │ ┌──────┐
└─────┘ └────┘ FPU │ S│CGA│────>│MON-C│
│ ┌───┴──┐ │ L│ └───┘ │ └──────┘
└ ─ │ CPU │ SB │ O│ ┌───┐ │ ┌──────┐
│ ││T│MDA│────>│MON-M│
┌────────┐ └─┬────┘ │ │ S│ └───┘ │ └──────┘
│ DRAM │───────│LB │ │ │ ┌───┐ │ ─────┐
└────────┘ ┌────┴────┐ │ │ │COM├────>/Mouse│
│ROMBIOS│ │ │ │ └───┘ │ └──────┘
┌─────┐ └─────────┘ │ │ │ ┌───┐ │ ┌────
┌─────┐ │contr│ │ │ │LPT├────>│ PRN\
│ KBD││KBD│
└─────┘ └─────┘ │ │ │ ┌────┐
│ │ ┌──>│CD│
│ │ ││ └────┘
│ │ ││ ┌────┐
│ │ ├──>│PU│
│ │ ┌───┐ ││ └────┘
│ │APU│─>││ ┌────┐
│ │ └───┘ ├──>│FDD│
│ │ ││ └────┘
│ │ ││ ┌────┐
│ │ └──>│HDD│
└──┴──────────┘ └────┘
Рисунок 1.2.Блок-схема РС/АТ.
Здесь
PS (Power Supply) – блок питания.
GCLK –генератор тактовых импульсов. GCLK иPS изображены отдельно, так как ихфункции, сигналы и взаимосвязи с остальными блоками очевидны.
FPU (Floating Point Unit – устройство плавающей точки) – математическийсопроцессор. FPU предназначается для выполненияопераций с плавающей точкой и вычислений: тригонометрических функций,логарифмов и т. п.
DRAM и ROM BIOS – оперативная и постоянная память компьютера,соответственно.
contr KBD (Controller KeyBoard) – контроллер клавиатуры. Изображенныйна блок-схеме контроллер клавиатуры в слот расширения не вставляется, асмонтирован непосредственно на системной плате, но связан все-таки непосредственнос системной шиной (SB), из которой и образованы щелевыми разъемами слотырасширения системной шины.
В слоты расширения (Slots) вставляются дочерние карты-контроллеры внешнихустройств: мониторов (CGA, MDA), манипуляторов (COM), принтеров (LPT) или адаптеры других периферийныхустройств (APU) – жестких дисков, дисководов и т. д. К этим картам иподключаются соответствующие внешние устройства. Например, мониторы цветной (MON-C), монохромный (MON-M), манипулятор (Mouse), принтер (PRN), дисковод компакт-дисков (CD), накопители на гибких (FDD) и жестких (HDD) дисках и другие периферийные устройства (PU), входящие в данную аппаратную конфигурацию рабочей(компьютера).
1.3 Конструкция и аппаратный состав IBMPC
Базовый комплект персонального компьютера включает в себя три блока:
— системный блок,
— клавиатуру,
— видеодисплей.
По конструкции системные блоки (SU – SystemUnit) могут быть:
— настольные (Desk Top),
— напольные (Desk Size),
— вертикальные (Tower),
— переносные (Lap Top,Brief-Case-Size),
— миниатюрные (Book-Size, Pocket,Hand-Held, Note-Book).
Системный блок (SU) всегдасодержит:
— системную плату (SB – System Board), объединяющую вокруг локальной шины(LB) микропроцессора все электронныекомпоненты подсистем и периферийных устройств ввода-вывода,
— импульсный блок питания (Power Supply),
— устройства подсистемы внешних запоминающих устройств (ВЗУ),
— систему принудительного охлаждения (вентиляции),
— набор карт адаптеров УВВ (I/O Card Adapter), устанавливаемых в разъемахрасширения системной шины, но в некоторых типах РС адаптеры УВВ могут бытьустановлены и прямо на SB.
ПЭВМ на базе CPU i386 могут быть организованы последующим архитектурным стандартам:
АрхитектураAT BUS (имеющая и другое обозначение: ISA – Industry Standard Architecture).
ATBUSимеетбольшую армию производителей клонов IBM PC/AT, использующих, для индустрии ПЭВМсреднего класса, отлаженные технологические линии производства всех компонентПЭВМ. Рынок ПЭВМ был быстро освоен копировщиками клонов, благодаря принципаммодульности, унификации, открытости архитектуры, способности к модернизации исравнительной дешевизне ПЭМВ, при хороших потребительских показателях подсистемоборудования. Данная архитектура предполагает, для развертывания подсистемыввода-вывода, наличие на SBгруппы из трех типов разъемов, дополняющих друг друга. Первый из них –62-контактный, практически полностью перенесенный из клона IBM XT. Второй разъем – 36-контактный, дополняющий первый по линиямадреса до 24, данных – до 16, в нем имеются также дополнительные линииподсистем ПДП и прерываний. Третий разъем не стандартизован. Он может бытьпредставлен различными вариантами расширений до 32-битовых линий данных, приустановке дополнительной памяти, либо спецификацией локальной шины VL BUS (предложена ассоциацией по стандартизации в областивидео электроники VESA).
АрхитектураMCA (Micro ChannelArchitecture).
Эта шина предназначается для высокопроизводительных высокоскоростныхсистем. Организация обмена по 32-битовой шине варьируется различными способамиинформационного обмена, наиболее скоростной из которых – пакетный. Системаимеет большой резерв для усовершенствования, и нашла применение в технологическихлиниях производства PS/2 и Power Station Server, фирмы IBM.Наряду с многочисленными достоинствами архитектуры, в МСА имеется рядсущественных недостатков. Например, далеко не все типы карт расширения дляподключения УВВ можно установить в разъемы МСА, логический и физическийинтерфейс не совместимы с архитектурой ISA, и ряд других ограничений.
Архитектура EISA (Extended ISA).
Это усовершенствованная шина АТ BUS. Группа основных производителей клона IBM PC (кроме фирмы IBM),с целью создания шины, конкурентоспособной шине МСА, разработала своюархитектуру шины – EISA. Эта шина, вотличие от MCA, совместима с AT BUS и, вместе с тем, тоже способна работать ввысокоскоростных мультипроцессорных системах. Многократные тестирования,проведенные независимыми экспертами, в итоге не позволили выявить шину-лидера вспоре МСА с EISA, но отечественные пользователипредпочитают последнюю. Впрочем, в современных моделях ПЭВМ используются,наравне с шиной EISA, и болееновые стандарты шин, такие как PCI и USB. В большинстве системных платсовременных РС все же оставляют 2-3 разъема с архитектурой EISA, для возможности подключения картадаптеров старых моделей.
Контрольные вопросы.
1. Какие блоки обязательно входят в минимальный базовый комплект РС?
2. Как различаются РС по конструктивному исполнению?
3. Какие функциональные устройства должен содержать системный блок?
4. По каким архитектурным стандартам может быть организована ПЭВМ на базеCPU i386?
5. В чем достоинства и недостатки архитектуры ISA?
6. Почему архитектура МСА не получила широкого применения?
7. Какие преимущества имеет архитектура EISA?
1.4 Системная плата PC-i386DX
Для углубленной диагностики неисправностей микро-ЭВМ, к которым относятсявсе ПЭВМ, следует хорошо представлять себе не только структуру, но и логикупостроения и работы всех узлов и блоков, входящих в вычислительную систему набазе ПЭВМ.
Системная плата типичного компьютера содержит основные, несменныекомпоненты, не участвующие в аппаратном реконфигурировании РС:
— центральный микропроцессор (CPU),
— математический сопроцессор (FPU),
— оперативную память (DRAM) и ее буфер – кэш-память,
— контроллер DRAM,
— ROM BIOS,
— контроллер прямого доступа в память (DMA),
— СБИС системной поддержки CPU (Chip Set),
— системную шину (SB), представленную слотами расширения,
— контроллеры системной шины, буферы, шинные формирователи,
— систему локальной шины для связи CPU с FPU, DRAM, ROM,
— полупостоянную память небольшого объема (CMOS-память) для хранениятекущей аппаратной конфигурации РС.
Вышеназванные контроллеры, буферы и формирователи на системной платесовременных компьютеров выполняются в виде наборов из нескольких СБИС. Каждыйтакой набор носит название чип-сета (Chip Set). Чип-сеты разных производителей могут содержатьразное количество СБИС и различное содержание каждой из СБИС, но общий составвсех контроллеров, буферов и формирователей остается практически неизменным,хотя и достаточно жестко привязанным к конкретному типу микропроцессора.
Рассматриваемая здесь для примера структурная схема РС386 реализовананабором чипов VLSI (Very Large Scall Integration), составляющим чип-сет группы 8230 ивключает в себя наборы модулей:
82С206 – интегрированный периферийный контроллер,
82С301 – системный контроллер,
82С302 – контроллер оперативной памяти,
82А303, 82А304 – буферы старшей и младшей частей адресов,
82В305 – контроллеры шины данных,
82А306 – буфер управляющих сигналов.
Встречается много разных наборов (чип-сетов), например группы, 81310,8281 и т. д., имеющих другой состав, но в целом выполняющих те же самыепроцедуры обменов.
1.4.1 Структурная схема системной платы РС i386DX
Системная плата i386DX, структурная схема котоой приведена на рисунке 1.3, имеетследующие особенности:
1) применяется модернизированный ISA-интерфейс, включающий в себя дополнительныйразъем для организации доступа в подсистему DRAM по 32-битовой шине данных;
2) управление обменом выполняется CPU i386 в режиме pipelined mode –конвейеризации адресов в 32-битовом формате;
3) аппаратно-программные средства обеспечивают доступ к DRAM в режимеInterleaving Organization – чередование банков памяти;
4) допускается страничный, по 2 Кбайт, режим (Page Mode) работы ОЗУ;
5) для повышения гибкости работы системы, в ряде контроллеровдополнительно программируются регистры конфигурации портов ввода-вывода;
6) ПЗУ базовой системы ввода-вывода ROM BIOS, объемом 64 Кбайт, включаетв себя программу Extended CMOS SetUp или New SetUp, из которой и загружаютсявышеуказанные порты регистров конфигурации, в результате чего, по желаниюпользователя, могут быть изменены параметры теневой ОЗУ (Shadow RAM), отмененапроверка паритета DRAM (Рarity Check DRAM), обеспечивается независимоепрограммирование рабочей скорости CPU, DMA, системной шины, задержки вуправлении памятью и устройствами ввода-вывода;
7) в составе клона IBM PC\AT, для периферийного оборудования может бытьустановлен менеджер режимов питания, позволяющий переводить модули обрамления вэкономичный режим энергопотребления, если ВС находится в режиме простоя (Ti-Idle). Сам менеджер имеет автономнуюсистему питания и организован на чипе i82347
┌── ─ ─ ─┐ LocalBus SystemMemoryBus IOChannelBus
80387 D A MD MA SD SA
│ 80287 │ 32 │32│ ┌────────┐ 32 │32│ 16 │24│
WTL3167 \│ \│ ctrl│ ABF │ \│ \│ \│ \│
│ ┌─────┴──┐ │ │ ─────>│ │──────│─>│ │ │
FPU│ CPU │────│─>││82A303 ││
└─ ─┤ │ │ │ │82A304 │
│ ││ │ └────────┘ │ │ │ │ │
│ 80386 │ │ │ ┌────────┐ │ │ │ │ │
└────┬───┘ │ │ ctrl│ DBF │ │ │ │ │ │
│ │ │ ─────>│ ││ │ RD[15/00] │ │
│ ││82A305 │┌───────┐ │ │
┌────┴───┐ │ │ │ │ │ │ │ │ │I/OBUS│ │ │
│ │ │ │ └────────┘ │ │ │ │ │ ││ │
│ SC │ │ │ ┌────────┐ │ │ │ │ │74S245 │ │ │
│ │ │ │ ctrl│ MC │ │ │ ││ └───────┘ │ │
│ 82C301 │ │ │
└───┬┬───┘ │ ├───────>│ 82A302 │││ ┌───────┐ │ │
││ │ │ │ │ ││ └──┤ ROM │
││ │ │ └───┬────┘ ││ │ BIOS │ │ │
\/ ┌───┴────┐ ││ └───────┘ │ │
CONTROL │ BFS │ ││ ┌───────┐ │ │
XD[07/00] └───┬────┘ ││ ┌─┤ AT ││
XA[01/00] │ ││ │ │AddOn││ │
│ ││ │ │Boards│ │ │
Peripheral ┌───┴────┐ ││ │ └─────┬─┘ │ │
Bus │ DRAM │ ││ └───────┘ │ │
XD XA └────────┘ ││ │ │
│
│ │
8 │ │ 8(24) ┌───────┐ │ │
\│ │/ │I/OBUS│ │ │
││74S245 ││ │
│ │ ┌────────┐ └───────┘
││ IPC │
││82C206 │
│ │ └────────┘ ┌────────┐
││ KBDC │
│ ││ 8042 │└────────┘
Рисунок 1.3.Структурная схема системной платы РС386.
На приведенной схеме использованы следующие обозначения:
CPU– центральный процессор,
FPU– математический сопроцессор,
SC –System Control — системный контроллер,
ABF –Addres Buffers – буферы адреса (303 – старшей, 304 – младшей)частей адреса,
DBF –Data Buffer – буфер данных,
МС –Memory Controller – контроллер ОЗУ,
BFS –Buffers – буферыпамяти (КЭШ),
DRAM – ОЗУ,
I/O Bus – приемопередатчики шин,
ROM BIOS – системное ПЗУ,
АТ – адаптеры и контроллеры расширения системной шины,
IPC – Integrated Peripheral Controller – интегральный контроллер периферии,
KBDC – Keyboard Controller – контроллер клавиатуры.
1.4.2 Архитектура шин чип-сета группы 8230
Системная плата IBM PC386 с набором чип-сета 8230, изображенная нарисунке 1.3, имеет следующую систему шин:
1. 32-битовая локальная шина адреса Lokal Bus А[31/02] связывает:
— CPU 80386,
— FPU 80387 или WEITEK WTL3167,если имеется его розетка,
— буферы адреса 82A303 и82A304,
— контроллер DRAM 82A302;
2. 24-битовая системная шина адреса IO Channel Bus SA[23/00] формируется буферами адреса 82A303, 82A304 и используется в подсистеме ввода-вывода для картрасширения УВВ;
3. 24-битовая шина расширения адреса Peripherial Bus XA[23/00] формируется буферами адреса 82A303, 82A304 и используется контроллером IPS 82C206 такжедля доступа к ROM BIOS, а часть адреса XA[01/00] – и для доступа к портаммодулей системной поддержки;
4. 10-битовая шина адреса DRAM MA[09/00] – мультиплексируемая шинадля передачи адреса из контроллера MC 82A302 в DRAM для доступа к ячейкам DRAM;
5. 32-битовая локальная шина данных Local Bus D[31/00] – двунаправленная шина с Z-состоянием, подключена кнагрузочным сопротивлениям 32х10 КОм и коммутирована к сопроцессору и буферамданных DBF 82A305.
Локальные шины A[31/02], D[31/00] и XA[01/00] могут быть организованы вподсистему расширения локальной шины VESA, для использования в системе скоростных32-битовых УВВ, минуя арбитраж.
6. 16-битовая системная шина данных IO Channel Bus SD[15/00] формируется на буферах данных DBF 82A305 и двунаправленных шинных формирователях IO BUS типа74S245.
7. Для доступа к ROM BIOS используется локальная шина RD[15/00],преобразование которой в шину IO Cannel Bus SD[15/00] производит второй шинный формирователь IO BUS74S245. Системные шины доступны, если управляющая ПЛИС PAL16L8 (системный контроллерSC 82C301) декодировала одну из комбинаций управляющих сигналов,предназначенных для доступа к картам УВВ.
8. 32-битовая шина данных DRAM System Memory Bus MD[31/00] связывает DRAM и буфер данных DBF 82A305. Полная ширина линий MD[31/00] выведена и на специальныйразъем расширения DRAM.
9. 8-битовая шина расширения данных Peripherial Bus XD[07/00] предназначена для доступа к информации периферийныхпортов обрамления УВВ, расположенных в контроллерах SC 82A301, MC 82A302, IPC 82C206. Для организации доступа к8-битовым устройствам через 16-битовую магистраль IO Cannel Bus SD[15/00], используются два цикла обмена, в течение которыхна Peripherial Bus XD[07/00], через буфер I/O BUS 74S245, посылается от/к УВВ поодному байту.
В слотах УВВ имеются разъемы для набора сигналов группы интерфейсовXT/AT-BUS.
Контрольные вопросы.
1. Что связывает локальная шина микропроцессора?
2. Какую разрядность имеют локальная и системная шины данных?
3. Какую разрядность имеет локальная адресная шина микропроцессора?
4. К какому объему адресного пространства может иметь прямой доступ CPU i386?
5. Сколько байт может быть передано одновременно по системной шине ISA?
6. Сколько байт информации может быть передано одновременно в/из DRAM?
7. В чем особенность адресной шины DRAM?
8. Сколько портов ввода-вывода можно адресовать через системную шинуадреса?
1.4.3 Микропроцессор
1.4.3.1) Архитектура и типы микропроцессоров
Архитектура, т. е. логическая организация микропроцессора,однозначно определяет свойства, особенности и возможности построениявычислительной системы на базе данного микропроцессора.
Современные микропроцессоры, при всем разнообразии их типов, моделей ипроизводителей, имеют одну из трех типов архитектуры: CISC, RISC и MISC (этоотносится к микропроцессорам универсального, а не специального применения).
Архитектура CISC (Complex Instruction Set Computer) – командо-комплекснаясистема управления компьютером. Отличается повышенной гибкостью и расширеннымивозможностями РС, выполненного на микропроцессоре, и характеризуется:
1) большим числом различных по длине и формату команд;
2) использованием различных систем адресации;
3) сложной кодировкой команд.
Архитектура RISC (Reduced InstrucktionSet Computer) – командо-однородная система управления компьютером, имеет своиособенности:
1) использует систему команд упрощенного типа: все команды имеютодинаковый формат с простой кодировкой, обращение к памяти осуществляетсякомандами загрузки (данных из ОЗУ в регистр микропроцессора) и записи (данныхиз регистра микропроцессора в память), остальные используемые команды – форматарегистр-регистр;
2) при высоком быстродействии допускается более низкая тактовая частота именьшая степень интеграции СБИС VLSI;
3) команда меньше нагружает ОЗУ;
4) отладка программ на RISC более сложна, чем на CISC;
5) с архитектурой CISC программно несовместима.
Архитектура MISC (Multipurpose Instruction Set Computer) – многоцелевая командная система управлениякомпьютером, сочетает в себе преимущества CISC и RISC. Элементная база состоитиз отдельных частей (могут быть объединены в одном корпусе): основная часть(HOST – ведущая), архитектуры RISC CPU, а расширяемая часть – с подключениемПЗУ (ROM) микропрограммного управления. При этом вычислительная системаприобретает свойства CISC: – основные команды работают на HOST, а командырасширения образуют адрес микропрограммы для своего выполнения. HOST выполняет команды за один такт, арасширение эквивалентно CPU со сложным набором команд (CISC). Наличие ПЗУустраняет недостаток RISC, связанный с тем, что при компиляции с языка высокогоуровня код операции (микропрограмма) уже дешифрирована и открыта дляпрограммиста.
Типымикропроцессоров.
Как известно,микропроцессоры бывают трех типов:
— однокристальные микропроцессоры,
— однокристальные микро-ЭВМ (All-In-Once – все в одном),
— секционные микропроцессоры (bit-slise — частичное расслоение).
1) Однокристальные микропроцессоры характерны тем, что:
— система команд фиксирована;
— содержат основные элементы кристалла: АЛУ, дешифратор команд, узелмикропрограммного управления, узел управления обменом;
— не позволяют наращивать разрядность обрабатываемых словкаскадированием;
— шины данных, адреса, управления – мультиплексируемы.
2) Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ) отличаются тем, что:
— кроме микропроцессора, кристалл включает в себя обрамление: ГТИ,контроллер прерываний, порты, таймер, ОЗУ, буфер команд;
— их применение очень просто (например, контроллер KBD в РС):
— вследствие низкой тактовой частоты, производительность ОМЭВМ невелика,но они и не предназначаются для высокоскоростных операций.
3) Секционные микропроцессоры характерны тем, что:
— допускают наращивание разрядности объединением одноименных линийнескольких чипов одинакового назначения;
— дезинтегрированы на отдельные компоненты АЛУ и ИМС обрамления;
— позволяют наращивать разрядность шин данных, адреса, АЛУ и объемподключаемой оперативной памяти:
— могут работать в разных системах команд, в соответствии с прошивкоймикропрограмм.
Персональные компьютеры, в подавляющем большинстве выполняются на однокристальныхмикропроцессорах. Одни их первых, разработанные фирмой IBM, выполнялись на микропроцессорах i8088, позже – на 8086. ПервыйАТ-компьютер был выполнен с использованием микропроцессора i80286, после разработки фирмой Intel микропроцессоров i80386 и i80486, выпускались компьютеры типа РС-386 двух модификаций,позже PC-486 в трех модификациях. Дальнейшееразвитие персональных компьютеров стало возможным после разработки и выпусканового семейства микропроцессоров типа Pentium. Сравнительные характеристики микропроцессоровсемейства 80х86 и Pentium приведеныв таблице 1.1.
Таблица 1.1. Сравнительные характеристики однокристальных CPUсемейства 80х86.
Тип микропроцессора
Количество выводов
Fтакт МГц
Разрядность адр/дн
Быстродействие mips
Скорость обмена МВ/сек
Транзисторов
в одном кристалле
103 8086 40 10 20/16 0,33 1,4 29
8088 40 10 20/8 0,33 0,7 29
80286 68 25 24/16 1,2 8,0 134
80386DX 132 40 32/32 6,0 66,0 275
80386SX 100 33 24/16 4,5 30,0 275
80486DX 168 50 32/32 20,0 106 1200
80486SX 168 33 32/32 16,5 - 1185
80486DX2 168 50/66 32/32 54 - 1300
Pentium 273 и более >100 32/64 >112 >528 3100 и более
/> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Контрольные вопросы.
1. В чем состоят особенности архитектуры CISC микропроцессора?
2. В чем достоинства и недостатки архитектуры RISC?
3. Какая архитектура микропроцессора свободна от недостатков CISC и RISC?
4. Какработает система с архитектурой MISC?
5. В чем особенности однокристальных микропроцессоров?
6. Что такое однокристальная микро-ЭВМ?
6. В чем достоинства секционных микропроцессоров?
8. Какую разрядность адреса/данных имеют микропроцессоры i386, i486?
9 В чем основное отличие микропроцессоров типа «Pentium»?
1.4.3.2). Структурная схема и функциональный набор сигналовуправления CPU i386.
Структурнаясхема микропроцессора i386приведена на рисунке 1.4.
сигналы сигналы
адресов и данных: управления шиной:
/BE[3/0] A[31/02] D[31/00] W/R#, D/C#, M/IO#,/LOCK
^ /\ /\ /ADS,/NA,/BS16,/READY
│ ││ ││ ^
│ ││ ││ │ ┌─────────────┐
┌──┴────────┴┴───────┴┴────────────────┴──┐ │ PU │
│ │──>├─────────────┤
│ BIU │ │ очередь │
│ │ │ команд 16б │
└──────────────────────────┬──────────────┘ └──────┬──────┘
│ ┌──────┴──────┐
┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ── ─ ─ ─ │ ─ ─ ─ ─┐ │ IDU │
┌────────────────────┐ │ ├─────────────┤
│ │ ┌──────────────┐│ ││очередь МкК ├──┐
│PAG│КЭШстр.дескр.││x100 бит │ │
│ │ └──────────────┘│ │ │ └─────────────┘ │
└───────────┬────────┘ │ ┌──────────────┐│
│ │ ││ EU │ │
┌────┴─────────────┴───┐ ├──────────────┤│
│ │ ┌────────────────┐│ │ │┌────────────┐││
MMU │ SU│ КЭШ сегм. дескр.│ ││файл 32р Рг ││ │
│ │ └────────────────┘│ │ │└────────────┘││
└──────────────────┬───┘ │┌────────────┐││
└ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ── ─ ─ ─ │ ─ ─ ─ ─┘ ││ А Л У 32р ││ │
┌──────────────┐ │ │└────────────┘││
│ устройство ││┌────────────┐││
│ защиты памяти│ ││сдвигат.64р││ │
└──────────────┘ │└────────────┘││
микрооперации └──────────────┘│
^ ^ ^ ^ ^ ^ │
┌────────────┴──┴──┴──┴──┴──┴────────────┐ │
│ управление микропроцессором │
└──────────────────────────────────────┬─┘
^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ │
│ │ │ │ │ │ │ │
PE REQ │ /ERROR │ NMI │ │ v
/BUSY /RESET INTR HOLD HLDA
└─────────────────────────────┘ └─────────┘
сигналы управления сигналы
микропроцессором арбитража
Рисунок 1.4. Структурная схема микропроцессора i386.
*) Термин ДЕСКРИПТОР в блоке MMU означает ключевое слово, описатель адреса страницы или сегмента исодержит физический адрес – эквивалент логического (математического) адреса вкоманде.
Описание функций блоков микропроцессора.
1. BIU (Bus Interface Unit) – устройство сопряжения с шиной.Системная шина осуществляет обмен информацией между CPU и подсистемами ВС.
2. PU (Prefetch Unit) – устройство предварительной выборки команд,представлено узлом управления конвейером команд и 16-битовым стеком команддисциплины FIFO (First Input – First Output: первым пришел – первым вышел).
3. IDU (Instruction Decode Unit) – устройство декодированиякоманд, состоит из:
— декодера команд, осуществляющего дешифрацию полей команд первой ступени(определение типа и формата команды) и
— стековой памяти из 31-го 100-битовых полей, дисциплины FIFO,определяющих собственно набор микроопераций выполняемых команд. Стеки PU и IDUпрограммно недоступны.
4. EU (Execution Unit) – устройство обработки данных,предназначено для хранения и обработки данных, выполнения команд и формированиякодов состояний CPU. EU включает в себя группу (файл)
32-битовых регистров:
1) EAX – аккумулятор;
2) EBX – адресный регистр базы данных;
3) ECX – счетчик операций цикла;
4) EDX – 64-Кбайтный адрес порта ПУ, либо адрес хранения старшейполовины операнда в командах умножения и деления;
5) AX, BX, CX, DX – регистры хранения адресов 16-битовыхоперандов;
6) AL, AH, BL, BH, CL, CH, DL, DH – регистры хранения адресов8-битовых операндов;
7) ESP иEBP – группа 32-битовых регистров указателейстеков для работы со стековыми сегментами;
8) ESI и EDI – регистры индексов, для хранения смещения адресаотносительно базы при чтении или записи в память;
9) SP, BP, SI, DI – регистры для хранения 16-битовой информации,
10) EFLAGS – 32-битовый регистр флагов, включающий в себя:
— 6 статусных флагов (устанавливаются по результатам выполнениясоответствующих операций);
— 2 управляющих флага, разрешающих включение режима VM86 и игнорирования(блокировки) ошибок при отладке программы по шагам;
— 2 системныхфлага, используемых в режиме РМ,
11) EIP (Instrucktion Pointer) – 32-битовый регистр счетчикакоманд (IP – 16-битовая секция счетчика команд). Счетчик команд программнонедоступен.
12) CR0 –СR3 – три 32-разрядных регистра управления,которые, совместно с системными регистрами, сохраняют информацию о состоянииCPU во время выполнении задачи. СR1 не используется.
Механизм отладки программв микропроцессоре i386 позволяет:
1) введение в программу точек разрыва;
2) пошаговый (покомандный) режим выполнения программы;
3) программирование четырех адресных контрольных точек останова (DR0 –DR3). В реализации режима останова участвуют также регистры состояний DR6(статусный) и DR7 (управляющий) из регистра EFLAGS. Оба регистра – TR6 и TR7используются также для самодиагностики CPU. Режим самодиагностики запускаетсяпо заднему фронту сигнала RESET при условии, что сигнал /BUSY = L (Low – нижнийуровень).
5. SU (Segmentation Unit) – блок сегментации, осуществляет первуюступень преобразования адресов, и состоит из 16-битовых регистров для хранениябазовых текущих адресов, или сегментов в RM, либо селекторов в РМ и содержит:
1) CS (Code Segment) – селектор или сегмент кода;
2) SS (Stack Segment) – начало стекового сегмента;
3) DS, ES, FS, GS (Data Segments) – регистры сегментов данных.
Для организации режима виртуальной памяти в CPU i386 имеется механизм,включающий системные регистры:
1) GDTR (Global Descriptor Table Register) – регистр глобальнойдескрипторной таблицы,
2) LDTR (Local Descriptor Table Register) – регистр локальнойдескрипторной таблицы,
3) IDTR (Interrupt Descriptor Table Register) – регистр таблицыдескрипторов прерываний,
4) TR (Task Register) – регистр селектора сегмента состояниязадачи (TSS).
6. PAG (Paging Unit) – блок страничной организации памяти. Этовторая ступень (первая – SU) для доступа к страничным ячейкам при виртуальномпреобразовании адреса. SU и PAG входят как независимые узлы в MMU (МemoryManagment Unit).
ПРИМЕЧАНИЯ по тексту:
1) полярность активностилогического сигнала может быть прямой (положительной) или инверсной(отрицательной).
ПРЯМЫЕ активные сигналы в таблицах и на схемах обычно не имеют особых отметокили, в исключительных случаях, имеют индекс high перед именем сигнала.
ИНВЕРСНЫЕ активные сигналы имеют равносильные обозначения:
— минус перед именем сигнала,
— знак "/" (слэж) перед именем сигнала (например, /ERROR),
— надчеркивание,
— знак # после имени (например, BUSY#), или
— индекс L (Low) после имени;
2) для принятой системы счисления за цифровым обозначением следует буквенныйуказатель:
— h (hex) — шестнадцатеричная,
— d (decimal) — десятичная, или
— b (binare) — двоичная системасчисления;
3) размещение байтов в регистрах различно: обычно информация о составебайтов, заключенных в ячейки памяти, разделяется двоеточием, а приакцентировании конкретного бита, входящего в состав регистров или шин, принятообозначение бита (разряда) – его номером в квадратных скобках (например,EFLAGS[17]).
Назначение линий и сигналы интерфейса CPU.
D[31/00] (Data) – двунаправленная шина данных с тремя состояниями. Сигналышины синхронные.
BS16# (Bus Size 16) – вход, связывающий CPU с 16-битовой шиной (режим i286).Если операнд – двойное слово, то BIU переключается на трансляцию в линиюD[15/00] двух слов за два цикла обмена. Сигнал синхронный.
ВЕ0# — ВЕ3# – выходные стробы данных, линии с тремя состояниями.Сигналы показывают, какие байты 32-разрядной шины используются в текущейпередаче. Вырабатываются при внутренней дешифрации двух младших разрядов адресаА[01/00] (см. Таблицу 1,2. Коды передачи байтов по системной шине).
А31-А0 – выходные адресные линии с Z-состоянием, обеспечивающие физическуюадресацию памяти или УВВ.
W/R# (Write/Read) выходные линии с Z-состоянием,определяющие
D/C# (Data/Control) типциклашины. Сигналы действительны только
M/IO# (Memory/Input-Output) при активном уровне /ADS=L.
ADS# (Address Strobe) – выход строба адреса. Линияс Z-состоянием, по которой поступает сигнал к ВУ, о том, что начался цикл шины,определяемый сигналами управления W/R#, M/IO#, D/C#, /BE0- /BE3 и адреснымилиниями A[31/02] и адрес на них достоверен.
RESET (сброс) – асинхронный вход, останавливающий выполнение любойоперации в CPU и переводящий его в состояние сброса. Сигнал определяется CPU поуровню и имеет наивысший приоритет. Это состояние реализуется на 15 и болеепериодов CLK2, но за 78 и более периодов CLK2 до запуска самодиагностики. Навремя действия RESET сигналы на входах CPU игнорируются, а выходы переводятся впассивное состояние: /ADS=H, D[31/00]=Z, A[31/02]=H, /BE0-/BE3=L, W/R#=H,M/IO#=L, /LOCK=H, HLDA=L.
READY (готов) – синхронный сигнал, указывающий, что текущий ЦИКЛ ШИНЫзавершен, байты, определяемые сигналами /ВЕ0-/ВЕ3, /BS16, приняты или переданы.В первом такте цикла сигнал игнорируется, в остальных – анализируется, пока нестанет активным. Внешнее оборудование, не способное закончить обмен за 2 такта,продлевает цикл, удерживая CPU в состоянии Time Out.
/NA (Next Addres) – синхронный сигнал для запроса следующего адреса, сообщаетCPU, что система готова принять от него новые значения адресов и сигналовуправления циклом обмена, даже если завершение текущего цикла шины неподтверждено сигналом /READY.
CLK– внутрипроцессорная частота CPU i386. Она вдвое ниже подводимой к входуCLK CPU от генератора тактовых импульсов.Для каждого периода CLK2 есть две фазы – Ф1 и Ф2, внутренней синхронизациимикроопераций в CPU, но они могут быть синхронизированы с задним фронтом RESET.Различаются такты Ts и Tc, составляющие цикл обмена.
/LOCK – выходная шина с Z-состоянием, определяет тип цикла шины сблокировкой. Активизируется установкой /ADS=L в начале цикла шины сконвейеризацией адресов, или в циклах INTA. Применяется в мультипроцессорныхсистемах и сигнализирует о том, что CPU выполняет операцию с несколькими цикламишины, которая не должна прерываться. Сигнал вырабатывается автоматически, привыполнении префикса /LOCK в циклах INTA и при смене страничных таблиц.
HOLD (Bus Hold Request) – запрос захвата шины. Синхронныйвходной сигнал, устанавливаемый другим CPU, или интеллектуальным УВВ для работыс шиной. Анализируется фронтом CLK2 и, пока HOLD активен, CPU следит за егоуровнем, устанавливая в конце цикла обмена ответный сигнал HLDA.
HLDA (Bus Hold Asknowlege) – синхронный выход подтверждения передачи управленияшиной другому, активному CPU или УВВ. В ответ на запрос HOLD, CPU переходит всостояние подтверждения захвата. На входе NMI возможно появление толькоодного запроса, запоминающегося в CPU для обработки его после снятия сигналаHOLD.
INTR (Interrupt –прерывание) – асинхронный вход, инициирующийпоследовательность прерывания в CPU, аналогичен для любого i80x86 CPU.
NMI (Non Maskable Interrupt) – немаскируемое прерывание,сигнализирует CPU о появлении критической ошибки в ВС, не позволяющей правильнопродолжить операцию (например, – ошибка адресов или данных в ОЗУ). Текущаяпрограмма прерывается и ситуация обрабатывается специальной программой дляпринятия решения (перезапрос данных, повторное выполнение операции, илисигнализация о неработоспособности ВС).
PE REQ (Co-processor Request) – запрос прерывания от FPU. Асинхронный вход, указывающий, что FPU нужен обмен спамятью (сам FPU обменом не управляет). CPU отвечает сигналом синхронизации,после чего FPU выполняет циклы обмена между локальной шиной и портами регистровданных FPU.
/BUSY (занят) – асинхронный вход, анализируемый по уровню командой WAIT,автоматически выдаваемой CPU, при обнаружении активного входа /BUSY=L (признакналичия ошибки, особой ситуации, или выполнения FPU очередной операции). На времяактивизации сигнала /BUSY, CPU выполняет такты ожидания. Если во время срезаRESET сигнал /BUSY=L, то CPU выполняет процедуру самодиагностики.
ERROR (ошибка), – асинхронный вход, анализируемый по уровню. Указывает, чтопри выполнении команды в FPU сформирован незамаскированный в регистре состоянияFPU код ошибки. CPU вырабатывает прерывание типа 10h, но чаще – аппаратное прерывание типа 75h по линии IRQ13.
Какие именно байты (A, B, C или D), из четырех возможных, машинного словабудет передаваться по системной шине ISA за один цикл обмена, определяютсякодами управляющих сигналов ВЕ3# — BE0#. Коды передачи байтов по системной шинеприведены в таблице 1.2.
Возможные типы циклов шины приведены в таблице 1.3. Символ #, стоящийпосле названия сигнала означает, что активный уровень сигнала – нижний.Сигнал М означает обмен с DRAM, IO – обмен с портом, D – передача данных, С –передача команды, W – запись, R – чтение DRAM или порта соответственно.
Таблица 1.2. Коды передачи байтов по системной шине.
/BЕ3 /ВЕ2 /ВЕ1 /ВЕ0 БАЙТЫВ 32-БИТОВОМ СЛОВЕ ДАННЫХ
D(D24/31) C(D16/23) B(D8/15) A(D0/7)
1 1 1 0 - - - A
1 1 0 1 - - B -
1 0 1 1 - C - C
0 1 1 1 D - D -
1 1 0 0 - - B A
1 0 0 1 - C B -
0 0 1 1 D C D C
1 0 0 0 - C B A
0 0 0 1 D C B A
0 0 0 0 D C B A
Таблица 1.3. Типы циклов шины.
M/IO# D/C# W/R#
0 0 0 — подтверждение прерывания
0 0 1 — не используется
0 1 0 — чтение данных из УВВ
0 1 1 — запись данных в УВВ
1 0 0 — чтение команды из ОЗУ
1 0 1 — 1) останов: Addr=2, /BE0-/BE3=1101, A[31/2]=0
— 2) отключение: Addr=0, /BE0-BE3=1111,A[31/2]=0
1 1 0 — чтение данных из ОЗУ
1 1 1 — запись данных в ОЗУ
Из таблицытипов циклов шины видно, что циклов шины может быть восемь:
1) чтение ОЗУ без блокировки шины (/LOCK=H),
2) чтение ОЗУ с блокировкой шины (/LOCK=L),
3) запись в ОЗУ без блокировки шины (/LOCK=H),
4) запись в ОЗУ с блокировкой шины (/LOCK=L),
5) чтение из УВВ или регистров FPU,
6) запись в УВВ или в регистры FPU,
7) подтверждение прерывания,
8) цикл останова или выключения.
Но основных, обменных циклов, – четыре: чтение ОЗУ, запись в ОЗУ, чтениепорта ввода-вывода и запись в порт ввода-вывода. Остальные циклы шины либоварианты основных (с блокировкой или без блокировки), либо служебные, а необменные.
1.4.3.3) Конвейерная обработка команд в CPU
Шесть автономных блоков микропроцессора i386 составляют системуконвейерного выполнения команд.
Исполнение команды, в общем виде, состоит из 6 тактов:
ФАК──>ВК──>ФАО──>ВО──>ОП──>ЗпРез
здесь:
ФАК – формирование адреса команды,
ВК – выборка команды,
ФАО – формирование адреса операнда,
ВО – выборка операнда,
ОП – выполнение текущей операции,
ЗпРез – запись результата операции.
Конвейерное выполнение программы – это когда в разных автономныхблоках микропроцессораодновременно выполняются разныетакты нескольких смежных команд. Например, ЗпРез команды n-1,собственно ОП команды n, ФАК команды n+1, ВКкоманды n+2 и ФАК команды n+3.
Обработка команды в CPU i386, в свою очередь, состоит из четырех этапов:
1) преобразование адресов при сегментированной или страничной организациипамяти (выполняется в блоке MMU);
2) выборка полей команды из ОЗУ и накопление их в стеке очереди команд(выполняется в PU);
3) дешифрация команд из очереди и накопление дешифрованных кодов операцийв стеке декодированных команд (выполняется в блоке IDU);
4) выполнение операции в EU, под микропрограммным управлением, иформирование статусных флагов.
Для ускорения выполнения команд в CPU, моделей i386 и старше, организованконвейер команд:
— каждая из команд в свое время находится в стадии выборки, хранения,дешифрации, формирования адреса и – выполнения;
— для смежных команд эти стадии (такты выполнения) обычно выполняютсяразными узлами CPU одновременно, в режиме совмещения, если соответствующие узлымикропроцессора в это время свободны;
— работа CPU, по отношению к системной магистрали, синхронна, а междуузлами BIU, PU, IDU, EU – асинхронна.
Счетчик команд EIP в EU автоматически модифицирует адрес следующей командыпо словам или двойным словам, в зависимости от длины команды, задаваемой входом/BS16. Информация в EIP, системных и сегментных регистрах блока MMUиспользуется при формировании физического адреса для выборки следующей команды.
Одновременно с адресным формированием в EU, в работе находится одна изкоманд очереди в IDU, в которое, в свой черед, подгружается команда из PU.
Обмен данными между CPU и системой осуществляет BIU по запросу от EU, либо приналичии свободного места в очереди команд.
Если EU выполняет длинную команду, не требующую новых данных из системы,а узлы очередей заполнены, то BIU может находиться в, так называемом, холостомцикле.
В многопроцессорных системах, когда шина передается от одного ведущегомодуля другому, отключаемые модули переводят свои шины в состояние высокогоимпеданса – Z-состояние. В это время отключенный от шины CPU, или контроллеримеет возможность автономно выполнять все команды, находящиеся в стеках, до техпор, пока CPU не потребуется шина для обмена. Если же в это время шина все ещезанята, то CPU прекращает работу, находясь в состоянии ожидания (Time-Out),пока шина не освободится (линия /READY=H, т. е. пассивна).
Контрольные вопросы.
1. Из каких тактов состоит выполнение команды в CPU?
2. Что такое цикл шины в РС?
3. В чем смысл сигнала HOLD?
4. В чем смысл сигнала HLDA?
5. Как реагирует микропроцессор на сигнал INTR?
6. В чем особенность сигнала NMI?
1.4.3.4) Режимы работы микропроцессора i386
CPU i386 допускаетработу в четырех режимах:
— RM – реальном,
— РМ– защищенном,
— VM-86 – виртуальном и
— РРМ– страничном.
1. RM – режим реальной адресации, соответствует работе системы i8086 ииспользуется только в MS DOS. Область адресов, шириной в 1 Мбайт, не защищена,реализовано до 20 адресных линий (из 32-х, возможных для микропроцессора i386),режим однопользовательский. Для работы с 32-разрядными операндами и реализациидополнительных режимов адресации используется префикс переадресации, двухбайтовыйадрес не превышает границы сегмента в 64 Кбайт (0000 — FFFF), иначе фиксируетсяособая ситуация с прерыванием типа 13h. Для доступа к 1 Мбайт адресногопространства используются линии адреса [A19-А02] и /BE0 – /BE3. Страничныймеханизм доступа к памяти отключен, исполнительный адрес всегда соответствует физическому,все сегменты могут находиться в состоянии записи, считывания или выполнения.
2. РМ – защищенный режим, или режим виртуальной адресации. При включении РСвсегда устанавливается режим RM, а для перевода его в РМ используются системныекоманды LMSW и SMSW. При установке бита PF=1 в MSW, CPU переходит в РМ. Врежиме РМ реализуется доступ к 4 Гбайт ОЗУ в 32-битовом пространствеисполнительных адресов, а доступ к 64 Тбайт ОЗУ реализуется в логическом(виртуальном) адресном пространстве. Виртуальная адресация – это способорганизации доступа к информации, большая часть которой располагается не вфизическом ОЗУ, а во внешней (дисковой) памяти, откуда она, по меренеобходимости, перекачивается в ОЗУ (swapping), но программа видит иллюзиюразмеров ОЗУ в 64 Тбайт. Предусмотрена защита памяти по многоуровневомупринципу защиты ОС и прикладных программ и реализуется мультипрограммность.Для обратного перевода из режима РМ в RM, команды LMSW и SMSW не используются,а система должна быть перезагружена либо аппаратно («холодный»рестарт), либо аппаратно-программно – через порты 64h и 60h контроллера 8048(KBD), командой OUT и далее, через сигнал RS и узел Shut Down, – к входу RESET CPU, как при «теплом»рестарте, осуществляемом нажатием комбинации клавиш Ctrl+Alt+Del.
Для программного перехода из режима PM в RM может быть также использованаассемблерная команда MOV CR0 (LCR0).
3. VM-86 – это режим виртуальной адресации i86. Режим устанавливаетисполнительную среду i8086 внутри многозадачной среды PM CPU i386. При этомподдерживается выполнение всех программ для предыдущих поколениймикропроцессоров ix86. Сначала, в рамках VM86, формируется 20-разрядныйлинейный адрес по системе RM, но включается механизм страничной адресациии система двухуровневой защиты памяти. Адрес, шириной в 1 Мбайт, может бытьразбит на 256 страниц по 4 Кбайт каждая и размещен в физическом адресномпространстве до 4 Гбайт. В этом объеме адресов ОЗУ можно, в окнах (frame) по 1Мбайт, расположить множество копий MS DOS, или других ОС и пользовательскихпрограмм, представляющих отдельные виртуальные машины, работающие вмногозадачном режиме.
Вход и выход в режим VM86 возможен следующими способами:
— загрузкой регистра флагов EFLAGS [17];
— переключением с задачи на задачу с использованием сегмента состояниязадачи (TSS);
— в процедуре прерывания (команда IRET);
— ассемблерной командой POPF.
4. РРМ – режим страничной адресации. Это режим управления памятью, позволяющийразделить большие объемы информации на компактные блоки по 4 Кбайт.
Для реализации режима РРМ в CPU i386 дополнительно включается страничныймеханизм, транслирующий линейный адрес – в физический.
Переход из RM в РРМ – программный, командами LMSW, SMSW, MOV CR0, MOVCR3. Обратный переход осуществляется либо перезагрузкой, либо программно, спомощью бита 31 в регистре CR0.
Контрольные вопросы.
1. Что представляет собой и для чего предназначен режим RM CPU i386?
2. Что такое виртуальная адресация в режиме РМ CPU i386?
3. Для чего предназначен режим VM86 CPU i386?
4. Какой режим устанавливается при включении CPU i386?
5. Как можно перейти из режимов РМ, РРМ в режим RM?
1.4.4 Математический сопроцессор
Равнозначны следующие аббревиатуры обозначения математическогосопроцессора:
NDP (Numeral Data Processor),
MCP (Math Co-Processor),
FPU (Floating Point Unit),
APU (Accelerate Processor Unit).
Для однозначности – примем обозначение FPU.
FPU выполняет следующие функции:
— операции с плавающей точкой;
— вычисление тригонометрических функций;
— логарифмирование;
— работу с двоично-десятичными числами.
Эти операции выполняются FPU по собственной микропрограмме, значительно(до 150 раз) быстрее, чем CPU, хотя CPU может их выполнять и сам, при наличиипрограмм-эмуляторов режима совместимой с FPU работы, но медленнее. Так что FPUнеобязателен, и целесообразен только при больших объемах вычислений с плавающейточкой и т.п. Впрочем, успехи технологии СБИС позволяют интегрировать FPU прямов кристалл CPU, так что современные CPU, начиная с i486 и Pentium,имеют встроенный в CPU математический сопроцессор.
FPU поддерживает вещественные, целые и двоично-десятичные числа,представленные в формате с плавающей точкой:
(-1)S[1.f1 – f(23,52,63)]*2[E– (127,1023,16383)]
где
S = 0 – знак мантиссы "+",
S = 1 – знак мантиссы "–",
f – мантисса,
Е – экспонента,
(23, 52, 63) – размеры поля дробной части мантиссы действительных данныхв коротком, длинном и временном формате операндов с FP, соответственно,
(127, 1023, 16383) – величины смещения, вычитаемые из характеристики(характеристика включает в себя знак порядка) для представления истинногопорядка.
Имеются два поколения FPU:
— 8087, 80287 — имеют неполное соответствие существующему стандартуIEEE-75-4-1985;
— 80387, 80387DX ,80387SX ,80287A ,80287XL, 80C187, 80487SX –стандартизованы и их скоростные характеристики выше.
FPU i387 может работать с CPU синхронно или асинхронно, поэтому FPUподбирается для совместной работы с CPU на частотах, равных, или выше рабочейчастоты CPU.
FPU i287 тоже может использоваться в РС 386, но имеет асинхронныйинтерфейс с CPU.
FPU i387, для выравнивания скорости интерфейса FPU и скорости работылокальной шины данных CPU, имеет буфер данных (DB), стек типа FIFO и, в отличиеот i287, работает без тактов ожидания. Обобщенная структурная схема FPU приведена на рисунке 1.5. ФирмаWEITEK Corp. производит сопроцессоры WTL3167, WTL4167 (для CPU 386 и 486соответственно) – самые скоростные модели, однако несовместимые с FPUклассической архитектуры, как по системе команд, так и по способу их загрузки.Для их работы требуются специальные программные средства поддержки, фирмMetaware или Microway.
Фирма Cyrix производит менее скоростные, но самые точные FPU 83D87 (дляi386DX), 83S87 (для i386SX), 82S87 (для i286). Это FPU классическойархитектуры, но их производительность на 25% выше, чем i387, так как всекритичные по времени процессы реализованы жесткой логикой (аппаратныеумножитель и АЛУ мантиссы, 90-разрядные регистры и т. д.). Энергопотребление ихвтрое ниже, чем i387.
При объединении CPU i386 c FPU i387, в адресное пространство CPU добавляютсяадреса портов ввода-вывода регистров данных FPU i387: 800000F8–800000FFh (адреса портов FPU F8–FFh).
1.4.4.1) Структурная схема математического сопроцессора
Обобщенная структурная схема FPU приведена на рисунке 1.5.
┌── ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┬ ─ ── ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ── ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐
32 ExpBus 64 FractionBus
│ ┌────────────┐│ ┌──────────┐ ││ ││ ┌────────┐ │
│ CWR │ │ EM │││ │││ PS │
│ ├────────────┤│ └──────────┘ ││ ││ └────────┘ │
│ SWR │ ││ ││ ┌────────┐
│ └─────┬──────┘│ ┌──────────┐ ││ │││ AM │ │
│ │ MCU │ ││││ └────────┘
D[31┌─────┴──────┐────>│ │ ││ ││ ┌────────┐ │
/00]│ │ │ └──────────┘ ││In-│││ TR │
───>│ DB │ ┌──────────┐t32 ││ter││ └────────┘ │
│ │ │────>│ OQ │││fa-││
└─────┬──────┘ │ │ ││ce││ │
│ │ │ └──────────┘ ││ ││
sta- │┌────────────────┐││ ││ │
tus┌─────┴──────┐│ │ TW(2 bit)81,80│││ ││
───>│ ABT │ └────────────────┘││ ││ │
add-├────────────┤│ 79 St0-St7 \/ \/ 00
ress│ EP │ ┌──────────────────────────────────────┐ │
───>│ 2x32 │ │ │ RS 7 │
│ └────────────┘ ├──────────────────────────────────────┤ │
│ │ 6 │
│ ├──────────────────────────────────────┤ │
│ │ RegisterStack80 bits 5 │
│ ├──────────────────────────────────────┤ │
│ ..............................
│ ├──────────────────────────────────────┤ │
│ │ 0│
│ └──────────────────────────────────────┘ │
CU │ NEU
└─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ── ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ── ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ── ┘
Рисунок 1.5. Структурная схема FPU.
Обозначения на схеме:
CU – (Control Unit) устройство управления,
NEU– (Numeral Execution Unit) устройство цифровых процедур,
СWR– (Control Word Register) регистр управляющего слова,
SWR – (Status Word Register) регистрслова состояния FPU,
DB – (Data Buffer) буфер данных,
АВТ – (Addresing & Bus Tracking) адресация и слежение за состояниемсистемной шины.
EP – (Execution Pointer) указатель процедуры шины,
ЕМ – (Exponent Module) модуль управления порядками чисел с FP,
MCU– (Microcode Control Unit) устройство микроуправления,
OQ – (Operands Queue) очередь операндов,
TW – (Tag Word) словарь тегов и dirty bit в RS,
RS – (Register Stack) стековые регистры,
PS – (Programmable Shutter) программируемый сдвигатель,
AM – (Arithmetic Module) модуль арифметических процедур,
TR – (Temporary Registers) регистры временного хранения промежуточных данных.
1.4.4.2) Работа и связь FPUс CPU.
В системе локальной шины, обменом всегда управляет CPU: – формируетадреса выборки команд и операндов, при обмене данными между FPU и DRAM –считывает информацию из ОЗУ и регистров FPU. FPU i387 подключен к CPUпараллельно в 32-разрядном формате шины, а i287 — в 16-разрядном.
Взаимодействие FPU с системой осуществляется посредством команд. Всекоманды, транслируемые в CPU, параллельно поступают и в FPU, но команды FPUимеют особый код ESC (11011).
При встрече в программе команды ESC, выполняются следующие процедуры:
1) CPU записывает в свои регистры: код операции FPU, адреса команды,операнда и направление передачи;
2) в режиме РМ, CPU обеспечивает защиту информации и анализирует линию/BUSY от FPU;
3) если /BUSY=L, CPU переходит в ожидание, так как результат выполнениякоманды ESC может быть востребован очередной командой;
4) CPU подготавливает линии локальной шины для обмена с FPU;
5) FPU начинает выполнение очередной команды;
6) если FPU требуются данные, он выставляет на линию PE сигнал REQ=H, итогда, –
7) CPU, имея все сведения для обмена на своих регистрах, активизируетлинии /ADS, W/R#, Addres, М/IO#.
Обмен данными с FPU занимает не менее двух циклов CPU (по двавнутрипроцессорных такта Ts и Tc, по два такта синхронизации CLK каждый, т. е.всего 8 тактов CLK2).
В первом цикле, CPU либо считывает данные из ОЗУ, запоминая их в своихрегистрах, либо данные из арифметических регистров FPU (также запоминая их),теперь – для записи в ОЗУ.
Во втором цикле обмена, CPU, через сигналы своего внешнего интерфейса,записывает данные из своего внутреннего регистра в ОЗУ, либо через порты FPU –в арифметические регистры FPU.
Подключение математического сопроцессора.
Для подключения FPU, системная плата имеет или 40-контактный FPU-chip-socketдля i287, или мозаичную 68-контактную розетку для i387, или 114-контактнуюрозетку комбинированного применения для FPU WEITEK.
Если контакты на панели розетки расположены в два ряда – это розетка дляFPU фирм INTEL, Cyrix, IIT, ULSI, AMD. Если в три ряда – это для FPU фирмыWEITEK. Могут быть две розетки, или панель типа EMC (Expanded MathCoprocessor), универсальные – и для INTEL, и для WEITEK.
При установке FPU в розетку следует принимать меры предосторожности (CMOSочень чувствительна к статике):
— перед установкой следует временно закоротить специальной гребенкой всевыводы чипа FPU;
— заземлить гребенку;
— заземлить корпус РС (вилка питания РС должна быть выключена из сетипитания);
— работать следует всегда с антистатическим браслетом на руке;
— только после установки FPU в схему можно снять гребенку.
Контрольные вопросы
1.Каково назначение математического сопроцессора?
2.Какой формат имеют операнды при работе РС с плавающей точкой?
3.Как осуществляется процедура обмена данными FPU c DRAM?
4.Как конструктивно могут быть исполнен математический сопроцессор?
5.Какую внутреннюю разрядность данных имеет FPU?
6.Каков порядок подключения FPU к системной плате?
1.4.5 Подсистемы системной платы
На системной плате PC386DX развернуты следующие подсистемы:
1) подсистема DRAM, включающая в себя:
— контроллер 82С302,
— четыре банка накопителей с чипами 41256, или 411000, или 44256, объемом2, 4, 8, 10 Мбайт соответственно, с возможностью расширения до 16 Мбайт, прииспользовании модулей SIP, SIMM, или карты расширения ОЗУ в слоте. Времядоступа в подсистему DRAM составляет 70-80 нсек;
2) подсистема ввода-вывода, состоящая из карт контроллеров, или адаптеровсоответствующих УВВ;
3) подсистема ROM BIOS, организованная двумя чипами 27256, младшего истаршего байтов, по
32 Кбайт, имеющая возможность расширения до 128 Кбайт;
4) через контроллер типа 8042 поддерживается двунаправленный интерфейссвязи с KBD;
5) в зависимости от модификации, на SB устанавливаются различные элементыконфигурирования (переключатели, или перемычки), например для:
— разрешения режима конвейеризации адресов,
— выбора типа сопроцессора FPU,
— разрешения изменений содержания CMOS RAM,
— выбора рабочей частоты SB,
— разблокировки аппаратного сброса,
— выбора типа дисплея (MDA, EGA, VGA, SVGA) и т. д.
Вычислительнаясистема поддерживается:
— 16-ю линиями запросов прерываний IRQ,
— 7-ю линиями запросов DRQ на ПДП,
— тремя каналами таймера,
— схемами аппаратного сброса и окончания работы CPU (RESET и Shut Down),
— стандартнаячастота шины ISA по вводу-выводу составляет 8 МГц;
1.4.5.1)Подсистема оперативной памяти
DRAM управляется контроллером 82С302. Контроллер поддерживает режимконвейеризации адресов, используя внутренние защелки, сохраняющие адрес исостояние для текущей выборки.
Специальные сигналы /IO2XCL и XAO разрешают доступ к регистрамконфигурации контроллера для хранения конфигурации DRAM. Это регистры:
1) областей теневой памяти (Shadow RAM);
2) используемой памяти на SB и картах расширения;
3) количества банков памяти, доступных из системы;
4) области расширенной (Extended) памяти – выше 640 Кбайт;
5) области дополнительной (Expanded) памяти – выше 1Мбайта.
6) числа тактов ожидания при доступе к базовой (Conventional) ирасширенной памяти и к ROM BIOS;
7) доступности дополнительной памяти;
8) манипуляции с паритетным контролем (назначить/отменить);
9) разрешения страничного режима организации памяти в РРМ с чередованиембанков.
Принципстраничной организации памяти с чередованием банков.
Обычная схема чтения информации из ОЗУ следующая:
1) на МА[9/0] через мультиплексор адреса выставляются два кода: один –для доступа к строке матрицы памяти, (со стробом /RAS n), а за ним, –для доступа к столбцу, (со стробом /CAS m). Между стробами фиксируется временная задержка всоответствии с требованиями конкретных ИМС памяти;
2) элементарная ячейка DRAM при чтении стирается и, для еевосстановления, считанная информация вновь записывается в эту же ячейку черезусилители регенерации, расположенные внутри чипа памяти, для чего требуетсявремя, в течение которого доступ к ОЗУ невозможен.
В оптимальном варианте, память организована с четным числом банков,разбитым каждый на страницы, например, по 4 Кбайт. Тогда, при последовательномдоступе к четырем банкам, стробы /RAS0 – /RAS3 формируются только в началевыборки очередной страницы, оставаясь затем в активном L-уровне, поэтому стробы/CAS0 – /CAS3 не имеют задержек при каждом очередном запросе банка. Кроме того,каждая последующая выборка относится к следующему банку, а информация впредыдущем банке за это время успевает восстановиться. В контроллере 82С302организовано программное управление временем задержки между /RAS и /CAS, взависимости от организации памяти. При невозможности своевременного доступа кинформационной ячейке (еще не завершен цикл регенерации информации), контроллер82С302, установкой сигнала /IOCHRDY = L к контроллеру 82С301, вводит цикложидания.
Регенерация DRAM восполняет каждые 3 мсек потерю энергии в накопительныхемкостях памяти, происходящую из-за естественных утечек. Для этого каждые 15мксек (шаг регенерации) на локальные адресные линии от счетчика регенерации,расположенного в буфере старшей части адреса ABF (82А303), устанавливаетсяочередной код строки. Затем принудительно задается команда чтения памяти,разрешая доступ к строкам /RAS[3/0] =L и запрещая — к столбцам (CAS[3/0] =H).Это препятствует поступлению информации DRAM в шину данных. При этом все модулиDRAM читаются по адресу данной строки одновременно, восстанавливаясьчерез усилители регенерации. Так, через каждые 15 мксек в течение
3-х мсек восстанавливается вся RAM.
Процесс регенерации – самый приоритетный, подчиняющийся сигналууправления REFRESH = L.
Цикл «обмена», отводимый под регенерацию, переводит систему вхолостое состояние, что является существенным недостатком DRAM, но высокаяинформационная емкость, низкая стоимость и малое энергопотребление, характерноедля динамической памяти, дают решающее преимущество DRAMперед SRAM для использования ее вкачестве оперативной.
Оперативная память под MS DOS подразделяется на базовую, расширенную идополнительную. Стандартное распределение информации в оперативной памятиприведено в таблице 1.4.
В карте адресного пространства ОЗУ, в пределах 1Мбайта есть лишь двеобласти, принадлежащие к DRAM в DOS: 640 Кбайт базовой и 64 Кбайт – зона EMS,страницы которых доступны узлам контроллера и программе. Область адресовVIDEO-памяти находится в той же памяти, но конфликтов при обращении квидеопамяти не возникает, т. к. доступ к ней осуществляется по стандартнойсхеме управления и адресации, а конфликт устраняется аппаратно, узлом адресныхлиний A[25/17] контроллера с переносом видео-RAM в область расширенной памяти.
При рассмотрении таблицы распределения памяти следует обратить вниманиена то, что область высшей памяти, объемом в 64 Кбайт с адресами от100000h до 10FFFFh расположена в области расширенной памяти, нодоступна и под DOS.
Таблица 1.4. Карта стандартного распределения памяти под MSDOS
────────────┬─────────────────────┬───────────┬─────────────────
ширина │ назначение │ область │ размещение
адресного │ области │ адресов │ инаименование
пространства│ адресов │ │ области
────────────┼─────────────────────┼───────────┼─────────────────
Стандартная или базовая память
1К │ Interrupt Area │000000 │
│ векторы прерываний │ 0003FFh │
│ │ │
256 байт │ BIOS Data Area │ 000400 │
│ область данных BIOS │0004FFh │
│ │ │
512 байт │ System Data Area │ 000500 │ расположена
│ область данных DOS │ 0006FFh │ в DRAM
│ │ │
около 70 К │ Ядро системы DOS: │ 000700 │ Conventional
│ V 3.2- 70 K │ │ Memory,
│ V 3.3- 67 K │ │ стандартная
│ V 5.0- 118 K (60 K │ │ или базовая
│ в Conv.Mem., осталь- │ │ память дос-
│ ное — в HMA) │ 01163Fh │ тупная MSDOS
│ │ │
около 570К │ Область стековой │ │
│ памяти, транзитный │ │
│ модуль СОМ.COMи │ │
│ пользовательская │ 011460 │
│ область │ 09FFFFh │
┤ │ │
итого 640Кбайт │ │
─────────────┼─────────────────────┴───────────┴─────────────────
Верхняя память (UрperMemoryArea):
128 К │Video RAM 0A0000 экранная
│ (Shadow RAM) │0BFFFFh │ память, рас-
│ │ │ положенав
│ │ │ видеоподсистеме
│ │ │
64 К │ Пространство «лову- │ 0С0000 │
│ шек» BIOS для │ │ расположена
│ УВВ (Shadow RAM) │ 0СFFFFh │ в ПЗУ УВВ
│ │ │
64 К │ Организация специ- │ 0D0000 │
│ фикаций LIM EMS │ │
│ 3.2/4.0 │ │
│ — 4 cегмента │ │
│ (frame) по 16 К │ │ расположена
│ (Shadow RAM) │ 0DFFFFh │ вподсистеме DRAM
│ │ │
128 K │ Область, выделенная │ 0Е0000 │ расположена
│ под BIOS (Shadow │ │ в ПЗУподсистеме
│ RAM)-копия ROM BIOS │ │ ROM BIOS
│ для RМ │ 0FFFFF │ (двепослед-
│ │ │ ние секции
итого 384Кбайт │ │ ROM)
────────────┼─────────────────────┼───────────┼─────────────────
всего 1 Мбайт │ │
────────────┼─────────────────────┴───────────┴─────────────────
Дополнительная (Exрanded) память:
64 К │ High Memory Area 100000 часть расши-
│ (HMA) — высшая па- │ 10FFFFh │ ренной(Exten-
│ мять, в DOS 5.0 - │ │ ded)памяти,
│ хранит часть ядра │ │ доступнадля
│ системы │ │ DOS 5.0 ивыше
│ │ │
15168 K │ Expanded Memory │ 110000 │ RAM — память,
│ (дополнительная │ │ доступнаядля
│ память), с помо- │ │ системных
│ щью программ- │ │ программ вРМ.
│ администраторов │ │
│ (менеджеров) │ │
│ используется в RM │ │
│ как Extended │ FDFFFFh │
│ Memory │ │
│ │ │
│ │ │
итого 15232 Кбайт │ │
│ │ │
│ │ │
│ │ │
│ │ │ Областькопи-
128 К │ BIOS │ FE0000 │ рованияBIOS
│ │ FFFFFFh │ в PM (двепос-
│ │ │ ледниесекции
│ │ │ ROMBIOS)
_________________________________________________________________
всего 16Мбайт
_________________________________________________________________
Часто возникает путаница между расширенной памятью (от 640 Кбайт до 1Мбайт) и отображаемой памятью. К расширенной памяти, от 640 Кбайт и до 16Мбайт, можно обращаться по 24-м адресным линиям при инсталлированном драйвере(менеджере) расширенной памяти спецификации XMS (например, HIMEM). Котображаемой (дополнительной) памяти (от 1 до 32 Мбайт) можно обращаться в RMтолько отображая ее через окна (frame) по 64 Кбайт (из 4-х сегментов по16 Кбайт) в расширенной памяти. Эти окна создаются менеджером XMS ирасполагаются выше видео-памяти в пределах 1 Мбайт. К ним можно обращаться по20 адресным линиям, только при инсталлированном драйвере (менеджере)верхней памяти спецификации EMS. Таким образом, область памяти от 1 Мбайт до 16Мбайт может быть доступна и как расширенная (под управлениемадминистратора XMS) и как дополнительная(под управлением администратора EMS). Так что отображаемая память – это память, доступная под управлением EMS, вне зависимости от ее расположения,т. е. память выше 16 Мбайт – только отображаемая, а от 1 до 16 Мбайт может бытьодновременно и расширенной (под управлением XMS), и отображаемой, (если доступ к ней организованадминистратором EMS).
Управление окном выполняют обе программы-менеджеры: XMS (до 1 Мбайт) иEMS (до 32 Мбайт). Когда frame заполнен, EMS переносит его в дополнительнуюпамять, а из дополнительной – такой же, но свежий frame, переносит в те жефизические адреса XMS. Такой механизм управления памятью позволяет работать спамятью до 640 Кбайт прямо под DOS,от 640 Кбайт до 16 Мбайт – с инсталлированным менеджером XMS и от 1 Мбайт до 32 Мбайт – синсталлированными сразу двумя менеджерами XMS и EMS.Но администратор EMS долженинсталлироваться после инсталляции XMS, т.е. нужно следить, чтобы в файле config.sysпервым был инсталлирован соответствующий драйвер XMS (например, HIMEM), а уж затем – драйвер EMS(например, EMM386).
В программных продуктах для CPU i386 обычно отображаемая память неиспользуется, за исключением программ, написанных для CPU i286, т.к. i80386 имеет уже 32 адресные линии иможет, в последних версиях DOS, непосредственно обращаться к памяти до 4Гбайт.
В карте памяти для i386 первый мегабайт памяти – это копия карты памятиIBM PC для RM, обеспечивающая совместимость с i8086, а остальная часть, до 16Мбайт, используется как расширенная, при инсталлированном менеджере XMS, или до32 Мбайт как дополнительная, при инсталлированных менеджерах XMS и EMS.
Конструктивноеисполнение DRAM.
Если DRAM выполнена на ИМС в DIP-корпусах, они могут иметь следующиеобозначения:
164 — 64К х 1бит,
264 — 64К х 2бита,
464 — 64К х 4бита,
1128 — 128К х1 бит
4128 — 128К х4 бита,
1256 — 256К х1 бит
и т.п.
Оперативная память конструктивно расположена на SB PC. В системах 286 SBимеются четырехрядные розетки (Chip-Socket) для установки ИМС DRAM(Chip-Socket-Comby) в DIP-корпусах
с 16-ю и 18-ю выводами (рисунок 1.6.), позволяющие, при выходе из строя ИМСDRAM, заменять только один неисправный чип. Такая конструкция DRAM недостаточно надежна: – наблюдаетсяэффект «сползания» ИМС из розетки, вследствие температурныхизменений, и недостаточно надежно контактирование ИМС с розеткой, так как ихвыводы только залужены припоем ПОС и со временем окисляются.
Позже стали использоваться модули памяти на SIP (Single-In-Line-Package)с однорядным расположением контактов разъема штыревого типа (рисунок 1.7).
Печатная плата модуля содержит одну, чаще – несколько ИМС, распаянных наплату, сам же модуль имеет разъем с аксиальными штырьками и устанавливается вгнездовую розетку. Контакт достаточно надежен, «сползания» нет, норазъем не технологичен и модуль в разъеме специально не фиксируется. Сейчастакие модули больше не выпускаются.
┌──────────────────┐ ┌───────────────┐
│ ооооооооо │ │ ооооооооо │
│ оооооооо │ │ ├┴┴┴┴┴┴┴┼ │
│ ├┴┴┴┴┴┴┤ │ │ │511000-10 │
│ │4164/41256-10 │ │ ├┬┬┬┬┬┬┬┤ │
│ о├┬┬┬┬┬┬┤ │ │ ооооооооо │
└┐ оооооооо │ └┐ оооооооо │
└─────────────────┘ └──────────────┘
установка256 Кбайт ИМС установка 1Мбайт ИМС
Рисунок 1.6.Сhip-Socket-Comby для установки 16- и 18- выводных ИМС DRAM.
┌──────────────────────────────────┐
│ ├┴┴┴┴┴┴┴┤ ├┴┴┴┴┴┴┴┤ ├┴┴┴┴┴┴┴┤│
│ ├┬┬┬┬┬┬┬┤ ├┬┬┬┬┬┬┬┤ ├┬┬┬┬┬┬┬┤│
│ │
└─┬──────────────────────────────┬─┘
└─┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬─┘
Рис. 1.7.Модуль SIP.
Для устранения указанных недостатков, модули памяти SIP были заменены на модули другойконструкции – SIMM (Single-In-Package-Memory-Module).Эти модули тоже содержит несколько ИМС, но имеют краевой разъем,выполненный печатным способом вместе с рисунком печатной платы и имеющийгальваническое покрытие контактов разъема (золото, или серебро-палладий),обеспечивающее вполне надежный контакт ( рисунок 1.8.).
┌───────────────────────────────────────┐
│ ├┴┴┴┴┴┴┴┴┤ ├┴┴┴┴┴┴┴┴┤ ├┴┴┴┴┴┴┴┴┤│
│о ├┬┬┬┬┬┬┬┬┤ ├┬┬┬┬┬┬┬┬┤ ├┬┬┬┬┬┬┬┬┤о│
\ │
│ ┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐│
└─┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴─┘
Рис. 1.8.Модуль SIMM.
Такие модули устанавливаются в розетки ножевого типа с фиксацией рабочегоположения специальными защелками.
Модуль компактен, надежен в контактах, но при выходе из строя всего однойИМС приходится заменять весь модуль, так как отпаять и припаять новую ИМСсложно и требуется точно такая же ИМС того же изготовителя и даже времени еевыпуска.
Модуль устанавливается в разъем сначала под углом, а затем поворачиваетсядо вертикального положения до защелкивания замков. Нужно только следить за тем,чтобы шипы гнездового разъема вошли в отверстия модуля (на рисунке 1.8 ониобозначены как “о”).
Для снятия модуля сначала отжимаются защелки замка, затем модульотклоняется назад и выводится из разъема. Модули легко ставятся и снимаются, аесли модуль не входит или не выходит из разъема без особых усилий, значит,что-то делается неправильно.
SIMM выпуска 1990-91 г. предназначены для РС286, а выпуска 1992-93 г. –для РС 386/486. По характеристикам и электрическим параметрам они несовместимыкак между собой, так и с более поздними моделями. Однокристальные SIMM имеютмалую емкость, многокристальные SIMM могут иметь разных производителей и/илиразные даты выпуска, что также несовместимо в одной системе DRAM. Мало того,SIMM могут иметь разную организацию, так что SIMM для РС 386, 486 и Pentium практически несовместимы.
Новой разновидностью модулей памяти являются модули DIMM(Dual-In-Line-Memory-Module – двухрядное расположение контактов), имеющие не32, а 72 контакта на краевом разъеме, что позволяет значительно увеличитьемкость каждого модуля.
В последнее время типы памяти приобрели ярко выраженную аббревиатуру,позволяющую их идентификацию:
— DRAM – Dynamic RAM – динамическая память с произвольной выборкой;
— FPM DRAM – Fast Page Mode – динамическая память со страничнойорганизацией;
— VRAM – Video RAM – видеопамять динамическая, двухпортовая. Наличиевторого порта позволяет осуществить произвольный доступ к памяти в то время,когда уже идет вывод данных на видеомонитор;
— CDRAM – Cached DRAM – динамическая память фирмы Mitsubishi, содержащая дополнительно
16 Кбайт быстрой памяти на каждые 4 или 16 Мбайт;
— EDRAM – Enhanced DRAM – динамическая память фирмы Ramtron, содержащая 8 Кбайт быстрой
кэш-памяти на каждые 8 Мбайт;
— EDO DRAM – Extended Data Output DRAM – динамическая память со страничной организацией.
Благодаря дополнительным регистрам, данные на выходе сохраняются втечение большого интервала времени, от одного сигнала выборки CAS# до следующего.
Существуют и другие типы модулей памяти, со своими обозначениями.
Все вышеприведенные типы памяти между собой несовместимы, какнесовместимы и с контроллерами памяти другого типа. Так что, если системнаяплата, в соответствии с инструкцией по ее эксплуатации, рассчитана, например,на память типа EDO, значит иконтроллер памяти (расположенный в чип-сете) рассчитан только на EDO DRAM, и с любым другим типом модулей памяти работать небудет.
Емкость современных модулей SIMM достигает сотен Мбайт и более. Тем неменее, если все разъемы DRAM заняты, емкость ОЗУ все же можно увеличить,установив в специальный слот плату расширения памяти (например, карту MBI386RW-BUS), с установленными на нее дополнительными модулями SIMM. Конечно, вэтом случае следует выставить и соответствующую конфигурацию ВС.
Уместно напомнить, что установкадополнительной памяти требует дополнительных программных и аппаратных средств –контроллеров типа 82С631, 82С241, для преобразования расширенной памяти вдополнительную (при использования ее в системе MS DOS).
Спецификация ЕМS разработана фирмами Lotus Development, Intel и Microsoftи называется так же спецификацией LIM. Версия EMS 3.2 позволяет сверх базовойпамяти в 640 Кбайт использовать до 8 Мбайт ОЗУ, а EMS 4.0 — до 32 Мбайт. Дляопераций с EMS используется прерывание DOS 67h. Программная поддержка верхнейпамяти под MS DOS – менеджеры HIMEM (для доступа к расширенной памяти),плюс QEMEM, 386MAX, EMM386 и др. – для доступа к дополнительной памяти.
Контрольные вопросы.
1. Для чего организуется работа DRAM с чередованием банков?
2. Как организуется регенерация DRAM?
3. Какой объем памяти отводится MS DOS под базовую?
4. Где располагается область таблицы векторов прерываний?
5. Какими средствами становится доступной область Upper Memory под MSDOS?
6. В чем достоинства и недостатки модулей SIMM?
7. Как конструктивно может быть выполнена DRAM PC?
1.4.5.2) Буферная кэш-память ОЗУ
При высокой скорости работы системы, DRAM сильно ограничиваетпроизводительность ПЭВМ.
Для выравнивания времени доступа к СОЗУ (регистровая память),находящемуся в структуре самого CPU, и DRAM, между ними располагают буфер – кэш(Cache Memory), организованный на статической памяти (SRAM)сравнительно небольшого объема со временем доступа 20-25 нсек. Для эффективногоиспользования кэш-памяти, программный модуль должен целиком помещаться в кэш,включая циклы переходов, как для команд, так и для данных.
Часто устанавливаются два отдельных кэша – кэш команд и – кэш данных.
При работе программы, отдельные модули программы копируются контроллеромКЭШа из ОЗУ в кэш. При запросе от CPU команды или данных, сначала проверяетсяналичие нужных адресов в кэш (используя указатель адресов – кэш-ТЭГ). Приналичии, отмечается кэш-попадание (cache-hit), иначе – кэш-промах (cache-miss)и, в последнем случае, информация целым модулем копируется из RAM в кэш.
Даже времена доступа к SRAM в 20-25 нсек оказываются недостаточными длясовременных высокоскоростных CPU типа Pentium-3, Pentium-4, поэтомунепосредственно в CPU устанавливаютеще один кэш, кэш первого уровня, со временами доступа 2 – 5 нсек.
Кэш-память требует управления от специального контроллера кэш-памяти,который размещается вместе с кэш соответствующего уровня.
Кэш-память также может стать источником ошибок, поэтому в современныхпрограммах настройки BIOS (SetUp-программы или NSetUp) предусмотреноотключение кэш-памяти первого и/или второго уровней. Это позволяет локализоватьнеисправность, возникающую либо в основной DRAM, либо в кэш-памяти первого иливторого уровней. Ошибки кэш-памяти второго уровня устраняются заменой ИМСкэш-памяти (для этого они часто устанавливаются в chip-sockets), но ошибкикэш-памяти первого уровня не могут быть устранены без замены самого CPU.Сохранить работоспособность РС при неисправности кэш-памяти можно, хотя и снекоторым снижением производительности АПС, если отключить кэш соответствующегоуровня.
Архитектура кэш-памяти может быть: с прямым отображением, частичноассоциативная и полностью ассоциативная.
При прямом отображении (direct mapped cache) каждая ячейка DRAMотображается непосредственно в одну ячейку SRAM. Перепись информации из RAM в кэш и обратно осуществляется целымблоком в объеме кэша.
При частично ассоциативной архитектуре каждая ячейка DRAM можетотображаться в кэше по двум или более входам (каналам).
При полностью ассоциативной архитектуре, в качестве разрядов-признаковиспользуется все адресное пространство, а конкретная ячейка RAM может бытьотображена в любом месте SRAM, при этом блоки в DRAM и кэш равнозначны невсе время, а только после обратной переписи информации из кэш в RAM.
Для поиска информации, в кэше организуется специальное поле указателей –тэгов (TAG RAM). Эти тэги ассоциируются с искомым адресом и, для их хранения, вконтроллерах КЭШ организована специальная память признаков, такжевыполненная на SRAM.
Частично ассоциативная память, чаще всего используемая на практике,разбивается на несколько областей. Внутри каждой области располагаютсямногобайтовые строки, содержащие как информацию, так и ключи поиска. В случаепромаха, кэш-память заполняется построчно, причем обновляется строка из давноне использовавшихся данных. Этот принцип реализуется контроллером кэш-памяти иназывается LRU (Least Recently Used – редко используемый).
Обращение к кэш-памяти происходит по физическим адресам, включающим несколькополей:
— младшее поле адреса (индекс-разряды) задает два или более входов в кэш,при этом в каждом наборе может быть несколько многобайтовых строк,
— среднее поле адреса указывает на конкретную ячейку в наборе,
— старшее поле – содержит информацию о том, имеется ли в кэшезатребованный информационный массив, или нет.
Существуют следующиеспособы записи информации DRAM в КЭШ:
1) метод сквозной записи (Write Through), при котором по шине памятипроизводятся две записи: одна – в RAM, другая – в кэш. При этом одновременноимеются две копии данных, одна в кэш, другая в RAM;
2) метод буферизованной сквознойзаписи (Buffered Write Through). При этом методе запись из CPU в кэш происходитсначала в буферные стеки дисциплины FIFO, а затем уже сам контроллер кэшпереписывает стеки в DRAM. При этом дополнительного цикла записи не требуется,но некоторое время в DRAM и кэше находится разная информация: в кэш – новая, ав DRAM – старая.
3) метод обратной записи (Write Back) – самый эффективный метод. Ониспользует наименьшее число циклов записи, но требует для своей реализациидополнительной аппаратной поддержки и поэтому применяется только в мультипроцессорныхсистемах. При этом методе в DRAM и SRAM содержится различная информация. Призаписи в кэш, устанавливается статусный бит (Dirty Bit – «грязный»),при обновлении кэш-памяти этот бит проверяется и, если он установлен, то из кэшв DRAM переписывается полная строкаданных (Cache Line). Опасность такого способа заключена в том, что прислучайном сбое в работе РС, обновленная информация, уже имеющаяся в кэш и ещене переписанная в ОЗУ, может потеряться.
Контрольные вопросы.
1. Как выравниваются скорости работы CPU и DRAM?
2. Сколько уровней кэш-памяти могут иметь РС на базе CPU Pentium?
3. Как можно локализовать ошибки кэш-памяти?
4. Как сохранить работоспособность РС при неисправной кэш-памяти?
5. Какой архитектуры может быть организована кэш-память?
6. Какие существуют способы записи информации DRAM в кэш?
1.4.5.3) Подсистема ROM BIOS
Память ПЗУ для ROM BIOSпредставлена двумя частями:
— первая, системная, расположена на SB в двух чипах ПЗУМ 27565, по 32Кбайт каждый, или в одном – на 64 Кбайт. Доступ к ROM BIOS осуществляется поцелым словам, т.е. разряды адресной шины XA[1/0] всегда = 0 и обычно на SB естьперемычки (jampers) для возможности расширения адресов ROM до 128 Кбайт;
— вторая – ROM-ловушки. Здесь размещаются программы-драйверы дополнениябазовой версии BIOS новыми возможностями, при расширении или модификацииаппаратных средств (HDD, дисплей и др.). Расположены эти ROM на картахконтроллеров расширения соответствующих подсистем.
Обе части BIOS при загрузке системы транслируются в теневую RAM (см.Карту стандартного распределения памяти под MS DOS, таблица 1.4.). Доступ кчипам ROM происходит через дешифратор адреса второй ступени (выход HIROM) вконтроллере 303, активизацией сигнала ROMCS = L в контроллере 82С302.
BIOS – это программное средство (Firm Ware), низший уровень ОС,реализующий интерфейс между аппаратной частью (Hard Ware) и операционнойсистемой (DOS-Ware). Программы BIOS, написанные разными производителями (AWARD,AMI, PHOENIX и т. д.) и даже одной фирмой, но для разных моделей РС,отличаются. Более того, BIOS,написанная для той же модели РС той же фирмы, но разного времени выпуска такжемогут отличаться. Все эти варианты, как правило, между собой несовместимы.
Содержимое ИМС ROMBIOS разделено на 3 части:
1) программа самотестирования РС (POST) и инициализации (загрузки) портовВВ для всех устройств, поддерживаемых этой BIOS. Но некоторые программы BIOSрасположены на картах расширения УВВ – это дополнение BIOS для тех УВВ,описаний которых нет в ПЗУ на SB. Выполнение POST-программы завершаетсяпрерыванием 13h (BootsTrup), которое инициирует загрузчик системных модулей(ядра DOS) с системного носителя – в ОЗУ.
2) программы обработки прерываний от УВВ, поддерживаемых системной ROMBIOS на SB или на картах расширения.
3) система подпрограмм обслуживания функций УВВ.
Вторая и третья части тесно связаны между собой. Так, вызов программывзаимодействия с портами УВВ происходит через программные прерывания, а функцияобслуживания вызывается из третьей части, по коду, хранящемуся в регистре AHCPU.
Информация в ROM BIOS защищается от информационных ошибокс помощью циклической контрольной суммы (код CRC).
Если какие-то функции УВВ требуются, но в BIOS не прописаны, можно либозаменить сам чип ROM BIOS (для этого он и смонтирован в ChipSocket), либоввести специальные утилиты обслуживания, например, Disk Manager и т. п.Современные РС типа Pentium часто оснащаются другим типом ПЗУ для хранения ROMBIOS, так называемой Flash-памятью. Этот тип ППЗУ предоставляет возможностьэлектрической перезаписи информации (EPROM) даже без извлечения модуля из РС.Это, с одной стороны, очень удобно, – можно внести изменения, добавитьнедостающие функции обслуживания, но имеется и отрицательная сторона дела:
— прежде всего, нужно хорошо понимать зачем, что и как следует делать сFlash-памятью;
— помнить, что EPROM имеет, хотя и достаточно большое (до 50), новсе-таки ограниченное допустимое количество перезаписей, после чегохарактеристики хранения информации этой EPROM не гарантируются;
— наконец, при штатной эксплуатации, имеющаяся на системной платев районе Flash-памяти перемычка перепрограммирования должна быть установлена вположение запрет программирования. Иначе, при некоторых видах сбоевэлектроники или программ, информация в ROM BIOS, выполненной на
флешь-памяти, может быть разрушена. И самое худшее, что может случиться, – этоповреждение информации в подобной ROM BIOS, вследствие деструктивных действийнекоторых компьютерных вирусов. При этом нормальное функционирование компьютерастановится невозможным.
Таблица функций УВВ сохраняется в ОЗУ, в 256-байтной области (BIOS DATAAREA), сразу за векторами прерываний, впрочем, программы-менеджеры памяти могутее перемещать в область верхней памяти (UpperMemory).
Доступ к ROM BIOS со стороны CPU по адресам, обеспечивается через шинурасширения адреса ХА [23/00], а по данным – через буфер данных 82А305 (рисунок1.3).
Теневые области оперативной памяти.
В компьютерах с микропроцессорами 386 и выше, обмен данными с памятьюосуществляется по 32- или 64-разрядным шинам, а обращение к ПЗУ ROM BIOS – только по 16-разрядному тракту. Контроллеры ссобственными ROM BIOS могут обращаться к системной плате лишь по8-разрядному тракту, что существенно снижает общую производительность машины.Кроме того, быстродействие ПЗУ значительно ниже, чем у существующих микросхемдинамического ОЗУ. Например, задержка выборки из лучших ИМС ПЗУ составляет150-200 нсек, тогда как для современных ИМС ОЗУ – всего десятки и даже единицынаносекунд. Для преодоления этого недостатка, применяется копированиесодержимого ROM BIOS в 32-разрядную основную память. Этот прием называетсясозданиемтеневой памяти (shadowing).
Теневая память создается внутренним устройством управления памятью MMU микропроцессора. MMU копирует код ПЗУ в определенную областьОЗУ и присваивает ей те же адреса, по которым она исходно располагалась в ПЗУ,после чего доступ к самим ИМС ПЗУ отключается. Эта часть ОЗУ теперьрассматривается тоже как ПЗУ и защищается от записи. Применение, дляорганизации теневой памяти, менеджера верхней памяти, стоит потери участкарасширенной памяти, объемом, равным объему ПЗУ, для которого эта теневая памятьсоздавалась. Иногда области ОЗУ, не используемые под теневую память,переадресуются так, чтобы не получалось разрывов в адресном пространствепамяти. Но переадресация возможна только по целым сегментам, с точностью до 16Кбайт, так что приходится “выбрасывать” иногда вплоть до 384 Кбайт памяти,чтобы можно было организовать доступ к верхней памяти РС. Это особенно заметно,когда при выполнении процедуры POSTдля РС, с установленными физически 4 Мбайт памяти (4096 Кбайт), выводитсясообщение о наличии всего 3712 Кбайт ОЗУ. Это значит: 4096 Кбайт – 3712 Кбайт =384Кбайт “потерялись”. Это и есть созданная теневая память, которая физически существует,но исключена из нормальной работы ОЗУ, т. к. в ней хранятся копии системного,видео, жестких дисков и проч. ROM BIOS.
Контрольные вопросы.
1. На каких типах ПЗУ может быть организована подсистема ROM BIOS?
2. Для чего, главным образом, используется ROM BIOS?
3. Зачем ROM BIOS копируется в DRAM?
4. Что делается для защиты копии ROM BIOS в DRAM?
5. Как защищается от ошибок сама ROM BIOS?
6. В чем достоинства и недостатки flash-ROM BIOS?
7. Как ускоряется работа с ПЗУ ROM BIOS в РС?
1.4.5.4) Подсистема CMOS-памяти и часов реального времени RTC
В РС ХТ аппаратная конфигурация РС (объем памяти, количество и типыдисководов, тип видеоподсистемы и т. п.) задавались DIP-переключателями, состояние которых опрашивалосьсистемой BIOS перед выполнением POST-программы. При изменении аппаратнойконфигурации (реконфигурировании АПС) требовалось изменять состояние этихпереключателей на системной плате вручную, что не просто, т. к. их назначение ирасположение на системной плате специфично для каждого ее типа. В РС/АТ, дляхранения подобной информации, состав которой, кстати, заметно расширился, ввелиспециальную микросхему памяти небольшого объема, питание которой привыключенном компьютере осуществляется от специальной батарейки илиаккумулятора. В ту же микросхему поместили и часы-календарь (чтобы часы неостанавливались, когда компьютер выключен). А чтобы снизить потреблениемощности от батарейки, выбрали структуру КМОП (CMOS – Complimentary Metal-Oxide-Semiconductor – комплиментарный полупроводник,выполненный по металло-оксидной технологии на полевых транзисторах). Эта памятьи часы – CMOS Memory and Real Time Clock (RTC)стали стандартным элементом архитектуры РС/АТ. Содержимое этой памяти, время идату модифицировали сначала с помощью внешней загружаемой утилиты SetUp, а позже эту утилиту встроили в BIOS. Эта микросхема CMOS RTC имеет встроенную систему контроля питания,отслеживающую разряд батареи ниже допустимого уровня. При разряженной батарее BIOS при загрузке ОС выводит на мониторсообщение типа:
CMOS battery state low
CMOS display type mismatch
RUN SETUP UTILITY
Press to RESUME
(низкое напряжение батареи питания CMОS-памяти.Содержимое CMOS-памяти неправильно. Запуститеутилиту SETUP. Нажмите F1 для ее вызова).
Отсутствие ошибок в CMOS-памяти,проверяет BIOS при загрузке ОС, с помощьюконтрольной суммы, формирующейся при модификации содержимого CMOS-памяти и хранящейся в ней же.
Доступ к ячейкам CMOS RTC осуществляетсяCPU через порты ввода-вывода 70h (адрес ячейки) и 71h (данные).
Назначение ячеек SMOS RTC приведено втаблице 1.5.
Таблица 1.5. Стандартное назначение ячеек CMOSRTC.Адрес Назначение
00 -09h
Ячейки RTCв BCD-формате:
00 – секунды
01 – секунды будильника
02 – минуты
03 – минуты будильника
04 – часы
05 – часы будильника
06 – день недели
07 – день месяца
08 – месяц
09 – год (2 младшие цифры) 0Ah
RTCStatusRegisterА (регистр состояния)
Бит 7 – обновление времени (0- готов к чтению)
Биты 6:4 – делитель частоты )для 32,768 КГц = 010
Биты 3:0 = 0110 – выходная частота меандра 1024 Гц 0Bh
RTC Status Register B (регистрсостояния)
бит 7 – остановка часов (0= нормальный ход)
бит 6 – разрешение прерываний (0= запрещено)
бит 5 – разрешение прерываний от будильника (0= запрещено)
бит 4 — разрешение прерываний по окончании смены времени (0=запрещено)
бит 3 – разрешение выходного меандра (0=запрещено)
бит2 – формат BIN/BCD#
бит 1 – 24/12# -часовой режим
бит 0 – зимнее/летнее время (0= переключение запрещено) 0Ch
RTC Status Register C – флагипрерываний:
бит 7 – IRQF – общий запрос прерываний
бит 6 – PF – периодические прерывания
бит 5 – AF – прерывание от будильника
бит 4 – UF – прерывание по смене времени
биты 3 – 0 – зарезервированы 0Dh
RTCStatusRegisterD
Бит 7 – питание (1 – норма, 0 – разряд)
Биты 6:0 — зарезервированы 0Eh
POST Diagnostic Status Byte^
Бит 7 – power Lost (терялось питание CMOS)
Бит 6 – Checksum Bad
Бит 5 – Bad config
Бит 4 – RAM Size Error – определенный тестом размер ОЗУ не соответствует записи в CMOS
Бит 3 – HDD Error
Бит 2 – Time Valid- формальная ошибка часов-календаря (напр. 30 февраля, 25 часов)
Биты 1:0 – зарезервированы 0F
ShutdownCode– используется POST для определения предыстории останова:
00 – аппаратный или программный сброс
01 – размер памяти определен
02 – тест памяти прошел
03 – ошибка в тесте памяти
04 – POST завершен, идет загрузка системы
05 – JMP FAR [0%0467h] с инициализацией контроллера прерываний
06 – тест защищенного режима прошел
07 – ошибка в тесте защищенного режима
08 – ошибка определения размера памяти
09 – перемещен блок Extended Memory (INT 15h)
0A – JMP FAR [0^0647h] без инициализации контроллера прерываний
0В – используется 80386 10h
Типы НГМД:
Биты 7:4 – дисковод А
Биты 3:0 – дисковод В
0= нет, 1 = 360 Кбайт, 2 = 1,2 Мбайт, 3 = 720 Кбайт, 4 = 1,44Мбайт 11h
Зарезервирован 12h
Типы НЖМД:
Биты 7:4 – привод 0
Биты 3:0 – привод 1
0 = нет, 1 – Eh = типы 1 – 14, Fh = тип в байте 19h (для второго привода – в 1Ah) 13h
Зарезервирован 14h
Установленное оборудование:
Биты 7:6 – количество НГМД (00 = 1, 01 = 2)
Биты 5:4 – тип первичного видеоадаптера (00 = RGA или VGA, 01 = CGA 40 столбцов, 10 = CGA 80 столбцов,
11 = MDA 80 столбцов)
Биты 3:2 – зарезервированы
Бит 1 = 1 – математический сопроцессор подключен
Бит 0 = 1 – есть НГМД 15 – 16h
Размер базовой памяти, Кбайт (Low/High) 0280h= 640Кбайт 17 – 18h
Размер расширенной памяти, Кбайт (Low/High) 19, 1Ah
Расширенный тип диска C, D 1B – 2Dh
Зарезервированы 2E – 2Fh Контрольная сумма CMOS c 10h по 20h (High/Low) 30n – 31h Реальный размер расширенной памяти, Кбайт(Low/High) 32 – 33h Используются в PS/2 33h
Флаги POST:
Бит 7 – наличие 128 Кбайт ОЗУ под границей 1 Мбайт (1 = есть, теневая память доступна)
Бит 6 – флаг SetUp (1 = первая загрузка после выполнения флаг SetUp, обычно = 0) 34 – 3Fh
Зарезервированы (можно писать свою информацию для привязки ПО к машине) 38 – 3Fh В PS/2 – пароль, доступ по несуществующим адресам 78 -7Fh
Cвободныеячейки CMOS RTC 34-3Fhиногда используют для привязки программного обеспечения к конкретномукомпьютеру, которая выполняется в процессе инсталляции ПО. В этом случае, еслине сохранять образ CMOS-памяти надиске, то, при разрушении информации в CMOS, право на использование данного ПО в данномкомпьютере потеряется.
Контрольные вопросы.
1. Как задавались параметры аппаратной конфигурации в РС/ХТ?
2. Где хранятся параметры конфигурации в РС\АТ?
3. Почему для CMOS RTC используются КМОП-структуры?
4. Как осуществляется доступ к ячейкам CMOS-памяти?
5. Как модифицируется содержимое CMOS-памяти?
6. Каким способом информация CMOS-памяти защищается от ошибок?
1.5 Периферийные устройства РС
Вычислительная часть компьютера (АПС) включает в себя центральныйпроцессор с его обрамлением (обвеской), подсистему оперативной памяти вместе скэш-памятью и их контроллерами и подсистему ROM BIOS, размещенные на системнойплате.
К внешним (периферийным) устройствам вычислительной системы относятся всете устройства ввода-вывода, устройства массовой памяти, аудио подсистему и т.д., которые подключаются к вычислительной части ВС через системную шину.Их номенклатура, как правило, различна для разных АРМ и состоит из базовойсистемы ввода-вывода оперативной (управляющей) информации и –дополнительного периферийного оборудования. Собственно базовая часть системыввода-вывода оперативной информации тоже может изменяться в зависимости отклассов задач, на которые ориентировано данное АРМ. Тем не менее, сперсональным компьютером общего применения поставляется минимальный наборсредств ввода-вывода для длительного и архивного хранения Soft-продуктов иинформационных баз данных самого компьютера.
1.5.1 Система ввода-вывода оперативной информации
Система ввода-вывода оперативной информации ЭВМ включает в себяклавиатуру и дисплей, обязательно входящие в ВС. В случае РС, в базовыйкомплект дополнительно могут входить манипулятор типа «мышь», илитрекбол, или сенсорная панель и джойстик.
1.5.1.1) Средства ввода оперативной информации
Обычная клавиатура выполняется на контактных или бесконтактных датчиках нажатияклавишей. Простейшие клавиши при их нажатии просто замыкают столбец выбора сострокой выбора нажатой клавиши. Это – клавиши шилдовой конструкции, самыепростые и дешевые. Их недостатки: малая надежность, из-за возможности попаданияпыли и вязких жидкостей под контакты, и – ограниченный срок службы контактоввследствие усталости металла и окисления. Разновидностью шилдовой клавиатурыявляется пленочная (мембранная) клавиатура, в которой контактные площадки изамыкающие перемычки выполнены печатным способом на гибком слое диэлектрика(лавсановой или ПЭТФ-пленке). Эта клавиатура менее чувствительна к пыли,влажности, но и менее долговечна, чем шилдовая, из-за старения пленки, невполне удобна в эргономическом смысле (оператору привычнее получить какой-тотактильный «отзыв» на нажатие, иначе он непроизвольно начинает сильнеедавить на клавиши, от чего больше устают пальцы). Такие типы клавиатурытехнологически проще, следовательно – дешевле.
Лучше работают клавиатуры герконовой конструкции (ГЕРметизированныйКОНтакт), где контакты клавишей герметизированы в стеклянной ампуле иуправляются миниатюрным постоянным магнитом, перемещаемым плунжером клавиши.Магнит должен перемещаться вдоль оси геркона, иначе чувствительность герконападает, и надежность срабатывания уменьшается.
Контактные пластинки геркона выполняются не из стали, а для уменьшенияостаточной намагниченности – из чистого железа. Иначе, остаточно намагниченныепластинки останутся притянутыми друг к другу и при отсутствии внешнегомагнитного поля. Чистое железо, как известно, очень активно окисляется, поэтомуампула заполняется восстановителем окислов – водородом. Тем не менее,герконовая клавиатура все-таки не очень надежна, – иногда возникают«залипания» контактов из-за остаточной намагниченности контактов.Кроме того, герконовая клавиатура толще пленочной или шилдовой, так как герконыприходится располагать вертикально.
Более надежны клавиши с датчиками Холла. Эффект Холла заключается в том,что если через кристалл полупроводника пропустить электрический ток, то набоковых гранях кристалла разности потенциалов не образуется. Но если этоткристалл с током поместить в магнитное поле, перпендикулярное направлению тока,то на боковых гранях, перпендикулярных как направлению тока, так и направлениюмагнитного поля, образуется разность потенциалов, пропорциональная силе тока инапряженности магнитного поля. Устроены клавиши с датчиками Холла так, что принажатии клавиши постоянный магнит перемещается плунжером в зону датчика, а приотпускании – выходит из нее. Это вполне надежная клавиатура, но достаточнодорогая, ими снабжаются специальные, а не простые персональные компьютеры.
Другой способ съема нажатия клавиш использует магниторезистивныйэффект – свойство некоторых материалов, в том числе и полупроводниковых,изменять свое сопротивление в зависимости от напряженности магнитного поля.Клавиши с датчиками Холла или магниторезисторами часто имеют встроенное вмодуль клавиши электронное пороговое устройство (триггер Шмидта), которое четкофиксирует нажатие-отпускание клавиши и устраняет «дребезг контакта»,свойственный всем контактным системам.
Встречаются клавиатуры семкостными датчиками нажатия, когда принажатии на клавишу увеличивается емкость между строкой и столбцом матрицыклавишей. Они тоже достаточно надежны, но требуют для своей работывысокочастотного генератора не только для синхронизации микроЭВМ контроллералюбой клавиатуры, но и дополнительного генератора для датчиков клавиатурыемкостного типа.
При установке клавиатуры в РС следует убедиться, что BIOS правильнореагирует на скан-коды, выдаваемые KBD. Клавиши в узлах матрицы располагаютсячаще по системе QWERTY, реже – по системе Дворака-Дилея, а длярусифицированных машин – по системе ЙЦУКЕНГ, однако, существуют и другиеварианты расположения клавиш, на скан-коды которых BIOS может реагироватьнеадекватно.
При нажатии шилдовой, пленочной или герконовой клавиши сопротивлениеконтакта уменьшается теоретически от бесконечности до нуля, но практически вменьших пределах и, что хуже всего, – немонотонно, что вызывает так называемый«дребезг контакта», приводящий к тому, что контроллер клавиатурыфиксирует несколько нажатий и отпусканий при каждом однократном нажатииклавиши. Это проявляется в виде нескольких повторов приема кода нажимаемойклавиши. Для уменьшения «дребезга контактов», в простых KBD на каждуюклавишу ставился интегрирующий RC-фильтр. Это самое простое, но не самое лучшеерешение: RC-фильтр заметно уменьшает сигнал, снимаемый с клавиши, его частотныехарактеристики не оптимальны, он плохо фильтрует низкочастотные составляющие изадерживает сигналы нажатий клавишей. В кодирующей клавиатуре IBM PC и егоклонов, для защиты от «дребезга», контроллером KBD вводится задержкав несколько миллисекунд от появления первого сигнала нажатия до его обработки,за которые дребезг должен закончиться. Достаточно совершенная системаантидребезговой защиты включает до 128 попыток чтения нажатой клавиши и кодсканирования матрицы клавишей считается достоверным, только если не менее 32попыток подряд дают один и тот же код, иначе код считается фантомным иотфильтровывается.
Манипулятор «мышь» очень удобен при работе с графикой иоболочками ОС, использующими пиктограммы, но он может только фиксироватькоординаты курсора на экране, а вводить символьную информацию «мышью»слишком долго и неудобно.
Одна разновидность манипулятора «мышь», Mouse Serial, подключается к СОМ-порту ииспользует IRQ4 для СОМ1 или IRQ5 для СОМ2. Другая, System Mouse, подключается к системной шине через специальныйконтроллер.
Распределение сигналов на разъеме последовательной«мыши» следующее:
DATA – 2 / 3,
GND – 5 / 7,
+5 V – 4, 7/ 4, 20,
-5 V – 3 /9.
Здесь номераконтактов перед символом слэж относятся к 9-контактному разъему СОМ-порта, апосле – к 25-контактному.
Манипулятор трекбол – вращающийся шар, также предназначен для фиксации координаткурсора на экране монитора. Он не требует дополнительного места на столе, болеенадежен в работе (нет соединительного кабеля) и часто используется в РСконструкций LapTop. Работать с ним менее удобно, чем с мышью, так как длянажатия кнопок на «мыши» у вас свободны пальцы, а для работы стрекболом приходится переносить пальцы на кнопки.
В последнее время в РС, особенно конструкций LapTop, применяется сенсорнаяпанель, называемая также Wersa Glade илиThouchPad. Она очень удобна при работе с ОС,использующими пиктограммы, и не имеет недостатков “мыши” и трекбола. Для работыс ней нужно просто водить пальцем по небольшой сенсорной панели, расположеннойна стандартной клавиатуре и курсор на экране повторяет движения пальца посенсорной панели. Еще один вид манипулятора – Track Point, представляет собой небольшуюкнопку, расположенную на стандартной клавиатуре в районе малой клавиатурыуправления курсором. По сути эта кнопка работает как джойстик: в зависимости отнаправления нажатия на нее – влево, вправо, вверх или вниз в том же направлениисмещается и курсор на экране. Trасk Point нажимают средним пальцем, а указательным и безымяннымможно нажимать две другие, рядом расположенные клавиши, которые функциональноидентичны левой и правой кнопкам “мыши”.
Манипуляторы типа джойстик предназначены исключительно для игр, авто- флай- и имподобных симуляторов. Джойстики выпускаются в двух модификациях:
— Кемпстон-джойстик, и
— пропорциональный джойстик.
Первый только фиксирует положение рукоятки подобно клавишам управлениякурсором на стандартной клавиатуре, а пропорциональный работает как«мышь», смещая курсор на экране монитора пропорционально углуотклонения рукоятки джойстика от вертикального положения. Оба джойстикаиспользуются исключительно с игровыми программами и симуляторами (имитаторыуправления автомобилем, самолетом и т. п.).
Все вышеперечисленные устройства ввода требуют именно своих,специализированных средств программной поддержки (Firm Ware), т.е.соответствующих программ и драйверов.
К устройствам для массового или специального ввода информации в РСотносятся сканеры, дигитайзеры (сколки) и т. д.
Контрольные вопросы.
1.Какие устройства входят в подсистему ввода-вывода оперативнойинформации РС?
2. Какие типы клавиатур используются в ПЭВМ?
3. В чем достоинства и недостатки KBD шилдовой системы?
4. Какие типы клавиатур наиболее надежны в работе?
5. Какие меры антидребезговой защиты применяются в РС?
6. Какие типы манипуляторов используются в РС?
7. Как подключается к РС serial mouse? system mouse?
8. Что за манипулятор Wersa Glade?
9. Какие разновидности джойстиков используются в РС, их особенности иобласти применения.
1.5.1.2)Средства вывода оперативной информации
Для вывода оперативной информации из РС используются дисплей ирегистрирующие устройства – принтеры. Дисплей может быть выполнен:
— на вакуумном кинескопе телевизионного типа,
— на жидкокристаллической панели,
— на газоразрядной панели,
— на светодиодной матричной панели.
Видеомонитор на вакуумном кинескопе для обычного домашнего, офисного,управленческого использования часто подходит лучше всего. Он использует давноотработанный в телевидении способ формирования цветного изображения, обладаетвполне хорошими скоростными характеристиками, высоким разрешением, яркостью иконтрастностью, но тяжел по весу, громоздок, боится ударов и требует для своегопитания высоких напряжений (до 25 киловольт), в связи с чем, имеет повышенныйфон мягкого рентгеновского излучения. Но последнее заметно снижаетсяприменением специальных светофильтров или особой технологией изготовлениястекла экрана, а остальные недостатки для стационарных условий эксплуатации нестоль существенны.
Жидкокристаллическая панель (ЖКИ) имеет малый вес, конструктивноплоская, очень экономична, не требует для питания высоковольтных источниковпитания, мало чувствительна к ударам и пыли. По сравнению с видеодисплеямителевизионного типа, ЖКИ-панель имеет почти такую же разрешающую способность,но несколько уступает TV-дисплеям по скоростным характеристикам. Видеокартаподдерживает полосу частот видеосигнала в 35 МГц, что соответствуетминимальному времени релаксации пикселей дисплея порядка 30 мксек. Дисплей наЭЛТ практически обеспечивает время релаксации порядка 100 мксек, тогда каквремя релаксации современных ЖКИ-панелей превышает 8 мсек. Кроме того, качествоизображения на ЖКИ-панели зависит от направления взгляда: при обзоре ЖКИ-панелис углов более 300 от перпендикуляра к плоскости экрана, изображениетеряет четкость и цветовую яркость. Так что ЖКИ-дисплеи для работы соскоростными мультимедийными приложениями, могут быть рекомендованы только сизвестными ограничениями.
В последних моделях ЖКИ-дисплеев многие из их недостатков уже устраненыиспользованием современных высоких технологий, поэтому сейчас компьютеры всебольше комплектуются именно ЖКИ-мониторами.
Газоразрядные панели используют свечение разреженного газа в электрическом поле.Плоские, легкие, но только монохромные, с относительно невысокой разрешающейспособностью и требуют для своего питания повышенного напряжения (100-120вольт). Используются в РС специального назначения.
Светодиодные панели (СДП) – плоские, яркие, управляются низким напряжением,цветные, ударопрочные, быстрые, но их разрешающая способность уступаеттелевизионным кинескопам и ЖКИ-панелям, так как каждый цветной пиксельобразован тремя светоизлучающими кристаллами полупроводника, да и мощностьпотребления СДП довольно значительна (порядка 500 Вт).
Интерфейс видеоподсистемы.
Видеосигналы управления монитором вырабатываются не системной платой, ана адаптерах-контроллерах монитора, вставляемых в слот расширения системнойшины, или интегрированных непосредственно на системную плату компьютера.
Плата (карта) видеомонитора, называемая также видео-картой, содержитсхему поддержки алфавитно-цифровой информации, она же может поддерживать режим побитовойграфики, в отличие от векторной графики, когда изображение формируется неиз точек, пикселей, а из отрезков линий.
Видеокарта, в зависимости от ее назначения, может вырабатывать следующиесигналы:
— полный видеосигнал (выведен на разъем RCA),
— набор RGB-сигналов и сигналов строчной и кадровой синхронизации(выведен на 9- или 12-контактный разъем, расположенный под разъемом RCA).
RCAработает с видеовходом монитора подобно видеоплейеру с телевизором. В этомслучае, дисплей должен уметь работать с полным видеосигналом, характеристикиизображения при этом получаются несколько хуже, а монитор – сложнее.
RGB-монитор обрабатывает:
— три цветовые составляющие: R, G и В (красная, зеленая, синяя),
— сигнал яркости (интенсивности),
— сигналы синхронизации растра.
Видеокарта содержит встроенную RAM, в которую программно записываютсястраницы информации, подлежащие выводу на дисплей. Видеопамять (VDRAM) видео-карты имеющая объем 256Кбайт и более, начинается с адреса, определяемого типом видеосистемы (MDA, CGA,VGA, SVGA) и содержит в алфавитно-цифровом режиме по два байта на символ – кодсимвола ASCII и код атрибута символа. Код атрибута определяет цвет символа,цвет фона, яркость символа, негативность высветки символа, режим мерцания.
В чисто графическом режиме, не работе псевдографикой, при которой каждыйэлемент деловой графики – тоже некоторый символ, видео-RAM содержит полную бинарнуюкопию экрана с атрибутами каждого пикселя. Контроллер видеокарты для этогодолжен быть соответственно перепрограммирован.
Для вывода на экран алфавитно-цифровой (АЦ) информации, код символа ASCIIдолжен быть переработан в точечный образец символа, который в дальнейшем ибудет воспроизведен на экране. Это преобразование происходит в ПЗУ (или ОЗУ) знакогенераторавидеоконтроллера. Опрос знакогенератора происходит по адресам, соответствующимASCII-кодам символа, из которых считывается уже матрица 8х8 или более точек,составляющая собственно образ символа на экране.
Упрощенная блок-схема видеоадаптераVGA приведена на рисунке 1.9.
┌─────┐ ┌──────┐ ┌─────┐ ┌────┐
канал в/в │ ШнФ │ │видео-│ │ ПЗУ │ ┌──────┐ │ ЦАП│сигнал
─────────>│ │──┬──>│память│────>│ │──>│Рг сдв│──>│ │──────>
│ │ │ │ │ │ │ ┌>└──────┘ │ │ яркости
└─────┘ │ └──┬───┘ └──┬──┘ │ ┌─────────>│ │
│ │ряд в строке│ │ │гаш.курс │ │
│ ┌──┴──┐─────────┘сдв│ │ ┌──────>└────┘
┌───────┐ └──>│контр│──────────────┘│ │ аттр.
│ген. ТИ│────>│ ЭЛТ │────────────────┘ │
└───────┘ │ │───────────────────┘ RGB
│ │──────────────────────────────────────>
│ │ ┌─────────┐ ┌─────┐ КСИ
│ │─────>│секвенсор│────>│ФКИ │─────────>
│ │ │ │─┐ └─────┘
└─────┘ └─────────┘ │ ┌─────┐ ССИ
└──>│ФСИ │─────────>
└─────┘
Рисунок1.9… Блок-схема видеоадаптера VGA.
Наприведенной схеме:
КонтроллерЭЛТ – основнаякомпонента адаптера – СБИС VGA IC.
Генератор точек символов – ПЗУ МК3600 от 8х8 до 9х16 точек в матрице символа.
Видеопамять – 4 секции по 64 Кбайт.
Рг сдв – регистр сдвига, преобразующий параллельный код строки матрицы символа в последовательностьяркостных точек в строке экрана.
ЦАП– добавляет к ним бланкирующие сигналы и сигналы гашения обратного хода луча, атакже определяет режим вывода символа (яркий, мигающий и т. д.) и формируетамплитудно-модулированный сигнал яркости для ЭЛТ.
Контроллер ЭЛТ, в зависимости от атрибутов символа, формирует сигналы цветовсимвола и фона, мерцания, негативности, яркости.
Секвенсор формирует сигналы кадровой (КИ) и строчной (СИ) синхронизациигенераторов разверток дисплея.
ФКИ и ФСИ – формирователи кадровых и строчных импульсов синхронизациисоответственно.
Генератор ТИ синхронизирует работу видеоадаптера и имеет две кварцованныечастоты 25,175 и 28,322 МГц; меньшая – для вывода 8-битовой строки символа,большая – для 9-битовой.
Разрешающая способность дисплея программируется в секвенсоре черезконтроллер ЭЛТ. Сам контроллер ЭЛТ тоже программируется и, используя информациюоб атрибутах символа из VIDEO-RAM, управляет цветовыми и яркостным каналами,вырабатывает синхросигналы разверток, следит за тем, чтобы номер строкивыводимого символа соответствовал строке на экране, определяет частоту сдвига врегистре сдвигов, в зависимости от требуемого разрешения (числа точек встроке), и регенерирует VIDEO-RAM. В нем же есть регистр положения курсора на экранеи признак его выключения.
Для повышения разрешающей способности дисплея против телевизора,где частота строк составляет 14600 Гц, видеомонитор работает с частотойстрочной развертки 31500 Гц, а кадровой – 60-100 Гц, против телевизора, гдеполукадровая частота 50 Гц при чересстрочной развертке. Получаемая при этомразрешающая способность видеомонитора составляет от 640х480 до 1600х1200пикселей по горизонтали и вертикали соответственно, в зависимости от типа ирежима работы видеомонитора.
Полоса частот канала яркости видеомонитора составляет 35 МГц (скоростьвключения/выключения пикселей) вместо 4,5 МГц в телевизоре.
Разъем интерфейса видеомонитора VGA – 9-контактный, типа DIN, соследующим распределением сигналов:
1 – GND (0 в)
2 – GND
3 – R(красный)
4 – G(зеленый)
5 – B (синий)
6 – I(яркость)
7 – незадействован
8 – КСИ
9 – ССИ.
Упрощенная блок-схема монитора VGA приведена на рисунке 1.10.
/│
┌─────────┐ ОС / │
┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ │ ┌─────│───────────────────/ │
R ──>│ бу- │ │сигн.│ │видео│───┘ │ │) ││R ┌──\ /───┐фокус │
G ──>│феры │──>│проце│──>│усил.│───────│─│────┐ │ \/ │ ┌┐ │
B ──>│ │ │ссор │ ┌>│ │───┐ │ │) ││G │кк/\ ск │ ││ │
└─────┘ └─────┘│ └─────┘ │ │ │ │ / \ │ ││ │
┌────┐ ┌──────┐│ │ │ │) ││B │ / \ │ ├┘ │
I ──>│ буф│──>│канал │─┘ └───┼─┼───┘ │ │ │ │ │ │
└────┘ │ ярк. │гашениеобр. хода└──────────────────────────\ │
└──────┘───────────────────┘ │ │ │ │ │ \ │
┌──────────────────────────────────┘│ │ │ │ ┌─\│
│ ┌────────┐ ┌───┐ ┌────┐ │ │ │ │ │
КСИ ┌─────────┐└─>│фазовый│ │ГСР│ │ УС │───────│────┘ │ │ │
──>│интерфейс│──>│детектор│──>│ │──>│ СР │───────│───────│─┘ │
──>│ СИ │─┐ └────────┘ └───┘ │ │───────│───────│────┘
ССИ └─────────┘│ └────┘ │ │ +25 Кв
│ ┌───┐ ┌─────────────────────────┘ │ на 3-й
│ │ │ └>┌────┐ ┌────┐ │ анод
└──>│ГКР│──>│ОУ │────>│ УС │───────────────┘
└───┘ └────┘ │ КР │
┌───────┐ └────┘
220в 50Гц │ Б П ├───> +120v
─────────>│ ├───> +80v
│ ├───> +24v
│ ├───> +5v
│ ├───> +12v
└───────┘
Рисунок1.10. Блок-схема монитора VGA.
На приведенной схеме:
ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР СТРОК обеспечивает синхронизацию по фазе сигналов строчнойразвертки с синхроимпульсом ССИ от видеоадаптера.
ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (ОУ) в канале КСИ, поддерживает начало развертки кадрасинхронно с КСИ от видеоадаптера и корректирует фазу КСИ в зависимости отреального положения луча. Это позволяет точно выдерживать синхронизацию,устраняя дрожание пикселей и обеспечивая высокую разрешающую способностьмонитора.
ВЫХОДНОЙ КАСКАД СТРОЧНОЙ РАЗВЕРТКИ (УС СР) кроме формирования линейноготока развертки лучей в отклоняющей системе, вырабатывает высокое напряжение нафокусирующие электроды ЭЛТ (+6 КВ) и питание 3-го анода кинескопа (+25 КВ).
Блок питания монитора вырабатывает напряжения для выходных усилителейканалов яркости, цветности, строчной и кадровой разверток и дополнительно –напряжения +5 в, +12 в, +24 в для питания логики управления монитором.
Монитор VGA имеет высокое разрешение и подключается только к адаптеруVGA, но сам адаптер VGA может эмулировать также сигналы адаптеров CGA и EGA,т.е. позволяет работать с программами, рассчитанными на VGA, EGA и CGA.
Аналоговые входные сигналы RGB обеспечивают бесконечное число уровней, новидеоплата генерирует только 256 цветов. Сигналы цветности поступают намодуляторы соответствующих цветовых пушек кинескопа, а сигнал яркости — на ихкатоды.
К устройствам вывода из РС (АРМ) для получения «твердых копий»информации относятся принтеры, плоттеры (графопостроители) и другие подобныеустройства.
Контрольные вопросы.
1. Какие типы дисплеев используются в РС?
2. В чем достоинства и недостатки ЖК-дисплея?
3. В чем достоинства и недостатки светодиодных матриц?
4. Какой тип дисплеев чаще всего используется в РС DeskTop и почему?
5. Какие функции выполняет видеокарта?
6. Какие составляющие имеет RGB видеосигнал?
7. Для чего служит видеопамять?
8. Где фактически расположена видеопамять?
9. Чем отличается информация видеопамяти в режиме графики от текстовогорежима?
10. Какой код принимает и обрабатывает видеосистема в текстовом режиме?
11. Каково назначение фазового детектора строк в видеомониторе?
12. Какую задачу выполняет операционный усилитель в канале кадровойсинхронизации видеомонитора?
1.5.2 Система внешней памяти
1.5.2.1) Накопители на гибких магнитных дисках
В компьютерах IBM и совместимых с ними, использовалось более 30 типовНГМД, различающихся диаметром дискеты, высотой накопителя, плотностью записи идругими параметрами. Применялись дискеты диаметром 5,25" и 3,5" судвоенной плотностью (40 дорожек на две поверхности 5,25" дискеты) иучетверенной (80 дорожек). В первом случае емкость дискеты составляет 360Кбайт, во втором – 1,2 Мбайт. 3,5" дискеты имеют тоже 80 дорожек на каждойих двух поверхностей дискеты и емкость 1.44 Мбайт (дискеты емкостью 2,88 Мбайтпоявились, но широкого распространения не получили, из-за недостаточнойнадежности хранения информации).
Поперечная плотность записи часто обозначается числом дорожек на дюйм TPI(Track-Per-Inch). Так, дискеты с 48-ю TPI – двойной, а с 96-ю TPI –учетверенной, или высокой (high) плотности. Продольная плотность – это числобит на дюйм длины дорожки. Так как запись на дорожке концентрическая, а диаметрдорожек разный (у периферии диска – больше, а у центра – меньше), продольнаяплотность записи для разных дорожек дискеты разная, но число записанныхимпульсов (бит) на дорожку, в общем случае, одинаково и не зависит от номерадорожки.
Стандартные параметры дисководов определяют:
— диаметр дискеты,
— высоту дисковода,
— плотность записи,
— тип интерфейса,
— скорость вращения диска.
Для стандартных FDD PC расположение дорожек и число сторон неизменны, иопределяются типом дисковода, а число секторов на дорожку и размер сектораопределяются программно, в процессе форматирования дискеты. Поэтому гибкиедиски еще называют дисками с программной разметкой секторов(Soft-Sector).
Размер сектора НМД, поддерживаемый системой BIOS, может быть 128, 256, 512 и1024 байт, но
MS DOS ориентирована на размер сектора только в 512 байт.
Контроллеры дисководов в РС/ХТ и /АТ-286 используют частоту синхронизации250 КГц (емкость 360 Кбайт), а РС/АТ-386 и выше – 500 КГц.
Дисководы 5.25" могли иметь следующие емкости:
— одинарная плотность – 180 Кбайт (уже не встречается),
— двойная плотность – 360 Кбайт (использовались только в очень старыхРС-286),
— высокая (учетверенная) плотность – 1.2 Мбайт.
Дисководы 5,25”, как и дискеты для них, уже сняты с производства и могутвстретиться только в очень старых компьютерах; впрочем, дисководы 3,5” уже тоже не перспективны, т.к. вытесняются более емкими, надежными, совершенными устройствамиобмена информацией между компьютерами – компакт-дисками, DVD-дисками и дисководами и миниатюрнымиустройствами флешь-памяти.
Дисководы 3,5" более совершенны, чем 5,25” и могли иметь следующиеемкости:
— 720 Кбайт (нормальная) – сейчас уже не встречается,
— 1.44 Мбайт (высокая) – обычная для современных РС,
— 2.44 Мбайт (высшая)– в серию так и не вышел.
Дисководы 5,25" на 360 Кбайт имели скорость вращения дискет 300об/мин и 40 дорожек на каждую из сторон, дисководы 5,25” на 1.2 Мбайт имеют скорость вращения диска 360 об/мин и содержат по 80 дорожек на каждуюсторону. Дисководы 3.5" емкостью 1.44 Мбайт имеют носитель с высокойразрешающей способностью и позволяют размещать 80 дорожек на сторону с 17секторами на дорожку. При этом линейная плотность записи на таком диске можетбыть даже выше, чем у некоторых старых жестких дисков с 17 секторами надорожку.
Так как скорости вращения дискет в дисководах невелики и поврежденийголовками магнитного покрытия дискет на таких скоростях не происходит, головкив рабочем положении прижимаются к поверхности дискет тарированными пружинками.
Для автоматического опознавания контроллером дисковода допустимойплотности записи на дискетах, в накопителях 3.5" имеется датчик плотностизаписи, а дискеты на емкость 1,44 Мбайт – специальное отверстие. Датчик дисководаопределяет наличие или отсутствие этого отверстия и информирует контроллер онеобходимой плотности записи, что определяет тактовую частоту и уровень токазаписи в головке.
Совместимостьдисководов разной плотности.
При работе на дисководе высокой плотности с дискетой удвоенной плотностивозникают проблемы, Связанные с тем, что ширина дорожки на дискете емкостью 1.2Мбайт вдвое меньше, чем на дискете емкостью 360 Кбайт:
— если дискета отформатирована на дисководе 360 Кбайт и записи сделаны натаком же дисководе, то такая дискета свободно читается дисководом на 1.2 Мбайт;
— если же на эту дискету записывать информацию на дисководе 1.2 Мбайт, точитаться дисководом на
1.2 Мбайт она будет, а дисководом на 360Кбайт нет, так как более широкаяголовка дисковода 360 Кбайт будет видеть одновременно две смежные дорожки отзаписи емкостью 1.2 Мбайт, т.е. информацию, записанную на двух соседнихдорожках сразу;
— в случаях крайней необходимости записи информации на дисководе 1,2Мбайт, а чтения дискеты – дисководом 360 Кбайт, нужно использовать чистуюдискету, новую неформатированную, или старую, но специально размагниченную,разметить эту дискету на дисководе 1.2 Мбайт, но в формате 360 Кбайт, командой
FORMATA: /F:360 (для DOS версии 4.0 и выше),
или
FORMATA: /N/T:40 (для DOS версии 3.3),
т. е. разметить диск в формате 40 дорожек, 9 секторов на дорожку и суменьшенным током записи; тогда, и только тогда, эта дискета, записаннаяна дисководе 1.2 Мбайт, будет читаться на дисководе малой плотности.
С дисководами 3.5" таких проблем нет, т.к. все 3.5" дисководыимеют одинаковую ширину дорожек.
СопряжениеНГМД с CPU
Функцию сопряжения FDD с CPU выполняет контроллер, освобождающийCPU от низкоуровневого управления приводом FDD: – включение-выключениешпиндельного двигателя, управление позиционированием головок на требуемыйцилиндр, поиск и чтение сектора, перевод информации из параллельного кода впоследовательный, и дополнение его синхросигналами при записи, обратнаяпроцедура при чтении, формирование интерфейса НГМД и т. д. CPU только управляетконтроллером с помощью команд и слов состояния. Такая иерархия упрощаетпрограммирование ввода-вывода и повышает общую производительностьвычислительной системы.
Связь НГМД с контроллером происходит посредством интерфейса SA-450 (фирмыShugart Associated).
Среда интерфейса – два кабеля:
— кабель питания и
— кабель данных и управления.
Распределение контактов в разъеме питания следующее:
1 - +12в
2 - общий (0v)
3 - общий (0v)
4 - +5в
Распределение интерфейсных сигналов в разъеме данных и управления НГМДприведено в
таблице 1.6.
Таблица 1.6. Распределение сигналов вразъеме данных и управления НГМД:
КОНТАКТ СИГНАЛ ВХОД/ВЫХОД НАЗНАЧЕНИЕ
со стороны ВЫСОК.ПЛОТН. ДВОЙН.ПЛОТН.
контроллера
1,2 reduced write O уменьшить ток записи резерв
3,4 reserved - резерв загрузить
головку
5,6 drive select 3 O выбор привода 3
7,8 index I индекс (начало дорожки)
9,10 drive select 0 O выбор привода 0
11,12 drive select 1 O выбор привода 1
13,14 drive select 2 O выбор привода 2
15,16 motor on O включить шпиндельный двигатель
17,18 direction select O направление шагов
19,20 step O шаг позиционирования головок
21,22 write data O записываемые данные
23,24 write gate O признак записи
25,26 track 0 I головки на нулевой дорожке
27,28 write protect I защита от записи
29,30 read data I считанные данные
31,32 side select O выбор головки (поверхности)
33,34 discette change I дискета сменена готов
все четные контакты разъема — сигналы интерфейса,
все нечетные — общий (0v)
Рекомендованный разработчиками вариант магистральной связи интерфейса НГМДпоказан на рисунке 1.11.
+5v
SN7438 (К155ЛА3) ┌┴┐ 744LS14 (К155ЛА11, ЛА18)
┌────┐ └┬┘220oм ┌─────┐
────│ & o─────────┴─── ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ──┬─────o 1 │───>
────│ │ 330 ом┌┴┐ │ │
└────┘ └┬┘ └─────┘
─┴─
Рисунок1.11. Магистраль связи для НГМД.
Описаниесигналов интерфейса RS232C.
Входныеот контроллера:
Reduced Write – уменьшить ток записи в головке для амплитудной коррекции,при высокой плотности записи.
Drive Select 0, 1, 2, 3 – выборка дисковода с закоммутированным адресом(номером), соответствующим затребованному. Разрешает выбранному дисководупринимать все остальные сигналы от контроллера и выдавать данные,осведомительные сигналы и состояние – в контроллер.
Motor On – сигнал на включение шпиндельного двигателя. Через секунду после неговозможны операции чтения/записи.
Direction Select – при высоком уровне на этом контакте разъема, сигнал STEPперемещает головки в направлении – от центра дискеты к периферии, при низком –от центра, к периферии.
Step – перемещает головку на один шаг позиционирования (на одну дорожку).Длительность сигнала составляет 1 мксек.
Write Data – импульс, длительностью 150 нсек, вызывает запись бита надиск при активном уровне сигнала Write Gate.
Write Gate – признак записи. Разрешает работу канала записи дисковода.Он должен оставаться активным (нижний уровень) в течение 4–8 мксек послепоследнего записываемого бита данных. Перед поступлением этого сигналашпиндельный двигатель должен быть включен, а головки прижаты.
Side Select – выбор верхней (при низком уровне SS = L) или нижней (привысоком уровне SS = H) головки (стороны диска).
Выходные от дисковода:
Index – сигнализирует о начале дорожки.
Track 0 – сообщает контроллеру, что головка находится на начальной, нулевойдорожке.
Write Protect – активный уровень сигнала (WP=L) предупреждает контроллер,что запись на дискету запрещена (заклеено окно защиты записи на дискете5,25", или поднята задвижка защиты записи на 3,5" дискете). При этомзапись невозможна и контроллер, при попытке записи, сообщает программе о защитедискеты от записи.
Read Data – выход считанной с дискеты смеси информационных и синхронизирующихсигналов.
Discette Change – используется только в РС/АТ, для сигнализации опроведенной смене дискеты. В РС/АТ копия таблицы FAT дискеты хранится в буфереОЗУ и используется для поиска нужных секторов. При смене дискеты старая таблицастановится недействительной и должна быть считана с дискеты заново.
Форматдорожки НГМД имееетследующую структуру:
| AMS |CRCams| ПОЛЕ ДАННЫХ | CRCполя Dn| ECCполя данных |
здесь
AMS – адресный маркер сектора в формате:№ цил. — № головки — № сектора на дорожке,
CRC ams – циклическая контрольная сумма адресного маркера,
ПОЛЕ ДАННЫХ –содержание информации в секторе,
CRC поля Dn – циклическая контрольная сумма поля данных,
ECC – код исправления ошибок в поледанных.
Контроллер i8272 (отечественный аналог – КР1810ВГ72А) предназначен длячтения, записи, форматирования гибких дисков с одинарной (FM), удвоенной (MFM)и высокой плотностью в формате «IBM SYSTEM 34».
Функционированиеконтроллера НГМД.
Работа контроллера НГМД, на примере чтения сектора.
Процедура чтения сектора состоит из шести шагов:
1) включение шпиндельного двигателя накопителя, соответствующегозапрошенному адресу;
2) выполнение команды поиска сектора и ожидание прерывания отконтроллера, указывающего, что сектор найден и информация считана в буферсектора без ошибок;
3) инициализация контроллера DМА, для пересылки данных из буфера сектораконтроллера в оперативную память;
4) посылка команды ЧТЕНИЕ буфера сектора и ожидание прерывания отконтроллера, указывающего, что пересылка данных в память завершена;
5) получение информации о состоянии (статусе) контроллера;
6) выключение шпиндельного двигателя.
Подробнее:
1) Посылка от CPU байта с адресом дисковода. Например, 1Сh – включитьдисковод А:. Бит 2 = 1 в этой команде указывает, что головки должны остаться натекущей дорожке, если же бит 2 = 0, то требуется выполнить рекалибровку дисковода,т.е. предварительно установить головки на нулевую дорожку.
2) Команда ПОИСК передает байт, в котором указан номер искомой дорожки.После окончания поиска дорожки контроллер инициирует прерывание типа IRQ6 (дляАТ), по которому BIOS устанавливает бит 7 статуса поиска = 1 (сектор найден).
3) Инициализация DMA (8237), состоящая из пяти шагов:
— посылка кода чтения 46h, или кода записи 4Ah в порты 0В и 0С DMA;
— вычисление 20-битового адреса памяти буфера в DRAM, куда будутпосылаться данные из буфера сектора;
— засылка вычисленного адреса в регистры адреса 04h и страницы 81h канала2 DMA;
— декремент регистра-счетчика байтов канала 2 (порт 05h) DMA;
— разрешение работы канала 2 DMA (передача байта 02h в порт 0Аh).
Инициализация контроллера DMA переводит его в ожидание данных отнакопителя, а драйвер обмена данными с контроллером дисковода (BIOS) долженначать посылку командного файла в контроллер НГМД для пересылки данных.
4) Посылка в контроллер дисковода командного файла ЧТЕНИЕ или ЗАПИСЬ,соответственно. После этого через DMA передаются данные из НГМД в ОЗУ, илинаоборот.
5) В фазе контроля, контроллером вырабатывается прерывание и происходитего обработка драйвером BIOS, которая считывает и анализирует байты состоянияконтроллера по команде ЧТЕНИЕ СОСТОЯНИЯ. Если используются процедуры DOS илиBIOS, то байты состояния помещаются в область данных BIOS, начиная с адреса0040:0042, а байт статуса дискеты сохраняется в адресе 0040:0041.
6) Выключение шпиндельного двигателя происходит через 5 секунд послезавершения обмена. Выдержка в 5 секунд нужна, чтобы не проводить зановопроцедуру включения двигателя, если за это время потребуется новое обращение кНГМД.
Контрольные вопросы.
1. Какие частоты синхронизации используются в FDD?
2. Какую емкость сектора FDD поддерживает MS DOS?
3. Можно ли использовать для чтения/записи на дисководе высокой плотностидискету, отформатированную и записанную на дисководе с удвоенной плотностьюзаписи?
4. Каков порядок поиска нужного сектора на дискете?
5. Какие аппаратно-программные и аппаратные средства РС используются дляпересылки считанных с дискеты данных в ОЗУ?
6. Что такое рекалибровка дисковода?
7. Как осуществляется контроль считанной с дискеты информации?
8. Находятся ли в контакте с поверхностью дискеты головки НГМД причтении/записи?
1.5.2.2) Накопители на жестких магнитных дисках
Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД, HDD,) содержит:
— пакет дисков,
— блок головок чтения/записи,
— привод головок (позиционер),
— плату электроники и интерфейса.
Диски иголовки.
Особенность конструкции HDD в том, что диски, головки и позиционерпомещены в герметичный бокс, называемый HDA (Head Disk Assembly – сборка жесткого диска) и встроенная в негосистема циркуляции воздуха содержит наружный и внутренний фильтры, защищающиедиски и головки от пыли. Во время работы, НЖМД очень чувствительны к тряске иударам: микро-аварии головок (кратковременные падения головок на поверхностьдиска) приводят к неустранимому повреждению магнитного покрытия пластиндисков. По этим причинам разборка HDD, без повреждений накопителя, внеспециализированных условиях практически невозможна.
Воздушная подушка, возникающая при вращении дисков, благодаря аэродинамическойформе держателей головок, держит головки над поверхностью дисков на высоте 2-5мкм, т. е. головки не находятся в контакте с диском, что, вместе с защитой отпыли, позволяет использовать плотность записи в 20 – 30 раз большую, чем надискетах.
Головки НЖМД по технологии их изготовления могут быть композитными,ферритовыми или тонкопленочными. Первые – тяжелее, обеспечивают зазор междуголовками и поверхностями дисков в 10-20 микродюймов, сравнительно дешевы,позволяют достичь плотности записи в 1500 TPI. Тонкопленочные – используютспециальный полупроводниковый кристалл; они легче, допускают зазор до 6микродюймов и позволяют достичь плотности записи до 2000 TPI и больше.
Позиционер.
Позиционеры в НЖМД ранее использовались двух типов: с шаговым двигателем(ШД) и с соленоидным приводом (СП), последний называется также позиционером сподвижной катушкой.
Сравнительные характеристики дисководов с шаговым и соленоидным приводамиприведены в таблице 1.7.
Таблица 1.7. Сравнительныехарактеристики дисководов с шаговым и соленоидным приводами.
ПАРАМЕТР ШД СП
скоростьпозиционирования малая высокая
чувствительность к темпе-
ратурным изменениям высокая нет
чувствительность к ориен-
тации дисковода высокая нет
автопарковка головок нет есть
обслуживание периодическое нет
надежность малая хорошая
сложность малая высокая
стоимость низкая высокая.
Система с шаговым двигателем – система «открытогоуправления»: сколько выдано сигналов ШАГ, столько и выполнено перемещенийголовок по цилиндрам. Считается, что головки автоматически точно устанавливаютсяна дорожки, но, при изменениях температуры, диски сжимаются или расширяются,поэтому позиционирование получается не вполне точным, следовательно, чтение –не вполне устойчивым, особенно при включении холодной системы. В настоящеевремя жесткие диски с шаговым двигателем не выпускаются и их можно встретитьтолько в очень старых компьютерах типа IBM-286.
Соленоидный привод, вследствие существенных преимуществ перед приводом с ШД, чтохорошо видно из приведенной выше таблицы 1.7, начал применяется в накопителях,емкостью более 100 Мбайт и используется во всех современных жестких дисках.
Накопитель с СП имеет специальный сервопривод, следящий за тем, чтобыголовка устанавливалась точно на цилиндр. Для этого одна из поверхностей пакетадисков (служебная) содержит специальную информацию, записанную уже назаводе-изготовителе, и не участвует в запоминании данных, не форматируется и неможет быть восстановлена после повреждений. Эта поверхность называется DSS(Dedicaded-Servo-Surface) исодержит также индексные метки, соответствующие цилиндрам и секторам диска.
В некоторых типах дисков, сервоинформация пишется в процессеформатирования просто между дорожками. Дисководы с выделенной поверхностью –более быстродействующие и позволяют большие плотности TPI, а ссервоинформацией, встроенной между информационными дорожками имеют большуюнадежность хранения информации в условиях колебаний температуры, когда взаимныеразмеры служебного и рабочих дисков могут изменяться.
Соленоидная система привода – это система «с замкнутой петлей управления».Сервосистема, имея 100% отрицательную обратную связь, постоянно следит заположением головок относительно дорожек и корректирует его в процессе работы.
Парковка головок дисководов с соленоидным приводом – пружинная, а дисководовс ШД электрическая, что, в последнем случае, требует автономных источников тока(накопительных емкостей) питания привода для парковки головок при нештатныхотключениях питания.
Платаэлектроники.
Плата электроники, называемая иногда интерфейсной платой, содержит:
1) схемы управления шпиндельным двигателем,
2) схемы управления позиционером,
3) тракт чтения информации с диска,
4) тракт записи информации на диск,
5) элементы конфигурирования дисковода,
6) формирователи сигналов от датчиков ИНДЕКС, TRACK-0,
7) схемы сопряжения электроники диска с интерфейсом дисковой системы поуровням, логике и т.д.,
8) разъемы для подключения компонент накопителя, интерфейса связи садаптером дисков и питания.
Для выработки сигналов INDEX и TRACK-0, в HDD нет оптических датчиков,как в FDD, а используются специальные индексные дорожки. После включенияпитания и разгона шпиндельного двигателя ищется служебная дорожка"–1", устанавливается внутренний счетчик цилиндров, головкиперемещаются на цилиндр 0 и сигнал TRACK-0 передается через интерфейсконтроллеру. Индексная «дорожка –1» содержит специальную метку дляопознания дорожки именно как "–1".
Эксплуатационныехарактеристики HDD.
Номенклатура HDDвключает много типов дисководов, отличающихся:
— максимальной емкостью,
— интерфейсом,
— форм-фактором (физическими размерами),
— быстродействием,
— надежностью,
— стоимостью.
Емкость жестких дисков бывает от 20 Мбайт до 80 Гбайт и выше. Дисководы емкостьюболее 100 Кбайт имеют всегда соленоидный привод и специальное покрытие дисков –напыление магнитного слоя особой структуры, и, тем самым, отличаютсяповышенными допустимыми продольной и поперечной плотностями записи.
Быстродействие дисковода определяется временем произвольного доступа кинформации и зависит от организации хранения данных на диске, скорости вращенияпакета дисков и скорости позиционирования головок.
Время доступа к информации на диске складывается из:
1) времени установки головок на требуемый цилиндр и времени успокоенияпозиционера;
2) времени ожидания подхода искомого сектора к головкам;
3) времени чтения информации с найденного сектора;
4) скорости передачи данных из буфера сектора в DRAM компьютера.
Среднее время установки головок составляет:
для РС/ХТ – 40 — 65 мсек,
для РС/АТ – 28 -40 мсек,
для РС386 – 12 — 20 мсек.
Скорость передачи данных определяется, главным образом, применяемымметодом кодирования (FM, MFM, RLL), используемым интерфейсом, наличием буферовданных и их объемами.
Максимальная скорость считывания данных вычисляется как
Vmax = w *N * n * m,
где
w – скорость вращения шпиндельного двигаткля,
N – число секторов на дорожку диска,
n – емкость сектора (количество байтов в секторе),
m – число бит в байте.
Если принять распространенные значения: w = 3600 об/мин, n = 512 байт, m= 8, тогда скорость считывания данных будет определяться количеством секторовна дорожку данного диска
Так, накопитель с 17 секторами на дорожку должен иметь скорость передачи4.177.920 бит/сек. Реально эту скорость достичь не удается, так как нужно времяи для запоминания информации в ОЗУ РС, а пока контроллер и ПДП (или CPU) занятыпередачей информации из буфера сектора в ОЗУ, диски продолжают вращаться, такчто к концу передачи информации, считанной с предыдущего сектора, следующийсектор бывает уже недоступен (пройден идентификатор следующего сектора) и длячтения требуемого сектора придется ждать еще один оборот диска. Для РС/АТранних моделей без прокрутки лишнего оборота мог быть передан только каждыйтретий сектор, а для РС/ХТ только пятый.
Преодолеть этот недостаток позволяет прием, называемый факторомчередования секторов (Interleave). Смысл его в том, что физические секторанумеруются (присваиваются адреса) не подряд, а так, чтобы к моменту окончанияпередачи считанных данных сектора, к головке подходил сектор со следующим попорядку адресом.
Например, при чередовании 3:1 сектора нумеруются в следующем порядке: 1,7, 13, 2, 8, 14, 3, 9,15, 4 и т. д. Так что, пока контроллер обрабатываетданные из сектора 1, секторы 7 и 13 пройдут мимо головок и к считыванию будетготов сектор 2 и т. д. Выбор фактора чередования (а он устанавливаетсяпрограммно, во время низкоуровневого форматирования диска и записываетсякак один из параметров конфигурации HDD), должен быть проведен с учетом:
— быстродействия HDD,
— быстродействия контроллера,
— скорости обработки ввода CPU,
— наличия и скорости работы контроллера ПДП.
Вручную все это учесть достаточно сложно, но помогают некоторые программытестирования из DOS и NU:CALIBRATE, ROM Diagnostic и др.
Важным, с точки зрения возможности установки HDD в корпусе РС, являетсяформ-фактор:
— 5.25" полной высоты (82 мм), сейчас такие диски уже невыпускаются, но в компьютерах, выпущенных в 80 – 90 годы еще встречаются,
— 5.25" половинной высоты (41 мм),
— 3.5" половинной высоты.
Интерфейсысвязи НЖМД с контроллером.
Средство связи HDD с контроллером, интерфейс, должен быть строгосогласован для обоих этих устройств. В основном используются следующие типыинтерфейсов:
ST-506 – с FM-кодированием, очень устаревший, использовался для РС/ХТ;
ST-506/412 – с MFM-кодированием. Этот интерфейс обладает свойствомбуферизованного (быстрого) поиска. Его достоинство в том, что он имеетвстроенные средства автоконфигурирования и может автоматически изменять тип ипараметры диска: число головок, номер цилиндра прекомпенсации, зону парковки головок.
Строго говоря, физические параметры, такие, как количество цилиндров(количество дорожек на каждой из поверхностей диска – определяется диаметромдиска и шагом позиционера, управляемого от ШД или служебной поверхности DSS),количество головок (рабочих поверхностей пакета дисков), зона парковки головок,емкость неформатированного диска – неизменны и изменены быть не могут. Но дляконтроллера эти параметры могут быть и переопределены. Так число головокможет быть условно увеличено за счет уменьшения числа дорожек, зона парковкипри этом тоже изменится (оставаясь физически той же, самой близкой к центру,еще доступной позиционеру). Начальный цилиндр прекомпенсации при этом тожеизменится, но физически опять-таки оставаясь тем же;
IDE (AT BUS) – достаточно современный скоростной интерфейс, самыйпопулярный до недавнего времени;
ST-412/RLL – интерфейс уже устаревший, но RLL-кодирование (Run Length Limited) поддерживает высокуюпродольную плотность записи (RLL 2,7 – максимальное число неперемагничивающихсяэлементарных ячеек носителя – 2 из 7). Способы кодирования FM и MFM тоже могутсчитаться разновидностями RLL: FM = RLL 0,1; MFM = RLL 1,3.
ESDI – вполне современный интерфейс, использует MFM- или RLL-кодированиеи очень многие HDD выпускаются именно с этим интерфейсом;
SCSI – относительно новый тип интерфейса, весьма перспективный,поддерживает технологию P&P (Plug and Play – подключил-и-работай), нотребует, чтобы HDD имел встроенный SCSI-контроллер, а сам контроллершины SCSI является только HOST-адаптером, ведущим, выполняющим функцииуправления исполнительными контроллерами, которые находятся непосредственно вУВВ, и решает задачу стандартного сопряжения со всеми ведомыми УВВ.
Каждый из приведенных здесь интерфейсов требует, для соединений дискас контроллером (адаптером), своих шлейфов, отличающихся количествомпроводов, типом используемых разъемов и даже – числом соединительных шлейфов.Полезно знать их разновидности:
Контроллер число проводов и шлейфов
ST506/412 34 управляющего и20 – данных (два шлейфа)
ESDI 34 управляющегои 20 – данных (два шлейфа)
Адаптер
IDE 40
SCSI 50
Контрольные вопросы.
1. Как обеспечивается необходимый для работы дисковода зазор междуголовками чтения-записи и поверхностью диска в НЖМД?
2. В каких условиях можно разбирать Head Disk Assembly НЖМД?
3. Какие меры предосторожности следует принимать для защиты НЖМД отмикроаварий головок?
4. Какие типы приводов головок используются в НЖМД?
5. В чем состоят достоинства и недостатки соленоидного привода головокНЖМД?
6. Для чего служит сервоповерхность пакета дисков НЖМД?
7. Из чего складывается время доступа к информации на диске?
8. Что такое фактор чередования секторов и как он влияет напроизводительность дисковой
системы РС?
9. В чем достоинства SCSI-интерфейса?
1.5.2.3) Устройства массовой памяти на сменных носителях
К устройствам массовой памяти на сменных носителях относят устройства,имеющие емкость, значительно превышающую емкость обычных дискет. Эти устройствапредназначены для архивации данных, или для переноса больших объемов информациис одного компьютера на другой. В зависимости от назначения, такие устройствавыполняются внутренними или внешними, стационарными или портативными.Большинство этих устройств имеют интерфейс SCSI или ATA.Портативные устройства часто имеют интерфейс подключения к параллельному порту,что облегчает их подключение к любому компьютеру, но приводит к проигрышу вскорости передачи информации и к повышенной нагрузке процессора при обменеданными. Устройства на сменных носителях, как дисковые, так и ленточные, могути не иметь поддержки на уровне ROM BIOS, при этомдоступ к ним становится возможным только после инсталляции специальныхдрайверов.
Сменные накопители на жестких дисках.
Накопители на жестких магнитных дисках могут иметь различные уровнисменяемости. НЖМД обычно устанавливается в компьютер надолго, и для его сменытребуется частично разбирать системный блок. Существуют и специальныенакопители, допускающие «горячую» замену (Hot Swap) без отключения питания и специальный конструктив,позволяющий снимать и устанавливать их прямо с лицевой панели, не разбираясистемного блока. Выпускаются недорогие переходники типа Mobile Rack, позволяющие использовать, в качестве съемного,обычный АТА-диск, но следует иметь в виду, что обычные накопители все-такибоятся тряски и ударов, опасность которых при их переноске сильно повышается.Поэтому, больший интерес представляют накопители со съемными носителями.
Диски Бернулли.
Диски Бернулли (Bernoulli Removable Media Drive) используют 3,5" гибкие диски в жесткой кассете,объемом 35 – 150 Мбайт. При вращении диска со скорость 3600 об/мин возникаетэффект Бернулли (воздушная подушка), поддерживающий головки на минимальнойвысоте от носителя, без непосредственного контакта с его поверхностью, подобнообычным НЖМД. По скоростным характеристикам, они близки к обычным НЖМД, акассета устойчива к внешним воздействиям. Используются интерфейсы IDE, SCSI, или LPT-порта.
Кассетные жесткие диски.
Кассетные жесткие диски (SyQuest Removable Media Drives) используют специальные 5,25", 3,5" и1,8" картриджи с жесткими дисками и, по скоростям обмена, они сравнимы сдисками Бернулли. Кассеты имею большую емкость, но более чувствительны к пыли,ударам и другим внешним воздействиям.
Гибкие магнитооптические диски.
Гибкие магнитооптические диски (Floptical Drives) представляют собой 3,5" диски сверхвысокойплотности и могут иметь емкости порядка 20 Мбайт (755 дорожек, 27 сект/дор по512 байт/сектор). Высокая поперечная плотность записи в них достигаетсяприменением лазерной системы позиционирования головок. Скорость вращения диска720 об/мин, интерфейс SCSI, ATA или специальный адаптер, позволяющийиспользовать их в качестве дисковода А: Накопитель совместим и с обычными3,5" дискетами 720 Кбайт, 1,44 Мбайт, а с 2,88 Мбайт– только по чтению.Современные устройства LS-120(Laser Servo 120 Мбайт) имеют емкость дискеты 120 Мбайт, по 1736треков на каждой стороне с зонным форматом записи. Устройство используетинтерфейc ATAPI и логическую геометрию – 960 цилиндров, 8головок по 32 сектора на дорожку. Лазерное позиционирование позволяетиспользовать до 900 сервотреков. Накопитель существенно дешевле специальныхмагнитооптических устройств, но его удельная стоимость на единицу информациигораздо выше. Новые версии BIOSимеют поддержку этих LS-накопителейи позволяют включать их в последовательность загрузочных устройств.
Магнитооптические диски.
Магнитооптические диски (МОD – Magneto-Optical Drives), лазернуюоптику используют в процессе магнитной записи. В них существенно уменьшенразмер перемагничиваемых зон, потому что при записи зона перемагниченностиопределяется не шириной зазора магнитной головки, а только размером точкиносителя, разогретой в данный момент лазерным лучом. Эти диски устойчивы даже ксильным внешним магнитным полям. Их емкость составляет от 128 Мбайт до 2,6Гбайт. Устройства имеют интерфейс SCSI, или IDE и различаются плотностью размещениятреков, методами модуляции – PWM (Pulse Width Modulation – широтно-импульсная модуляция), РРМ(Pulse Position Modulation – позиционно-импульсная модуляция), RLL 2.7 или RLL 1.7. Форматирование МОD на верхнем уровне можетвыполняться в стиле дискет илив стиле НЖМД. В первом случае,диск представляется в виде очень большой дискеты, в нулевом логическом блокекоторой имеется программа-загрузчик (IPL) и дескриптор носителя, без таблицы разделов (Partition Table). При форматировании в стиле НЖМД, диск начинается стаблицы разделов и для ОС выглядит как жесткий диск, который, в случае SCSI-интерфейса может обслуживаться BIOS HOST-адаптера без всяких дополнительно инсталлируемыхдрайверов. Это позволяет загружать ОС с МОD, но не всякая ОС может верноотреагировать на смену носителя. Это может привести к потере данных, если ОС,после смены носителя, не обновит дескриптор носителя и FAT. Кстати, смена носителей в системе Macintosh иная, чем в IBM РС, поэтомунакопители МОD с интерфейсом SCSIимеют переключатель «Mac-PC”, который должен быть установленкорректно. Форматирование МОD занимает до получаса, поэтому имеет смыслприобретать уже предварительно отформатированные диски.
Накопители на компакт-дисках.
Накопители CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) используются в РС, восновном, для распространения и хранения дистрибутивных SOFT-продуктов, так каких емкость (до 650 МБ) и надежность хранения данных намного превышают те жепоказатели магнитных дискет. Параметры, приводимые в документации наCD-ROM-дисководы, характеризуют, в основном, их производительность, котораязависит от времени доступа, скорости передачи данных, наличия и емкостивнутренних буферов и типа используемого интерфейса.
Дисководы CD-ROMпоустройству напоминают НГМД, но имеют более сложную головку считывания. Головкасостоит из лазерного излучателя, фотоприемника и зеркала, закрепленных наподвижной каретке. На той же каретке, на качающейся подвеске находитсяфокусирующая линза, управляемая подвижной катушкой. Привод подвески линзы, подуправлением контроллера, встроенного в накопитель, обеспечивает точнуюфокусировку лучей оптической системы. При юстировке оптической системы, линзаустанавливается параллельно плоскости диска с помощью регулировочных винтов накаретке. Механика привода достаточно проста, но неаккуратная чистка этойпластмассовой линзы может оставить на ее поверхности микроскопические царапиныи тогда считывание данных с диска станет неустойчивым. Существуют дисководы ссамоочищающимися линзами (Self-cleaning lenses) и для защиты от пыли могут иметь двойныепылезащитные шторки (Drive Sealing).
Наиболее простые дисководы имеют механизм лоточной подачи дисков, но приэтом диск приходится брать руками; при этом диск можно уронить, испачкать, илипоцарапать. В более совершенных накопителях (Caddy Type) компакт-диск укладывается в специальную защитнуюкассету типа 3,5”-дискеты и эта кассета просто вставляется в накопитель. Этопредохраняет диски от случайного повреждения и позволяет загружать их вдисковод в любом положении. При частой смене дисков желательно иметь несколькотаких кадди-кассет и даже прямо в них хранить архивные диски.
Накопители CD-ROM имеют форм-фактор соответствующий5,25» дисководу половинной высоты.
Для компактных вариантов компьютеров существуют и малогабаритныенакопители, размещающиеся прямо в корпусах Lap-Topили Note-Book.
Минимальной адресуемой единицей информации на диске является сектор, могущийсодержать 2048 байт данных, защищенных от ошибок ECC-кодом, или 2324 (2336) незащищенных байт аудио/видеоинформации. Последовательность секторов одного назначения (формата)объединяется в трек. Минимальный размер трека – 300 секторов, максимальный –весь диск, на диске может быть до 99 треков. Начальный трек хранит информациюоб организации диска (VTOC –Volume Table Of Contents).
Время доступа к данным на CD-ROM определяется так же, как и для жесткихдисков. Оно равняется времени задержки между получением команды на поиск данныхи моментом считывания первого бита данных. Это время для восьмискоростного (8х)CD-ROM составляет 100 мсек. и, в общем случае, уменьшается с увеличениемскорости вращения диска. Напомним, что запись на CD-ROM происходит всего наодну спиральную дорожку длиной более 5 км (221188 витков с поперечнойплотностью записи около 600 витков/мм). Продольная плотность записи не зависитот радиуса витка, потому что угловая скорость вращения диска изменяетсяот витка к витку так, чтобы линейная плотность записи оставалась постоянной напротяжении всей спирали.
Первые накопители имели собственные интерфейсы Sony, Panasonic, Mitsumi – по именам их производителей. Всеэти интерфейсы напоминают 8-битовый вариант шины АТА, но несовместимы ни с ней,ни друг с другом, и требуют специальных драйверов, соответствующих типудисковода. Современные CD-дисководывыпускаются с интерфейсами SCSI иАТА (ATAPI), и поддержку CD-ROM часто встраивают в BIOS. При этом, для устройства АТА, тип диска указывать ненужно, он будет опознан автоматически. В дисковый сервис Int13h введены новые функции, позволяющие для накопителя CD-ROM эмулировать дискету или жесткий диск LBA, а также загружать ОС с CD-ROM. Спецификация загружаемого диска позволяет создаватьна CD образ системной дискеты 1,2 Мбайт,или 1,44 Мбайт, или образ жесткого диска, с которых может быть загружена ОС.
Для подключения накопителей CD-ROM к системе, используются, в основном,три разновидности интерфейсов:
— SCSI/ASPI (Small Computer System Interface/ Advanced SCSIProgramming Interface);
— IDE/ATAPI (Integrated Drive Electronics/ AT AttachmentPacket Interface);
— специализированные, «фирменные» интерфейсы.
Взаимодействие между CD-ROM и HOST-адаптером SCSI, а также другимисовместимыми устройствами, осуществляется с помощью стандартного программногоинтерфейса ASPI. Он состоит из двух частей:
1) программы-драйвера ASPI-Manager, обеспечивающей взаимодействиеHOST-адаптера SCSI с операционной системой и общее взаимодействие устройств сшиной SCSI;
2) входящих в систему ASPI драйверов для отдельных подключаемых кинтерфейсу устройств. С помощью каждого из индивидуальных драйвероворганизуется взаимодействие периферийного устройства с основным (HOST)SCSI-адаптером и программой ASPI-Manager.
SCSI/ASPI наиболее подходящий интерфейс для CD-ROM. Он позволяет добитьсявысокой производительности системы и подключать к HOST-адаптеру 7 и болеедисководов, но SCSI-интерфейс достаточно дорог, и если не планируетсяподключать к шине SCSI никаких других периферийных устройств, кроме накопителяCD-ROM, более рационально – установить интерфейс IDE/ATAPI.
IDE/ATAPI является дополнением к интерфейсу АТА (АТ Attachment), ккоторому обычно подключаются НЖМД. Строго говоря, ATAPI – это стандартныйпрограммный расширенный интерфейс для накопителей CD-ROM, который преобразуеткоманды SCSI/ASPI к стандарту IDE/ATA. Он позволяет быстро приспособить новыемодели дисководов к работе с интерфейсом IDE и сохранить совместимостьIDE-накопителей CD-ROM с программой MSCDEX, обеспечивающей их взаимодействие сDOS. ВWindows имеется драйвердля CD-ROM – CDFS VxD (CDFile System Virtual Device). Дисководы ATAPI иногда называют расширенными IDE-накопителями (EnhancedIDE), поскольку в них используется одноименный интерфейс (электрически – АТА).
В большинстве случаев IDE/ATA-накопители CD-ROM подключаются ко второмуразъему (каналу) интерфейса, а первый – используется для НЖМД. Во многихсовременных звуковых платах также устанавливаются драйверы ATAPI испециальные разъемы для подключения CD-ROM, но к одному вторичному IDE-разъемуможно подключить не более двух дисководов CD-ROM, иначе – лучше использоватьSCSI.
Существуют и другие немаловажные для эксплуатации CD-ROM факторы, такиекак:
— пылезащищенность;
— автоматическая очистка линз;
— тип накопителя – внешний, или встраиваемый в РС.
Пылезащищенность важна для CD-ROM, как ни для одного из других устройствРС, так как пыль и грязь, попадающие в оптическую систему или механизмнакопителя, приводят, в лучшем случае, – к снижению быстродействия системы (приошибках чтения потребуются повторные поиск и чтение секторов), а то и к потеречитаемости дисков. В некоторых накопителях узлы оптической системы размещаютсяв специальных герметизированных отсеках, а в других – используются своеобразные«шлюзы» из заслонок (внутренней и внешней). Для чистки линзоптической системы CD-ROM можно воспользоваться специальным чистящим диском, нонекоторые современные модели накопителей CD-ROM имеют собственное, встроенноеустройство для автоматической чистки линз от пыли.
Дисководы CD-ROM выпускаются в двух исполнениях: внешний дисковод, идисковод, встраиваемый в системный блок. Внешний тип накопителя более прочен,чем встраиваемый, но он больше по габаритам и занимает отдельное место настоле. Такой тип следует выбирать, если в системном блоке РС нет свободногоотсека для установки CD-ROM-накопителя, или недостаточен запас мощностиисточника питания (внешний накопитель имеет собственный источник питания), илиодин и тот же накопитель планируется подключать по очереди к несколькимкомпьютерам. Если в каждом из них уже установлен свой HOST SCSI-адаптер, тодостаточно отсоединить разъем накопителя от одного РС и подключить к другому.Если подобных требований нет, то лучше использовать встроенный накопитель.Дополнительное удобство встроенного накопителя состоит в том, что его можноподключить к внутреннему разъему звуковой карты, а внешние разъемы шиныиспользовать для других целей.
Записываемые оптические диски (CD-R), уже приизготовлении, имеют нанесенную ровную спиральную дорожку, по которойпозиционируется записывающая головка. В отличие от магнитных имагнитооптических дисков, обеспечивающих произвольный доступ к искомой дорожке,как по чтению, так и по записи, на CD-R непрерывным потоком может быть записантолько целый трек оптического диска. Так что по записи, CD-R является устройством с последовательным доступом. Поутверждению изготовителей, время жизни записанных дисков CD-R составляет 75 лет – для «зеленых» и 100 – лет для«золотых» дисков. Однако срок хранения диска до записи составляетвсего 5-10 лет. В обозначении модели дисковода указываются его параметры:скорость записи, скорость считывания и объем буфера. Так, например, модель CDR-102 (2x4/512K)имеет скорость записи 2х (2х150=300 Кбайт/сек), скорость считывания 4х и объембуфера 512 Кбайт. Время наработки на отказ у CD-R значительноменьше, чем у CD-ROM. Время доступа к данным у CD-R больше, а скоростьсчитывания ниже, чем у CD ROM из-за более сложной и тяжелой головки. Поэтомуиспользовать CD-R – как CD-ROM, для регулярной работы,нецелесообразно.
Устройства с возможностью многократной записи на оптический дискназываются CD-RW (ReWritable–перезаписываемые). В них используются многослойные диски с отражательнойповерхностью, перед которой находится слой вещества, с изменяемой фазойсостоянии (аморфное – кристаллическое). Это состояние при записи изменяется подвоздействием лазерного луча. При считывании, лазерный луч оказываетсяпромодулированным, вследствие разницы отражательной способности точек слоя,находящегося в аморфном или кристаллическом состоянии. Записанный такимспособом диск может быть считан и обычным CD-ROM накопителем,если в него установлен достаточно чувствительный считывающий элемент.
Практически все CD-накопителимогут воспроизводить и аудио-диски, для чего имеют встроенные ЦАП и аналоговыйинтерфейс с линейным выходом стереосигнала. Для проигрывания аудиодисков,накопители часто имеют кнопку, по которой можно включить воспроизведение безпомощи программных средств. Если при запуске аудио диска индикатор на лицевойпанели накопителя светится, а звука нет, то причиной может быть несовпадениеаналогового интерфейсного кабеля с разъемом звуковой карты. В принципе,возможно считывание аудиоинформации с дисков в цифровой форме, по интерфейсупередачи данных, для дальнейшей цифровой обработки, или сохранения ее на другомносителе, но эту функцию поддерживают не все CD-накопители, хотя есть и накопители, считывающие аудиодиски свыходом на интерфейс, применяемый в цифровой аудио аппаратуре.
PD/CD–комбинированный накопитель, записывающий информацию на специальный носитель пометоду изменения фазы вещества (PhaseСhange Disk), как в CD-RW. Носитель – многослойный диск взащитном картридже. В отличие от CD содним спиральным треком, PDимеет концентрические треки, как у магнитных дисков. Шпиндельныйдвигатель накопителя поддерживает постоянную угловую скорость вращения,следовательно, дисковод имеет произвольный доступ к дорожкам. Время на разгон иторможение диска при переходе на другой трек не тратится, поэтому время доступак данным, по сравнению с CD ROM, заметно снижается. Емкость PD-диска, как и у CD, составляет 650 Мбайт, но PD-диск не может быть считаннакопителем CD-ROM. Однако, комбинированные устройства PD/CD (например, модель PD650) считывают и обычные CD, атип установленного носителя, дисководом определяется автоматически. Большоепреимущество PD перед CD – возможность многократных циклов стирания-записи, анедостаток – их несовместимость с CD.
Накопители на DVD-дисках.
По мере совершенствования технологии CD и их приводов, возникла потребность в увеличении емкостиоптических носителей информации.
Фирма Sony, в союзе с восемью другими фирмами,в 1995 году предложила новый универсальный формат записи на CD – DVD (Digital Versatile Disk), который был активно поддержанпрактически всеми ведущими мировыми компаниями, потому что DVD удовлетворяет практически всемтребованиям к воспроизведению видеоизображений, а также и к хранению цифровыхданных. Иногда диски формата DVDотождествляют с цифровыми видеодисками Digital Video Disks, однако они не тождественны, т.к. последние являютсятолько предшественниками дисков нового универсального стандарта Versatile.
DVD(DigitalVideoDisk) – диски,первоначально предназначавшиеся для цифровой видеозаписи с высокой плотностью,сейчас уже широко используются в компьютерной технике для записи и храненияцифровой информации. DVD-дисководы имеют форм-фактор такой же, как у CD-дисководов. Для повышения емкости, вних уменьшена ширина трека и размер хранящей ячейки, и снижена избыточностькодов коррекции ошибок (ECC).
Как и CD, диск формата DVD имеет диаметр 120 мм и толщину 1.2мм.
В соответствии с первоначально принятым соглашением, DVD-диск выполняется односторонним иможет содержать до 4,7 Гбайт информации (на самом деле – 4,3 Гбайт;производители DVD-дисков и накопителей в рекламныхцелях неверно трактуют единицы измерения информации).
В накопителях формата DVDрабочая длина волны, излучаемая лазером, по сравнению с CD, снижена с 0,78 до 0,63-0,65 мкм,что обеспечило возможность уменьшения штриха записи практически вдвое, арасстояние между дорожками записи – с 1,6 до 0,74 мкм. Кроме того, внакопителях стандарта DVDиспользуется более узкой луч лазера, чем в приводах CD-ROM, поэтомутолщина защитного слоя диска была снижена вдвое – до 0,6 мм. С учетом того, что общая толщина диска должна была остаться 1,2 мм, под предохранительный слой был помещен укрепляющий. На выполненном из соответствующегоматериала укрепляющем слое также можно записывать информацию. Это привело кпоявлению двухслойных дисков. Когда лазерным лучом считывается информация,записанная на втором слое, расположенном в глубине диска, луч беспрепятственнопроходит через полупрозрачную пленку, образующую первый, наружный слой диска.Для считывания информации с первого слоя, оптическая система дисковода, покоманде контроллера, меняет фокусировку луча так, чтобы луч был сфокусирован вплоскости первого, наружного полупрозрачного слоя.
Спецификация DVD сначаларазрабатывалась для одностороннего однослойного диска, но позже появиласьконструкция двухслойного диска, емкостью 8,5 Гбайт. Так, следующим шагом вразвитии технологии DVD явилосьсоздание двусторонних дисков, как однослойных, так и двухслойных, при этомемкость диска доведена до 9,4 Гбайт и 17 Гбайт соответственно.
В случае двустороннего DVD-дискаиспользуются два диска толщиной 0,6 мм, склеенные нерабочими сторонами в одиндиск, стандартной толщины в 1,2 мм. Для доступа к данным на второй сторонедвустороннего диска его приходится переворачивать вручную. Несмотря на то, чтоэтот промежуточный формат стал частью спецификации, предпочтительными следуетсчитать приводы DVD, оснащенныедвумя независимыми считывающими системами.
В настоящее время DVD-накопителивыпускаются в разных модификациях, различающихся количеством рабочих сторон (SS, Single Side – односторонние; DS, Dual Side – двусторонние) и рабочих слоев настороне (SL, Single Layer – однослойные; DL, Dual Layer – двухслойные). Существуют дискиемкостью 4,7 Гбайт (SS/SL), 8,5Гбайт (SS/DL), 9,4 Гбайт (DS/SL) и 17 Гбайт (DS/DL).
Решающим достоинством спецификации DVD является и тот факт, что приводы DVDсовместимы с CD-дисками как по чтению, так и по записи.
Спецификация HD-DVDи технология FMD.
В мае 2005 года корпорация Toshibaобъявила о разработке трехслойного диска HD-DVD-ROM, емкостью 45 Гбайт. Емкостьодностороннего однослойного диска стандарта HD-DVD-ROM составляет
15 Гбайт, однослойного двустороннего – 30 Гбайт. Достоинством формата HD-DVD, разрабатываемого совместно фирмами Toshiba и NEC, является его совместимость на физическом уровне сформатом DVD. Этому стандарту покровительствуеторганизация DVD-Forum, кроме того, и Microsoft заявила о своем желании включитьподдержку HD-DVD в новой операционной системе Longhorn.
Флуоресцентные диски.
Перспективным может оказаться и технология FMD (Fluorescent Multilayer Disk – многослойный флуоресцентный диск),разрабатываемая компанией C3D (Constellation 3D). Характеристики FMD поражают воображение: диск, размером со стандартный CD, вмещает до терабайта данных, приэтом скорость чтения с него, может достигать 1 Гбайт/сек.
В основе работы FMDлежит не отражение от подложки лазерного луча, как у CD- и DVD-дисков,а флуоресценция – свечение вещества под воздействием луча лазера. Количествослоев в FMD, в существующих образцах, –несколько десятков, но теоретически их количество можно довести до тысячи,причем угловая скорость вращения диска в приводе будет даже меньше, чем у CD.
У многослойных дисков CD и DVD возникает проблема. Вследствиеинтерференции и некоторых других факторов, оказывается сложным различать свет,отраженный от разных слоев диска. Принцип работы флуоресцентного диска иной.Вначале, луч лазера фокусируется на определенном слое и вызывает егофлуоресценцию, которая и регистрируется фотоприемником, причем материал,содержащий записанную информацию, при прохождении через него света, изменяетдлину волны этого света. Чем больше путь луча света, тем большей становитсядлина его волны, поэтому есть возможность определять, где лежит слой, скоторого происходит считывание. Более того, возможно одновременное считываниеинформации с нескольких слоев, лежащих один над другим.
Голографические накопители.
Голографические накопители HVD (Holographic Versatile Disk), как и флуоресцентные, тожеиспользуют принцип хранения информации по всему объему запоминающего материала.Но, в отличие от флуоресцентных дисков, на светочувствительном материале спомощью лазерного излучателя регистрируются одновременно все фазовыехарактеристики (голограмма)записываемого объекта. В цифровомприложении, этот объект – цифровая матрица записываемой информации. По даннымфранцузского сайта Clubic,голографические накопители теоретически способны обеспечить скорость считыванияданных до 1 Гбайт/сек. Первые серийные образцы голографических накопителей,емкостью 200-300 Гбайт, фирма Optwareсобиралась представить уже в 2006 году, а приводы под носители HVD, емкостью в 1 Тбайт – в 2007 году.
Стримеры.
Накопители на магнитной ленте (стримеры) являются типичными устройствамипоследовательного доступа. Носители – кассеты с магнитной лентой различногоразмера и емкостью – от 20 Мбайт до 2 Гбайт и более. Простейшие стримеры имеютинтерфейс, совместимый с контроллерами НГМД, а более сложные используютсобственную интерфейсную карту, или встроенный контроллер с интерфейсом SCSI или ATA (ATAPI).Стримеры с интерфейсом SCSI,внутреннего или внешнего исполнения, имеют большую производительность иподдерживаются большинством ОС на системном уровне.
Мини-картриджи для стримеров (Quarter-Inch Cartridge QIC) содержат ленту, шириной ¼" (6,25 мм).Распространенные стандарты QIC 40и QIC 80 имеют продольную плотность записи10000 бит/дюйм на 20 дорожках и 14700 бит/дюйм на 28 дорожках соответственно, ипозволяют хранить сотни мегабайт на одной ленте. Еще большие объемыобеспечивают стандарты QIC1350 и QIC 2100 – 1,35 Гбайт и 2,1 Гбайтсоответственно, а большие QIC-картридживмещают до 13 Гбайт. Стримеры на кассетах для цифровой звукозаписи DAT (Digital Audio Tape) позволяют хранить до 12 Гбайт, а стримеры на 8-ммленте с наклонно-строчной записью (как на видеокассетах) – до 20 Гбайт.Используются стримеры исключительно для архивного хранения очень большихобъемов информации
С появление столь емких и надежных носителей и их приводов, как CD, DVD, HD-DVD, в цифровой вычислительной техникестановится возможным сохранять в архивах, а не на рабочем магнитном диске,большие объемы информации, вплоть до дампов системных, программных и дажефайловых областей рабочих жестких дисков.
Контрольные вопросы.
1. Для чего предназначены устройства массовой памяти на сменныхносителях?
2. В чем особенности подключения накопителей на сменных магнитных дисках?
3. В чем особенности дисков Бернулли?
4. В чем заключаются недостатки жестких кассетных дисков по сравнению сдисками Бернулли?
5. Из чего складывается время доступа к информации на CD-ROM?
6. Как ускоряется время доступа к данным CD-ROM?
7. Какие разновидности интерфейсов подключения CD-ROM применяются внастоящее время?
8. Каково назначение программы-драйвера ASPI-Manager?
9. Как организуется взаимодействие периферийного устройства CD-ROM сосновным (HOST) SCSI-адаптером и программой ASPI-Manager?
10. В чем состоит удобство использования технологии SCSI?
11. В каком случае более рационально установить интерфейс IDE/ATAPI?\
12. Какие существуют способы чистки линз накопителей CD-ROM?
13. Как провести конфигурирование HOST SCSI-адаптера?
14. Какое программное обеспечение необходимо для нормальногофункционирования CD-ROM?
15. Как правильноинсталлируется программное обеспечение накопителя CD-ROM?
1.5.3 Средства коммуникации компьютера
Персональные компьютеры снабжаются внешними интерфейсами, позволяющимирасширить его функциональные возможности, подключая к нему через эти интерфейсыразнообразное периферийное оборудование, и обеспечивать коммуникации с другимиАПС. В основном, средства коммуникации РС включают в себя COM-, LPT-, Game-и MIDI-порты, а также сетевые средствасвязи. Для обмена информацией между компьютером и высокоскоростнымипериферийными устройствами можно также воспользоваться возможностями USB-шины или шины Fire Wire (IEEE1394). Обе эти шины используют высокоскоростной последовательный интерфейс но,с точки зрения коммуникационных задач, различаются тем, что шина USB ориентирована на периферийныеустройства, подключаемые к хост-компьютеру. Единственный, но необходимый в тойсистеме компьютер управляет всеми функциями – физическими периферийнымиустройствами, хабами или их комбинациями.
Шина IEEE 1394, в отличие от USB, позволяет интенсивный обмен нетолько между хост-компьютером и периферийными устройствами, а между любымиподключенными к ней интеллектуальными устройствами. Шина 1394 не требуетцентрализованного управления со стороны РС, может даже его не иметь, илинаоборот, подключать несколько РС. В последнем случае, шина 1394 может бытьиспользована для объединения нескольких компьютеров и периферийных устройств внебольшую локальную сеть.
История интерфейсов соединения РС с удаленными устройствами подтверждаеттеорию спирального развития. Так, последовательный интерфейс COM-порта RS-232C,пришедший от связи с удаленными терминалами, использовался даже для подключениялазерных принтеров, но вскоре он был вытеснен из принтерных интерфейсовпараллельным интерфейсом Centronics, реализуемым LPT-портом.Однако, по мере роста производительности принтеров, возможностей LPT-порта, даже с использованиембыстродействующих режимов обмена IPP и ECP стандарта IEEE 1284, становится недостаточно. Те же проблемы встаюти с подключением сканеров, внешних дисков, скоростных модемов и т. д. Врезультате исследований оказалось, что повысить скорости обмена можно переходомснова на последовательный интерфейс, дополнительно снимающий проблемы изготовлениямногожильных кабелей, с нормированными параметрами задержек сигналов, имногоконтактных разъемов.
В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно – байта)передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. ВРС традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами. В последовательном интерфейсебиты данных передаются последовательно, друг за другом, по одной линии. Дляэтого в РС используется
СОМ-порт в соответствии со стандартом RS-232C, но последние модели компьютеровимеют, как правило, и высокоскоростной канал последовательного типа, с шинами USB.
Очевидно, что, при одинаковом быстродействии приемо-передающих цепей ипропускной способности линий связи, по эффективной скорости передачи данныхпараллельный интерфейс должен превосходить последовательный, однако повышениепроизводительности за счет увеличения тактовой частоты передачи, ограничиваетсяволновыми характеристиками соединительных кабелей. В случаепараллельного интерфейса, при повышении скоростей передачи данных начинаетсказываться различие в задержках сигналов в разных линиях одного и того жеинтерфейса, вследствие не полной идентичности их проводов и контактныхсоединений. В последовательных интерфейсах, среда передачи данных тоже вноситограничения на скорость передачи данных. Но, т.к. для последовательной передачиданных используется всего одна линия, а не набор линий, как в параллельныхинтерфейсах, фактор разброса задержек в разных линиях в последовательныхинтерфейсах отсутствует. Таким образом, повышение пропускной способностипоследовательного интерфейса оказывается дешевле, чем параллельного. К примеру,два пучка коаксиальных кабелей, каждый пучок толщиной в руку (параллельныйинтерфейс канала ЕС ЭВМ), и современный USB-кабель (последовательный интерфейс) имеют примерноодинаковую пропускную способность.
Важным параметром любого интерфейса является допустимое удаление соединяемыхустройств. Оно ограничивается как частотными свойствами кабелей, так ипомехозащищенностью интерфейсов. Помехи возникают от внешних источниковэлектромагнитных излучений, и от соседних линий того же интерфейса(перекрестные помехи). Для защиты от таких помех используются парафазныеприемо-передатчики и витые, даже экранированные пары проводов для каждой излиний передачи данных. Но ошибки в передаче возникают и от искажений уровнейсигналов. В параллельном интерфейсе Centronics LPT-порта, используются сигналы уровней ТТЛ-логики(1,4 В для логической единицы), так чтоколебания амплитуды сигнала около 1 В могут вызвать дребезг приемника. Впоследовательном интерфейсе RS-232C СОМ-порта, используются сигналы суровнем от –12 до –3 В (логическая единица) и от +12 В до +3 В (логическийнуль), так что переключения приемника при изменениях сигнала в пределах от –3до +3 В не происходит. Столь большая разница в помехозащищенности позволяетиспользовать для интерфейса RS-232C кабели длиной в десятки метров, адля интерфейса Centronics – лишьдва-три метра.
С появлением интерфейсов USB и Fire Wire, появилась и новая характеристика интерфейса – топологиясоединения. Для интерфейсов RS-232C и Centronics практически однозначно применялась двухточечнаятопология РС – ВУ, или РС–РС. Правда, имелись исключения: строился моноканална СОМ-портах для локальных сетей, но он был вытеснен более эффективной иподешевевшей технологией Ethernet. Стандарты IEEE 12843 для LPT-порта предусматривают соединенияабонентов в цепочку (Daisy Chain) или черезмультиплексоры, но и такие способы подключения пока широкого распространения неполучили. USB и Fire Wire реализуют древовидную топологию, в которойвнешние устройства могут быть как оконечными, так и разветвителями.
Другое важное свойство интерфейса – гальваническая развязка.“Схемные земли” устройств, связываемых по COM- или LPT-портам,оказываются связанными со схемной “землей” РС и, если между ними, доподключения интерфейса, была разность потенциалов (что практически всегдаесть), то по общему проводу интерфейса потечет уравнивающий ток. Это оченьплохо, т.к. падение постоянного напряжения на этом проводе приводит к смещениюуровней сигналов, а падение переменного напряжения – к сложению полезногосигнала с переменной составляющей помехи, что, безусловно, сказывается напомехозащищенности каналов. С другой стороны, в случае обрыва, или неконтакта,а чаще всего – при подключении и отключении кабелей интерфейсовбезвыключения питания устройств, разность потенциалов прикладывается ксигнальным цепямприемников и передатчиков. Протекание через нихуравнивающих токов, в момент соединения, неизбежно приводит к выходу их изстроя. Из рассматриваемых интерфейсов гальваническую развязку обеспечиваеттолько MIDI (одностороннюю, с напряжением до 100вольт) и шина Fire Wire (полную, с напряжением изоляции до 500 вольт).
1.5.3.1) Коммуникационные порты СОМ и LPT
LPT-порт.
Порт параллельного интерфейса был введен в РС для подключения принтера(отсюда и его название Line PrinTer – построчный принтер) и, хотя через него подключается и большинстволазерных принтеров, которые по принципу работы не построчные, а постраничные,название порта “LPT” закрепилосьосновательно.
LPT-порт, для организации вывода по интерфейсу Centronics, поддерживается функциями BIOS. В процессе начального тестирования,POST-программа проверяет наличиепараллельных портов по адресам 3BCh,378h и 278h. и помещает базовые адреса обнаруженных портов в ячейкиоперативной памяти РС 0:0404h,0:040Ah, 0:040Ch, 0:040Eh,области BIOS DATA AREA. Эти ячейки хранят адреса портов с логическими именамиLPT1 – LPT4, соответственно, причем нулевое значение адресаявляется признаком отсутствия порта с этим номером.
Контроллер порта содержит три регистра, размещенных в пространствеадресов ввода-вывода микропроцессора. Регистры порта адресуются относительно базовогоадреса, стандартные значения которого – 3BCh, 378h или278h. Это регистры:
1) DR (Data Register) – 8-битовый регистр данных,содержимое которого выводится на линии Data [0/7] разъема порта. Адрес регистра DR равняется базовому. Тот же регистр DR, с использованием специальнойпроцедуры, позволяет и принимать данные с линий Data [0/7]. Так, если в регистр DR сначала записать все единицы, а на контакты [2/9] разъема LPT-порта подать от терминальногоустройства через тот же интерфейс какой-либо другой код, то регистр DR запомнит этот код без всякогостроба. Теперь микропроцессор может прочитать данные этого регистра DR и тем самым выполнить операцию вводабайта от терминального устройства;
2) SR (Status Register) – 5-битовый регистр ввода в портсостояния принтера, принимает сигналы Select, PaperEnd, Ack и Busy,соответственно. Адрес регистра на единицу больше базового;
3) CR (Control Register) – 4-битовый регистр управления,вырабатывает сигналы Strobe#,AutoLF#, Init#, и SlctIn#,соответственно. Подобно регистру данных позволяет и прием данных с разъемаинтерфейса. Адрес регистра на 2 больше базового.
Поиск портов по базовому адресу предполагаемого порта производитсяследующей процедурой:
— в регистр DR контроллерапорта выводится тестовый байт AAh или55h;
— затем выполняется ввод с того же адреса;
— если считанный байт совпал с записанным, считается, что LPT-порт найден и его адрес помещается вобласть данных BIOS.
Обнаруженные порты инициализируются записью и съемом в их регистрыуправления сигнала Init#, а затем –записью значения С0h, соответствующего исходному состоянию сигналовинтерфейса.
BIOSподдерживает до трех, или четырех LPT-портов прерыванием INT17,обеспечивающим связь по интерфейсу Centronics. Этим сервисом драйвер порта осуществляет по готовности, неиспользуя аппаратных прерываний, инициализацию, опрос состояния интерфейса,принтера и – вывод символа.
Программное прерывание BIOS INT17h обеспечивает следующие функции:
1) 00h – вывод символа из регистра AL микропроцессора по протоколу Centronics. При этом выводимые данныепомещаются в выходной регистр порта и, дождавшись готовности принтера (снятиесигнала BUSY), формируется строб данных Strobe#;
2) 01h – инициализация интерфейса ипринтера (установка начальных уровней управляющих сигналов);
3) 02h – опрос состояния принтера, чтениеего регистра состояния.
При вызове INT17, номерфункции задается в регистре АН микропроцессора, номер порта – в регистре DX. При возврате после любой функции,регистр АН содержит код состояния: биты регистра RS [7:3] (причем биты 6 и 3 инвертированы) и в бите 0 – флагтайм-аута, который устанавливается при неудачной попытке вывода, если сигнал BUSY не снимается в течение времени,определяемого для данного порта.
Аппаратный интерфейс LPT-портов.
Стандартный LPT-порт является однонаправленным, его сигналы выводятся из компьютера на25-контактный разъем DB-25S (розетка), который устанавливаетсянепосредственно на плате контроллера. Если же контроллер порта интегрированнепосредственно в системную плату компьютера, то разъем LPT-порта может располагаться или насистемной плате, или на вставке задней стенки системного блока. В последнемслучае, разъем порта на системной плате соединяется с разъемом на задней стенкеплоским шлейфом.
Каждый LPT-порт использует свою линиюаппаратного запроса прерывания IRQ7или IRQ5, 8-битовую внешнюю шину данных,5-битовую шину сигналов состояния и 4-битовую шину управляющих сигналов.
Понятие интерфейса Centronics относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к36-контактному разъему, устанавливаемому на принтерах. Отечественный аналогинтерфейса Centronics интерфейс ИРПР-М.
Назначение сигналов интерфейса Centronics и их распределение по разъему принтера приведено в таблице1.11.
Таблица 1.11. Сигналы интерфейса Centronics.
Сигнал
Направление
Контакт
Назначение Strobe# выход 1 Строб данных. Data [0:7] выход 2-9 Линии данных. Data [0:7]. Контакт 2 – младший бит Ack# вход 10 Acknowledge – сигнал подтверждения приема байта, запрос на прием следующего. Может использоваться для формирования запроса прерывания. Busy вход 11 Занято. Прием данных возможен только при низком уровне сигнала PaperEnd выход 12 Высокий уровень сигнализирует о конце бумаги. Select выход 13 Сигнал о включении принтера. AutoLF# вход 14 Автоматический перевод строки. При низком уровне сигнала, принтер, получив символ CR (Carriage Return – возврат каретки), автоматически выполняет и функцию LF (Line Feed – перевод строки). Error# вход 32 Ошибка: конец бумаги, Off-Line (принтер не в связи с РС), или внутренняя ошибка принтера. Init# выход 31 Инициализация – сброс принтера в режим параметров по умолчанию, возврат головки к началу строки. Slct In# выход 36 Выборка принтера (низким уровнем сигнала). При высоком уровне сигнала принтер не воспринимает остальных сигналов интерфейса. GND - 19-30,33 Общий провод интерфейса.
Процедура вывода байта состоит из следующих шагов:
1) вывод байта в регистр данных,
2) опрос регистра состояния и, если терминал не готов, ожиданиеготовности устройства (принтера),
3) установка сигнала строба данных.
Для вывода одного байта требуется, по меньшей мере, 4–5 машинных операцийввода-вывода с регистрами порта, так что скорость обмена невысока, призначительной нагрузке микропроцессора. Стандартный порт удается разогнать доскоростей, порядка всего 100-150 Кбайт/сек, при полной загрузке процессора, чтоявно недостаточно для печати на лазерный принтер.
Недостатки стандартного порта частично устраняли новые типы портов,появившиеся в компьютерах семейства PS/2, но, не будучи стандартизованными, такие порты требовали от ихпроизводителей использования собственных специальных драйверов. В 1994 году былпринят стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, определяющий режимы работы SPP (стандартный), EPP – двунаправленный и ECP (Extended) – двунаправленный, с возможностьюаппаратного сжатия данных по методу RLE, использования FIFO-буферовв контроллере порта и DMAсистемной платы. В современных машинах, с LPT-портом на системной плате, режим порта – SPP, EPP, ECP,или их комбинация, задается программно в BIOS SetUp.
Контрольные вопросы.
1. Какие базовые адреса может иметь LPT-порт?
2. Какова разрядность регистра данных LPT-порта?
3. Какие номера прерываний может использовать LPT-порт?
4. Как использовать LPT-портдля ввода данных?
5. Как использовать LPT-портдля ввода данных?
СОМ-порт.
Последовательный интерфейс для передачи данных в каждую сторонуиспользует по одной отдельной линии данных, по которой данные передаются впоследовательном коде. Последовательная передача данных может осуществляться в асинхронномили синхронном режимах.
При асинхронной передаче, каждому байту предшествует один или два стартовыхбита, сигнализирующих приемнику о начале очередной посылки, за ним следуютбиты данных и, возможно, бит паритета (контроля четности). Завершаетпосылку стоп-бит, гарантирующий определенную выдержку между соседнимипосылками. Старт-бит следующего байта может посылаться в любой момент временипосле окончания стоп-бита, т.е. между передачами возможны паузы произвольнойдлительности. Старт-бит имеет всегда строго определенное значение логической 1и обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу отпередатчика. Подразумевается, что и приемник и передатчик работают на однойскорости обмена, измеряемой в количестве передаваемых бит в секунду. Внутреннийгенератор синхронизации приемника использует счетчик-делитель опорной частоты,обнуляемый в момент приема старт-бита, и генерирует внутренние стробы, покоторым приемник фиксирует последующие принимаемые биты. В идеале, эти стробырасполагаются в середине битовых интервалов, что обеспечивает возможностьприема битов и при некотором рассогласовании скоростей приемника и передатчика.Нетрудно просчитать, что при передаче 8 бит данных, контрольного и одногостоп-бита предельное рассогласование скоростей не может превышать 5%, но сучетом фазовых искажений (затянутых фронтов сигналов) допустимое отклонениескоростей значительно меньше, так что с ростом частоты обмена повышаются итребования к согласованности скоростей и частот работы приемников ипередатчиков.
Приемник, получив сигнал о начале передачи, отвечает передатчику своимсостоянием и, если приемник готов к приему, передатчик выдает старт-бит,приемник запускает свой генератор тактов и принимает, с этой частотой, байт данных.Естественно, частоты генераторов передатчика и приемника должны быть довольнострого одинаковыми, но скоростные характеристики линии передачи могутбыть разными, в разных конфигурациях АПС, поэтому и частоты передач,определяемые контроллером порта, должны допускать разные значения. Эти значениястандартизованы, и в каждом сеансе связи, перед началом передачи первого байта,передатчик сообщает приемнику – на какой из стандартных частот, будет вестисьданный сеанс связи.
Для асинхронного режима передачи принят ряд стандартных скоростейобмена: 50, 75, 110, 150, 300,600,1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400,57600, и 115200 бит/сек (не путать с Бод).
Бод – это единица измерения пропускной способности линии связи иприемо-передатчиков, выраженная в количестве переключений состояния линии всекунду, что характерно для недвоичного способа кодирования, а при двоичномспособе передачи количество бод и бит/сек, могут отличаться внесколько раз. Так, за одну модуляцию (изменение состояния линии) принедвоичном кодировании, например, ДОФМ широко применяемом в современныхмодемах, может передаваться несколько бит, а при двоичной асинхронной передачечерез СОМ-порты, за одну посылку передается 8 информационных бит, но, с учетомстартовых стоповых бит и бита паритета – до 13 бод.
Асинхронный способ обмена в РС реализуется СОМ-портом с использованиемпротокола RS232C.
Синхронный режим передачи предполагает постоянную активность каналасвязи. Посылка начинается с синхробайта, за которым следует потокинформационных бит, а если у передатчика нет данных для передачи, то онзаполняет паузу непрерывной посылкой байтов синхронизации. При передаче большихмассивов информации, такой режим целесообразнее асинхронного, но в синхронномрежиме необходима постоянная внешняя синхронизация приемника с передатчиком,т.к. даже небольшое отклонение их частот очень быстро приведет кнакапливающейся ошибке и, следовательно, к искажению принимаемых данных.Внешняя синхронизация возможна либо с применением отдельной линии для передачисинхросигналов, либо с использованием самосинхронизирующего кодирования,например, манчестерского кода или кода NRZ, из которого на приемной стороне могут быть выделенысинхросигналы. В любом случае, синхронный режим требует либо дорогих линийсвязи, либо дорогого оконечного оборудования, а может – и того, и другого.
На физическом уровне последовательный интерфейс может иметьразличные модификации, различающиеся способами передачи электрических сигналов.Существует ряд международных стандартов RS232C, RS423A, RS422A и RS485. Первый использует простые приемо-передатчики, одиночныепровода для каждой из линий связи и допускает связь со скоростями до 20 Кбит/сек,на расстояния до
15 м. Другие – передачу парафазными сигналами до скоростей 10 Мбит/сек, нарасстояния до 1200м Допустимые скорости передач, в зависимости от расстоянийсвязи и используемого стандарта, приведены в таблице 1.12.
Таблица 1.12. Максимальные длины линий и скоростей передачипо СОМ-портам.RS232C RS423A RS422A RS485 Длина линии (м) Скорость передачи Длина линии (м) Скорость передачи Длина линии (м) Скорость передачи Длина линии (м) Скорость передачи 15 20 Кбит/сек 9 100Кбит/сек 12 10 Мбит/сек 12 10 Мбит/сек - - 90 10 Кбит/сек 120 1 Мбит/сек 120 1 Мбит/сек - - 1200 1 Кбит/сек 1200 100 Кбит/сек 1200 100 Кбит/сек
Интерфейс RS232C.
Интерфейс RS-232C предназначен для подключенияаппаратуры, передающей или принимающей данные (ООД – оконечное оборудованиеданных, или АПД – аппаратуры передачи данных) к оконечной аппаратуре каналовданных (АКД). В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другоепериферийное оборудование. Этой аппаратуре соответствует аббревиатура DTE (Data Terminal Equipment). В роли АКД часто выступает модем,этой аппаратуре соответствует аббревиатура DCE (Data Communication Equipment). Конечной целью подключенияявляется соединение двух устройств DTE.
Стандарт описывает:
— управляющие сигналы интерфейса,
— электрический интерфейс и
— типы разъемов.
Стандарт же определяет асинхронный или синхронный режимы обмена, ноСОМ-порты компьютера поддерживают только асинхронный режим. ФункциональноRS232С эквивалентен стандарту МККТТ V.24/V.28 и стыку С2, но они имеют различные названия одних и техже используемых сигналов.
Стандарт RS232C использует несимметричныепередатчики и приемники. Сигнал передается относительно общего провода(“схемной земли”) и не обеспечивает гальванической развязки устройств.Логической единице соответствует уровень напряжения на входе приемникаот –12 вольт до –3 вольт, логическому нулю соответствует напряжение на входеприемника от +3 вольт до +12 вольт. Между уровнями –3 и +3 вольт имеетсязона нечувствительности, обуславливающая гистерезис приемника. Уровни сигналов навыходах передатчиков должны быть в диапазонах от –12 вольт до –5 вольт и от+5вольт до +12 вольт, соответственно. Разность потенциалов между “схемнымиземлями” (SC) соединяемых устройств не должнапревышать двух вольт, иначе возможно неверное восприятие приемником сигналовпередатчика. Интерфейс предполагает наличие защитного заземления соединяемыхустройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевыефильтры.
Преобразование параллельного кода, получаемого СОМ-портом от системнойшины, в последовательный код для передачи по каналу, и обратное преобразованиепри приеме данных от терминала, выполняют специализированные контроллеры порта– микросхемы UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter – универсальный асинхронныйприемо-передатчик). Эта же микросхема формирует и обрабатывает сигналыинтерфейса. СОМ-порты IBM PC XT/AT базируются на микросхемах UART i8250, 16450, 16550A.
Регламентируются и типы применяемых разъемов. На аппаартуре DTE, в том числе и на СОМ-портах следуетустанавливать вилки (male) DB9P или DB25P, а на аппаратуре DCE (модемах) устанавливаются розетки (female) DB9S или DB25S.
Назначение и распределение сигналов интерфейса RS232C по разъемамСОМ-порта приведено в таблице 1.13.
Таблица 1.13. Назначение сигналов интерфейса RS232C.
Сигнал
DB9S
DB25S
Назначение сигнала PG Защитная земля. Соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля. SG 5 7 Сигнальная (схемная) земля, относительно которой действуют уровни сигналов. TD 3 2 Выход передатчика, последовательные данные. RD 2 3 Вход приемника, последовательные данные. RTS 7 4 Выход запроса передачи данных. Состояние лог.1 сообщает модему, что у терминала есть данные для передачи. CTS 8 5 Вход разрешения (лог. 1) терминалу передавать данные. DTR 4 20 Выход сигнала готовности терминала к обмену данными. Состояние лог. 1 поддерживает канал в состоянии соединения. DSR 6 6 Вход сигнала готовности АПД (например, модема). DCD 1 8 Вход сигнала обнаружения несущей удаленного терминала. RI 9 22 Вход индикатора вызова (звонка).
Интерфейс позволяет исключить канал удаленной связи вместе с пароймодемов, соединив два интеллектуальных устройства DTE непосредственно, с помощью нуль-модемного кабеля.
При соединении аппаратуры DTE безмодемов, разъемыустройств соединяются между собой полным или минимальным нуль-модемным кабелем(Zero-modem, Z-modem).
Полный нуль-модемный кабель выполняется семижильным жгутом проводов,причем контакты DSR – DCD закорачиваются на каждом из разъемовкабеля, а для минимального нуль-модема достаточно всего трехжильного жгута. Впоследнем случае закорачиваются на каждом из разъемов кабеля контакты DTR — DSR — DCD, атак же RTS — CTS.
Питание ВУ от интерфейса RS-232C.
При подключении мыши или трекбола к СОМ-порту, они обычно получаютпитание +V от линий DTR и RTS, a –V – от TD, неиспользуемых по прямому назначению. Так если исправная мышь с данным портом неработает, то нужно проверить уровни потенциалов на контактах разъема порта сэтими сигналами. При инициализации порта, линии DTR и RTSпереходят в состояние логического нуля, т.е. вырабатывают напряжение порядка+12 вольт, а линия TD – порядка –12вольт. Потенциалами на этих линиях можно управлять через регистры СОМ-порта,что и делают соответствующие драйверы мыши и трекбола. Если потенциалы после ихустановки не соответствуют требуемым, то неисправность может быть и в регистрахпорта, что легко проверяется (конечно, с отключенным манипулятором)тест-программой в режиме тестирования с внешней заглушкой.
Порт получает питание от блока питания через системную плату, и отсутствиенапряжения +12 вольт сразу обнаруживается по неработоспособности дисковкомпьютера, а отсутствие напряжения –12 вольт могут заметить только устройства,подключенные к СОМ-портам. Не все блоки питания контролируют все выходныенапряжения, поэтому неработоспособность терминальных устройств, подключенных кСОМ-порту, может быть и следствием неисправности блока питания компьютера.
Инфракрасный интерфейс.
Применение излучателей и приемников инфракрасного (ИК) диапазонапозволяет осуществлять беспроводную коммуникацию между парой устройств,удаленных на расстояние метра, а иногда и нескольких метров. РазличаютИК-системы связи с низкой (до 115 Кбит/сек), средней (1.152 Мбит/сек) и высокой(4 Мбит/сек) скоростями связи. В перспективе ожидаются и более высокие скоростиобмена, которые позволят передавать даже «живое видео».
На скоростях 115 Кбит/сек для ИК-связи используются UART, совместимые с 16450/16550 и частоможет конфигурироваться порт СОМ-2. Весьма привлекательно применениеИК-технологии для связи портативных компьютеров со стационарными, илидок-станциями (PC Docking), расширяющими их до полноценнойнастольной конфигурации.
Интерфейс MIDI.
Цифровой интерфейс музыкальных инструментов MIDI (Musical Instrument Digital Interface) представляет собой асинхронныйинтерфейс с частотой передачи 31,25 Кбит/сек. В интерфейсе применяется связьтипа токовая петля 10мА с гальванической (оптронной) развязкой входнойцепи.
Формат асинхронной посылки содержит старт-бит, 8 бит информации истоп-бит, контроль четности отсутствует. Интерфейс поддерживается стандартными5-контактными разъемами DIN ипозволяет объединить группу, последовательно до 16 устройств, в локальную сеть.
В РС MIDI-порт имеется на большинстве платзвуковых адаптеров, и его сигналы выведены на неиспользуемые 12 и 15 контактыразъема Game-адаптера. Для MIDI-порта применяются ИМС UART, совместимые с MPU401, отличающиеся от обычных UART 8250 или 8251 тем, что имеютдополнительный регистр устройства. На некоторых системных платах применяютсяБИС контроллеров интерфейсов, в которых UART, используемый для СОМ-портов, может быть переведен врежим MIDI-порта его конфигурированием через BIOS SetUp,
Контрольные вопросы.
1. Какие режим работы может поддерживать СОМ-порт?
2. Какой стандарт поддерживает работу СОМ-порта?
3. Как зависит максимальная скорость передачи через СОМ-порт от длиныкабеля связи?
4. Какие типы разъемов используют СОМ-порты?
5. Что такое нуль-модем и как он устроен?
6. Какие меры необходимо принимать для безопасности оборудованияСОМ-портов при соединении через них разных устройств?
7. В чем состоят достоинства ИК-интерфейса?
8. В чем состоят достоинства ИК-интерфейса?
1.5.3.2) Сетевые средства связи
Локальные вычислительные сети ЛВС (LAN – Local Area Network) позволяют объединять компьютеры, расположенныев некотором ограниченном пространстве. Для локальных сетей прокладываетсяспециализированная кабельная система, и положение возможных точек подключенияабонентов ограничивается этой кабельной системой. Локальные сети можнообъединять в крупномасштабные образования – CAN (Campus Area Network – кампусная сеть, объединяющаягруппу близко расположенных зданий), MAN (Metropolitan Area Network – сеть городского масштаба), WAN (Wide Area Network – широкомасштабная сеть), GAN (Global Area Network – глобальная сеть). Оборудование локальных сетейподразделяется на активное (интерфейсные карты компьютеров,концентраторы и т. п.) и пассивное (кабели, соединительные разъемы,коммутационные панели и т.д.).
Самой популярной является на сегодня сетевая технология Ethernet, представляющая архитектуру сетей с разделяемойсредой и широковещательной передачей. Для связи по сети, в компьютерустанавливаются сетевые карты. Сетевые карты-адаптеры (Network Interface Card – NIC)выпускаются для шин ISA, EISA, MCA, PCI, PC Card, VLB.Существуют также сетевые адаптеры, подключаемые к стандартному LPT-порту. Их преимущество состоит вотсутствии потребностей в специальных системных ресурсах (порты, прерывания ит.п.) и в легкости подключения (не требуется вскрытие системного блока).Крупным недостатком сетевых LPT-адаптеров является то, что скорости обменаданными через них ограничиваются скоростными характеристиками LPT-порта и они значительно загружаютпроцессор.
Основные свойства сетевых адаптеров:
1) разъемы подключения к среде передачи: один разъем BNC или RJ-45 (UTPили STP), или их комбинация. Наиболееуниверсальные “Combo” – имеютполный 10-мегабитный набор BNC/AUI/RJ45;
2) скорость передачи – 10 или 100 Мбит/сек; многие 100-мегабитныеадаптеры имеют и режим 10 Мбит/сек;
3) системная шина и способ обмена данными. Для многозадачных примененийжелательно использование Bus-Master, разгружающего процессор. Адаптеры Bus-Master должны иметь 32-разрядную шину (EISA, MCA, PCI),в противном случае будут проблемы с использованием ОЗУ свыше 16 МБ;
4) возможность полного дуплекса, для сред с раздельными линиями приемникаи передатчика, в многозадачных системах позволяет теоретически удвоитьпропускную способность, при поддержке этого режима на другой стороне;
5) размер установленной буферной памяти – чем больше, тем лучше.Минимальный ее объем должен позволять хранить, по крайней мере, пару пакетов(максимальная длина пакета – 1514 байт). Сейчас есть платы и с объемом буфернойпамяти, исчисляемой мегабайтами;
6) наличие на NIC гнезда для микросхемы BootROM, обеспечивающей возможность удаленной загрузкиоперационной системы (Remote Boot или Remote Reset) по сети, с файл-сервера.
Контрольные вопросы.
1. Что такое LAN?
2. Как расшифровывается аббревиатура NIC?
3. Каковы достоинства и недостатки сетевых адаптеров, подключаемых кстандартному LPT-порту?
4. Какие скорости передачи данных могут поддерживать сетевые адаптеры
5. Какой минимальный объем буферной памяти должна иметь сетевая карта?
6. Для чего используются микросхемы BootROM на сетевых картах?
1.5.4 Средства вывода аудиоинформации
Потребность в выводе аудиоинформации из РС определилась на самых раннихэтапах внедрения компьютеров. Так, требуется сообщать пользователю, не всегдаглядящему на экран дисплея, о нормальном завершении POST-программы, или об ошибках, выявленных POST-программой, если вывести их на экранневозможно (неисправна видеоподсистема), наконец, о появлении фатальных ошибокпри работе прикладных программ.
1.5.4.1) Вывод звука на встроенный динамик
Компьютер часто оснащается небольшим излучателем звука – динамическимгромкоговорителем. Звуки, выводимые на динамик, формируются аппаратными ипрограммными средствами: – интервальным таймером и активной в данный моментпрограммой. Так, выбирая программно соответствующий выход и режим интервальноготаймера, можно задавать высоту тона, длительность звучания и пауз междувоспроизводимыми нотами.
Проверить работоспособность аудио-канала РС можно просто, выбрав втест-программе NDiags пункт меню ПРОЧИЕ/Тест динамика. При этом на встроенныйдинамик должны быть выведены несколько фраз, или звуков. Хотя, если короткийзвук с частотой 1 КГц перед загрузкой DOS выдался, значит, аудио-канал впорядке. Если звуки не издаются, нужно проверить подключен ли, и правильно ли,разъем от динамика к системной плате. Если динамик подключен правильно, то, притаких симптомах, может быть неисправен или сам динамик, или шлейф егоподключения, или интервальный таймер. Для уточнения места неисправности можноотключить от системной платы разъем подключения динамика и тестером прозвонитьсам шлейф и динамик. Сопротивление исправного динамика должно быть порядканескольких Ом. Если динамик в порядке, то для проверки работы каналаинтервального таймера нужно запустить тест динамика, например, из той же тест-программыNDiags и в это время осциллографомнаблюдать осциллограмму, появляющуюся на выходе канала Т1 интервальноготаймера.
1.5.4.2) Вывод звука на акустические системы
Для воспроизведения полноценной звуковой информации – музыки, речи ит.д., в компьютере должна быть установлена звуковая карта и к ней подключеныакустические системы (колонки).
Звук, это воспринимаемые человеческим ухом колебания воздуха с частотамиот 16 Гц до 20 Кгц, формируются и воспроизводятся в компьютерах специальнымипрограммами с помощью звуковых карт-адаптеров и акустических систем.
Имеется множество модификаций звуковых карт, но основные функции,выполняемые звуковыми картами, это – ввод и оцифровка аналоговой звуковойинформации с микрофона, магнитофона, радио, проигрывателя компакт-дисков и т.п.источников, и – обратное преобразование и воспроизведение уже оцифрованныхзаписей, хранящихся в компьютере.
Для преобразования входного аналогового электрического сигнала в цифровуюформу, АЦП звуковой карты измеряет амплитуду этого сигнала через равные, малыепромежутки времени. Частота этих измерений называется частотой дискретизацииСогласно теореме Котельникова, для полного восстановления в последующемогибающей звукового колебания, частота дискретизации должна не менее чем вдвоепревышать максимальную частоту этих звуковых колебаний. Т.к. максимальнаячастота звука, воспринимаемая ухом человека – 20 КГц, то частота дискретизациидолжна быть не менее 40 КГц. Чаще используется частота дискретизации 44,1 КГц(именно эта частота используется и в компьютерных звуковых картах, и для записизвука на компакт-диски). Амплитуда каждой точки дискретизации обычно измеряется16-битовым АЦП, что позволяет иметь 216 значений амплитуды.Результаты оцифровки звука передаются соответствующей программе и, послесжатия, в виде файлов записываются на жесткий диск (файлы с записью звука имеютв Windows расширения .wav). Эти файлы,несмотря на сжатие, имеют очень большой объем – десятки Кбайт на каждую секундузвучания. При большой степени сжатия объемы таких файлов уменьшаются, но этонеизбежно приводит к потере качества воспроизведения записанного звука.
Воспроизведение цифровой информации происходит обратными процедурами:считывание сжатой цифровой информации, ее распаковка и преобразование, сиспользованием ЦАП звуковой карты, в аналоговый сигнал, который после усиленияпо мощности поступает на звуковые колонки, где он и превращается в звуковыеколебания воздуха (акустический звук).
Различные звуковые карты отличаются друг от друга по следующим характеристикам:
1) максимальной частоте выборки (сэмплинг) (sample rate) при оцифровке звука. Чем выше сэмплинг, тем вышекачество воспроизводимого звука. Обычно, частота выборки – 44,1 КГц и выше (какна СD-дисках), но некоторые картыиспользуют частоту 48 КГц (как в цифровых магнитофонах). Старые звуковые картыиспользовали частоту дискретизации 22,05 КГц, т.е. звуки с частотой выше 10КГцвообще не воспроизводились;
2)максимальной частоте дискретизации при записи. Эти частотысоответствуют частотам выборки для каждого из типов карт;
3) максимальной разрядности АЦ-преобразования звука при записи.Большинство современных карт поддерживает 26- и 8-разрядную дискретизацию, астарые карты поддерживали только 8-разрядную, которая годится только для записиречи;
4) возможности стерео воспроизведения. Многие старые карты такихвозможностей или не обеспечивают, либо обеспечивают ограниченно (например, привоспроизведении монозаписи обеспечивается частота дискретизации 44,1 КГц, а пристереозаписи – только 22,05 КГц).
5) формированию шестиканальной квази-стереофонии.
Подключение звуковых карт.
Большинство звуковых карт вставляется в разъем шины ISA, и на задней стенке карты могутиметь разъемы:
— 15-контактный разъем для подключения MIDI-инструментов или джойстика;
— 2 – 3 входных разъема типа «мини-джек» для линейного входа отмагнитофона, CD-плеера и т. п.;
— входной разъем для подключения микрофона;
— 1 или 2 выходных разъема, один – для линейного выхода на внешнийусилитель, другой, от встроенного усилителя, – для подключения пассивнойаудио-системы.
Подключение дисковода CD-ROMчерез звуковую карту.
Внутренний CD-дисковод можетподключаться к звуковой карте специальным 3-х или 4-х-проводным аудио-кабелем,что позволяет проигрывать компакт-диски практически без участиямикропроцессора. Многие из современных звуковых карт не имеют разъема дляподключения CD-дисковода, т.к. современныекомпьютеры оснащаются контроллерами EIDE, к которым и подключаются CD-дисководы.
Дополнительные функции.
Некоторые звуковые карты имеют дополнительные возможности обработкизвука, добавляя в него определенные эффекты – хорус, реверберацию,квази-трехмерное звучание и т.д.
Аналоговый сигнальный процессор (ASP) применяется в некоторых картах Creative Labs для распознавания речи.
Радиотюнер – позволяет прослушивание радиопрограмм.
Режим Dual DMA – позволяет одновременно производить и запись, ивоспроизведение звука.
Контрольные вопросы.
1. Как проще всего проверить работоспособность встроенного динамика в РС?
2. Какой принцип оцифровки звука используется в РС?
3. Какой должна быть минимальная частота дискретизации для звуковыхчастот до 20 Кгц?
4. Сколько уровней квантования звуковых сигналов имеют современныезвуковые карты?
5. Какие есть два способа подключения CD-дисковода к звуковой карте?
Раздел 2 Средства и методы диагностики АПС
2.1 Классификация неисправностей АПС
Для выбора метода диагностики и определения первичных и вторичныхсимптомов отказа необходимо уметь классифицировать неисправность, т. к.первичный отказ часто вызывает целый спектр отказов вторичных, являющихсяследствием первичного и затеняющих причину неисправности.
Предлагаемая классификация охватывает ошибки и отказы, вызванныеэлектронными узлами системной платы, как наиболее сложной части РС, иможет быть распространена на весь клон IBM PC.
С позиции аппаратных и программных средств, используемых в РС,неисправности подразделяются на аппаратные, программные иаппаратно-программные.
Аппаратные неисправности, т. е. неисправности аппаратных средств, в своюочередь, подразделяются на случайные, мягкие и жесткие ошибки.
К случайным ошибкам относят:
1) плавающие ошибки;
2) корректируемые отказы;
3) некорректируемые отказы (технические остановы).
Потенциально, любая неисправность, связанная со случайными ошибками,может привести к жесткой ошибке. Случайная ошибка, приобретшая факторстабильности и делающая невозможной дальнейшую эксплуатацию системыклассифицируется как жесткая, не корректируемая и требует анализа и диагностикинеисправности АПС. Нередко, после коррекции условий эксплуатации ВС(температурно-климатические, вибрационные и т. д.), такие ошибки исчезают, но,по истечении некоторого времени, появляются снова. Таким образом, это – неметод устранения ошибок, и задача инженера или техника по ТО – наоборот, ужесточитьусловия эксплуатации ВС на время диагностики, с целью выявления ошибки ивыделения отказавшего узла. Наиболее неприятны отказы, связанные с фактораминестабильности и неопределенности – плавающие ошибки. Их появление частосвязано:
1) с наличием мощных источников электромагнитного излучения, таких как:
— сварочное оборудование;
— силовые контакторы;
— щеточные электродвигатели;
— электродуговые приборы;
— СВЧ медицинское оборудование;
— рекламная светотехническая аппаратура и т. п.;
2) с повреждением или ухудшением параметров контуров защитногозаземления. «Схемная земля» (или «логическая земля»),объединяет по общему проводу несколько ПЭВМ, и если их нулевые потенциалысильно отличаются, то это приводит к заметной разности потенциалов между ними иобразованию паразитных токов в контуре:схемная земля – защитное заземление;
3) с наличием источников механических колебаний, кинематическихперемещений, что, кроме опасных для НЖМД ускорений, может быть причинойнарушений электрических соединений в разъемах питания, слотах расширения,панельках для установки ИМС (Chip Sockets) и т. п.;
4) с запыленностью помещений, наличием агрессивной внешней среды, чтовызывает загрязнение и окисление контактов разъемных соединений;
5) с разношенностью или загрязненностью сетевых розеток и вилокподключения СВТ к сети первичного питания;
6) с перепадами температур, которые всегда отрицательно влияют на всекомпоненты ПЭВМ;
7) появление неисправностей часто возникает после окончанияпрофилактики или модернизациисистемы. Причина подобныхнеисправностей может заключаться в неправильном, невнимательном илинепрофессиональном выполнении этих работ.
К мягким ошибкам (Minor Errors) относятся ошибки, устраняемыеаппаратно, аппаратно-программно или программно, самой ВС без вмешательства оператора.Например:
1) ошибки информации в DRAM, корректируемые по коду Хемминга;
2) ошибки чтения секторов диска, исправляемые кодами ECC (Errors Checking and Correcting Code), исправляющими ошибки, или повторнымсчитыванием сбойного сектора;
3) ошибки передачи данных по каналам связи, исправляемые при повторныхсеансах передачи
и т. п.
К жестким ошибкам (Major Errors) относятсяошибки оборудования, приводящие к устойчивому отказу с потерей всех илинекоторых функций ВС, устранение которых является задачей специалистов по ТО иСТО (системотехническому обслуживанию) СВТ.
1. К аппаратным неисправностям, т. е. неисправностям аппаратныхсредств, относятся, например, следующие:
1) неисправности энергоснабжения в РС;
2) отказы компонент локальной шины;
3) отказы буферов шин каналов адреса и данных;
4) отказы узлов подсистемы DRAM икэш-памяти;
5) отказы карт расширения подсистем ввода-вывода;
6) отказы компонент узлов обрамления (обвески) CPU;
7) отказы узлов подсистемы ROM BIOS;
8) отказы компонент клавиатуры;
9) отказы узлов и элементов аудиосистемы;
10) отказы узлов расширения подсистем, расположенных на системной плате ит. д.
2. К программным ошибкам относятся:
1) ошибки, связанные с загрузкой операционной системы;
2) ошибки прогона пользовательских программных средств (Soft Ware);
3) ошибки, вызванные вирусными заражениями памяти компьютера.
3. К аппаратно-программным ошибкам относятся:
1) потеря или искажение информациив ROM BIOS, приводящие к нарушениям функций обслуживания средств ввода-вывода;
2) потеря или искажение информации в CMOS-памяти, приводящие к искаженияминформации о текущей аппаратной конфигурации ВС;
3) потеря или искажение информации в регистрах портов подсистемввода-вывода, приводящие к нарушениям интерфейса ввода-вывода;
4) некорректная установка средств конфигурации системы, приводящая кпотере обслуживания или опознавания компонент ВС (не тот тип дисковода,монитора, клавиатуры, FPU и т.д.)
Контрольные вопросы.
1. Какие ошибки относятся к аппаратным?
2. Какие ошибки относятся к программным?
3. Какие ошибки относятся к аппаратно-программным?
4. Какие ошибки классифицируются как мягкие?
5. Какие ошибки классифицируются как жесткие?
6. С какими факторами связано возникновение плавающих ошибок?
2.2 Этапы и процесс устранения неисправностей РС
Ремонт ПЭВМ, в общем случае, заключается:
1) в анализе симптомов отказа;
2) в предварительном тестировании;
3) в сокращении аппаратной и программной конфигурации ВС, для выделенияотказавшего устройства;
4) в углубленной диагностике неисправного устройства, для локализацииместа возникновения неисправности, до узла или компоненты схемы;
5) в замене отказавшего узла, компоненты, или восстановленииработоспособности схемы устранением дефекта в монтаже, разъемном соединении ит. д.
Таким образом, ремонт ВС более чем на 9/10 состоитиз диагностики АПС и состоит из пяти этапов:
1) анализ ситуации отказа;
2) тестирование;
3) ремонт;
4) тестирование после ремонта;
5) восстановление рабочей конфигурации и проверка функционирования.
При выполнении работы по диагностике неисправностейрекомендуется:
1) подробно документировать работу;
2) предположить одну из похожих по симптомам неисправность(идентифицировать неисправность);
3) выделить неисправное устройство (интерпретировать вид ошибки);
4) воспользоваться, если возможно, эталонной таблицей состояний ВС;
5) выделить неисправную компоненту в устройстве;
6) если симптомов несколько, – классифицировать их на первичные ивторичные (зависимые от первичных).
Процесс поиска неисправностей.
На этапе анализа ситуации следует:
1. проанализировать, в каком режиме работы АПС, при выполнении какойпрограммы и в каком месте программы произошел отказ;
2. зафиксировать симптомы неисправности:
1) состояние индикаторов РС,
2) сообщения программы (диспетчера, ОС, оболочек и т. д.),
3) звуковые сигналы, штатные и нештатные;
3. попытаться перезапустить программу;
4. перезагрузить систему («теплый» рестарт, или«холодный» старт);
5. внимательно просмотреть, как проходят рестарт, POST-контроль;
6. проверить параметры АПС в CMOS-памяти, с помощью процедур SETUP;
7. выключить ВС, проверить качество соединений кабелей интерфейсов,подключения питания, температурный режим всех ИМС (наощупь), степеньзагрязненности плат;
8. если POST-программа не выполняется, перейти к локализации компоненты,используя видео- или аудио-коды, сообщаемыми POST-программой;
9. если POST-программа выполняется, – перейти к тестовой диагностике ВС;
Эффективный поиск неисправностей в оборудовании СВТ требует дедуктивногометода рассуждений для выделения главной проблемы.
Проводя анализ ситуации, нужно постараться понять:
1) причину неисправности и ее тип;
2) связать причину неисправности с первичной компонентой ВС, вызывающейподобный тип неисправностей;
3) провести анализ работы выделенного узла, используя его функциональнуюсхему;
4) предположить вероятный источник ошибки;
5) записать расположениекарт контроллеров в слотах, схемуподключения кабелей, положение перемычек и переключателей на контроллерах,картах расширения и системной плате;
6) проверить, не возникла ли неисправность после:
— установки другого контроллера в слот расширения (реконфигурация ВС);
— подключения к контроллеру дополнительного периферийного устройства;
— переустановки конфигурации периферийных устройств на контроллерах,периферийных устройствах, системной плате.
Если ошибка возникла вследствие реконфигурации АПС, то следуетпроверить правомерность проведенных подключений и переустановок, пользуясьруководством пользователя (User Manual) контроллера, периферийного устройства,системной платы.
При возможности, полезно сравнить установки и подключения таких жеустройств на другой, аналогичной АПС.
Если все было подключено верно, – вернуть ВС в исходное состояние:выключить только что установленное ПУ и/или контроллер и вновь проверитьработоспособность ВС.
Если ошибка осталась, значит, компонента определена неверно, и нужноповторить анализ по пунктам 1) – 4).
Если ошибка устранилась, следует по-очереди заменять элементы узлана заведомо исправные в следующем порядке:
— периферийное оборудование, относящееся к выделенной подсистеме(дисковая, VIDEO, коммуникации, манипуляторы и т. д.), обращая внимание на ихконфигурирование;
— кабельные соединения (не спутать подключение шлейфов: выделенная цветомжила плоского шлейфа подключается к первому контакту разъема);
— контроллер, обращая внимание на установленную конфигурациюсоответственно типу, объему буферной памяти и т. д. принтера, манипулятора,дисковода и т. п.
Если ошибка осталась, значит, дело не в аппаратной, а в программнойконфигурации:
— драйвер не соответствует данному конкретному устройству;
— конфликт драйверов;
— конфликт запросов прерываний;
— пересечение областей векторов прерываний в DRAM
и следует тщательно проверять программную конфигурацию РС при вводенового оборудования. При обнаружении несоответствия – откорректироватьпрограммную конфигурацию АПС.
На этапе тестирования нужно выполнить:
1. запуск тест-программы, наиболееподходящей по составу и возможностям, к выделенному устройству или компонентеАПС;
2. уточнить место возникновения ПЕРВИЧНОЙ неисправности;
3. для определения характерапервичной ошибки, провести углубленную диагностику выделенной компоненты,подсистемы, устройства;
4. разобраться в логике работы неисправного узла;
5. подготовить программный материал для углубленной, детальной проверкинеисправного узла:
1) подобрать программу углубленного тестирования;
2) выделить необходимый фрагмент программы для его тестирования;
3) написать пример программы, выделяющий данную неисправность (можноиспользовать отладочную программу DEBUGGER, позволяющую программировать наязыке АССЕМБЛЕРА) и проверять его прохождение, трассировку и т. д.);
6. исключить из работы по диагностике все устройства, узлы, компоненты,не участвующие в работе тестируемого узла;
7. запустить подготовленную программу, или пример работы данного узла;
8. проверять работу узла ПО КОМПОНЕНТАМ, используя необходимую КИАи КИП (логический пробник, тестер, осциллограф, логический анализатор и т. д.);
9. выделить неисправную компоненту узла (ИМС, ЭРЭ и т. п.);
10. определить причину возникновения неисправности;
11. принять решение по способу устранения неисправности:
1) замена ИМС, ЭРЭ и т. д.;
2) восстановление контакта;
3) восстановление схемы соединений и т. п.
На этапе РЕМОНТА выполняется собственно ремонт выделенного узла, ссоблюдением всех требований персональной электробезопасности и безопасностиремонтируемой аппаратуры (отключение РС от сети питания, извлечение узла изконструктива, работа низковольтным паяльником с заземленным жалом, принятиесредств защиты аппаратуры от статического электричества и т. д.).
На этапе ПРОВЕРКИ ПОСЛЕ РЕМОНТА нужно:
1. визуально просмотретьотремонтированный узел на отсутствие механических повреждений компонент;
2. просмотреть под лупой отсутствие замыканий (перемычек из припоя) междувыводами заменявшейся компоненты и обрывов печатных проводников вблизи местаремонта;
3. низковольтным тестером или мультиметром проверить отсутствие замыканийпо питанию отремонтированного узла (применять тестер с напряжением более 1,5вольт опасно для ИМС);
4. поставить отремонтированный узел на место в систему;
5. запустить программу проверки работы данного узла (как на этапетестирования).
На этапе ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ КОНФИГУРАЦИИ нужно:
1. восстановить, нарушенную на втором этапе, исходную аппаратнуюконфигурацию АПС;
2. прогнать тест-программу проверки-диагностики отремонтированногоустройства;
3. протестировать АПС, прогоном тест-программ в целом, вместе спериферией;
4. запустить контрольное выполнение рабочей программы в том режиме, вкотором была обнаружена неисправность;
5. подробно записать в журнале Технического обслуживания:
— когда и кем был обнаружен дефект;
— внешнее проявление дефекта, в каком режиме работы АПС он проявляется;
— кем и какие меры были приняты для его устранения;
— результаты ремонта, кем и когда он был выполнен;
6. сделать отметку о ремонте в формуляре и сдать АПСпользователю.
Контрольные вопросы.
1. Из каких пяти этапов состоит в общем случае ремонт СВТ?
2. Из каких этапов состоит диагностика неисправностей АПС?
3. Каков порядок действий на этапе анализа ситуации отказа?
4. Каким должен быть порядок действий на этапе тестирования АПС приотказе?
5. Каким должен быть порядок действий на этапе проверки ВС после ремонта?
6. Каков порядок действий на этапе восстановления рабочей конфигурацииВС?
2.3Конструкция, разборка и сборка РС клонов IBM
2.3.1Конструктивное оформление РС
В конце 70-х – начале 80-х годов разобрать компьютер было сложно:фирмы-изготовители пломбировали корпус, и нарушение пломб снимало гарантиюизготовителя. Но, с появлением в 1981 году IBM PC, производители позволилипользователю открытый доступ к компонентам компьютера, что, с появлениемоткрытой архитектуры РС, позволяет пользователю самостоятельно проводитьне только простые профилактические и ремонтные работы, но и модифицировать,совершенствовать, модернизировать конфигурацию РС в соответствии спотребностями пользователя.
В первых компьютерах все компоненты размещались на одной плате. Длякомпьютеров с 64- или 128 Кбайт памяти и 8-битовым CPU, объединенная плата с 40– 50-ю ИМС, была хорошим решением, но с появлением 16- и 32-битовых CPU икомпьютеров с памятью 1 Мбайт и более, на плате пришлось бы размещать сотниИМС, что технологически непросто. С переходом к открытой архитектуре IBM PC/XT,на системной плате появились слоты с разъемами расширения системной шины. Насистемной плате стали размещать только CPU с его обрамлением, ОЗУ, ПЗУ,CMOS-память, контроллер KBD, формирователи шин, а остальное оборудование(контроллеры видеоадаптера, дисковой системы, порты ввода-вывода и т. д.) –размещать на дочерних платах (картах), вставляющихся в слоты разъемоврасширения системной шины.
Предварительный поиск неисправностей стал простым и точным: дисковыенакопители, клавиатура, блок питания стали конструктивно законченными, отдельноподключаемыми устройствами. Когда на системной плате размещены только основныекомпоненты, при неисправности в одном из устройств, найти неисправнуюкомпоненту можно быстро, отключая по-очереди отдельные компоненты, простовынимая их из слотов расширения.
Некоторые фирмы (Zenith, Kaypro и др.) даже разбили системную плату нанесколько отдельных плат, заменяя которые, можно отыскивать неисправные узлы идаже модифицировать саму системную плату. В этом случае, основная платаназывается объединительной. Обратной стороной открытой архитектурыявляется снижение надежности работы ВС, т. к. до 90% отказов связано либо сэлектромеханическими узлами РС, либо – с нарушением контактов в разъемах. Нокачество разъемов – дело их технологии и стоимости, а удобство обслуживания имодернизации, плюс замена, при модернизации компьютера, только части, а нецелой системной платы и проще, и дешевле.
Благодаря слотам на SВ идочерним платам, вставляющимся в эти слоты, ремонт упростился до заменынеисправной платы. Ремонтнику требуется только иметь комплект исправных плат.Правда, широкий спектр карт, использующихся в РС, особенно разных фирмизготовителей, далеко не всегда совместимых по архитектуре шины,пользовательским параметрам и т. д., да и на все случаи жизни, – требует ужочень большого ассортимента карт. Тем не менее, имея их и заменив неисправнуюкарту, можно быстро ввести РС в нормальную эксплуатацию, а неисправную плату,карту отремонтировать в хорошо оборудованной мастерской и вновь использоватьдля замены в будущем.
Контрольные вопросы.
1. Что входит в понятие открытой архитектуры РС?
2. В чем состоит достоинство диагностики и ремонта РС открытойархитектуры?
3. В чем заключается недостаток РС открытой архитектуры?
4. Какой способ диагностики и ремонта РС открытой архитектуры самыйпростой?
5. В чем состоят недостатки диагностики и ремонта РС методом заменыотдельных узлов СВТ?
2.3.2 Разборка и сборка компьютера
Все многообразие конструкций РС можно свести к основным пяти типам:
1) все в одном корпусе (All-On-Oncе) – старые компьютеры с 8-битовым CPU,такие как Apple, Commodore, Atary, Spectrum и т. п.;
2) портативные компьютеры (LapTop, Note-Book и т. п.) со встроеннымиплоским дисплеем и клавиатурой;
3) РС со встроенным дисплеем на ЭЛТ (TSR-80 моделей I-IV, Macintosh);
4) самые популярные до недавнего времени IBM PC/XT/AT и большинство ихклонов, имеют системный блок в прочном корпусе, подключаемые отдельноклавиатуру и монитор, который можно установить на системный блок;
5)системный блок вертикальной конструкции, устанавливаемый на столе (MiniTower) или на полу (Big Tower), что освобождает место на столе и обеспечиваетпростой доступ к разъемам слота и платам.
Для разборки и сборки РС нужно иметь конкретное техническоеруководство (User Manual) для данного РС. Это сэкономит много времени ипозволит избежать ошибок и привнесенных неисправностей.
Инструкция по разборке компьютера, от начала до конца состоит изконечного числа операций, выполняющихся последовательно. Нужно разбирать толькото, что требуется для выявления дефекта, или ремонта неисправной компоненты.Более широкий демонтаж – не только пустая трата времени, но и источник новыхнеисправностей. Так что настоятельно рекомендуется, несмотря на простотуразборки, найти указания по разборке-сборке данного конкретного компьютера вего техническом руководстве или справочной литературе. В литературе можно найтиочень подробное описание последовательности разборки и сборки большинствакомпьютеров, начиная с РС/ХТ/АТ и кончая РS/2 моделей 60 и 80, с правиламидоступа ко всем компонентам – от карт в слотах, до блоков питания, дисководов иSВ в целом.
Современная конструкция системного блока проста. Если снять с него крышкукорпуса, или боковые стенки откроется доступ к его внутренним компонентам.
В машинах конструкции DeskTop (настольный, с горизонтальным расположениемсистемной платы) нужно отвернуть винты сзади системного блока, а в конструкцияхTower – сзади, или сзади и сбоку, и крышка снимается. На системной платеразмещены, и, в большинстве своем – припаяны, элементы вычислителя: CPU, FPU,модули обрамления микропроцессора (Chip-Set). В специальных разъемах SВ, – модули памяти SIMM, DIMM, а впанельках (Chip-Sockets) устанавливаются иногда ИМС ROM BIOS, контроллера клавиатуры (типа 8042), CMOS-памяти. Для ранних моделей РС-286,РС-386 и РС-486 в специальный разъем устанавливался математический сопроцессор,а для некоторых старых моделей РС-286, в Chip-Sockets устанавливался и набор отдельныхмикросхем оперативной памяти (RAM).
Неприпаиваемые элементы могут сниматься и устанавливаться и безспециального инструмента, с помощью небольшой шлицевой отвертки, хотя дляоблегчения снятия ИМС желательно иметь специальный экстрактор, а для ихустановки – специальное приспособление. Модули памяти SIMM, DIMMустанавливаются руками в их разъемы под углом, затем поднимаются довертикального положения и автоматически закрепляются соответствующимизащелками. Все остальные компоненты (карты адаптеров расширения) простоустанавливаются в слот расширения системной шины на SВ и закрепляются винтом.
Другие компоненты ВС, такие как дисководы FDD, HDD, CD-ROM, вдвигаются понаправляющим в конструктивный блок и фиксируются защелками, либо винтами набоковых сторонах системного блока. Для их снятия и установки иногда требуетсяснять лицевую панель, либо лицевые накладки, которые закрепляются пружиннымификсаторами.
Контрольные вопросы.
1. Какие основные типы конструкции РС вам известны?
2. Какими документами следует руководствоваться при разборке-сборкекомпьютера?
3. Как снимаются и устанавливаются модули оперативной памяти всовременных РС?
4. Как снять и установить дочерние платы на системную плату?
5. Как устанавливаются жесткие диски и дисководы в системный блок РС?
2.3.3Инструментарий
Для разборки, демонтажа и сборки РС, в общем случае, понадобятсяследующие основные инструментальные средства:
— обыкновенные ручные инструменты (ключи, отвертки, пинцет и т. д.);
— инструментальные средства для отпайки, припайки элементов схемы имонтажа.
2.3.3.1) Ручные инструменты для демонтажа/монтажа
1) 3/16" торцевой ключ;
2) 1/4" торцевой ключ;
3) 3-мм отвертка с крестообразным шлицом;
4) 3-мм шлицевая отвертка с плоским лезвием;
5) 5-мм отвертка с крестообразным шлицом;
6) 5-мм отвертка с плоским лезвием;
7) экстрактор для снятия микросхем с DIP-корпусами;
8) пинцет;
9) держатель элементов типа «клещи»;
10) бокорезы-острогубцы;
11) «бархатный» надфиль;
12) маленькие плоскогубцы.
2.3.3.2) Принадлежности пайки-отпайки
Для отпайки и припайки электронных компонент на платах компьютера понадобятсяследующие инструментальные средства:
1) маломощный паяльник на 25 Вт 36 вольт (желательно с регулировкойтемпературы), но обязательно с заземленным жалом.;
2) набор сменных стержней к паяльнику:
— одностороннее жало;
— стержень с внутренним отверстием для пайки ЭРЭ и ИМС с аксиальнымивыводами;
— кинжалообразное жало для пайки ИМС с планарным выводами;
— групповое жало на 14 и 16 контактов (выпаивание ИМС в DIP-корпусах);
3) медный теплоотвод (пинцет с медными наконечниками);
4) отсос припоя (лучше – паяльник с отсосом припоя);
5) средство очистки отверстий платы от остатков припоя (наборклинообразных палочек);
6) медицинская игла для люмбальной пункции, с тонко заправленным концевымконусом
d = 0,8 мм. Используется для отпаивания выводов резисторов, конденсаторов,полупроводниковых диодов, транзисторов, а также с ее помощью можно отпаивать иИМС в DIP-корпусах;
7) тонкий стальной крючок. Используется для подъема выводов ИМС приотпайке ИМС с планарными выводами;
8) низкотемпературный припой (ПОС-40, ПОС-65, сплав Розе и т. п.);
9) жидкая канифоль, или другой бескислотный флюс;
10) маленькая художественная кисточка;
11) кисть или щетка с коротким жестким ворсом (для промывки от флюса местпайки);
12) чистая ветошь;
13) спирт технический, ректификат.
Правила техники безопасности при работе с электрооборудованием, требуютдля работе с электронным оборудованием использования паяльников только сбезопасным для жизни напряжением питания, не более 36 вольт. Иначе, приаварийном пробое изоляции проводов питания или нагревательного элемента накорпус паяльника, работающий с ним человек, может получить поражениеэлектрическим током.
При пайке электро-радио-элементов (ЭРЭ): резисторов, конденсаторов, иособенно – полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, микросхем и т. п.,для их защиты от перегрева требуется отводить тепло от места пайки. С этойцелью применяются медные теплоотводы, в простейшем случае, представляющие собойпинцет с достаточно массивными медными наконечниками. При пайке ЭРЭ, этим теплоотводомпридерживают отпаиваемый или припаиваемый элемент за вывод, между местом пайкии корпусом элемента.
При замене ЭРЭ, после их выпаивания из платы, отверстия под их выводычасто остаются залитыми остатками припоя, что затрудняет установку на это местанового элемента. Для удаления этих остатков припоя лучше всего использоватьпаяльник с отсосом, или отдельный отсос припоя. Если под руками нет такогооборудования, проще всего воспользоваться остро заточенными деревяннымипалочками. Отверстие, из которого нужно удалить припой, с одной стороны платынагревается паяльником, а с другой стороны, когда припой в отверстиирасплавится, в отверстие вставляется острие деревянной палочки. После этогопаяльник убирают и, после затвердевания припоя, вытаскивают палочку. Отверстиеостается открытым и новый ЭРЭ легко может быть вставлен для припаивания.
После окончания паяльных работ, плату следует очистить от остатков флюса.Техника такой очистки состоит в том, что на очищаемое место помещают небольшойкусочек хлопчато-бумажной ткани, смоченной этиловым спиртом, илибензо-спирто-смесью, и несколько раз проводят по ней жесткой кисточкой илищеткой, соответствующего размера. При необходимости, эту операцию повторяют дополной очистки платы от остатков флюса.
Контрольные вопросы.
1. Почему для пайки элементов СВТ следует использовать тольконизковольтный паяльник?
2. Почему паяльник должен быть заземлен?
3. Для чего используются медные теплоотводы?
4. Как можно очистить отверстия в печатной плате от остатков припоя?
5. Для чего используется этиловый спирт при ремонте СВТ?
2.4Аппаратный и программный аспекты диагностики АПС
Диагностика неисправностей ПЭВМимеет два аспекта: аппаратный и программный.
Аппаратный аспект подразумевает использование аппаратурных средств диагностики– стандартной КИА, специальной КИА, сервисных плат, устройств и комплексов.
При аппаратном методе диагностики, используются инструменты и приборы дляизмерений напряжений, параметров сигналов и логических уровней в схемах PC.Этот метод требует глубоких знаний логики работы РС, микросхемотехники,радиоэлектроники, ЭРИ и определенных навыков работы с сервисным тестовымоборудованием.
Следует отметить, что чисто аппаратная диагностика практически невстречается, разве что при диагностике с использованием словарей неисправностейили таблиц эталонных состояний, да и то – симптомы, которыми в этих случаяхприходится руководствоваться, выработаны либо ОС, либо
тест-программой, либо микропрограммным тестом, а это уже не чисто аппаратнаядиагностика. Чисто аппаратной можно считать диагностику отдельных узлов ЭВМ,таких как ТЭЗ, которые проверяются не при автоматическом выполнении АПСпроверочных тестов, а при подаче тестирующих последовательностей на исследуемыйузел непосредственно от сервисного устройства, например УТК, или генераторастимулирующих воздействий.
Программный аспект диагностики подразумевает использование тестирующих программразличных классов: микропрограммные тесты, встроенные тест-программы, внешниетест-программы общего применения, наконец, – внешние тест-программыуглубленного тестирования. Сюда же следует отнести и те небольшие программы илипримеры, которые приходится писать самим обслуживателем АПС, для конкретныхслучаев диагностики неисправностей отдельного узла ЭВМ, ПЭВМ в конкретном режимеего работы.
При программном методе диагностики, большая часть диагностическихпроцедур возлагается на диагностические программные средства. Этот методтребует определенных знаний различных диагностических программ, начиная сPOST-программы и кончая программными средствами углубленной диагностикикомпонент ВС.
Тем не менее, насколько трудно обойтись без программных средствдиагностики, настолько и невозможно точно определить место неисправности сточностью до компоненты схемы (ИМС БИС, конкретного ЭРЭ), или до конкретнойцепи, без применения аппаратных средств диагностики (осциллографа, мультиметраи т. д.).
2.4.1 Аппаратные средства диагностики РС
2.4.1.1)Стандартная контрольно-измерительная аппаратура
Для замеров уровней напряжений, токов, сопротивлений, наблюденияосциллограмм сигналов в контрольных точках, измерений параметров электрическихсигналов, можно использовать обычную, стандартную КИА, с характеристиками,соответствующими измеряемым сигналам и их параметрам.
Ее краткий перечень и назначения:
1) низковольтный тестер (с напряжением питания не более 1,5 В, нолучше – цифровой мультиметр).
Им можно:
— измерять потенциалы на выводах ИМС, определяя уровни логических 0 и 1,или высокоимпедансное состояние (“воздух”);
— проверять целостность линий связи в печатных платах, без рискаповреждения ИМС;
— определять, часто без выпаивания, целостность p-n-переходов вполупроводниковых диодах и транзисторах;
— грубо проверять исправность резисторов и конденсаторов;
— измерять величины питающих напряжений и токи потребления от каналов БП;
2) обычный осциллограф (синхроскоп), к сожалению, не всегдапомогает при анализе дефектов в РС, так как на SВ РС очень мало синхронно повторяющихся процессов.Осциллограф применим только для просмотра синхросигналов, сигналовинтервального таймера, циклов шины, да и то только в том случае, если удается зациклитьпроцесс обращения к порту или ОЗУ по одному и тому же адресу. Осциллограф,однако, поможет разобраться в работе схемы, имеющей дефекты типа замыкания,приводящие к монтажному ИЛИ (когда выходы двух или более ИМСобъединяются замыканием в монтаже). В этом случае, если и не удаетсяпросмотреть осциллографом развертку всей последовательности импульсов, можнозаметить наличие импульсов неправильной, урезанной амплитуды, но для этоговсе-таки нужно уметь зациклить нужный кусок программы или микропрограмму;
3) телевизионный осциллограф просто незаменим при анализе работывидеомонитора.
TV-осциллограф позволяет выделить одну строку изображения, засинхронизироватьее, и увидеть на экране синхросигналы строчной развертки, бланкирующиеимпульсы, уравнивающие сигналы и аналоговый видеосигнал с его уровнями яркостии цветности.
Это удобно в том случае, когда используются видеокарты, формирующиеполный телевизионный сигнал для модуляции кинескопа и управления развертками.
4) частотомер в диагностике РС применяется редко, и только дляточного определения частот задающего генератора синхросигналов и таймеров.Частотомеры обычно имеют довольно низкое входное сопротивление и сильно нагружаютисследуемую схему, поэтому к ним дополнительно нужны бестоковые входныеадаптеры на полевых транзисторах, или, если хватает чувствительностичастотомера, использовать индуктивную петлю связи.
5) двухканальный (многоканальный) осциллограф используются для измеренийфазовых характеристик сигналов, например так, как проиллюстрировано на рисунке2.1.
6) запоминающий осциллограф содержит специальную оперативнуюпамять и позволяет зарегистрировать однократный или переходной процесс, в томчисле, обнаружить помеху в зарегистрированной последовательности сигналов.Прибор очень дорог и имеет малое быстродействие, часто недостаточное дляанализа быстрых процессов в РС. Емкости памяти запоминающего осциллографа частонедостаточно для регистрации длинных последовательностей. Возникают и проблемыс поиском сигнала для синхронизации (запуска регистрации) осциллографа. Новажно то, что такой осциллограф позволяет зафиксировать форму однократногоисследуемого сигнала и в этой роли ему нет равных;
синхросигналЕ ─┐ ┌──┐ ┌─ канал А
└──────┘ └───────┘
││период повторения сигнала Е
синхросигнал Q ──────┐ ┌──┐ канал В
│ └──────┘ └────
│ ││период повторения сигнала Q
──>│ t │
Рисунок2.1. Осциллограмма сдвинутых последовательностей.
7) генератор прямоугольных импульсов вырабатывает непрерывнуюпоследовательность импульсов с заданными параметрами и используется, совместнос осциллографом, – для проверки работы пересчетных схем, таймеров и т. п. в СВТвообще и РС в частности.
Контрольные вопросы.
1. Для чего можно использовать мультиметр, при диагностике неисправностейв СВТ?
2. Где, при диагностике РС, следует использовать телевизионныйосциллограф?
3. В чем достоинство и недостатки запоминающего осциллографа?
4. Для чего используется генератор прямоугольных импульсов в диагностикенеисправностей СВТ?
2.4.1.2)Специальная контрольно-измерительная аппаратура
При исследовании процессов в цифровой технике, стандартной КИА частооказывается недостаточно – слишком велика трудоемкость регистрации и сравнениястоль длинных неповторяющихся последовательностей импульсов, которыехарактерны для работы процессора, контроллеров и других узлов схемы компьютера.Поэтому развитие микропроцессорных систем потребовало разработки широкогоспектра специализированных приборов и сервисных средств регистрации цифровыхлогических сигналов, двоичных последовательностей и состояний узлов СВТ,начиная с простых логических пробников, фиксирующих наличие логических нуля илиединицы в исследуемой точке, и кончая логическими анализаторами. Последниепозволяют регистрировать входные и выходные двоичные последовательности дляисследуемых узлов, автоматически сравнивать их с эталонными и сообщатьоператору о месте и характере несовпадений логических состояний цифровой схемыс эталонными.
Этот класс приборов и аппаратов называют нестандартной, или специальнойКИА.
Наиболее широко известны и применяются в практике диагностики СВТследующие приборы и устройства нестандартной контрольно-измерительнойаппаратуры:
— логический пробник,
— индикатор тока,
— пульсатор,
— тест клипсы,
— сигнатурный анализатор,
— логический анализатор.
Логический пробник.
Логический пробник – очень простое устройство, изготовить которое посилам даже начинающему радиолюбителю. Он содержит пороговые схемы, фиксирующиеуровни логического нуля, логической единицы, уровень на неподключенном входелогической ИМС (для ИМС ТТЛ это: >+0,4 вольт и
Очень полезно иметь в пробникетриггер-ловушку одиночных импульсов, т. к. однократно появляющийся сигналневозможно зафиксировать ни одним из приборов стандартной КИА. Часто ловушкуодиночных импульсов выполняют на двоичных счетчиках, что позволяетзафиксировать и пары импульсов и более, смотря по тому, сколько разрядов имеет установленныйв пробнике счетчик.
Некоторые модели логических пробников имеют еще и встроенный генератородиночных импульсов – пульсатор, срабатывающий по нажатию специальнойкнопки на корпусе пробника. Это позволяет подавать стимулирующий импульс взаданную точку схемы, например на вход триггера, а значит, очень просто, всегоодним логическим пробником, проверять, в первом приближении, работоспособностьRS-, D-, или JK-триггера.
Электрическая схема пробника выполняется на биполярных или полевыхтранзисторах и стандартных ИМС. Питание пробник может получать прямо отисследуемого блока и, при хорошем исполнении, пробник имеет размеры с большуюавторучку, что создает неоценимые удобства работы с ним. Так, при работе слогическим пробником, не требуется переводить взгляд с точки его подключения ксхеме на измерительный прибор, как при работе с осциллографом или мультиметром,т. к. индикатор состояния измеряемой точки у логического пробника находитсявблизи его щупа.
Недостатком логического пробника является то, что, каждая его модельрассчитана на регистрацию сигналов от ИМС только одного типа, скажем ТТЛ, илиЭСЛ; сделать его универсальным довольно сложно, но можно иметь для этой цели идва разных пробника.
Индикатор тока.
Индикатор тока – это устройство,выполненное в размерах логического пробника, которое позволяет проверить какцелостность монтажа, так и исправность входной цепи ТТЛ-микросхемы. Выполнитьэту проверку с использованием стандартной КИА достаточно сложно, а индикаторомтока – легко и просто. Идея его работы использует то обстоятельство, что входИМС ТТЛ-типа представляет собой ключевой генератор входного тока.
Индикаторы тока бывают нескольких типов. Наиболее простые из нихопределяют микроразность потенциалов (падение напряжения) на участке соединительногопроводника. Такой датчик индикатора тока имеет серьезные недостатки:
1) он должен уметь надежно фиксировать единицы милливольт падениянапряжения на измеряемом участке монтажного проводника, или печатного шлейфа,что реализовать технически непросто;
2) требует контактов с двумя точками исследуемой цепи (а точнее счетырьмя – по одному токовому и одному потенциальному в каждой точке) и, еслипечатный монтаж имеет селективную защиту (что обычно имеется), датчик этузащиту в точках контакта нарушает;
3) для надежного контакта с исследуемым проводником требуется заметноемеханическое усилие на остриях индикатора тока, что при современных плотностяхмонтажа (ширина линий шлейфа доходит до 0,1мм) может привести к обрывупроводника в этих точках.
Более совершенный логический пробник использует бесконтактныйпринцип детектирования тока в проводнике и выполняется с использованиеммагниторезисторов, или магнитоэлектрического эффекта Холла.
Стандартный индикатор тока показывает наличие тока в проводнике, начинаяот 10 mkA. Его чувствительности достаточно для индикации рабочих токов ТТЛ-ИМСпри поступлении на ее вход логического нуля, утечек тока при поступлении навход ИМС логической единицы, обрывов проводников на входах и выходах ИМС,замыканий цепей и прочее.
Индикатор тока, выполненный на магниторезисторах или датчиках Холла,имеет один недостаток – он не работает с ИМС КМОП, так как полевые транзисторыпо входам – не токовые элементы, а потенциальные, впрочем, здесь не поможет иконтактный датчик.
Тест-клипсы.
В качестве дополнительных устройств диагностики неисправностей ИМС раньшеиспользовались логические тест-клипсы, позволяющие, не нарушая монтажа,подключить эталонную микросхему параллельно исследуемой и индицироватьнесовпадения в их работе. Ограниченность их применения объясняется, с однойстороны, разнообразием используемых корпусов ИМС (8-, 14-, 16-, 24-выводныеDIP, планарные и т. д.), требующим большой номенклатуры клипс, а с другой –недостаточной надежностью контакта клипсы с выводами ИМС. Вдобавок ко всему, кСБИС с многорядным расположением выводов, таким как СБИС микропроцессора илимикроконтроллера, подключать клипсы вообще физически невозможно.
Логический анализатор.
Развитием идеи многоканального осциллографа с запоминанием являетсялогический анализатор.
Простая модель логическогоанализатора это – регистр сдвига, с индикаторами его состояния. На сдвигающийвход регистра, подается тактирующая (стробирующая) последовательностьимпульсов, а на последовательный вход – исследуемая последовательность сигналов(биты уровней логических 0 и 1). С приходом каждого следующего стробирующегоимпульса, уже имеющаяся в регистре информация сдвигается на один разряд вправо,а очередной бит на входе записывается в начало регистра. Выдвигающаяся при этомиз регистра информация теряется. В момент регистрации (фиксации ошибки) сдвиг изапись прекращаются и сдвиговый регистр переходит в режим хранения. Теперь,пользуясь индикацией регистра сдвига, можно просмотреть предысториювозникновения ошибки в исследуемой точке, на глубину разрядности регистра.Каждый последующий разряд регистра показывает, был ли логический 0 или 1 затакт стробирования до текущего. Например, 32-разрадный регистр сдвига позволяетзафиксировать состояние исследуемой точки схемы от 1-го до 32-го тактов, предшествующихрегистрации. Этого не умеет делать ни один другой измерительный прибор.
Современные логические анализаторы имеют до 32-х синхронно работающихвходов (каналов) с глубиной запоминания до 4096 тактов. Это возможно, конечно,только с использованием быстродействующих ОЗУ, а не регистров сдвига.Разрешающая способность лучших моделей анализаторов достигает 2 нсек.
Запуск, стробирование и регистрация информации логическим анализаторомпроизводятся по кодовым словам запуска, синхронизации и регистрации. Этикодовые слова представляют собой бинарные кодовые комбинации, снимающиеся снужных точек схемы.
Такие многоканальные логическиеанализаторы могут иметь встроенную, либо работать под управлением внешней,инструментальной микро-ЭВМ, или ПЭВМ. Это, в свою очередь, позволяетмодифицировать вывод информации на дисплей, принтер, плоттер в цифровойбинарной, шестнадцатеричной системах, или в аналоговой форме – в видеосциллограмм. Применение микро-ЭВМ позволяет хранить эталонную информацию, автоматическисравнивать ее с зарегистрированной, указывать место их несовпадения,просматривать интересующие фрагменты в более мелком временном масштабе (лупавремени) и т. д., включая регистрацию помех в паузах между стробированием.
Работать с прибором не просто, – требуется глубокое понимание логикиработы исследуемых компонент схемы, но без такого понимания невозможен и любойдругой анализ неисправностей СВТ. Тем более невозможно, без помощи логическогоанализатора, исследовать ситуацию с возникновением одиночной ошибки,появляющейся только после продолжительной работы программы, да еще с плавающимхарактером ошибки.
Логический анализатор часто входит в состав аппаратного тестирующегокомплекса PC-tester.
Сигнатурный анализатор.
Сигнатура – это этикетка, сжатое представление бинарной последовательности,образованное методом деления исходного информационного полинома (бинарнойпоследовательности) на образующий (порождающий) полином с потерей частного, нос фиксацией остатка от деления. Остаток от деления и есть искомая сигнатура.
Принцип сжатия входной информации и критерии достоверности фиксацииошибок во входной последовательности, подробно разработаны в теориипомехоустойчивого кодирования для передачи информации.
Физическая реализация функцииделения входного полинома на образующий схемотехнически проста: это регистрсдвига с обратными связями, складывающими по модулю-2 соответствующие разрядырегистра сдвига с очередным битом входной последовательности. Разрядностьрегистра сдвига определяется степенью образующего полинома (чем выше степень,тем меньше вероятность получения одинаковых сигнатур при разных значенияхвходного полинома, а значит и выше способность обнаружения ошибок разноготипа). Вид образующего полинома, т. е. коэффициенты =1 при его членах, определяют,какие именно разряды участвуют в сложении по модулю-2 с входнойпоследовательностью.
Пример образующего полинома:
P(a)= x0+ x3 + x8 + x9
Приведенный полином имеет девятую степень, коэффициенты =1 имеютаргументы со степенями 0, 3, 8 и 9. Остальные члены полинома в регистре сдвигаприсутствуют, но не принимают участия в сложениях по модулю-2, с входныминформационным полиномом. Физическая реализация схемы деления входнойпоследовательности Р(х) на вышеприведенный образующий полиномP(a), приведена на рисунке 2.2.
Регистрсдвига
P(x) ───>┌─────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌─────┐ ┌─────┐
┌─>│ =M2 │──>│ Х0 │──>│ X1 │──>│ X2 │──>│X3 │──>........──>│ X8 │──>│ X9 │
│ └─────┘ └──┬─┘ └────┘ └────┘ └─┬──┘ └──┬──┘ └──┬──┘
└───────────────┴─────────────────────────┴────────────────────┴─────────┘
Рисунок 2.2.Схемотехническая реализация функции деления двоичного информационного полиномана образующий полином типа P(a) = x0+ x3 + x8+ x9
После прохождения заданного числа сдвигов, однозначно определяющегосястепеньювходного полинома, т. е. его разрядностью, остаток от делениянаходится в регистре сдвига и может быть использован как сигнатура. Его можновывести на индикацию в двоичном, или шестнадцатеричном виде, или ввести впамять инструментальной ПЭВМ для сравнения с эталонной сигнатурой для даннойточки схемы.
В отличие от логического анализа, сигнатура не содержит симптома ошибки вявном виде, но позволяет быстро, не рассуждая, определить, есть ли ошибка вовходной последовательности. Если заранее сняты эталонные сигнатуры в видетаблиц, или ими снабжена принципиальная схема исследуемого узла ВС, то,запуская ту же самую тестирующую (стимулирующую) программу или микропрограмму,легко определить, находится ли неисправный элемент до или после данной точки.Элемент, имеющий верные сигнатуры на входах и неверную на выходе – неисправен.
Правда, все это справедливо только для комбинационных схем без обратныхсвязей, иначе, для последовательностных схем, разрешающая способностьсигнатурного анализа ограничивается узлом, охваченным обратными связями, но этисвязи могут быть, и разорваны, например, с помощью DIP-переключателей, для того, чтобы превратитьпоследовательностный узел в простую комбинационную схему. Так иногда делается взарубежных СВТ. При разрыве обратных связей, узел, конечно, не выполняетзаданных ему функций в схеме, но это и не важно при поиске дефекта, так какпроверяемый узел все равно неисправен и его штатная работа невозможна.
Методика диагностики настолько проста и легко автоматизируетсяприменением инструментальной ПЭВМ, что доступна персоналу с ограниченнойквалификацией и используется в организациях и фирмах, специализирующихся наремонте и наладке микропроцессорных систем, но требует:
— большой работы по предварительной разработке специальных тестирующихпрограмм или микропрограмм для каждого узла ВС;
— средств разрыва обратных связей (перемычек или переключателей);
— обеспечения абсолютной повторяемости микропрограмм с точностьюдо стартового и стопового битов.
Сигнатурный анализатор выполняется либо в виде самостоятельногоустройства, либо в виде одноплатной конструкции, устанавливающейся в слот расширениясистемной шины компьютера, либо входит в состав тестирующего комплекса, типа PC-tester.
Контрольные вопросы.
1. На каких принципах основана работа индикатора тока?
2. Как работает логический анализатор?
3. Какой принцип обработки входных двоичных последовательностей положен воснову работы сигнатурного анализатора?
4. В чем заключаются достоинства и недостатки логического анализа?
5. В чем состоят достоинства инедостатки работы с сигнатурным анализатором?
2.4.1.3) Сервисныеплаты и комплексы
Для облегчения диагностики неисправностей РС, промышленностью выпускаютсянесколько типов сервисных плат. Наиболее популярны сервисные платы:
— RACER,
— ROM&DIAG,
— HD-tester,
— AnalBus (Анализатор шины).
Главное их достоинство состоит в том, что платы RACERи ROM&DIAG, имея встроенные ПЗУ с тестовымипрограммами, перехватывают на себя управление по прерыванию 19h и вместозагрузки MBR с диска, запускают свою собственную программу тестированиякомпонент РС. Анализатор шины не имеет собственного ПЗУ с программой, аиспользует тест-программу, запускаемую стандартным образом. В качестветест-программы для анализатора шины можно использовать и обязательно имеющуюсяв ROM BIOS РС POST-программу, которая, как известно,выполняется при каждом старте РС, или любую другую стимулирующую (тестирующую)программу. Таким образом, с помощью этих сервисных плат можно, в первомприближении, протестировать РС, который даже не выполняет загрузки ОС и,следовательно, недоступен для тестирования внешней тестирующей программой типа CheckIt,NDiags и т. п. Такое, даже предварительное,тестирование трудно переоценить. Так, если при включении, компьютер ничего невыполняет, ничего не сообщает, экран дисплея пуст, и неизвестно с чегоначинать, можно, вставив сервисную плату в свободный слот расширения и включивпитание компьютера, получить первичные сообщения программы сервисной платы отом, какая из подсистем или компонент РС неисправна и принять меры к«оживлению» компьютера настолько, чтобы получить возможности болееуглубленного его тестирования.
Из отладочных комплексов наибольшее распространение имеютустановки для тестового контроля (УТК) комбинационных и последовательностныхсхем цифровой логики, использующиеся в основном для проверки ТЭЗ ЭВМ Дляпрофессиональной диагностики АПС типа РС и Main Frame используются отладочные комплексы типа PC-tester.
Для диагностики неисправностей современных персональных компьютеров типаPentium существуют сервисные платы, подобные RACER, HD-tester, AnalBus. Ониимеют разъемы для подключения к компьютеру через шину PCI и тестируют РСсовременной архитектуры. Если компьютер исправен настолько, что может выполнятьзагрузку с дисковода CD-ROM, можно использовать специальные диагностическиеCD-диски с набором разных тест-программ. Некоторые из этих дисков работают подуправлением MS DOS, имеют загрузочный модуль этой операционной системы ипозволяют выполнять некоторые тест-программы из набора Norton Utilities. Другиедиски могут иметь свою собственную операционную систему упрощенного типа длявыполнения своих тест-программ.
Сервисная плата RACER.
Диагностическаяплата RACER предназначена длятестирования и диагностики неисправностей персональных компьютеров IBM PC/XT/ATи совместимых с ними.
Этоустройство является комбинацией аппаратных средств и программного обеспечения.Плата удобна и надежна в обращении. Результаты проводимого платой тестированиявыводятся на имеющиеся на плате светодиоды и на видеомонитор, входящий в составкомпьютера, или на принтер. На основе опыта работы с платой RACER,можно сказать, что большинство компьютеров, которые кажутся«мертвыми», могут быть протестированы с ее помощью.
ROMBIOS компьютера, сразу после включения питания, прогоняет собственные тесты (POST-программу)различных узлов компьютера, правильная работа которых необходима для работыоперационной системы. Работоспособность же платы RACER не зависит от типаиспользуемого компьютера и его BIOS, и позволяет провести диагностику системнойплаты компьютера, даже если микросхемы RAM, ROM, 8237-DMA, 8255-PPI,8259-контроллера прерываний, 8253-таймера и многие другие микросхемы (иличип-сет, содержащий эти узлы) неисправны. В этом случае следуетвоспользоваться, поставляемой в комплекте с платой RACER, ПЗУ с технологическимBIOS.
Ноу платы RACER существует и альтернативный запуск, заключающийся в том, что еслисистемная плата компьютера в определенной степени исправна, то программа RACERзапустится даже без установки технологического BIOS.
Тестамплаты RACER, в порядке следования, присвоены номера и буквы латинскогоалфавита.
Платавыполняет проверки следующих узлов компьютера:
1)счетчика таймера;
2)контроллеров прямого доступа к памяти;
3)регенерации оперативной памяти;
4)регистров страниц контроллера ПДП;
5)контроллеров прерываний;
6)контроллера клавиатуры;
7)положения переключателя типа видеоадаптера;
8)регистров микропроцессора;
9)базовой памяти;
10)микросхемы CMOS-памяти и RTC;
11)последовательных и параллельных портов;
12)контроллеров цветного и монохромного видеоадаптеров;
Наплате RACER установлен 8-разрядныйпереключатель, который позволяет пользователю выбирать режимы проверки.Существует два режима скорости тестирования: быстрый и – нормальный. В любом изэтих режимов возможен выбор полного набора тестов с их зацикливанием, илизацикливание только некоторого набора, или отдельного теста.
Имеющиесяна плате 8 светодиодов, могут помочь диагностировать систему, когда даже неработает видеосистема компьютера. Например, если светодиоды 4 и 1 – светятся, а8 и 2 – погашены, то номер текущего теста 4+1=5, что соответствует тесту D,проверки схемы регенерации памяти. В конце каждого теста включается зеленыйсветодиод, если тест завершился успешно, или красный светодиод, если тест непрошел.
Сервиснаяплата ROM&DIAG.
Устройство ROM&DIAGпредназначено для исполнения нестираемых программ, прошитых в его ПЗУ, ииндикации результата POST-диагностики компьютера, которая выполняетсяPOST-программой при его включении. Наличие этих функций в одном устройствепозволяет совмещать надежность и контроль работы программно-аппаратных частейкомпьютера при разнообразных применениях. Назначение конкретного устройствазависит от версии программы в его ПЗУ.
Если в ПЗУ ROM&DIAGпрошита программа детального тестирования компьютера, то, совместно сPOST-программой, устройство превращается в совершенный диагностическийинструмент. Если в ПЗУ ROM&DIAG прошита программа управления периферийнымоборудованием, то c ней могут проверяться и периферийные устройства накомпьютере, содержащем всего только системную плату и источник питания. Приэтом, по светодиодному дисплею устройства ROM&DIAG можно наблюдать заPOST-последовательностью, которая высвечивает необходимую диагностическуюинформацию. По мере добавления компонент в компьютер, устройство используется идля их тестирования.
Используя устройствов режиме POST-Loop, который осуществляет последовательную перезагрузку системыи исполнение последовательностей POST, можно непрерывно выполнять интенсивноетестирование системы. Система расширенной диагностики, программа которойразмещена в ПЗУ устройства, позволяет тестировать базовую и расширенную память,жесткие диски, дисководы гибких дисков, видеосистему и т. д., но для этогонужно иметь кроме системной платы и источника питания еще видеоадаптер, монитори клавиатуру.
Специальныйпереключатель платы, позволяет проверку обработки немаскируемых прерыванийпри работе с каналами ввода-вывода компьютера. В этом случае специальнаяпрограмма в ROM&DIAG может сообщить о появлении NMI-сигнала в системе.
Некоторые из тестовтребуют также наличия принтера, или используют простую тестовую аппаратуру,такую, как заглушка для тестирования последовательного порта.
На плате имеетсятакже набор тестов, известных как Диагностика флоппи-дисков, но онитребуют специальных диагностических (прецизионных) дискет, например фирмы DYSANDigital.
Сервиснаяплата AnalBus.
Сервисная плата«Анализатор шины» предназначена для локализации неисправностей системных плат иадаптеров компьютеров. Она представляет собой плату, устанавливаемую всвободный слот (ISA, EISA или PCI, в зависимости от типа платы анализатора)расширения системной шины диагностируемого компьютера.
Анализатор позволяетосуществлять останов по обращению к любому адресу памяти или порта,устанавливать пошаговый режим работы и индицировать состояние адресной шины,шины данных и основных идентификаторов цикла шины. Кроме того, анализатор можетвыполнять зацикливание начальной части тестирующей программы, что позволит, длялокализации неисправностей компьютера, эффективно использовать осциллограф.Благодаря режиму зацикливания, улучшаются условия синхронизации осциллографа,при этом на экране можно получить устойчивое изображение анализируемогопроцесса.
Для индикациисостояния шины используются светодиодные индикаторы.
Режимы работыанализатора шины.
Пошаговый. В этом режимеанализатор, установленный в слот проверяемой системной платы, позволяетблокировать шину после каждого цикла обращения. При этом на индикатореанализатора можно прочитать в двоичном коде адрес обращения к памяти или порту,или данные, передаваемые по этому адресу, и идентификаторы цикла шины (IOR,IOW, MEMR, MEMW). Для запуска следующего цикла шины необходимо нажать кнопку«ПУСК» на анализаторе.
Этот режим удобноиспользовать для локализации неисправностей, возникающих в начальной стадиипрохождения программы самотестирования POST, или после останова по заранеевыбранному адресу. При этом проверяется правильность выборки адреса и данных нашине, а эталоном может служить последовательность адресов и данных исправнойсистемной платы, аналогичной проверяемой..
Останов по адресу. В этом режиме напереключателях адреса следует набрать желаемый адрес останова. После запускациклов шины (включение питания или RESET) выполняется нормальный автоматическийрежим работы компьютера. Блокировка шины в этом случае происходит присовпадении адреса обращения к памяти или порту с адресом, набранным напереключателях анализатора. При этом, на индикаторе платы отображается адресобращения, или данные и идентификатор цикла шины, в зависимости от положенияпереключателя индикации шины адреса, или шины данных.
Этот режим удобендля локализации неисправностей системной платы, если известны некоторыехарактерные точки POST, или имеется его распечатка. После достижения указанногоадреса, анализатор можно перевести в пошаговый режим и далее двигаться пошагам, нажимая каждый раз однократно кнопку “ПУСК”.
Анализатор шиныпозволяет зациклить начальную часть POST-программы, обеспечивая, таким образом,повторяющийся процесс. Для этого контрольная точка платы «ОSC»соединяется с входом синхронизации осциллографа, контрольная точка«RES» платы соединяется с входом сигнала RESET системной платы,устанавливается режим внешней синхронизации осциллографа, и затем включаетсяпитание исследуемой системной платы. Осциллографический анализ сигналов навыводах исследуемых компонент, проводимый в этом режиме, позволит локализоватьнеисправность с точностью до элемента.
Сервиснаяплата HD-tester.
Диагностическаяплата HD-tester предназначена для организаций, занимающихся ремонтом итехническим обслуживанием НЖМД с интерфейсом IDE AT.
Плата позволяетпроводить диагностику неисправностей НЖМД на физическом уровне, восстановлениеформата нижнего уровня (Low-Level Format) и паспорта диска, проверку НЖМД потипу входной/выходной контроль (комплексное тестирование).
Тестер выполнен ввиде стандартной платы расширения компьютера IBM РС/AT. Вывод информациипроизводится на дисплей компьютера. При работе HD-тестер неконфликтует с собственным НЖМД компьютера.
При запускеспециальной управляющей программы РС3000АТ тестер пытается автоматическиопределить тип и параметры диагностируемого накопителя. После их определения,тип и параметры накопителя отображаются в строке MODEL дисплея, а управляющаяпрограмма тестера переходит в основное меню ВЫБОР РЕЖИМА.
Если тип и параметрытестируемого накопителя из-за его неисправности, или по другим причинам немогут быть определены автоматически, на экране компьютера появится сообщение «Параметрынакопителя не определены». В этом случае, можно ввести параметры накопителявручную, или выбрать тип и параметры накопителя из имеющейся в программеРС3000АТ базы данных, для каждого из типов накопителей.
Различные режимытестирования предназначены для проверки следующих узлов накопителя:
— канала считывания/записи;
— системы позиционирования;
— шпиндельного двигателя и схемы егоуправления.
— IDE-интерфейса накопителя;
— однокристального микроконтроллера диска;
— управляющего микропроцессора;
— сепаратора данных и тракта формированияданных;
— буферного ОЗУ (буфер сектора).
Режим Форматированиеосуществляет корректное восстановление формата нижнего уровня (LOW-LEVEL) ипаспорта диска.
Режим Измерениепериода вращения магнитных дисков позволяет точно определить скоростьвращения шпиндельного двигателя диска.
Режим Чтениерегистра состояния в цикле предназначен для проверки HOST-шинымикроконтроллера НЖМД в случаях, если накопитель не реагирует на поступающиекоманды, воспринимает команды неверно, или НЖМД все время ЗАНЯТ (бит BSYрегистра состояния активен). При тестировании непрерывно повторяется короткийцикл чтения регистра состояния. Поиск места неисправности, в этом случае,производится самим оператором, с использованием принципиальной схемы накопителяи осциллографа.
Тест буфера сектора предназначен дляпроверки внутренней шины данных НЖМД, всех шинных формирователей, находящихсяна этой шине, внутренней шины однокристального микроконтроллера и буферасектора. Программа теста выполняет команды «запись буфера сектора» и«чтение буфера сектора».
Режим Записьсектора в цикле предназначен для проверки канала записи НЖМД и схемыпрекомпенсации записи. При тестировании непрерывно повторяется короткий циклзаписи сектора НЖМД кодом 0000h. Поиск неисправности осуществляетсяоператором, при помощи осциллографа и принципиальной схемы накопителя. В ответна запрос программы, нужно ввести номер цилиндра, номер головки и номерсектора, на который будет производиться запись.
Режим Чтениесектора в цикле предназначен для проверки канала чтения НЖМД, сепаратораданных и синхросигналов. При тестировании непрерывно повторяется короткий циклчтения сектора НЖМД. Поиск неисправности осуществляется оператором, сиспользованием осциллографа и принципиальной схемы накопителя.
Режим Внутренняядиагностика НЖМД. При запуске этого режима выполняется команда 90h «внутренняядиагностика НЖМД», при которой проверяются:
— управляющиймикропроцессор;
— схема формирования кода циклическойконтрольной суммы сектора (CRC);
— буферное ОЗУ;
— однокристальный микроконтроллер диска.
Режим Cброс НЖМД предназначен для сброса«висящих» накопителей.
При запуске режима выполняется:
— аппаратный сброс НЖМД;
— инициализация;
— рекалибровка.
Комплексный тест.
Информация отестировании отображается на дисплее компьютера в строке STATUS и насветодиодах регистра состояний и регистра ошибок.
Тесты НЖМД, входящие в комплексныйтест.
Тест контроллера выполняется какрежим Внутренняя диагностика.
Тест буфера сектора,выполняетсякак описано в одноименном режиме.
Тест рекалибровки. При запуске этоготеста выполняется команда 10h РЕКАЛИБРОВКА
Тест Проверкаформата предназначен для проверки формата нижнего уровня IDE AT-накопителей(Low-Level Format).
Тест Случайноечтение предназначен для проверки надежности работы системы позиционированияНЖМД. При выполнении теста, номер цилиндра выбирается случайно в диапазоне от0-го и до максимального номера цилиндра. Номера головок перебираютсяциклически. Число позиционирований равняется общему количеству цилиндров НЖМД.
Тест Проверкаповерхностей предназначен для посекторной проверки полей данных форматаНЖМД. При выполнении теста, в каждый сектор дорожки записывается код 6DB6h с последующимчтением и сравнением записанной и считанной информации. Информация,отображаемая на светодиодах регистра состояний и регистра ошибок, позволяетсудить о причинах ошибок при проверке поля данных НЖМД.
Одновременно сокончанием тестирования, в текущей директории создается текстовый файлPC3000.DAT, содержащий листинг результатов. Листинг результатов тестированиясодержит информацию о типе и параметрах тестируемого накопителя, дате и временитестирования и результатах выполнения каждого из тестов, с оценкой PASS илиFAIL, и количеством выявленных ошибок, при выполнении каждого из тестов (ERRS).Каждая выявленная ошибка сопровождается значением регистра состояния и регистраошибок на момент появления ошибки. В конце листинга дается общая оценкарезультатов тестирования: тест прерван, PASS, FAIL. Оценка FAIL дается, если впроцессе тестирования выявлена хотя бы одна ошибка. Это связанно с тем, чтоНМЖД IDE AT имеют процедуру скрытия дефектов, и на полностью исправномнакопителе дефектов быть не должно.
Режим Форматированиепредназначен для восстановления формата нижнего уровня (LOW-LEVEL FORMAT) IDEAT-накопителей, при помощи универсальной процедуры форматирования, а такжеспециализированных процедур для тех НЖМД, которые не форматируютсяуниверсальной процедурой. B версии программного обеспечения тестера не ниже1.30, содержатся специализированные утилиты для восстановления формата ипаспорта диска НЖМД, фирмы WESTERN DIGITAL: :WD93024A, WD95024A, WD93044A,WD95044A.
Сервисные комплексыУТК.
Сервисные комплексы УТК: ППЯ-8, УТК-1М, УТК-2, УТК-5 предназначены длятестового контроля цифровых детерминированных устройств ЭВМ (ячеек, ТЭЗ).Комплексы могут быть использованы также для тестового контроля логических БИСПЭВМ (контроллеров, счетчиков и т. п.), содержащих комбинационные ипоследовательностные схемы, работа которых может быть описана Булевымифункциями, или таблицами истинности. Вышеперечисленные УТК имеют одинаковуюлогическую структуру и принципы работы, и различаются только разрядностьювходов-выходов проверяемых схем (разъемов для их подключения), способами вводатестовой информации (ручной восьмеричный, ручной двоичный, автоматический сФСМ, автоматический с ПЭВМ) и форматом кадра (режима) элементарной проверки.Все необходимые сведения о работе конкретной УТК можно почерпнуть из ихтехнических описаний.
Все типы установок тестового контроля (УТК) работают по одному принципу.Для примера, разберем устройство и работу УТК типа ППЯ-8.
УТК ППЯ-8 содержит 60-разрядный операционный регистр, где хранитсяинформация для каждой элементарной проверки состояния тестируемой схемы(режим): набор входных воздействий на проверяемую схему и эталонывыходных реакций этой схемы в каждом конкретном режиме. Каждый разрядоперационного регистра соответствует одному из контактов разъема, через которыйподключается проверяемый ТЭЗ.
Все информационные разряды регистра с помощью коммутирующего устройстваподключаются к одноименным контактам разъема, в который вставляется проверяемыйТЭЗ. Коммутирующее устройство ППЯ-8 представляет собой наборное поле из 58переключателей и, для подачи входных воздействий, все переключатели,соответствующие входным контактам схемы, перед началом проверки должныбыть вручную установлены в положение «ВКЛЮЧЕНО», а переключатели,соответствующие выходным контактам проверяемой схемы, – в положение«ОТКЛЮЧЕНО». Каждый из типов проверяемых ТЭЗ имеет свои наборы входных ивыходных контактов в соответствии с логическими функциями, выполняемыми даннымТЭЗ. Поэтому эта коммутация производится один раз перед началом проверки ТЭЗданного типа, а, при переходе к проверке ТЭЗ другого типа, должна быть набранановая коммутация.
Если соответствующий номеру контакта тумблер поля коммутации находится вположении «ОТКЛЮЧЕНО», коммутирующее устройство подключает одноименный разрядрегистра и соответствующий ему выходной контакт разъема проверяемогоТЭЗ – к схемам сравнения по модулю-2.
Если же тумблер поля коммутации находится в положении «ВКЛЮЧЕНО», тогдауровень логического нуля, или единицы одноименного разряда регистра, подаетсяна вход одноименного контакта разъема проверяемого ТЭЗ.
Таким образом, набор входных воздействий, находящийся в операционномрегистре, подается на входы проверяемого узла схемы, а выходные реакции этогоузла, отработанные его логической схемой, сравниваются с эталонами выходныхреакций, тоже находящимися в соответствующих разрядах того же операционногорегистра. После полного ввода (60 бит информации) очередного режима,автоматически включаются все схемы сравнения УТК и, при полном совпадении всехвыходных реакций с эталонами, УТК позволяет вводить очередной режим проверки.Если же уровень (логический 0 или логическая 1) хотя бы одного какого-то выходасхемы с эталоном не совпадает, то высвечивается сигнал об ошибке, загораютсяиндикаторы номеров контактов разъема, на которых обнаружены несовпадения, идальнейший ввод информации блокируется, о чем сигнализирует индикаторнаялампочка «ОСТАНОВ».
УТК ППЯ-8 имеет 58-контактный разъем для подключения ТЭЗ, но проверяемымиявляются только 55 контактов, т. к. 1, 2 и-3-й контакты разъема стандартноотведены для подачи на ТЭЗ питающих напряжений.
Ввод информации в ППЯ-8 возможен вручную, с восьмеричного кнопочногонаборника, или автоматически, с фотосчитывающего устройства перфолент – FS-1500, или с LPT-портаинструментальной ПЭВМ. Восьмеричный код выбран для удобства ручного ввода. Вводинформации защищен от ошибок контрольными разрядами К1 и К2, охватывающими всеполе информационного регистра. Выбран раздельный контроль до нечетности всех нечетныхразрядов регистра (им соответствует контрольный разряд К2), и отдельно –всех четных разрядов регистра (им соответствует контрольный разряд К1).Два контрольных разряда используются потому, что, как известно, простойпаритетный контроль по модулю-2 пропускает все кратные двум ошибки, в том числеи перестановку разрядов.
При начале тестирования последовательных (содержащих элементы памяти)схем, все элементы памяти (триггеры и т. п.) в них должны быть приведены висходное состояние, иначе выходные реакции схемы будут непредсказуемы. Дляприведения схемы в исходное состояние может потребоваться несколько тактов(режимов) работы УТК с пока непредсказуемыми результатами. Для возможноститакой работы, операционный регистр снабжен дополнительным служебным разрядом«СР» (сравнение), при нулевом состоянии которого работа схем сравненияблокируется. Когда схема приведена в исходное состояние, этот разрядустанавливается в единицу и тем самым обеспечивается полновесная проверкасхемы. Конечно, при проверке чисто комбинационных схем, разряд «СР» может идолжен быть установлен в единицу во всех режимах, начиная с первого.
Для сигнализации о нормальном окончании проверки ТЭЗ, если все режимыпроверочного набора прошли без ошибок, в операционном регистре находится ещеодин служебный разряд «КТ» (конец теста). Этот разряд содержит единицу только водном, последнем режиме. При его наличии в операционном регистре и отсутствиинесовпадений, загораются индикаторы «ИСПРАВНО» и «КОНЕЦ ПРОВЕРКИ».
Сервисныйкомплекс PC-tester.
Некоторые зарубежные фирмы, для нужд производства РС, выпускаютспециальные тестирующие и диагностирующие комплексы аппаратной диагностики.Номенклатура универсальных комплексов для технического обслуживания АПСдостаточно велика, но из всего их разнообразия наиболее широко применяется времонтных организациях – аппаратная сервисная система PC-tester.
Комплекс PC-tester содержит практически всеуниверсальные аппаратные средства диагностики РС:
— развитые логические пробники,
— индикаторы тока,
— генераторы стимулирующих импульсов,
— наборы цифро-аналоговых измерителей параметров сигналов,
— логические компараторы ИМС малой интеграции (тест-клипсы),
— устройства шинного анализа,
— специальные генераторы тест-программ для диагностики различных узлов иустройств РС,
— логический и сигнатурный анализаторы
и многое другое оборудование, способное работать под управлениеминструментальной ПЭВМ, также обычно входящей в этот комплекс.
Комплекс рассчитан на инженеров и техников, занимающихся углубленнойдиагностикой неисправностей компьютеров в ремонтных организациях. Исполнениекомплекса PC-tester зависит от области его применения. Так, длямобильного использования, часто используется PC-tester, имеющийограниченный набор специальной КИА и выполненный, подобно компьютерам LapTop, – в небольшом кейсе. Комплексы длястационарного использования имеют более развитые аппаратные иаппаратно-программные средства функциональной диагностики, часть из которыхбыла разобрана выше.
Контрольные вопросы.
1. Какие преимущества имеютаппаратные средства диагностики перед программными?
2. Какие компоненты РС можнопротестировать с помощью платы RACER?
3. Какие компоненты РС можнопротестировать с помощью платы ROM&DIAG?
4. Какие задачи способна выполнятьплата AnalBus?
5. Какие программные средства могутиспользоваться при работе с AnalBus?
6. Для чего предназначена сервиснаяплата HD-tester?
7. Какие типы НЖМД тестирует HD-tester?
8. Как форматируются НЖМД фирмы WD?
9. Какие задачи призваны выполнятьУТК?
10. Как осуществляется контрольввода информации в ППЯ-8?
11. На чем основан принцип проверкиэлектрических схем на УТК?
12. Где используются сервисныекомплексы PC-tester?
2.4.2 Программныесредства диагностики РС
Программных средств проверкифункционирования и диагностики неисправностей существует множество, для самыхразнообразных операционных систем, но здесь будут рассматриваться, в основном,только средства диагностики, работающие под MSDOS. Тому есть ряд причин:
— во-первых, под DOSих написано больше всего,
— во-вторых, диагностика РС под DOSнамного проще, чем под Windowsили, скажем, UNIX,
— в-третьих, для работы ОС Windowsтребуется практически 100% работоспособности компьютера, значит и диагностироватьпочти нечего (разве что средства коммуникации, клавиатуру и некоторые другие периферийныеустройства),
— в-четвертых, развитость диагностикипод DOS гораздо выше, чем длялюбой другой ОС. Так, наиболее известная для Windowsдиагностическая программа Sandra-2000практически никакой диагностики неисправностей не производит, а выполняеттолько тестирование компонент АПС для определения показателейпроизводительности (Benchmarks)компонент самого тестируемого РС,
— в-пятых, MSDOS для своей работы требуетминимальных ресурсов и быстродействия РС: объема ОЗУ достаточно 512Кбайт,емкости жесткого диска достаточно 20Мбайт, DOS может работать даже с CPUIntel 8088. А для работы подWindows требуется, какминимум, 4 Мбайт ОЗУ, процессор не хуже, чем
386/33 МГц и жесткий диск объемом не менее 120 Мбайт;
- в-шестых, ни одна версия Windowsне ликвидирует (хотя и сильно сокращает) потребности в MSDOS и DOS-программах.Есть много областей деятельности, где DOS-программыи сейчас успешно работают, а использование Windowsили иных ОС невозможно, или экономически нецелесообразно;
— в-седьмых, если компьютер,вследствие неисправности, с жесткого диска не загружается, то никакаядиагностика средствами Windowsневозможна и приходится использовать для его диагностики MSDOS, т. к. загрузить с дискеты Windowsнельзя; можно загрузить Linuxс CD-ROM,но развитых диагностических программ под Linuxпросто не написано,
2.4.2.1) Четыре уровнявзаимодействия средств РС
Система работы РС включает четыре взаимосвязанных уровня взаимодействияприкладной программы с аппаратными средствами:
1) аппаратные средства (Hard Ware). Это – все электронное оборудование,кабельное хозяйство, электромеханические блоки и устройства компьютера;
2) -аппаратно-программные средства (Firm Ware). Это – программы ROM BIOSна SB и на картах расширения, встроенные программы, системные драйверы, и т.п.;
3) DOS (DOS-Soft-Ware). Это – системное программное обеспечение,системные средства, интерфейс пользователя и прикладных программ, управлениепотоком данных, обработка прерываний, обслуживание систем ввода-вывода,планирование задач, ресурсов и т. д.;
4) прикладные программы (Soft Ware). Это – собственно пользовательскиепрограммы, решающие конкретные задачи (задачи пользователя): расчеты, ведениебаз данных, управление, пакеты конструкторских, текстовых редакторов и т. п.
Взаимоотношения уровней взаимодействия программных и аппаратных средствперсонального компьютера можно представить в виде следующей схемы:
┌───────────────────────┐
│ SOFT WARE │
┌────┴───────────────────────┴───┐
│ DOS-WARE │
┌──┴────────────────────────────────┴──┐
│ FIRM WARE(BIOS) │
┌─┴──────────────────────────────────────┴─┐
│ HARD WARE │
└──────────────────────────────────────────┘
Для работы прикладной программы (Soft Ware) нужен диспетчер,запускающий программу, предоставляющий ей вычислительные ресурсы (CPU, DRAM,диски, консоль, ПУ и др.) и обрабатывающий нештатные ситуации, возникающие приработе Soft Ware. Это задача операционной системы, на схеме – DOS-Ware.
DОS предоставляет интерфейс прикладнымпрограммам, для удобного стандартного доступа к периферийным устройствам и,отчасти, пользователю – для подготовки, оптимизации и других функций текущейэксплуатации прикладных программ и периферийных устройств (форматирование,копирование, сверка, удаление файлов и многое другое).
Для работы DOS необходимы средства доступа к аппаратным ресурсам –драйверы, обработчики прерываний, контролёры работоспособности ВС (это – FirmWare, BIOS), специализированные на данное устройство и даже его тип. Этисредства, при выключенной машине, обычно хранятся в ПЗУ на SB и на контроллерахдисков, монитора, и т. д., но большая часть специальных внешних драйверовхранится на дисках. Тем не менее, все Firm Ware переписываются в ОЗУ самой DOSпосле ее загрузки. В ОЗУ все они находятся резидентно до следующейперезагрузки ОС. Для выполнения функций DOS предназначено все физическоеоборудование компьютера, выполняющее логические преобразования, математическиеоперации, управление, синхронизацию и т. д. (на схеме — это Hard Ware).
В персональных компьютерах при работе в MS DOS часто используютсядополнительные сервисные средства, предоставляющие пользователю более удобныйинтерфейс, чем предлагает сама DОS, их принято называть оболочками DOS. Это – NC (Norton Commander), DN (DOS Navigator), VC (VolkovCommander), наконец, Windows ранних версий.Эти средства напредставленной схеме не занимают отдельного уровня, а являются как бы частьюDOS, ориентированной не на Soft, а непосредственно на пользователя.
Особое место в схеме взаимодействий Soft Ware с Hard Ware занимаютнеобязательные, но очень привлекательные сервисные программные средства –резидентные TSR-программы (TSR – Terminate and Stay Resident – по окончании работы остающиеся вОЗУ резидентно). Они способны выполнять большое число функций, неподдерживаемых DOS, таких как русификация клавиатуры, дисплея, кэшированиедисков, сжатие данных на дисках и многое другое. Эти средства не выделяют вотдельный уровень, но, по логике взаимосвязи средств, они должны располагатьсямежду DOS Ware и Firm Ware, так как они обычно отслеживают и перехватываютобращения DOS к драйверам, выполняя свои собственные функции, и, принеобходимости, самостоятельно вызывают нужные системные и внешние драйверы.
Контрольные вопросы.
1. Какие четыре уровня взаимодействий программных и аппаратных средствиспользуются в РС?
2. Какие задачи выполняет DOS?
3. Какие аппаратно-программные средства использует DOS?
4. Где хранятся Firm Ware до, и где – после загрузки ОС?
5. Какие задачи решают оболочки DOS?
6. Какой уровень соответствует работе TSR-программ?
2.4.2.2) Понятие о функциональном контроле РС
Контроль функционированияIBM-совместимых РС производится тремя способами:
1) контроль при включении и загрузке ОС;
2) самоконтроль основных узлов схемы РС;
3) проверка, с использованием внешних (загружаемых) тест-программ.
Самоконтроль способны выполнять узлы и устройства РС, имеющие собственноемикропрограммное управление, такие как CPU, FPU, контроллеры HDD, KBD, видео-контроллер и некоторые другиеинтеллектуальные периферийные устройства. Самоконтроль осуществляют специальныетест-микропрограммы, зашитые в ПЗУ микропрограмм этих узлов.
Запускаются эти тест-микропрограммы либо при инициализации этих устройствво время загрузки операционной системы, либо автоматически, в режиме простоя(Ti-Idle) этих устройств. Так микропроцессорCPU i386 и старше, имея два специальных регистра самодиагностики TR6 и TR7, имикропрограмму самоконтроля, запускает режим самодиагностики по заднему фронтусигнала RESET, при условии, что сигнал BUSY=L (нижний уровень), т. е. CPUсвободен в течение 78 периодов CLK2. Самодиагностика видеоконтроллера иконтроллера KBD запускаются специальной командой диагностики от CPU, асамодиагностика контроллера HDD запускается при его инициализацииPOST-программой, или другими специальными процедурами.
Принтер обычно имеет встроенный режим автотестирования, которыйзапускается пользователем, когда в этом есть необходимость, специальной кнопкойили комбинацией кнопок на его пульте управления. В отличие от контроллеров,которые в состоянии сами сверить реакции на тестовые воздействия с эталоном,принтер печатает диагональный тест всех доступных ему символов, а сверку сэталоном должен сделать сам пользователь или персонал обслуживания АПС.
Следует отметить, что все контроллеры проходят проверку их наличия иисправности, при их инициализации, но эта проверка далеко не полная и назватьее тестированием нельзя.
Самый полный, и любой степени подробности, контроль функционированиявыполняют внешние, загружаемые тест-программы. Эти тест-программы могут бытьпростыми, предназначенными для контроля АПС силами самого пользователя, иразвитыми программами углубленного тестирования, которое выполняется персоналомобслуживания, при текущих и планово-предупредительных ремонтах АПС. Запусктаких тест-программ ничем не отличаются от запуска любой пользовательскойпрограммы, поэтому следует рассмотреть, как выполняется такой запуск.
Процедура запуска прикладных программ.
Для запуска прикладной программы нужна ОС (DOS), находящаяся воперативной памяти компьютера, но если компьютер был выключен, то нужнопредварительно загрузить в ОЗУ саму операционную систему. Это происходитследующим образом:
1. После включения питания PC, схемы контроля уровня питающих напряжений,находящиеся в БП (Hard Ware) выдают сигнал Power OK (Power Good).
2. По сигналу Power OK, ИМС интервального таймера (или СБИС чип-сета сэтим таймером) вырабатывает сигнал RESET (приведение АПС в исходное состояние).
3. Сигнал RESET, после сбросаCPU, FPU, контроллеров, кэш, регистров и т. д., своим задним фронтом запускает вработу CPU.
4. CPU вырабатывает обращение к ROM BIOS по адресу 0FFFh (первый адресPOST-программы); больше он самостоятельно ничего делать не может, кроме каквыполнять инструкции (машинные команды), содержащиеся в объектном модулеисполняемой программы.
5. Проверив флаг рестарта («холодный» старт или«теплый» рестарт), BIOS запускает всю (при «холодном»старте) или только некоторую (при «теплом» рестарте) часть POST-программы самоконтроля Hard Ware РС.
6. Если POST-программа выполняется неверно, то BIOS формирует и выводитна монитор видео-код обнаруженной ошибки (если видеоподсистема исправна) илиаудио-код ошибки, если вывести код ошибки на дисплей нельзя из-за того, чтовидеосистема еще не проверена или неисправна.
7. Если POST-программа выполнилась, BIOS формирует для CPU команду чтениязагрузочного сектора с FD (дисковод А:), привода CD или HD (дисковод С:).
8. Если в дисководе А: или на CD-дисководе находится системная дискетаили компакт диск (первый сектор – загрузочный) и дисковод готов, то загрузочнаязапись с дискеты переписывается в ОЗУ и управление передается программеначальной загрузки DOS (IPL2),находящейся в BOOT-секторе загрузочной дискеты илиCD-диска.
9. Если дисковод А: и CD-дисковод не активны, то формируется обращение кдиску С: (HDD), откуда считываться Master Boot Record аналогично FD, иуправление передается программе начальной загрузки DOS – IPL1. Впрочем, порядок опроса дисководов длязагрузки операционной системы может быть по желанию пользователя изменен внастройках BIOS, с помощью утилиты SetUp.
10. Программа IPL загружает ядро DOS (ее резидентную часть) с диска – вОЗУ и передает ей управление. Это ядро составляют файлы IBMBIO.COM и IBMDOS.COM(если DOS версии IBM) или IO.SYS и MSDOS.SYS (если DOS версии Microsoft), илидва других аналогичных по функциям файла для других версий DOS, а также файлкомандного процессора – COMMAND.COM. Назначение последнего – дешифрация иисполнение системных команд, вводимых оператором в командной строке илизаписанных в конфигурационных файлах CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT и другихпакетных командных файлах.
11. Теперь управление передается самой операционной системе, точнее еефайлу IBMDOS.COM. Файл IBMDOS.COM отыскивает в корневом каталогесистемного диска конфигурационные файлы CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT и, используяимеющиеся в них системные команды и параметры, настраивает универсальную BIOS под ее требуемую программнуюконфигурацию. При дальнейшей работе, файл IBMDOS.COMобслуживает периферийные устройства, не поддерживаемые стандартной ROM BIOS.Если файлов CONFIG.SYS или AUTOEXEC.BAT нет, или в них не заданы параметрынастройки универсальной DOS, то IBMBIO.COM оставляет настройки, имеющиеся вBIOS по умолчанию.
12. IBMDOS.COM реализует основные функции DOS,поддерживая промежуточный уровень обслуживания операций ввода-вывода, большаячасть которых используется программами более высокого уровня.
13. Файл COMMAND.COM обрабатывает вводимые команды DOS, определяя дальнейшие действиякомпьютера.
14. Только теперь DOS выдает на дисплей системное приглашение и готовавыполнять команды DOS, вводимые пользователем, в том числе команды ввода,загрузки, запуска прикладных, пользовательских программ.
15. Если в корневом каталоге имеется файл AUTOEXEC.BAT, тоисполняются по-очереди все содержащиеся в нем системные команды запускапрописанных здесь служебных (в том числе и диагностических, если они прописаныв AUTOEXEC.BAT) программ. Среди них могут быть, например,русификаторы UniScreen, Keyrus, детектор вирусов AIDSTEST, программа поддержкинестандартного формата НГМД – 800, TSR-программы, например поддержкиманипулятора «мышь» (MOUSE.COM), кэширования жесткого диска(SMARTDRV), формирования сжатых дисков (DUBLSPACE) и т. п. Наконец, обычносамой последней, прописывается команда запуска оболочки ОС, например, NC, VC,DN и т. п. Оболочка должна быть прописана последней строкой файла AUTOEXEC.BAT,иначе, после того, как ей будет передано управление, все последующие командыэтого файла во время загрузки системы выполнены не будут. Они выполнятся толькопосле выхода из оболочки (обычно – нажатием клавиши F10).
16. Если запуск оболочки DOS не был прописан в конфигурационном файле, тоDОS выдает на дисплей системноеприглашение, позволяющее из командной строки задавать на исполнениесистемные команды. Если же управление было передано оболочке, то сама оболочкаформирует экран дисплея и предоставляет пользователю кроме функций ОС еще ряддополнительных средств пользовательского интерфейса с использованиемфункциональных, «горячих» клавишей и т. п.
17. Только теперь пользовательская, в том числе и диагностическая,программа может быть запущена на исполнение командой, записываемой в команднуюстроку, или, если работа производится, скажем, в оболочке NC, выбором соответствующей строки сименем этой программы, в текущем каталоге.
Обобщенный алгоритм работы POST-программы и загрузки операционнойсистемы:
включение питания
│
БП: сигнал PG(питание в норме) ─> ГТИ, таймер
│
сигнал RESET─> CPU:
сброс Рг DS, ES, SS, IP
CS:= 0FFFh(адрес первой команды POST)
│
CPUвыполняет первую команду JMPPOST
│
Блокировка NMI.
│
│
Установка флагов CPU.
│
Тест Зп/Чт регистров CPU:
запись сегмента, верификация записанного.
│
Тест выполнен успешно? ─ нет ────────────┐
│ │
Тест ПЗУ ROM BIOS: │
подсчет контрольной суммы. │
│ │
Тест выполнен успешно? ─ нет ────────────>│
│ │
Инициализация DMA: │
│ │
— проверка временных операций │
│ │
Тест выполнен успешно? ─ нет ───────────>│
│ │
- инициализация таймера, │
— инициализация регистров DMA, │
— начало регенерации RAM. │
│ │
┌──── да ─────“Теплый” старт? │
│ │ │
│ тест первых 16К ОЗУ: │
│ запись и верификация │
│ фрагментов в RAM. │
│ │ │
│ Тест выполнен успешно? ───────нет ────────>│
│ │ │
└────────────────────>│ │
│ │
Инициализация контроллера прерываний: │
— установка векторов прерываний, │
— тест контроллера, │
— проверка зп/чт в регистр масок прерываний, │
- маскирование прерываний, │
— проверка, что прерывания замаскированы. │
│ │
Тест выполнен успешно? ───────нет ─────────>│
│ │
Тест таймера и правильности его счета. │
│ │
Тест выполнен успешно? ───────нет ─────────>│
│ │
│ │
┌─ нет ─ Видеоконтроллер инсталлирован в CMOS? │
│ │ │
│ Инициализация и запуск видеоконтроллера: │
│ — считывание из CMOS-памяти типа дисплея, │
│ — установка режима видеосистемы, │
│ — тест записи/чтения видео-RAM. │
│ │ │
│ Тест выполнен успешно? ───────нет ─────────>│
└────────────────────────>│ │
На экране монитора отображается курсор │
│ │
Проверка слотов на установку карт: │
если установлены, то │
— тест записи/чтения на шинах XA и XD │
│ │
Тест выполнен успешно? ───────нет ─────────>│
│ формирование
│ аудиосигнала
┌──── да ─────“Теплый” рестарт? ошибки SB,
│ │ остановсистемы.
│ Тест базовой RAM:
│ запись/чтение и верификация фрагментов.
│ │
│ Тест выполнен успешно? ── нет ─────────────┐
│ │ │
│ Тест расширенной RAM: │
│ запись/чтение и верификация фрагментов. │
│ │ │
│ Тест выполнен успешно? ── нет ────────────>│
│ │ формирование
└─────────────────────>│ сообщения типа 200
│
┌──── нет ─────Клавиатура инсталлирована в CMOS?
│ │
│ │
│ Тест KBD:
│ — программа сброса клавиатуры,
│ — разблокировка клавиатуры,
│ — проверка кода сканирования 0AAh,
│ — очистка буфера клавиатуры,
│ — проверка отсутствия нажатых клавишей.
│ │
│ тест выполнился успешно? ── нет ────────────┐
│ │ формирование
└─────────────────────>│ сообщения
│ типа 300
Установка таблицы векторов прерываний.
│
┌──── нет ─────“Теплый” старт?
│ |
│ ┌── Дополнительная память установлена?
│ │ │
│ нет Тест дополнительной памяти.
│ │ │
│ │ Тест выполнен успешно? ── нет ────────────┐
│ │ │ формирование
│ └───────────────────>│ сообщения
└──────────────────────>│ типа 201
│
Тестирование контроллера HDD:
— проверка инсталляции HDD в CMOS,
— инициализация контроллера HDD,
— проверка состояния перемычек MASTER-SLAVE на HDD.
│
тест выполнился успешно? ── нет ────────────┐
│ формирование
Тестирование LPT и COM-портов: сообщения
│ типа 700
— тест записи/чтения в регистры LPT-порта,
— тест записи/чтения в регистры СОМ-порта,
— запоминание адресов действующих портов,
— установка времени ожидания для LPT и COM-портов.
│
тест выполнился успешно? ── нет ────────────┐
│ формирование
Разрешение прерываний. сообщения
│ типа 500
Выдача звукового сигнала (один короткий)
│
выход из POST-программы и переход к загрузке DOS
|
Обработка прерывания 19h от дисковода А:
│
┌── нет ── Дисковод А: готов?
│ │ │
│ Чтение BOOT-RECORD с дисковода А │
│ (цилиндр 0, головка 0, сектор 1) │
│ │ │
│ BOOT-RECORD прочитан? ── нет ─────┐ │
│ │ Сообщение: │
│ Передача управления на IPL2. ОШИБКА ЧТЕНИЯ, ИЛИ │
│ │ НЕСИСТЕМНЫЙ ДИСК. │
┌──│─────────────────────────┘ УСТАНОВИТЕ ДИСКЕТУ │
│ │ В ДИСКОВОД А: И НАЖМИТЕ│
│ └─────────────────────────┐ ЛЮБУЮ КЛАВИШУ │
│ Чтение MASTER-BOOT-RECORD c дисковода С: │ │
│ (цилиндр 0, головка 0, сектор 1) └───────────┘
│ │
│ MBR прочитан? ─── нет ─────────┐
│ │ Сообщение:
│ Передача управления на IPL1. ОШИБКА ЧТЕНИЯ или
│ │ НЕСИСТЕМНЫЙ ДИСК.
└───────────────────────────>│ УСТАНОВИТЕ СИСТЕМНУЮ ДИСЕТУ
│
Загрузка DOS
и передача управления
системным файлам IBMBIO.COMIBMDOS.COM
Контрольныевопросы.
1. Какая программа выполняется первой после старта РС?
2. Каково назначение программы IPL?
3. Где хранится программа IPL на выключенном РС, и где онанаходится во время загрузки системы?
4. Для чего предназначен файл IBMBIO.COM?
5. Для чего предназначен файл IBMDOS.COM?
6. Почему запуск оболочки DОСдолжен быть прописан последним?
2.4.2.3)Контроль функционирования АПС с использованием встроенных диагностическихсредств.
POST-программа.
Первая из встроенных, обязательно присутствующая в любом ROM BIOS, программ это POST (Power On Self Test – самотестирование по включении питания).
Некоторые из аудио- и видео-кодов сообщений об ошибках, обнаруживаемых POST-программой, приведены в таблицах 2.1– 2.9.
Таблица 2.1.
Некоторые звуковые сигналы POST-программы.
СИГНАЛ НЕИСПРАВНОСТЬ
1) Нет звукового сигнала, нет
реакции РС на включение - сеть, БП.
2) Длинный звуковой сигнал - БП, системная плата.
3) Серия коротких сигналов - системная плата.
4) Длинный и короткий - системная плата.
5) Длинный и 2 коротких - адаптер дисплея.
6) Один короткий и дисплей не светится,
или искаженные символы - дисплей.
7) Один короткий и нет загрузки
с диска - дисковод.
Таблица2.2. Некоторые видео-коды системных ошибок.
КОД НЕИСПРАВНОСТЬ
100 — 199 — неправильная аппаратная
конфигурация системы;
— следует проверить Jumpers,
Switches, содержание CMOS-памяти.
Таблица2.3. Некоторые видео-коды ошибок ОЗУ.
201 — ошибка ОЗУ
ХХ ХХ = 201 — ошибка памяти, где
│ └────────────────────────┐
00 — банк 0 неисправна ИМС:
04 — банк 1 00 — паритет
0В — банк 2 01 — чип D0,
0С – банк 3 02 - D1
04 - D2
08 - D3
10 - D4
20 - D5
40 - D6
80 - D7
1055 = 201 ─┐
2055 = 201 ─┘ — переключатели конфигурации памяти на SB
установлены неверно.
ХХХХ = 201 ─┐
PARITY CHECK x ─┘ — ошибка контроля ОЗУ: ХХХХ — банк ичип.
04 00 201 ─┐
РАRITY CHECK 1 ─┘ — ошибка бита паритета в банке 1,
04 04 201 ─┐
PARITY CHECK ─┘ — ошибка бита D2 в банке 1,
04 08 201 ─┐
PARITY CHECK ─┘ — ошибка бита D3 в банке 1 и т. д.
Таблица 2.4. Некоторые видео-коды ошибок клавиатуры.
301 — ошибка контроллера клавиатуры, иликлавиатура не подключена
хх 301 — ошибка клавиатуры, где хх - номер неисправной
клавиши, при сканировании матрицы клавишей.
Таблица 2.5. Некоторые видео-коды ошибок монитора.
401 — неисправность платы монохромногомонитора.
501 — неисправность платы адаптера CGA.
Таблица 2.6. Некоторые кодыошибок НГМД.
601 — плохая загрузочная дискета, илиинтерфейс НГМД:
плата адаптера, кабель, НГМД А:
606 — неисправность в конструкции дисковода или
контроллера
.607 — попытка записи на защищенную дискету,
— или неправильно вставлена дискета,
— или неисправна схема защиты записи,
— или неисправна плата электроники в НГМД.
Таблица 2.7. Некоторые видео-коды ошибок НЖМД.
608 — неисправен HDD
611 — 613 — неисправен кабель данных или ошибка платы
адаптера HDD
621 — 626 — неисправность в конструкции HDD.
Таблица 2.8. Некоторые видео-коды других ошибокввода-вывода.
КОД НЕИСПРАВНОСТЬ
199 — 432 — неисправность контроллера или принтера
7хх — неисправность схем ввода-вывода на SB
9хх - неисправность контроллера LPT
901 — неисправен контроллер или принтер
11хх — 12хх — неисправность ввода-вывода на SB
13хх — неисправность адаптера игрового контроллера
14хх — неисправность интерфейса принтера
15хх - неисправность SB в части COM, или кабеля
COM-порта
18хх — неисправна плата COM-порта, или его кабель
1819 — неисправен контроллер COM-порта
1820 — 1821 — неисправен кабель COM-порта
20хх — 21хх — неисправность SB в части COM-порта, или
кабель адаптера COM-порта.
Таблица2.9. Некоторые коды других ошибок.
СИМПТОМ,КОД, СООБЩЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЬ
Экран темный, звуковой сигнал был, — неисправно ПЗУ ROM BIOS
дисковод работает, на экране нет на SB или тактовый гене-
сообщения, нет системного приглашения. ратор.
F600 ROM ─┐
F800 ROM │ — ошибки ROM BIOS
FA00 ROM │ на системной плате.
FC00 ROM ─┘
Keyboard Not Functional — неисправна (не подключена, или
заблокирована) клавиатура.
Parity Check 1 ─┐ — неисправность в ОЗУ,
Рarity Error 1 ─┘ попытайтесь обнулитьОЗУ.
Printer Problem — неисправность в принтере.
Контрольные вопросы.
1. Как выводятся сообщения о системных ошибках?
2. Какие из системных ошибок выводятся в виде аудио кодов?
3. После какой из проверок возможна выдача POST-программой сообщений обошибках на видеотерминал?
4. Как POST-программа сообщает об ошибках DRAM?
5. Каким кодом POST-программа сообщает об ошибках KBD?
6. Что следует сделать, если система c HDD не загружается?
Программа ROMDiagnostic.
В некоторых компьютерах, где установлен ROM BIOS фирмы Phoenix Technologies Ltd, имеется встроенная программатестирования периферийных устройств компьютера – ROM Diagnostics, позволяющая протестировать жесткийдиск, накопитель на гибких магнитных дисках, системную клавиатуру,видеоподсистему и коммуникационные LPT- и СОМ-порты.
Для запуска ROM Diagnostics нужно, в ответ на приглашение BIOS, нажать клавишу и, в открывшемся меню, выбратьпункт RUN DIAGNOSTIC. После этого, открывается главноеменю программы, в котором выбирают устройство для тестирования: Hard Disk, Floppy,Keyboard, Video или Miscellaneous. Программа проста в обращении, поддерживает общение с ней в диалоговомрежиме. Так, после выбора пункта главного меню HardDisk, появляется подменю режимовтестирования диска:
1) Format – для низкоуровневого форматированияНЖМД,
2) Auto Interleave – для автоматического определения иустановки оптимального фактора чередования секторов на тестируемом диске,
3) Media Analyses – для проверки поверхности диска наотсутствие сбойных участков,
4) Performance Test – для измерения фактических скоростныххарактеристик тестируемого диска: средней скорости передачи данных в дисковойсистеме и времени позиционирования головок на соседний цилиндр,
5) Seek Test – тест проверки позиционирования головок методамилинейного и случайного перебора всех цилиндров в заданном диапазоне. Ошибкипозиционирования фиксируются,
6) Read/Verify Test – тест чтения и верификации информации на диске(чтением данных со всех секторов и проверкой их на адекватность контрольныхсумм), в заданных оператором пределах цилиндров,
7) Check Test Cyl – многократная проверка цилиндра записью, чтением исверкой записанной информации не только с контрольной суммой, но и с эталоннойинформацией. Чтобы не потерять имеющуюся на диске информацию, тест выполняетсяна последнем цилиндре, который обычно никогда не бывает занят информацией,
8) Force Bad Tracks – корректировка списка сбойных дорожек. Так, если впроцессе тестирования диска по 3-му или 6-му режимам были обнаруженыперемежающиеся сбои на некоторых дорожках, то эти дорожки можно вручнуювключить в список плохих, и они будут исключены из работы с диском. Конечно,доступная емкость диска несколько уменьшится на величину емкости всех помеченныхдорожек, но диск в целом останется работоспособным без сбоев.
Если выбрать пункт Floppy главного меню, то откроется подменю для тестирования дисковода.
Для функциональной проверки клавиатуры следует выбрать пункт KeyBoard.
С помощью пункта Video главного меню можно проверить исправность и режимы работы компонентвидеоподсистемы.
Пункт Miscellaneousглавногоменю позволяет проверить исправность СОМ- и LPT-портов компьютера. Для проверки СОМ-порта, на егоразъем следует подключить внешнюю заглушку, перемыкающую контакты TXD – RXD, RTS – CTS и DSR – DTR.Без такой заглушки тест выводит сообщение об ошибке Error – Time out (времяожидания ответа от абонента превышает лимит).
Тестирование устройств РС.
Тестирование устройств персонального компьютера, с использованиеммикропрограммных тестов практически не применяется, из-за стремления кудешевлению РС. Исключением является микропрограммное тестирование некоторыхинтеллектуальных устройств, таких как CPU, контроллеры клавиатуры и IDE-жесткихдисков. И даже эти микропрограммы самотестирования выполняют минимальный тестфункционирования, без детализации их компонент и локализации мест ошибок.
Центральный процессор микроЭВМ – самая важная, но и самая сложная часть АПС сточки зрения контроля его функционирования и диагностики неисправностей.
В развитых АПС типа Main Frame, процессорможет выполняться на наборах отдельных плат (ТЭЗ), содержащих функциональныеузлы процессора. В этом случае, эти узлы снабжаются и специальными схемамифункционального контроля: схемы контроля арифметических и логических операций,выполняемых сумматором, схемы контроля счетчиков и дешифраторов, регистровхранения и сдвигов, схемы контроля работы блока микропрограммного управления ит. д. Это самый полный контроль вычислительного процесса, но и чрезвычайнодорогостоящий.
Если процессор имеет микропрограммное управление и допускает егоперенастройку (загрузку других, аппаратно совместимых с ним микропрограмм), то,в ответственных случаях, используют микротестовый контроль и диагностикунеисправностей процессора. При этом в ОЗУ микропрограмм процессора загружаютсяне микропрограммы машинных операций и процедур, а специально написанныемикропрограммы его тестирования. Эти микропрограммы методом «раскрутки»досконально проверяют сначала все отдельные узлы регистров, сумматоров,сдвигателей, общей шины самого процессора, а затем – устройств его системнойподдержки (таймеров, контроллеров прерываний, шинных формирователей и т. д.).
Код, полученный после выполнения соответствующей секции микротеста, можетуказывать не только на узел, но и – на конкретную компоненту неисправного узла(микросхему) с уточнением, в каком режиме, с какими данными и на каких выводахкомпоненты обнаружена ошибка
В персональных компьютерах такой встроенный контроль не применяется,ввиду его дороговизны и непригодности для простого пользователя. Неискушенныйпользователь не знает досконально устройства своего компьютера и сведения,полученные от микротестов, ему бесполезны. Специалисты же по обслуживанию РСимеют и необходимые знания, и специальные средства диагностики – программыобщего и углубленного тестирования всех компонент РС, в том числе – и его CPU.
Тем не менее, CPU РС, имеямикропрограммное управление, имеет и встроенные средства самодиагностики. Так,при каждом включении питания или перезагрузке операционной системы, или врежимах простоя, микропроцессор запоминает в стеке свое состояние и запускаетспециальную микропрограмму самоконтроля, бегло проверяющую исправностьфункциональных узлов самого микропроцессора..
Контроль регистров общего назначения (РОН) CPU выполняет также и POST-программа, запускающаяся при каждом включениикомпьютера или при перезагрузке операционной системы.
При техническом обслуживании используются другие программные средстваконтроля и диагностики, – внешние (загружаемые) тест-программы,например, CheckIt, NDiags, PC-doctor, Sandra
и т. д., тестирующие в числе прочих и сам микропроцессор. Так, NDiags выполняет программы общеготестирования микропроцессора, тесты его регистров, арифметических операций,переключения CPU в защищенный режим и т. д. Длязапуска этого теста достаточно выбрать в меню тест-программы Norton Diagnostics пункт СИСТЕМА\СИСТЕМНАЯ ПЛАТА.
Для запуска тестов CPU и FPU в программе PC-doctor, нужновыбрать в меню программы пункт CPU/Coprocessor и затем нужные тесты из набора: CPU Registers, CPU Arithmetic’s, CPU Logical Operations, CPU String Operations, CPU Interrupt/Executions, CPU Buffer/Cache,CPU CRT/Cyrix Specific, CoProc Registers, CoProc Commands, CoProc Arithmetic’s, CoProc Transcendental, CoProc Exceptions, CoProc Cyrix/IIT.
2.4.2.4) Внешние программы общего тестирования.
Из многих внешних, загружаемых программ общего тестирования и диагностикиРС под DOS наиболее популярны программы CheckIt и Norton Diagnostic. Обепрограммы, по своим тестирующим возможностям, примерно одинаковы, и какую изних использовать решает сам пользователь. Здесь коротко рассматриваютсявозможности, предоставляемые каждой из этих тест-программ.
Программа CheckIt.
Программа CheckIt позволяетполучить сведения о конфигурации, используемых системных ресурсах ипротестировать многие аппаратные средства, составляющие АПС.
Главное меню программы состоит из пунктов:
1.SysInfo – информация о системе. Позволяет получить сведения о системных аппаратныхсредствах и программном обеспечении тестируемого РС в подпунктах:
1) Configuration – инсталлированная версия DOS, используемая версию BIOS,список аппаратных средств и установленного периферийного оборудования;
2) Memory Map – карта распределения памяти, включая базовую изарезервированную (от 640 Кбайт до 1 Мбайт), с возможностью подробногопросмотра отдельных областей:
I (Interrupt) – занятых векторами прерываний;
P (Programs) – программами (DOS, TSR,драйверами, самой CheckIt);
A (Available) – доступные, незанятые области;
В (BIOS) – область расширенной памяти сучастками, занятыми копиями ROM BIOS и видеопамятью;
E (Enhanced) – страничный блок, используемыйспецификацией EMS;
3) Interrupts– устройства и программы, использующие аппаратные ипрограммные прерывания, а также стандартные назначения каналов DMA;
4) CMOS Table – текущие параметры аппаратной конфигурации, записанные вCMOS-памяти;
5) Device Drivers – список блоков DOS и драйверов, инсталлированных в РС,с указанием адреса сегмента, в котором этот блок размещен;
2.Tests – позволяет выбрать из предложенного списка устройство или подсистему,подлежащие проверке в подпунктах:
1) Memory – диагностика DRAM, в том числе базовой, расширенной идополнительной. Объемы каждого из разделов памяти должны быть заданыспециально.
Перед началом тестирования можно выбрать режим только быстроготестирования (Quick Memory Test Only), или более полного тестирования. Впоследнем случае, тестирование выполняется не только по записи-чтениюпсевдослучайных чисел в ячейки памяти, но и пробегом нуля и единицы влево ивправо и другими тест-кодами, способными обнаружить ошибки, вызванные чипаминеправильного размера, оборванными выводами и другими адресными проблемами,когда один неправильный бит, может повлиять на другой, отдаленный байт. Ещеодин интересный параметр режима – число проходов теста (Number of TestsPasses), позволяет задавать до 1000 проходов теста, что бывает нужно при поискеплавающих ошибок в DRAM. Если при тестировании DRAM обнаружены ошибки, то можновыбрать в главном меню пункт Tools (инструментальные средства), который, послеправильно проведенного диалога с программой, способен вывести на дисплей картурасположения всех чипов памяти на системной плате и отметить неисправные чипы.
2) Hard Disk – тест НЖМД, позволяет выбрать для тестирования любойиз установленных HDD-накопителей,выводит сведения о геометрии тестируемого диска и общий объем тестируемогонакопителя.
Поле тестов состоит из четырех основных тестов:
— диагностика контроллера, – проверяет исправность портов ввода-выводаконтроллера дисковода;
— тестирование поверхностей диска методом линейного чтения, начиная с первого(нулевого) цилиндра и, последовательно, для всех остальных цилиндров;
— тест «бабочка» (Butterfly), — проверяет сначала нулевой и последний цилиндры, азатем очередные за ними и так далее – к средним. Этот тест задает самый тяжелыйрежим работы позиционера головок, проверяя надежность его работы;
— тест случайного чтения, – наиболее близко имитирует нормальный режим работыдисковода, выбирая для чтения цилиндры в случайном порядке. Это позволяетоценить работоспособность дисковода при не вполне исправномпозиционере.
3) Floppy Disk – тест позволяет выбрать и протестировать любой изчетырех НГМД, могущих быть установленными в компьютере; позволяетпротестировать сам дисковод и конкретную дискету, на предмет плохих дорожек.Тестирование НГМД производится методами случайного чтения и случайной записи.При тестировании методом случайной записи вся имеющаяся на дискете информация неизбежнотеряется, впрочем, программа сама предупредит об этом.
4) System Board – тестируются CPU, FPU, контроллер DMA иконтроллер прерываний.
5) Real-Time Clock (тест часов реального времени) – тестируеттаймер реального времени, чтобы убедиться, что системные часы компьютера, верноотсчитывают время.
6) Serial Port (тест COM-портов) – тестирует каждый регистрконтроллера последовательного порта, а если на разъем порта установленаспециальная заглушка, то и – передатчики-приемники порта, на передаче-приеме данныхс разными скоростями передачи.
7) Parallel Ports (тест LPT-портов)– тестирует внутренниерегистры параллельного порта, а если на разъем порта установлена специальнаявнешняя заглушка, то проверяются также внешние сигналы и передаваемые строкиданных.
8) Printers – тестирует принтер методом печати нескольких образцовпечати, что поможет обнаружить неисправности в кабеле и проблемы сконфигурацией принтера. Чтобы скомпоновать этот тест для конкретной среды,следует выбрать режим смены конфигурации, набрав (Change), инастроить тест, выбрав тип принтера и порта, после чего, получить распечатку.
9) Video – тестирует видеоподсистему в режимах Тест видеопамяти,Тест текстового режима, Тест графического режима, включая тестыцветовой палитры и чистоты цвета.
10) Input Devices (устройства ввода информации) можетпротестировать Keyboard(клавиатуру), Mouse (манипулятор «мышь») или манипулятор Joystick.
11) SelectBatch позволяет управлять ресурсами для тестирования:
— можно задать тестирование компонент многократно, чтобы«поймать» плавающие ошибки;
— можно скомпоновать блок сокращенного теста, – только нужныхкомпонент;
— выполнить тренировочный тест, для вновь вводимого оборудования.
Установочные параметры могут быть сохранены в файле конфигурации CheckIt;тогда, при следующем запуске тест-программы, эти параметры будут установленыавтоматически.
3. Benchmarks (тесты производительности системы) позволяют:
— определить производительность CPU на операциях регистр-регистр, наоперациях с плавающей точкой, сравнить рейтинг текущей машины с IBM PC/XT илидругой моделью РС;
— получить значения скоростей передачи данных в видеоподсистеме как сиспользованием стандартных функций BIOS, так и при прямой передаче данных изОЗУ в видеопамять через контроллер DMA;
— измерить, сколько времени тратится, в среднем, в данном РС на поискданных на жестком диске, сколько – на позиционирование к следующему цилиндру и– какова скорость передачи данных в дисковой подсистеме, сравнить рейтингтекущей машины с РС/ХТ или другим РС.
4. SetUp (установки) – позволяет установить цветной или монохромный вывод наэкран при работе CheckIt, вывести протокол активности на дисплей, принтер илисохранить на жестком диске.
УтилитаNDiags изпакетаNorton Utilities.
После запуска, тест-программа NDiagsопределяет и выводит на дисплей состав системы: характеристики входящих всистему дисков, оперативной памяти, других компонент и предлагает начатьтестирование. Верхняя строка содержит меню режимов, позволяющее выбрать нужнуюмодификацию тестовых режимов. Активизируется меню клавишей F10. По умолчанию,программа начинает тестирование всех компонент ВС: тест системной платы,СОМ-портов, LPT-портов, текущую аппаратную конфигурацию в CMOS-памяти,используемые прерывания, тест оперативной памяти, жестких дисков, НГМД,видеоподсистемы, аудио-подсистемы, клавиатуры.
В некоторых тестах, NDiags болееполно тестирует компоненты компьютера, чем CheckIt, а в остальном, обе этипрограммы похожи. Поскольку NDiags имеет подробные описания выполнения каждоготеста, приводить их состав, режимы и параметры здесь, не имеет смысла.
На этом, в общем-то, может и заканчиваться диагностика неисправностей РС напользовательском уровне. Углубленный контроль и диагностика могутпроводиться самим пользователем, с достаточной квалификацией (знаниемархитектуры, структуры, исполнения системной платы, DRAM, подсистем РС и ПУ),или же специальным персоналом для технического обслуживания и ремонта СВТ.
Контрольные вопросы.
1. Что позволяет выяснить пункт Sysinfo меню программы CheckIt?
2. Какое оборудование РС может быть протестировано программой CheckIt?
3. Для чего предназначен пункт Benchmarks меню программы CheckIt?
4. Что можно определить с помощью пункта Tools меню программы CheckIt?
5. Какие возможности предоставляет пользователю пункт SetUp менюпрограммы CheckIt?
6. Какие возможности тестирования компонент PC предоставляет пользователюпрограмма NDiags?
Программа углубленного тестирования PC-doctor.
Пакет проверочных и диагностических программ PC-doctor, фирмы Watergate Software Inc., является, пожалуй, самой мощной, и развитой из всехпрограмм углубленного профессионального тестирования компонент РС подуправлением ОС MS DOS. Эта тест-программа содержит более 200 диагностическихтестов, системно-информационных функций и утилит. Обнаруживает конфликты IRQ, определяет доступные и занятыелинии IRQ, каналы ПДП и адреса портовввода-вывода, способна диагностировать сети и диски архитектуры IDE и SCSI. Тест Maximum System Load из пакета PC-doctor осуществляеттренировку АПС. PC-doctor предлагает контекстно-зависимуюэкранную помощь, оперативное руководство и защиту от вирусов. Пакет программ PC-doctor требует минимальных аппаратных средств: достаточно CPU 386, объема памяти в 4 МБ, жесткогодиска на 40 МБ.
Программа поддерживает:
— минимальные средства модернизации РС;
— бесплатное антивирусное сканирование памяти РС;
— полный диалоговый режим пользовательского интерфейса;
— сетевые и SCSI- средствасвязи
и многое другое.
Вход в программу PC-doctor производится запуском файла pcdr.exe, после чего выполняется минимальное внешнееантивирусное самосканирование этой программы и открывается главное меню,состоящее из пунктов:
Diagnostics – меню диагностики, состоящее из девяти категорий:
— CPU and Coprocessor, включая специальные чипы поставщика(чип-сет):
— Memory (Base, Extended, Expanded, UMB);
— System Board (IRQ, Timers, RTC, DMA, ets.);
— Video (Adapter Memory, Pages and Registers);
— Serial Ports, включая стековую память FIFO контроллера 16550А;
— Parallel Ports;
— Fixed Disk Drive(s);
— Floppy Disk Drive(s);
— Miscellaneous –разнообразные устройства и подсистемы (SoundBlaster, FAX/Modem, Stacker,CD-ROM, SCSI host adapter ets.), предлагает Interactive Menu – меню интерактивного тестирования устройств:
— Keyboard (keys, LEDs and repear);
— Video Adapter (Character Sets, Color Monitor, VGA);
— Internal Speaker;
— Mouse;
— Joystick(s);
— Floppy Disk Drive (Disk Change and Write Protect).
HardwareInfo – меню информации обо всехаппаратных средствах АПС, включающее:
— системную конфигурацию;
— детальную конфигурацию оперативной памяти;
— используемые всеми стандартными устройствами запросы IRQ и каналы DMA;
— инсталлированные драйверы периферийных устройств;
— информацию о последовательных и параллельных портах, включая тип UART;
— физическую информацию об установленных в систему жестких дисках;
— информацию о логических DOS-дисках;
— VGA-информацию;
— используемые программные прерывания.
Utility – меню своих функциональных утилит, в составе;
— исполняемые или внешние тесты;
— утилита CMOS Setup;
— собственный текст-редактор;
— сканер сбойных секторов на дисках;
— измеритель сравнительной производительности компонент системы;
— максимальная верификация системной загрузки;
— оболочки DOS;
— терминальные связи;
— дебаггер (отладчик) памяти.
ExitPC-Doctor – выход из программы возможен c возвратом в DOS или с перезагрузкой РС с новыми параметрами в CMOS-памяти;
Выпадающие контекстное меню содержат, в свою очередь, множество режимовтестирования. Для примера, после выбора пункта меню RAMMemory, PC-Doctor предлагаетнесколько режимов тестирования:
Pattern – шаблонами, словами по 18 бит,
Address – проверка сигналов выборки ИМС памяти (старшими разрядамиадреса),
Fast – однократное тестирование,
Medium – 10-кратное тестирование,
Heavy – 20-кратное тестирование,
BusThroughput – методом случайной выборки адресов и
CodeTest – тестирование случайными кодами.
Если менеджер XMS инсталлирован,то верхняя память будет вся протестирована логическими линейными адресами так,как будто она вся расположена выше уровня 1 Мбайт и тестировалась физическимиадресами без участия менеджера.
Тест-программа ASTRA.
Это программа отечественной разработки, не диагностирующая, а толькотестирующая. Программа работает в среде MS DOS и способна предоставитьподробную информацию об аппаратной конфигурации компьютера. Ее версии постояннообновляются на сайте разработчика и пополняются информацией о новомоборудовании. Например, версия 4.12 может определять 126 типов микропроцессорови идентифицировать много других аппаратных компонент РС.
Главное достоинство программы состоит в том, что она имеет относительнонебольшой объем, и может быть свободно размещена на созданной Windows простойзагрузочной дискете. И если на РС разрушилась ОС Windows, можно легкозагрузиться с этой дискеты и задать имя исполняемого файла ASTRA.EXE.Запускается ASTRA также и в среде Windows, после запуска переходя в окно DOS.
Интерфейс программы ASTRA очень простой и удобный. На вкладке Informationдается список компонент РС, которые могут быть идентифицированы программой, анекоторые из пунктов меню имеют и собственные контекстные подменю.
Если ASTRA определяет производителя материнской платы, то частопредоставляется и его
web-адрес. При диагностике системной памяти можно рассмотреть все установленныемодули памяти со считыванием информации об их производителях, частотныххарактеристиках, емкости и некоторых таймингах. Так же можно определить приводыHDD, CD ROM, параметры видеоконтроллера: имя карты, производитель, модель СБИСвидеоконтроллера, размер видеопамяти, поддерживаемые функции. К сожалению, типвидеопамяти (DDR, SDRAM) и ее частотные характеристики программой неопределяются.
Информационная утилита HWiNFO.
Эта информационная утилита имеет версии для DOS и для Windows. DOS-версияHWiNFO, также, как и ASTRA, может работать с загрузочной дискеты. Вотличие от ASTRA, даже DOS-версия HWiNFO показывает рабочие частотыграфического ядра и видеопамяти, может определить и имя производителя установленной видеокарты, но тип видеопамяти тоже не определяет. Техническаяинформация об устройствах достаточно подробна, частично доступны данные из SPDмодулей памяти, информация S.M.A.R.T., но для HDD эта информация утилите HWiNFOнедоступна.
В разделе Sensors утилиты HWiNFO фиксируются показания всех имеющихся всистеме датчиков системного мониторинга температуры, напряжений и скоростейвращения вентиляторов охлаждения РС.
Windows-версия утилиты HWiNFO требует инсталляции в операционную системуи предоставляет более расширенную информацию, чем DOS-версия, но анализуподвергается тоже только аппаратная часть компьютера.
2.5Принципы локализации неисправностей в персональных компьютерах
Диагностирование ПК и его периферийных устройств может занять многовремени, и все же оказаться безуспешным. Чтобы предупредить это, следуетизбегать поспешных выводов и всегда планировать стратегию поисканеисправности. Примерный рекомендуемый план действий следующий:
1) повторить процедуру, в ходе которой обнаружены неполадки, тщательновыполняя каждый шаг, чтобы исключить ошибки оператора;
2) провести проверку наличия и правильности подключения всех компонентаппаратной части;
3) постараться вспомнить, не изменилось ли что-нибудь в аппаратной,программной части и конфигурации РС с тех пор, когда эта процедуравыполнялась успешно в последний раз;
4) проверить себя, – правильно ли используется оборудование и программныесредства РС. Например, совместимы ли дисковод и дискеты, не пытаетесь ли выиспользовать утилиту DiskСopy для жесткого диска и т. п.;
5) выключить системный блок и периферийное оборудование, и включить всеснова, в правильном порядке;
6) определить, какая именно подсистема отказывает и что именно – в ней;
7) если проблема связана с дисками, следует сделать резервные копииважных файлов диска, чтобы обезопасить себя от потери уникальных данных;
8) применять метод систематизированного исключения второстепенныхкомпонент и программ, для локализации места возникновения неисправности;
9) выполнить эталонные тесты, проверяющие события, похожие посимптоматике на вашу проблему;
10) выполнить сначала общецелевую программу тестирования;
11) наконец, выполнять программы специализированного тестированияподозреваемой компоненты.
При локализации неисправностей, возможнопоявление следующихсимптомов:
1. При загрузке ОС:
— индикатор включения питания не загорается;
— операционная система не загружается;
— появляются системные ошибки при запуске;
— нет загрузки с жесткого диска.
2. При прогоне прикладных программ:
— не читает один FDD;
— не читают оба FDD;
— не пишет один FDD;
— не пишут оба FDD;
— не читает HDD;
— не пишет HDD;
— FDD и/или HDD не выбираются;
— РС «завис», ввод с клавиатуры заблокирован.
3. Возможные симптомы неисправности системы отображенияинформации.
Монохромныймонитор и плата его адаптера:
— нет изображения на экране;
— нет вертикальной синхронизации;
— нет горизонтальной синхронизации;
— искаженные символы на экране;
— отсутствует режим низкого или высокого разрешения.
Цветной графический монитор и плата его адаптера:
— нет изображения на экране;
— нет синхронизации по кадрам;
— нет синхронизации по строкам;
— нет текстового режима, графика работает;
— на экране искаженные символы;
— искаженный цвет или его отсутствие;
— нет текстового режима высокого или низкого разрешения.
4. Неисправности КЛАВИАТУРЫ:
— клавиатура не работает (заблокирована);
— клавиатура печатает неправильные символы;
— одна или несколько клавишей не работают;
— нет переключения регистров верхний/нижний и/или наоборот.
5. Неисправности ВВОДА-ВЫВОДА:
— динамик не работает;
— манипулятор не работает;
— нет загрузки с НГМД;
— нет загрузки с НЖМД.
Контрольные вопросы.
1. Какие симптомы неисправностей проявляются при запуске РС?
2. Какие симптомы неисправностей встречаются при загрузке ОС?
3. Какие симптомы неисправностей встречаются при прогоне прикладныхпрограмм?
4. Какими могут быть симптомы неисправностей системы отображения?
5. Перечислите симптомы неисправностей клавиатуры.
6. Как проявляются неисправности систем ввода-вывода информации РС?
2.5.1 Системные ошибки при загрузке ОС
1. Неисправности при включении РС.
Если индикатор включения питания незагорается, следует проверить поочередно:
— наличие питающего напряжения в сетевой розетке,
— исправность штепсельного подключения РС, кабеля питания,
— исправность сетевого фильтра или устройства бесперебойного питания,
— исправность блока питания ПЭВМ.
2. Не загружается операционная система. Если нет загрузки сжесткого диска, следует попробовать повторить загрузку и внимательнопронаблюдать за процессом выполнения POST-программы, при неудаче – загрузитьсясо “спасательной” дискеты и протестировать НЖМД, в первую очередь – егозагрузочную запись и вообще всю системную область.
При наличии ошибок запуска операционной системы, выдаются различныесообщения, которые вырабатывает POST-программа, только следует иметь в виду,что коды этих сообщений специфичны для каждой из версий POST, особенно для ROM BIOS разных производителей (AMI, AWARD, PHOENIX
и т. д.).
Все сообщения POST-программы об ошибках принято делить на типы:
— аудио сигналы;
— коды системных ошибок на дисплее;
— коды ошибок ввода-вывода на дисплее;
— другие ошибки на экране дисплея.
Общее количество кодов ошибок достигает сотен, и коды ошибок для каждойконкретной модели РС, точнее разновидности ROM BIOS, которым укомплектована данная модель РС, следуетискать в инструкции по эксплуатации данного РС, но наиболее часто встречающиесякоды ошибок, для самых распространенных ROM BIOS, можно найти и в литературе.
2.5.2Ошибки при прогоне прикладных программ
При прогоне пользовательских программ возможны следующие ошибки:
1. Один из дисководов НГМД не читает или не пишет.
Возможные причины:
1) плохая дискета. Заменить дискету;
2) плохой дисковод. Попробовать работать с другого дисковода;
3) загрязнен разъем интерфейса на дисководе. Очистить разъем от пыли ипромыть спиртом;
4) плохо или неверно подключен шлейф к дисководу. Проверить правильностьподключения кабелей: разъем до перекрутки обычно должен подключаться ко второмуFDD, после перекрутки – к первому. Но нужно быть внимательным, попадаютсяшлейфы с установкой адресов дисководов наоборот.
5) неверно закоммутирован адрес дисковода FDD, или неверно установленыперемычки конфигурации дисководов на контроллере и/или дисководах. Проверить иисправить конфигурацию дисков в соответствии с инструкцией по эксплуатацииконтроллера и дисководов;
6) неверно установлен тип дисковода в CMOS-памяти. Проверить и, принеобходимости, переустановить его через утилиту SetUp.
2. Неуверенное чтение данных с FDD.
Возможные причины:
1) не установлен, или неправильно установлен, или установлены дватерминатора на магистрали управления/данных на 5,25” FDD. Проверить иисправить: терминатор должен быть установлен только на одном, последнем FDD;
2) загрязнены головки чтения-записи НГМД. Почистить головки дисковода спомощью специального чистящего диска. Чистить головки НГМД можно толькоспециальными жидкостями или изопропиловым спиртом. Этиловый спирт растворяетзащитное покрытие дискет.
3) скорость вращения шпиндельного двигателя НГМД выходит за допустимыепределы. Протестировать НГМД программой NDiags и, при необходимости, отрегулировать скоростьвращения шпиндельного двигателя.
3. Ни один из дисководов не читает.
Возможные причины:
1) неисправность в разъеме слота подключения контроллера НГМД. Почиститьразъем слота, в котором стоял контроллер дисководов, или переставить контроллерв другой слот;
2) неисправен контроллер дисководов. Отключить все, кроме одного,дисководы от контроллера, проверить запись/чтение на оставшийся дисковод, принеобходимости, загружая DOS с дискеты. Если опыт оказался удачным, то,подключая по очереди остальные дисководы, определить, в какой части контроллерасодержится ошибка. Можно для пробы заменить контроллер на заведомо исправный,не забыв про конфигурирование (перемычки, переключатели на плате контроллера).
4. Прикладная программа не выполняется, или выполняетсяневерно (неправильныерезультаты, или зависание РС в программе).
Возможные причины:
1) не отлажена программа. Воспользоваться средствами отладки программ:дизайнер, дебаггер и т. д.;
2) конфликт в программной конфигурации. Проверить текущую программнуюконфигурацию: просмотреть файлы config.sys, autoexec.bat и карту распределения оперативной памяти в частидрайверов, TSR-программ, на предмет конфликтов, при необходимости – откорректировать;
3) неисправность аппаратной части РС. Провести углубленное тестированиеАПС, с помощью встроенных или внешних тест программ.
Подводя итоги методов аппаратного, аппаратно-программного и программноготестирования можно коротко повторить, что:
1) если ОС не загружается, нужно еще раз проверить, через утилиту SetUp, правильность задания аппаратнойконфигурации;
2) попытаться загрузить DOS, сзащищенной от записи системной или “спасательной” дискеты;
3) внимательно просмотреть сообщения, появляющиеся при выполнении POST-программы, здесь могут быть выведенысимптомы внутренних неисправностей РС;
4) просмотреть сообщение BIOSоб определенных ей аппаратных ресурсах РС;
5) при исполнении системных файлов IBMBIO.COM и IBMDOS.COM, проверить результаты исполнения конфигурационныхфайлов config.sys и autoexec.bat, на отсутствие в них логическихошибок. Для контролируемого пошагового исполнения конфигурационных файлов нужносразу после появления на дисплее таблицы аппаратных ресурсов, еще до появлениясообщения “Starting PC DOS…”, нажать клавишу F8;
6) протестировать компоненты РС с помощью сервисной платы;
7) если система с дискеты загрузилась, а с жесткого диска – нет,нужно с той же системной дискеты запустить диагностику логической структурыНЖМД, используя утилиты NDDили Scandisk и, при обнаружении ошибок, –восстановить логическую структуру диска;
8) исправить возможные нарушения загрузочной записи и системных файлов,используя утилиту SYS.COM9
9) проверить память и системный диск компьютера на отсутствие вирусныхзаражений (антивирусный пакет минимального размера, например, DrWeb-413, может поместиться и насистемную дискету);
10) если ошибка осталась – перейти к тестированию компонент РС сиспользованием встроенных программ: POST (с помощью анализатора шины), ROM Diagnostics, илипрограмм общего тестирования CheckIt,NDiags и др., запуская их с той же дискеты;
11) если ошибка носит плавающий характер, – проводить углубленноетестирование компонент АПС с использованием соответствующих программ, например PC-Doctor.
Разобранные выше симптомы неисправностей далеко не исчерпывают всевозможные ошибки, возникающие при прогоне пользовательских программ, и данытолько для примера симптомов ошибок. Другие ошибки будут иметь другие симптомы.Анализ симптомов и вероятные причины ошибок должны определяться персоналомобслуживания ПЭВМ самостоятельно, исходя из общих или углубленных представленийо работе соответствующих узлов и блоков ВС. Так что время, затрачиваемое надиагностику неисправностей РС, прямо зависит от квалификации обслуживающегоперсонала.
Контрольные вопросы.
1. Какими могут быть симптомы ошибок при прогоне пользовательскихпрограмм.
2. В чем могут быть причины неуверенного чтения дискеты?
3. В чем могут заключаться причины отказов в работе пользовательскойпрограммы?
4. Как установить причину отказа пользовательской программы?
2.6 Номенклатура и особенности работы тест-программ
2.6.1 Тест-программы в среде DOS
В среде DOS известно более пятидесятитест-программ как общего, так и специального тестирования. Например, кроме ужеразобранных CheckIt, NDiags, PC-doctor, известны и другие программы.
AMI Diag 4.06a, CheckIt PRO SysInfo 1.0 – представляет более 50-ти детальных программ сподробными отчетами об аппаратных и программных подсистемах РС, позволяетустранять некоторые неисправности после их обнаружения, отслеживает четырепараметра жесткого диска, сопоставляет результаты тестирования CPU, видеоканала и жесткого диска с 25-юпопулярными моделями РС;
Computer Consultant, фирмы Micro 2000 Inc. – проверяет компоненты РС, измеряетпроизводительность и быстродействие компонент ПК, загружается со своейсобственной операционной системы, так что даже при отсутствии загрузки DOS, может легко запускаться сдистрибутивной дискеты;
Conflict Finder for DOS, фирмы Dariana Software, –определяет источник конфликтов между системной и дочерними платами и междусамими дочерними платами, включая звуковые карты, приводы CD-ROM, видеоадаптеры, сетевые платы и другие периферийныеустройства;
Disk Technician Gold 1.22 – представляет собойрезидентный драйвер устройств. Обнаруживает и сообщает о неисправностяхжесткого диска в фоновом режиме, во время работы других программ,восстанавливает и перемещает искаженные данные, предупреждает об опасном износежесткого диска. Отдельная программа из меню, предлагает дефрагментацию,тестирование и восстановление информации, неразрушающее форматированиенизкого уровня и дополнительные тесты диска. Последняя ее версия совместимас ОС Windows и программами компрессии дисков DoubleSpace, Stacker, Superstore.
Net Census 2.00, фирмыTally System Corp., – менеджер конфигурации для сети, образованной из самостоятельныхПК. Проводит ревизию и отслеживание всего программного обеспечения ПК впределах локальной сети, или всей организации. Автоматически сканирует системув поисках аппаратуры и программ, защищенных торговыми марками, включая платыкоммуникации, сопроцессоры и память;
PrinTrace, фирмы Interlogic Trace Inc., – предлагает 11 тестов принтеров, работает болеечем с
600-ми лазерными, матричными, струйными принтерами, моделями принтеров типа«ромашка», с параллельным, последовательным и сетевым Novell NetWare интерфейсами. Совместима с ОС Windows.
SB Pro, фирмы RenaSonce Group Inc., – самозагружаемая программа. Имеетсобственную операционную систему и способна работать на любых компьютерах,выполненных на основе процессоров Intel. Совместима с MS-DOS, OS/2, Unix, Xenix, Pick и другими ОС. Отличает неполадки аппаратной части отпроблем конфигурации, действуя в обход всех существующих ОС и приложений.
И еще множество других программ общего и специального применения.
2.6.2 Тест-программы в среде Windows
Тестирование в среде Windows,как уже отмечалось выше, затруднено из-за специфических особенностей этойоперационной системы. Разработчики ОС Windows ставили перед собой задачу – создать интеллектуальную операционнуюсистему, способную в большой части заменить пользователя, оснастив программумножеством функций самонастройки и саморегулирования. Но эта задача оказаласьнастолько сложной, что программа во время работы живет как бы сама по себе,создавая множество временных файлов, частных настроек и функций управленияприкладными программами и периферией, потребности в которых оказываютсямаловероятными, но которые чрезвычайно осложняют работу самой ОС.
Наиболее известные тест-программы в среде Windows – Sandra-2000, AIDA-32, PC Wizard, BurnInTest, призваны решать задачи почтиисключительно оценочного характера.
BurnInTest не является программой диагностирования (хотя именно так онарекламируется), это – программа-испытатель, например, тестирования жесткогодиска, Burn In исследует дисковод на наличие каких-либо ошибок, составляетотчет о тестировании, но и не пытается диагностировать проблему..Программа позволяет во время тестирования принудительно форсировать режимработы НЖМД с тем, чтобы обнаружить его слабость или ненадежность.
По умолчанию, Burn In тестирует все компоненты системы:жесткий диск, текстовый и графический режимы работы видеоподсистемы,центральный процессор, память, принтер. Можно выбрать тестирование всех, илиизбранных, или одного из устройств в разных режимах: однократный прогон теста,заданное количество проходов теста, непрерывное тестирование. Причем, можновыполнить простой тест, или задать усложненное тестирование. Сравнительныхтестов производительности (быстродействия), тестов назначения запросовпрерываний, использования каналов ПДП и адресных тестов портов ввода-вывода, Burn In не производит.
Почти все функции программы Burn In позднее вошли враздел “Модули” сравнительного тестирования производительности устройств,пакета Sandra-2000.
AIDA-32 поможет подробно разобраться в конфигурации аппаратной части компьютера.Ее интерфейс организован в стиле проводника, поэтому для многих пользователейокажется привычной средой. В отличие от Sandra, AIDA-32 дает достаточноподробную информацию об установленных модулях памяти и жестких дисках. Длякаждого модуля памяти в отдельности можно просмотреть и техническую информацию,хотя и неполную, с SPD. SPD – это ИМС энергонезависимой памяти, устанавливаемыев каждом модуле памяти, начиная с РС 100. В эту память производитель записываетвсе характеристики данного модуля. Для жестких дисков, кроме имени егопроизводителя с его URL-адресом, выводятся технические характеристики диска, атакже раздел S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Alerting and Reporting Technology –система самодиагностики накопителя). Именно атрибуты S.M.A.R.T. могутпредоставить информацию о текущем состоянии наработки жесткого диска. Средитестов производительности в AIDA-32 есть только тесты скоростей чтения и записисистемной памяти.
PC Wizard – мощная информационная утилита, кроме подробной информации о системепредоставляет возможность провести ряд простых тестов компонент компьютера Вчастности, тесты производительности для микропроцессора, видео подсистемы,скоростные тесты для памяти всех уровней, в том числе сводный, и тесты поотдельности для каждого логического диска HDD. Тесты выполняются за несколькоминут, но характер такого тестирования вызывает сомнения в его достоверности.
WINCheckit. Для диагностики компьютера в среде Windows можноиспользовать хорошо себя зарекомендовавшую программу WINCheckit 6.5 фирмыTouchstone Software. Ее функция QuickCheckit выполняет быструю диагностику всехустройств компьютера.
При обнаружении неисправности, диагностическая программа WINCheckitзапускается в стиле «мастера», и предлагает возможные пути решения обнаруженнойпроблемы.
Помимо исчерпывающего набора детальных диагностических программ и отчетово состоянии АПС, WINCheckit обеспечивает ссылки на важный встроенныйинструментарий Windows, начиная от хорошо известных программ Scandisk и Defragи до малоизвестной утилиты Automatic Scip Driver.
Sandra-2000 углубленных режимов диагностики компонент не выполняет, но затоизмеряет и сохраняет в протоколе все характеристики быстродействия,производительности всех составляющих АПС, с подробным указанием режимов работы,совмещений и приводит сравнительные характеристики быстродействия по разнымиспользованным режимам тестирования.
Как информационный комплекс, Sandra сегодня не имеет себе равных. В ее ассортименте около 60 информационныхмодулей, каждый из которых может заключать в себе не один, а несколько тестов.Все тесты в Sandra подразделяются на информационные исравнительные. Информационные тесты выдают всю информацию о системе и еесоставляющих, а сравнительные – прогоняют множество разнообразных режимовработы, сравнивая скоростные характеристики всех составляющих АПС с параметрамиэталонных комплектующих из своей базы данных. И те и другие тесты выдаютмножество полезных советов по настройкам и конфигурированию АПС и сведений обошибках, обнаруженных при тестировании, или неподдерживаемых функциях.
Информационные модули аппаратной части тест-программыSandra-2000 выдают следующие сведения:
System Summary – краткаяинформация об аппаратных ресурсах данной АПС;
Mainboard Information –полная информация о системной плате, всех установленных на ней контроллерах,версии BIOS, типе поддерживаемой памяти,скорости системной шины и т. д.;
CPU and BIOS – более 70 параметровмикропроцессора и информация об установленной BIOS;
APM and ASPI information – анализ системы управления питаниемПК;
PCI and AGP Bus Information – информация о контроллерах PCI и AGP и всех подключенных к ним устройствам;
Video System Information – информация о видеокарте ивидеомониторе;
Windows Memory Information – информация о свободной и занятойобластях оперативной памяти, с учетом свободного пространства на жестком диске;
DOS Memory Information – информация о свободной и занятойпамяти для DOS-программ;
Drives Information –информация обо всех установленных в системе дисководах и жестких дисках: полныефизические характеристики, размер свободного пространства и т. д.;
Ports Information –информация о коммуникационных портах и подключенных к ним устройствах;
Keyboard Information –информация о клавиатуре;
Mouse Information –информация о манипуляторе ”мышь”;
Sound Card Information – информация о звуковой карте;
Printer Information – всео подключенном принтере;
MCI DevicesInformation – информация об устройствах длямультимедиа;
Comms DevicesInformation – информация о коммуникационныхустройствах (сетевые платы, модемы и т. д.);
SCSI Information –информация об устройствах SCSI,а также о дисководах CD-ROM и CD-RW;
Glide Video Information – информация об установленнойвидеоплате с поддержкой стандарта трехмерной графики GLIde (3dfx);
OpenGL Video Information – информация об установленнойвидеоплате с поддержкой стандарта трехмерной графики OpenGL;
Plug&Play Enumerator – сведения о самоконфигурирующихсяустройствах, поддерживающих спецификацию P&P, иверсиях установленных для них драйверов;
Информационные модули ресурсов аппаратной части программыSandra-2000.
CMOS Information –сведения о неизменяемых (аппаратных) установках BIOS;
CMOS Dump – суммарныесведения о ряде аппаратных установок и ресурсов, занимаемых устройствами;
Hardware IRQ Setting – сведения об используемыхустройствами запросах прерываний;
DMA Setting – сведенияоб используемых устройствами каналах прямого доступа к памяти;
Модули сравнительного тестирования производительностиустройств программы Sandra-2000.
CPU Benchmark –сравнительное тестирование процессора (общий рейтинг);
CPU Multimedia Benchmark – сравнительное тестированиепроцессора при обработке мультимедийной информации;
Drives Benchmark –тестирование жестких дисков;
CD/DVD Benchmark – тестирование дисководов CD-ROM или DVD;
Memory Benchmark –тестирование модулей оперативной памяти;
Network Benchmark –тестирование скоростей передачи данных по сети.
Информационные модули программного обеспечения программы Sandra-2000.
Windows Information –информация о версии и параметрах установленной операционной системы;
Winsock Information –информация о программном интерфейсе, необходимом для доступа к Интернет;
Processes Information –указывает все программы, запущенные в данный момент на компьютере, с точной иполной информации о каждой;
Modules Information –информация о подключенных динамических библиотеках (DLL);
OLE Information –информация о форматах документов, которые могут использоваться несколькимипрограммами;
DOS Devices Drivers Information – загруженные драйверы DOS;
DirectX Information –информация о модулях DirectX;
Network Information –информация о сетевых установках данного компьютера;
Fonts Information –сведения об установленных на компьютере шрифтах;
Remote Access Service Connections – сведения о настройках подключенияк Интернет;
Protected Mode Int Handlers – сведения о загруженных в памятькомпьютера программных модулях Windowsи занимаемых ими областях памяти;
Real Mode Int Handlers – сведения о загруженных в памятькомпьютера программных модулях DOS изанимаемых ими областях памяти.
Информационные модули о файлах конфигурации программы Sandra-2000.
Config.sys
Autoexec.bat
Основные файлы конфигурации, управляющие процессом загрузки:
Config.dos
Autoexec.dos
Environment Variables
MsDOS.sys
Win.ini
System.ini
Файлы конфигурации Windows:
Control.ini
Protocol.ini
Bootlog.ini
Netlog.ini
«Мастера» –модули быстрой настройки программы Sandra-2000.
Performance Tune-Up Wizard – суммирование советов и рекомендаций по настройкевсех установленных в компьютере устройств:
Web Update Wizard – мастер автоматического обновления Sandra через Интернет;
Create A Report Wizard – выдача отчетов по тестированию выбранных устройств.
Список впечатляющий, но, при всей своей мощи, Sandra может лишь сообщить о проблемах, неделая никаких попыток их исправить. Если же нужно попробовать их автоматическоеисправление (что не гарантирует правильности результатов на все случаи), томожно воспользоваться программами
Win Tune-98, First AIDA-2000. Дляуглубленного тестирования и диагностики неисправностей придется (соговорками, учитывающими особенности работы ОС Windows) использовать, описанную выше
WINCheckIt 6.5, или другие совместимые с Windows тест-программы. Например, такие, какDisk Technician Gold, PrinTrace, ExperTrace, Personal Measure Window RAM, или, что предпочтительнее, – самозагружаемые тест-программы.
Контрольные вопросы.
1. Какие программы известны в среде MS DOS?
2. Какие преимущества при диагностике неисправностей РС имеюттест-программы под MS DOS перед тест-программами Windows?
3. Какая программа не требует предварительной загрузки никакой изоперационных систем, совместима с многими ОС и действует в обход всехсуществующих ОС и приложений?
4. Какие тест-программы известны в среде Windows?
5. Какие информационные модули имеет тест-программа Sandra-200?
6. В чем преимущества тест-программы Sandra перед программой Sysinfo?
7. Какие задачи выполняют «Мастера» – модули быстрой настройкииз состава программы Sandra?
8. Какими программами можно воспользоваться для устранения проблем иошибок, обнаруженных программой Sandra?
Раздел 3. Автономная и комплекснаяпроверка функционирования
и диагностика СВТ, АПС и АПК
Некоторые из достаточно интеллектуальных средств вычислительной техники,такие как принтеры, плоттеры, могут иметь режимы автономного тестировании. Так,автономный тест принтера запускается без подключения к компьютеру, нажатиемкомбинаций клавишей на пульте его управления. Принтер, исполняя имеющуюся в егоПЗУ специальную микропрограмму, печатает диагонально все доступные ему символы,и оператор, просматривая и сравнивая полученную при этом распечатку, определяетправильность его работы в режимах различной плотности и качества печати.
Аппаратно-программная система имеет возможность автономной проверкифункционирования компонент ее вычислительного ядра, используя встроенные илизагружаемые тест-программы. АПС может выполнять и внешние тест-программы для еекомпонент, а также тест-программы комплексного тестирования, имитирующиемногозадачный и многопользовательский режимы работы АПС.
Аппаратно-программный комплекс часто состоит из отдельных АПС, которые имогут быть протестированы автономно, соответствующими тест-программами в рамкахсамой АПС.
3.1 Функциональный контроль АПС
Контроль функционирования компонент специализированных АПС типа Main Frame осуществляется, во время ее работы, аппаратурнымисредствами (специальными схемами контроля сумматоров, счетчиков, дешифраторов,средств передачи данных и т. д.). Контроль вычислительного процесса втаких АПС выполняется специальными программными средствами, контролирующимиправильность выполнения алгоритмов вычислений, допустимость получаемыхрезультатов, их достоверность. Чаше всего такой контроль использует методдвойного пересчета отдельных частей общей задачи. При разработкеспециализированных АПС разрабатываются одновременно и специальныетест-программы их комплексного тестирования. Комплексные тест-программ типа ТКП(Тесты Контрольно-Проверочные), должны периодически запускаться обслуживающимперсоналом, во время планово-предупредительного и текущего техническогообслуживания АПС.
Если говорить об АПС типа персональный компьютер, то программыкомплексного тестирования для них практически отсутствуют, т. к. разработкаподобных программ, в общем случае, невозможна. АПС, используя одно и тоже вычислительное ядро (системную плату), могут иметь самую различнуюаппаратную конфигурацию в зависимости от задач, на которые они ориентированы.Поэтому, для функционального контроля РС используются тест-программы общегоприменения, такие как рассмотренные выше CheckIt, NDiags,Sandra и т. п.
3.1.1. Контроль и диагностика компонент системной платы.
Системные платы РС, в зависимости от их модификаций, могут содержать либотолько собственно вычислитель (CPU сего системной обвеской, оперативную память и систему шин со своимиконтроллерами и формирователями), либо дополнительно – некоторые изконтроллеров периферийных устройств (НЖМД, видеоконтроллер, коммуникационныепорты, аудиоконтроллер, сетевые средства межкомпьютерной связи и т. д.). Этонужно иметь в виду и, когда разговор пойдет о контроле и диагностике системнойплаты, то будет подразумеваться системная плата минимальной конфигурации,без интегрированных в нее контроллеров периферийных устройств.
3.1.1.1) Контроль работы CPUи FPU.
Функциональный контроль центрального процессора РС происходит первым иобязательно – при каждом выполнении POST-программы. При этом тестируется файл регистровпроцессора, его переключения из режима RМ в PM иобратно, и его реакция на запросы прерывания. CPU, как известно, имеет собственную микропрограммусамотестирования, которая запускается автоматически, если CPU достаточно долго находится в режимепростоя (Ti Idle).
Контроль функционирования CPUможно проводить специально, с использованием внешних тест-программ. Так, если впрограмме CheckIt выбрать пункт меню Tests, а в его контекстном меню пункт System Board, то этот тест проверит в части микропроцессора:
— общие функции CPU (General Function),
— ошибки по прерывания CPU (Interrupt Bug),
— 32-разрядное умножение (32-bit Multiply),
— защищенный режим работы (Protected Mode),
— арифметические функции FPU (NPU Arithmetic Functions),
— тригонометрические функции FPU (NPU Trigonometric Functions),
— функции сравнения FPU (NPU Comparison Function).
Если в программе NDiags выбрать пункт СИСТЕМА/ТЕСТ СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ, то тест-программа проведет:
— общий тест ЦПУ,
— тест регистров ЦПУ
— арифметический тест ЦПУ,
— тест защищенного режима работы ЦПУ.
Если в программе PC-Doctor выбрать пункт Diagnostics/CPU/Coprocessor, то будут выполнены тесты:
— CPU Registers,
— CPU Arithmetic’s,
— CPU Logical Operations,
— CPU String Operations,
— CPU Interrupt/Exceptions (/исключение),
— CPU Buffer/Cache.
— CPU C&T/Cyrix Specific (если ЦПУ их поддерживает),
— CoProc Registers,
— CoProc Commands,
— CoProc Arithmetic’s,
— CoProc Transcendental,
— CoProc Exceptions,
— CoProc Cyrix/IIT.
Как видно, самый большой набор проверок предлагает программа PC-Doctor.
3.1.1.2) Контроль средств системной поддержки CPU
Тестирующие способности системной поддержки процессора у программы CheckIt весьма скромные. Если в программе CheckItвыбрать пункт меню Tests, а в его контекстном меню пункт System Board, то этот тест проверит из средств системной поддержкиCPU только:
— контроллер(ы) DMA и
— контроллер(ы) прерываний (Interrupt Controllers).
ПрограммаNDiags, при выборе пункта меню СИСТЕМА/ТЕСТ СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ, из устройствсистемной поддержки процессора тестирует контроллер ПДП и контроллерпрерываний.
ПрограммаPC-doctor в пунктеDiagnostics/Motherboard тестирует те же средства системнойподдержки процессора:
— контроллер прерываний,
— контроллер ПДП.
3.1.1.3) Контроль и диагностика DRAM
Оперативная память персонального компьютера выполняется, как известно, намикросхемах динамического типа, что и соответствует аббревиатуре DRAM – Dynamics-Random-Access Memory(динамическая память произвольного доступа). Запоминающими элементами такихмикросхем являются элементарные конденсаторы, образованные плавающими затворамиполевых транзисторов. Эти переходы могут находиться в заряженном (логическаяединица) или разряженном (логический нуль) состояниях.
Особенностью динамической памяти, в отличие от статической, являетсятребование периодической регенерации всей хранящейся в ней информации, т. к.запоминающие емкости имеют тенденцию к саморазряду. Кроме того, элементарныйзапоминающий конденсатор памяти может разрядиться, если в него попадетвысокоэнергетическая космическая частица, что не редкость на земнойповерхности. Таким образом, динамическая память имеет склонность к искажениямотдельных бит информации. Это может иметь фатальные последствия для компьютера,т. к. в DRAM хранятся как данные, так и рабочиепрограммы, и сама операционная система. Искажение одного бита в машиннойкоманде может привести к тому, что, например, вместо операции чтения выполнитсяоперация записи, которая может испортить данные, программу и даже саму ОС.
Именно поэтому динамическая оперативная память снабжается схемойпаритетного контроля – свертки каждого записанного байта по модулю-2. Вответственных ЭВМ используются коды, исправляющие ошибки, например, кодХемминга. При записи, каждый байт информации сопровождается контрольнымразрядом, вырабатывающимся схемой свертки, а при чтении, той же схемой сверткикаждый байт проверяется на четность и, в случае нарушения паритета,вырабатывается немаскируемое прерывание, формирующее сообщение об ошибкеDRAM. В этом случае автоматическоевыполнение дальнейших операций блокируется и на экране дисплея появляетсясообщение:
ErrorParityDRAM. SystemHalted (Ошибка четности динамическойпамяти. Система остановлена).
Контроль работоспособности оперативной памяти РС выполняетсясоответствующими секциями POST-программыпри каждом включении питания компьютера, или при “холодном” рестарте системы(нажатие кнопки RESET).
При появлении симптома ошибки DRAM, следует перезагрузить операционную систему и попытаться снова запуститьту же прикладную программу. Если ошибка не повторится, то этот случайклассифицируется как одиночный сбой. Если же ошибка повторяется, то это –симптом жесткой ошибки. В таком случае следует отключить механизм выработки NMI и запустить программу диагностикиошибок памяти, например, CheckIt/Tests/Memory. Можно воспользоваться и услугами программы NDiags, выбрав пункт меню ПАМЯТЬ\Тестосновной (базовой) памяти, иТест расширенной памяти, а есликонфигурация предусматривает и дополнительную память, то и ее тест. NDiags протестирует выбранную памятьследующими шаблонами:
— записью и проверкой нулей во все разряды всех ячеек проверяемой памяти,
— записью и проверкой единиц во все разряды всех ячеек проверяемойпамяти,
— пробегом и проверкой единицы по всем разрядам по-очереди в каждомадресе,
— пробегом и проверкой нуля по всем разрядам по-очереди в каждом адресе,
— записью и проверкой кода 10101010 в каждый адрес (шахматный код),
— записью и проверкой кода 01010101 в каждый адрес (инверсный шахматныйкод).
Обе эти программы достаточно подробно тестируют DRAM, но программа CheckIt позволяет протестировать память как минимальным (Quick Memory Test Only), так и расширенным набором тестов и даже повторитьтестирование не один раз, а до 999 раз, чтобы обнаружить плавающие ошибкипамяти. Кроме того, программа CheckItпозволяет локализовать ошибку памяти до компоненты (ИМС или модуля SIMM).
Тестирование памяти с помощью программыPC-doctorвыполняется при выборе пункта Diagnostics/RAM Memory. Программа предлагает выбрать режим тестирования:
— Fast – быстрый, по одному проходу каждоготеста,
— Medium – средний, по 10 раз,
— Heavy – тяжелый, по 20 раз,
тип тестирования:
— Pattern – 18-ти шаблонный,
— Address – по адресным линиям выборки ИМС,
— Bus Throughput – случайными сигналами выборки,
— Code Test – случайными кодами.
Далее следует выбрать тип тестируемой памяти:
— Base – базовую память до 640 КБ.
— Extended – расширенную, до 16 МБ.
— Expanded – дополнительную, от 1 до 32 МБ,
— UMB – блок высшей памяти, от 1 до 1,064МБ.
Тесты могут выполняться с различными параметрами: с печатью протокола,запомнить протокол в файле, полный протокол или только протокол ошибок, сзаданием адресов для каждого типа памяти. Таким образом, можно тестировать невсю, а только выбранные участки памяти.
Временные характеристики оперативной памяти под Windows прекрасно определяются с помощью программы Sandra, но если память неисправна, илиошибается, Sandra просто откажется ее тестировать. Вэтом случае, можно воспользоваться программами, о которых упоминалось вподразделе 2.6.2.
3.1.1.4) Контроль работы системной шины
Все типы системной шины, от ISA до PCI и USB, формируются из локальной шины центральногопроцессора, с помощью шинных формирователей и контроллеров системной шины.Однако, поскольку системная шина не представляет собой отдельного устройства,ее функциональный контроль непосредственно невозможен, и неисправностисистемной шины проявляются в одновременном отказе работы некоторых, или всехвнешних устройств.
Неисправность системной шины может быть локализована, только, есливнимательно наблюдать за выполнением тест-секций POST-программы, с помощью анализатора шины типа Anal Bus. Для более подробной локализации неисправностейсистемной шины можно зациклить начальные секции POST-программы и просматривать осциллографом адресныесигналы, сигналы передачи данных по системной шине и сигналы управления шиной:запрос и подтверждение захвата шины, состояние линий запросов прерываний,сигналы циклов шины – IOR, IOW, MemR, MemW, Lock, Unlock и т. д. Бегло просмотреть исправность шинныхформирователей можно, если замерить и сравнить с таблицей эталонныхсостояний уровни напряжений на всех контактах разъемов слотов расширения врежиме, оговоренном таблицей эталонных состояний..
3.1.1.5) Контроль ROMBIOSи CMOS-памяти
ПрограммаCheckItнапроверку и тестирование ROM DIOS неориентирована, но может протестировать счетчик часов реального времени, есливыбрать пункт меню Tests/Real Time Clock. Этот тест состоит из:
— сравнения реального времени со временем DOS – Compare Real-Time Clock time to DOS time,
— сравнения реальной даты с датой DOS – Compare Real-Time Clock dateto DOS date,
— сравнения истекшего времени – Compare ElapsedTime.
Программа NDiags впункте меню СИСТЕМА/ТЕСТ СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ содержит окно проверки часов реальноговремени (ЧРВ), проверка которых состоит из:
— проверки выработки сигнала запроса прерывания от ЧРВ и
— теста интервального таймера DOS.
Если выбрать пункт СИСТЕМА/СТАТУС CMOS, то будет проверено:
— состояние батареи питания CMOS,
— часы текущего времени в CMOS,
— опрос контроллера жесткого диска на соответствие его параметровзаписанным в CMOS ,
— правильность конфигурации оперативной памяти,
— правильность аппаратной конфигурации,
— правильность контрольной суммы CMOS-памяти.
Программа PC-doctor, в пункте Diagnostics/System Board, содержит контекстное меню, в которое входят и пунктыпроверки ROM BOIS, CMOS иRTC Clock:
— System Timer – проверка прерываний от интервального таймера DOS,
— BIOS Timer – сравнение DOS-таймера с таймером часов реального времени,
— RTC Clock (счетчик часов в системе CMOS), проверяет правильность обновления счетчика, периодповторения меток прерываний от часов, прерывания от RTC-будильника и соответствие текущих часов и даты
— CMOS RAM – проверяет память CMOS шаблонным тестом, как оперативную.
Контрольные вопросы.
1. Какими средствами может быть проведен контроль функционирования CPU? FPU?
2. Какие режимы углубленной диагностики DRAM предоставляет программа CheckIt?
3. Какие режимы, в отличие от CheckIt, предоставляет программа PC-doctor длятестирования DRAM ?
4. Как можно проверить функционирование средств системной поддержки CPU PC?
3.1.2 Контроль и диагностика периферийных устройств АПС
Как уже было сказано в начале данного раздела, некоторые периферийныеустройства могут иметь режим автономной проверки, без участия вычислительногоблока, но при автономном тестировании могут оказаться непроверенными средствасвязи этих ПУ с центральным вычислительно-управляющим устройством (CPU). Для проверки периферийныхустройств в комплексе с центральным вычислителем, следует использоватьпрограммы комплексного тестирования.
3.1.2.1) Контроль и диагностика средств ввода оперативнойинформации.
Клавиатура.
Контроллер клавиатуры тестируется POST-программой перед загрузкой операционной системы.Специальная секция POST-программы,после сброса и инициализации клавиатуры, проверяет отсутствие “залипших”клавишей. Как известно, удержание клавиши в нажатом состоянии, через небольшойпериод времени, который может быть задан специально в пункте Advanced CMOS SetUp/Typematic Rate Delay (установка расширенных параметров CMOS/время задержки автоповтора) утилиты SETUP, заставляет контроллер клавиатурыповторять ввод того же символа с заданной частотой. “Залипшая” клавиша приводитк тому же эффекту, что и фиксируется POST-программой с выдачей видео кода типа
хх 301
где хх – порядковый номер “залипшей”клавиши.
Более подробно можно протестировать клавиатуру встроенной (если она есть)или внешней тест-программой.
Программа CheckItв пункте менюTests/Input Devices/Keyboard предназначена для проверки клавиатур РС/ХТ, АТ и расширенной в режимах:
— Press Each Key – проверка срабатываний всех клавишей,
— Typematic Repeat Test – проверка автоповторов при удерживании нажатой клавиши,
— Keyboard Lights Test – проверка индикаторов клавиатуры.
Если при проверке срабатываний клавишей обнаружится несрабатывающая, или нечетко срабатывающая клавиша, нужно разобрать клавиатуру, ввыключенном состоянии клавиатуры проверить тестером или мультиметром фактзамыкания ее контактов при нажатии. В зависимости от конструкции клавиатуры,промыть спиртом, отрихтовать контактную группу этой клавиши (шилдоваяклавиатура), или заменить целиком модуль неисправной клавиши. Нарушениеконтактных соединений или печатного монтажа в клавиатурах пленочного)мембранного) типа невосстановимы без замены всей мембраны. Раскладка клавишейпо мембране весьма специфична для каждой модели клавиатуры, так что, в этомслучае целесообразнее просто заменить клавиатуру целиком.
Если же в клавиатуре шилдового типа обнаружена неисправностьгруппыклавишей, то вероятность неисправностей всех клавишей этой группымаловероятна. Вероятнее всего, дефект заключен в отказе дешифратора строкматрицы клавишей, или в отказе одного из информационных входов контроллера,либо в обрыве связи этой группы клавишей с выходом дешифратора строк илиинформационным входом контроллера. Для локализации подобной неисправностинужно, прежде всего, по принципиальной схеме клавиатуры разобраться, как организованав ней матрица клавишей. Может оказаться, что вся неисправная группа принадлежитодной строке и кроме них, в той же строке нет исправных клавишей, тогдавероятно неисправен выход дешифратора, или оборвалась его связь со строкойматрицы клавишей. Второе предположение легко проверяется мультиметром. Дляпроверки работы дешифратора нужно включить компьютер и проверить осциллографомналичие отрицательных импульсов на выходах дешифратора и если их нет – заменитьИМС дешифратора. Следует иметь в виду и то, что разные клавиатуры могут иметь разнуюраскладку клавишей по матрице, поэтому для справки нужно использоватьпринципиальную схему клавиатуры именно этой модели.
Если окажется, что вся неисправная группа принадлежит одному столбцу икроме них, в том же столбце нет исправных клавишей, тогда, вероятно,неисправен информационный вход контроллера, связанный с эти столбцом, илиоборвалась связь его со столбцом клавишей. Второе предположение такжепроверяется мультиметром. Для проверки первого предположения нужно включитькомпьютер и проверить осциллографом наличие отрицательных импульсов на этомвходе контроллера при нажатой одной из клавишей этого столбца иесли они есть – придется заменить ИМС контроллера.
Если кроме неисправных клавишей в той же строке или столбце есть иработающие клавиши, то дефект, вероятно, заключен в обрыве печатного шлейфа,соединяющего клавиши в строку, или столбец соответственно. Устраняется подобныйдефект установкой дублирующей перемычки, соединяющей выход одной из неисправныхклавишей строки (столбца) – с одной из исправных, той же строки (столбца).
Ошибка при проверке автоповтора свидетельствует о неисправностиконтроллера клавиатуры, установленного на плате клавиатуры.
Ошибки при проверке индикаторов требуют, для их локализации, анализаработы их схем. Управляет зажиганием и гашением индикаторов контроллерклавиатуры по командам, получаемым им от центрального процессора, попрерываниям от активной программы. Светодиоды индикаторов получают питание отисточника +5 В, ток через них ограничивается специальными резисторами, апротекание тока или его отсутствие управляется состоянием усилительныхэлементов (часто – ИМС инверторов). Инверторы, в свою очередь, управляютсянепосредственно выходами соответствующих портов контроллера. Если не зажигаетсяили не гаснет индикатор, нужно проверить логическим пробником или мультиметромподачу на него питания +5 В, затем соответствие падения напряжения насветодиоде его характеристике, падение напряжения на токоограничительномрезисторе, затем на выходе и входе инвертора, наконец, на соответствующемвыходе контроллера. Изменить состояние контроллера нажатием соответствующейклавиши, во время прохождения теста, невозможно (им управляет саматест-программа) и во время локализации места неисправности нужно использоватьсоответствующий шаг тест-программы.
Программа NDiags выполняет теже тесты (кроме теста автоповтора), а при проверке нажатия клавишейдополнительно высвечивает скан-код нажатой клавиши. Это может быть важно, есливсе клавиши срабатывают, но путают скан-коды. Это может быть следствиемнарушения таблицы перевода кода сканирования матрицы клавишей в скан-кодклавиатуры, находящейся в ПЗУ контроллера клавиатуры. Этот дефект можетвозникать и вследствие некорректного ремонта клавиатуры, когда ИМС контроллераклавиатуры была заменена на ИМС контроллера от клавиатуры другого типа.
Программа PC-Doctor в пункте меню Diagnostics/System Board/Keyboardпроводиттестирование контроллера клавиатуры, точнее – его части, расположенной насистемной плате, в режимах:
— Completed – укомплектованность, наличие,
— KBD Power-On Self test – самотестирование по включению питания,
— KBD IRQ Test – проверка выработки запроса прерывания IRQ1 от клавиатуры,
— KBD Interface Test – проверка работы интерфейса клавиатуры.
В пункте Interactive Tests/Keyboard содержатся три теста:
— Keyboard Keys – тест нажатия клавишей с индикацией скан-кодов,
— Keyboard LEDs – тест светодиодных индикаторов состояния клавиатуры,
— Keyboard Repeat – тест автоповтора.
Манипуляторы.
Для проверки манипуляторов “мышь” можно воспользоваться файлом тестаманипулятора (test.exe), обычно имеющимся на дистрибутивной дискете сдрайвером мыши. Тест позволяет проверить функции манипулятора и его настройки,такие как начальная позиция курсора мыши, область и скорость перемещенияманипулятора, символ, идентифицирующий курсор и т. д. Можно использовать итест-программы общего тестирования.
Программа CheckItпредоставляет в пунктах меню:
— Tests/Input Devices/Mouse– тестирование манипулятора мышь,
— Tests/Input Devices/Joystick – тестирование игрового манипулятора.
При тестировании мыши программа предлагает проверки:
— Press each mouse button – проверка нажатия кнопок мыши,
— Move mouse to screen top – проверка перемещения курсора по экрану вверх,
— Move mouse to screen bottom – проверка перемещения курсора по экрану вниз,
— Move mouse to screen left – проверка перемещения курсора по экрану влево,
— Move mouse to screen right- проверка перемещения курсора по экрану вправо.
Программа NDiags впункте меню ПРОЧИЕ/ТЕСТ МЫШИпредлагает аналогичные проверки.
Программа PC-Doctor также позволяет тестироватьманипуляторы проверкой срабатывания их кнопок и перемещения курсора, суказанием его текущих координат.
Все три программы могут протестировать игровой Кэмпстон-джойстик:правильность его центровки и срабатывание его кнопок. Для тестированияпропорционального джойстика следует воспользоваться специальными тестами,которые прикладываются к дистрибутиву его драйвера, т. к. конструкций,логических организаций, функциональных возможностей и разновидностей ихприменений так много, что универсальной программы их проверки просто не можетбыть.
3.1.2.2) Контроль и диагностика средств вывода оперативнойинформации
Видеоподсистема.
Наличие, исправность портов ввода-вывода и самодиагностикавидеоконтроллера (видеокарты) тестируется POST-программой перед загрузкой операционной системы.
Подробное тестирование видеомонитора в автоматическом режиме без участияоператора невозможно, т. к. сама программа не может проверить правильностьотображения шрифтов, линейность развертки, цветовую палитру, правильностьотработки атрибутов символов и т. д. Тест-программа только генерирует и выводитна экран монитора соответствующие картинки, снабжая изображение указаниямипризнаков правильной работы, а оператор, выполняя указания программы, долженотвечать программе – соответствует ли изображение требованиям программы.
Встроенная программа ROM Diagnostic,программы сервисных плат RACER,ROM&DIAG и комплекса PC-tester содержат соответствующие пунктыпроверки видеоподсистемы РС, но, в силу ограниченности емкости их памяти,полноценную проверку организовать не могут. Поэтому, для более тщательнойпроверки качества видеосистемы следует воспользоваться внешними (загружаемыми)тест-программами.
Программа CheckIt имеетпункт меню Tests/Video, который состоит из трех основных частей:
VideoRAM– для автоматической проверки видео-памяти и аппаратных средств подкачки.Сначала различными шаблонами проверяется запись и чтение видеопамяти., При этомтесте на экране появляются странные изображения, т. к. информация ввидеопамяти, всегда всегда формирует изображение на экране, но далеко не всешаблоны теста проверки видеопамяти формируют осмысленное изображение. Наследующем шаге программа формирует видео страницы, выводом на экран цифр разныхцветов, причем цифры, из которых сформирован экран, соответствуют номерам видеостраниц.;
Text – проверяет все текстовые режимы, доступные данному РС. Тестсостоит из 10 шагов, представляющих оператору различные изображения. На каждомэкране, в левом верхнем углу отображаются название шага, режим экрана и номертекущего шага. Что должен оператор увидеть на экране, сообщается перед началомкаждой группы режимов и оператор, выполняя эти задания, должен сообщитьпрограмме, соответствует ли изображение требованиям программы, на каждом шагетеста. В первых пяти пунктах теста на экран выводятся наборы всех символов ASCII разными цветами и с разнымразрешением, на следующих пяти – символы с разными атрибутами, на последней – 8разноцветных полос с контрастными строками текста.
Graphics – проверяет графические режимы работы видеосистемы. Выводсетки позволяет оценить линейность горизонтальной и вертикальной разверток, аследующим тестом – выводятся 6 экранов с цветными блоками; цвет каждого блокадолжен соответствовать надписи о его цвете. Это позволяет оценить правильностьработы цветообразующих узлов видеокарты и монитора. На следующих трех экранахвыводится каждый раз один из трех основных цветов, что помогает оценитьчистоту цвета по всему полю экрана.
Некоторые из тест-режимов программы, на конкретном компьютере могутработать неправильно, т. к. не все типы видеоподсистем поддерживаютмаксимальное разрешение и частоты разверток, а тест написан по-максимуму. Такчто, если какие-то режимы выполняются неправильно, нужно обратиться ктехническому описанию данной видеосистемы и только тогда можно будет сделатьвывод – это ошибка видеосистемы, или эти режимы просто не поддерживаются даннойвидеосистемой РС.
По симптомам неправильной работы видеосистемы можно довольно уверенноопределить место неисправности с точностью до узла подсистемы. Так, например,
— если на экраневидеомонитора нет развертки, и органамирегулировки яркости и контрастности ее получить не удается, то, вероятно,неисправен генератор строчной развертки видеомонитора, или схема выработкивысокого напряжения (25 киловольт) для питания третьего анода кинескопа ввидеомониторе;
— если на экране вместо полной развертки кадра видна только яркаягоризонтальная линия, то – неисправен узел кадровой разверткивидеомонитора;
— если на экране вместо полной развертки кадра видна только яркаявертикальная линия, то – неисправен узел строчной развертки видеомонитора;
— если при проверке чистоты цвета наблюдается неравномерность окраски поплощади экрана, заметны переходы, например, красного в фиолетовый, то это –следствие намагниченности маски экрана. Размагнитить маску кинескопа можноспециальной катушкой размагничивания. Подобный симптом может также явитьсяследствием неправильной работы схемы сведения лучей видеомонитора.
— если при проверке текстовых режимов в некоторых из нихобнаруживаются искажения или отсутствие отдельных символов, можноуверенно сказать, что это – ошибка знакогенератора, который расположен навидеокарте;
— если символы выводятся верно, но с неправильными атрибутами, тоэто ошибка контроллера электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), расположенного навидеокарте;
— если в режимах вывода сетки обнаруживаются неравномерности размеровее ячеек, или искажения типа «бочка» или «подушка», можно сделать вывод, чтонеправильно работает схема линеаризации развертки, расположенная ввидеомониторе;
— если наблюдается нестабильность изображения по вертикали, то это– следствие неверной работы схем кадровой синхронизации. Чтобыопределить место неисправности (видеокарта, или видеомонитор), нужнопросмотреть осциллографом импульсы кадровой синхронизации на выходе видеокартыи, если там все в порядке, то неисправность заключена в цепи синхронизациигенератора кадровой развертки видеомонитора;
— если имеет место нестабильность изображения по горизонтали, иливертикальные границы изображения не совпадают с краями экрана, или наблюдаетсяполное рассыпание изображения, значит – ошибка в схеме строчной синхронизации.Локализация места подобной неисправности аналогична кадровой;
— если какой-то из основных цветов выводится как дополнительный(например, красный выводится желтым), то это говорит о том, что втораясоставляющая этого дополнительного цвета (в данном примере – зеленая) неуправляется, т. е. не гасится при выводе красного цвета. Предварительнаялокализация подобной неисправности – канал зеленого, а уточнение меставозникновения дефекта аналогично локализации неисправностей синхронизации;
— если некоторые дополнительные цвета выводятся основными,(например голубой выводится зеленым), то неисправен канал синего цвета, т. е.не управляется синяя составляющая.
— если все цвета не отличаются по яркости (например, красный отсветло-красного и т. п.), то это – неисправность в канале яркости (интенсивности).Локализация – аналогична предыдущему.
Для точного нахождения места неисправности следует воспользоватьсяфункциональной, а затем – принципиальной схемами выделенного узла (видеокарты,видеомонитора) и стандартной КИА (осциллограф и др.), просматривая сигналысинхронизации, цветовых составляющих, сигналов интенсивности в том режиметеста, где этот дефект обнаружен. Для справки, можно воспользоватьсяпараметрами сигналов исправного канала.
Метод замены подозреваемого устройства на заведомо исправное (видеокарта,монитор) не может быть рекомендован, т. к. есть серьезный риск испортитьисправное устройство. Если предварительная локализация окажется неправильной, авторая составляющая видеоподсистемы имеет серьезный дефект, например, высокоенапряжение на входах или выходах интерфейса, то замена первой компоненты можетповлечь за собой выход из строя замененной исправной компоненты.
Методы тестирования подобные программе CheckIt предлагает и программа NDiags, в пункте меню Видео, отличаясь только несколькобольшим набором режимов тестирования.
Программа PC-doctor отличается углубленностью режимовтестирования. В пункте меню Diagnostics/Video Adapter предлагаются пункты:
— Video Memory – шаблонное тестирование видеопамяти,
— Video Pages – тестирование восьми видеостраниц,
— VGA Controller Registers – тестируются регистры контроллера,и если обнаружена версия видеокарты VESA или SVGA, то и в их стандартах,
— VGA Color-DAC Registers –тестируются 6-битовые регистры цветовых составляющих, всего с палитрой из 262144цветовых оттенков.
В пункте меню Interactive Tests предлагаются тесты:
— Character Sets – 12 модификаций в текстовых и графических режимах,
— Color Palettes – 12 модификаций в графическихрежимах цветовой палитры,
— Monitor Quality – предлагает свое контекстное меню:
— Solid Block – чисто белый экран высокой яркости,
— Flashing Block – белый экран с атрибутом мерцания,
— Vertical Lines – вывод чередующихся черных и белых вертикальныхполос,
— Horizontal Lines – вывод чередующихся черных и белых горизонтальныхполос,
— Checkerboard – на экран выводится черно-белаяшахматка,
— Flashing Checkerboard – на экран выводится черно-белаяшахматка с мерцанием,
— VGA Functionality со своим подменю:
— Horizontal Pan – на экран выводится рамка с качанием по горизонтали,
— Vertical Pan – на экран выводится рамка с качанием по вертикали,
— Display Start Address – периодическое переключение 1-й и 2-й страниц,
— Split Screen – периодический скроллинг двух страниц по вертикали,
— Split Screen with Horizontal Pan – периодический скроллинг двух страниц погоризонтали,
— 512 Display Characters – вывод 512 ASCII-символов в стандартах 9х16 и 8х8 пикселей.
Контрольные вопросы.
1. Какими средствами можно проверить функционирование клавиатуры иманипуляторов РС?
2. Что означает POST-код хх301?
3. Какими средствами можно протестировать манипуляторы?
4. Какими средствами можно протестировать видеоподсистему РС?
5. Что, вероятно неисправно в видеоподсистеме РС, если на экраневидеомонитора только одна яркая вертикальная полоса?
6. Что, вероятно неисправно в видеоподсистеме РС, если некоторыедополнительные цвета выводятся как основные?
3.1.2.3) Функциональный контроль и диагностика НЖМД
Если в подсистеме жесткого диска (контроллере, накопителе, соединительныхкабелях и т. д.) возникает неисправность, она может быть обнаружена привыполнении соответствующих секций POST-программы, при этом на экран дисплея выводится POST-код ошибки. Ошибки с кодами 17хх – свидетельствуют онеисправностях накопителей и контроллеров с интерфейсом ST-506/412, с кодами 104хх – онеисправностях тех же устройств с интерфейсом ESDI, с кодами 210хх – о неисправностях накопителей и HOST-адаптеров SCSI. Конкретные коды ошибок и их описание можно найти вспециальной литературе.
Во многих случаях диск не находится потому, что:
— неправильно установлен тип диска в CMOS-памяти;
— неправильно установлена конфигурация диска (перемычка статусанакопителя);
— неправильно подключен кабель управления к НЖМД;
— «залипание» дисков и головок.
В старых MFM-дисках ихстатус может быть установлен с помощью утилиты SetUp, с использованием таблицы, имеющейся в самой утилите(тип 1, 2, 3 и т. д. до типа 46). Если же параметры диска не подходят ни пододин из известных утилите SetUpтипов, то может быть использован тип 47 – User. При этом параметры диска: количество цилиндров,головок, секторов на дорожку, при необходимости – цилиндр прекомпенсации и зонапарковки головок, должны быть заданы оператором вручную. Современные дисководыимеют служебную запись параметров на самом диске, в этом случае, они могут бытьсчитаны и установлены в CMOSсамой утилитой SetUp, есливыбрать в меню SetUp пункт Auto Detect Hard Disk.
Конфигурирование НЖМД.
Способов задания адреса устройства на канале шины АТА существует два – спомощью кабельной выборки или явным заданием адреса на каждом из устройств.
Режим кабельной выборки включается установкой на диске перемычки CS(Cabel Selekt). В этом случае оба устройства на шине конфигурируются одинаково– в режим CS, а адрес устройства определяется его положением на специальномкабеле-шлейфе. В отличие от обычного кабеля, у которого все одноименныеконтакты всех разъемов равнозначны, в этом кабеле контакт 28 (CSEL) дляустройства-0 (Master) заземлен через хост-адаптер, а для устройства-1 (Slave) –не подключен (перерезан в кабеле-шлейфе). Кабельная выборка будет работать,если ее применение поддерживается и задано на всех устройствах данного каналашины, включая хост-адаптер. Недостатком такой выборки является привязкафизического подключения диска к кабелю: диск-0 должен быть подключен к ближнемуот адаптера разъему шлейфа, а диск-1 – к дальнему.
Режим явной адресации использует обычный «прямой» кабель. В этом случаеперемычка в положение CS не устанавливается, а адрес каждого из устройствзадается перемычками, состав которых у разных моделей НЖМД варьируется.Достаточно указать устройству его номер (0 или 1) или роль (Master или Slave),но в устройствах, разработанных до принятия стандарта АТА, ведущему (Master)диску еще «подсказывали» наличие ведомого (Slave). Таким образом, на дисках IDEможно увидеть следующие джамперы:
M/S– если на шине присутствует лишь одно устройство, оно должно конфигурироватьсякак Master. Если устройств два, то второе должно конфигурироваться как Slave.Иногда джампер того же назначения обозначается как «C/D» (диск C:/диск D:), нодля второго канала IDE такое название уже некорректно.
SP(Slave Present), DSP (Drive Slave Present) — устанавливается на диске-0(Master) для указания на присутствие диска-1 (Slave). Если этот переключательустановлен, а устройство-1 не подключено, BIOS выдаст сообщение об ошибке.
ACT(Drive Active) — устанавливается на диске-0 (встречается редко).
Для полностью АТА-совместимых дисков (например, модели Seagate), джамперыSP DSP не требуются и отсутствуют. Перемычка ставится только на диске-0, аналичие диска-1 Master определит автоматически.
При конфигурировании дисков нужно учитывать то обстоятельство, что перестановкаджамперов воспринимается устройством даже не по аппаратному сбросу (кнопкеRESET), а только при включении питания.
При установке на один шлейф двух разнотипных не-АТА устройстввозможны неразрешимые проблемы.
Кабель управления должен подключаться к контроллеру (или адаптеру) идисководу с соблюдением нумерации контактов разъемов: первый провод шлейфа,обычно отличающейся цветом, – к первым контактам разъемов. В противном случаедиск опознаваться не будет, и признаком такой ошибки является постоянноесвечение индикатора «Дисковод выбран».
Современные версии PnP BIOS исоответствующие им диски позволяют не указывать тип IDE диска, если выбрать в SetUp опцию AUTO,для автоматической установки его типа во время POST-процедуры, по ответу на команду идентификации диска.Накопители на жестких дисках, подключаемые к внешним интерфейсам шин USB и FireWire конфигурируются уже на этапезагрузки операционной системы.
Хранение данных на магнитном носителе всегда сопровождается появлениемошибок. Причин для которых может быть множество: дефект поверхностиносителя, случайное перемагничивание участка носителя, попадание под головкупосторонней частицы, неточность позиционирования головки над треком, колебанияголовки по высоте, вызванное внешней вибрацией или ударом по корпусунакопителя, уходом различных параметров накопителя из-за старения, изменениятемпературы, давления и т. п. Независимо от причин, ошибки должны быть выявленыи, по возможности, исправлены.
Для контроля достоверности хранения информации на диске, применяется CRC-код (циклическая контрольная сумма)для поля данных, который позволяет фиксировать ошибки некоторой кратности, ичасто, код ECC, способный, вследствие большойизбыточности, – и исправлять некоторые ошибки. Если сектор считывается сошибкой (не совпадает подсчитанная контрольная сумма с записанной в том жесекторе), то драйвер делает попытку исправить эту ошибку с использованием кодаЕСС. Если исправление оказывается невозможным, то контроллер выполняетповторные считывания и, при случайном характере ошибки, шансы правильнопрочитать сектор при повторных чтениях, достаточно велики. Однако, если ошибкавызвана, например, неточностью позиционирования головки на трек, связанной суходом параметров, повторное чтение может и не дать положительного эффекта.Накопитель с шаговым двигателем, в этой ситуации, может только повторитьпозиционирование с предварительной рекалибровкой – вернуться на нулевую дорожкуи снова «дошагать» до нужного цилиндра; это иногда помогает. Упривода с подвижной катушкой, больше возможностей для обеспечения оптимальногоположения головки. Для этого сервосистема может покачать головку относительноцентрального положения, заданного сервометками, и найти положение головки, вкотором данные читаются верно. Если и в этом случае не удается прочитать секторбез ошибки, контроллер сигнализирует об этом установкой бита ошибки в байтесостояния, на что программа (или операционная система) должна отреагироватьсообщением типа «CRC Data Error».
Если контроллеру никак не удается достоверно прочитать данные из сектора,то такой сектор должен быть исключен из дальнейшего использования, иначемногочисленные повторные попытки обращения к этому сектору будут безрезультатноотнимать массу времени, что заметно снизит производительность компьютера. Науровне накопителя, отметка о дефектности сектора делается в заголовке сектора,запись в который, как известно, производится только во время низкоуровневогоформатирования диска, но современные встроенные контроллеры дисков IDE сами обрабатывают обнаружениедефектных секторов и вместо них подставляют резервные. Так что дляпользователя, дефектные секторы дисков АТА и SCSI оказываются невидны. Однако, простая подстановканомера резервного сектора в заголовок сектора приведет к нарушениюпоследовательности секторов в кластере. Чтобы этого избежать, интеллектуальныеконтроллеры производят сдвиг данных во всех секторах, следующих за дефектным,на один сектор назад (эта процедура называется Defective Sector Slipping), после чего, обращение кпоследовательной цепочке секторов снова станет «гладким».
Надежность считывания информации с диска в большой степени зависит отточности позиционирования. Позиционирование, обеспечиваемое сервоприводом,особенно с выделенной сервоповерхностью, может быть не оптимальным длякаждой головки и требовать коррекции. Интеллектуальные контроллеры хранят картуотклонений для всех цилиндров и головок, которая создается и корректируется впроцессе работы. Процесс автоматической термокалибровки накопителя (Thermal Calibration или T-Cal) запускаетсяконтроллером автоматически и довольно случайно, и становится заметнымпользователю, только если вдруг винчестер, к которому нет обращения,«начинает жить своей жизнью», выполняя серию позиционирований.
Дисковые накопители являются, пожалуй, той частью компьютера, отказкоторой оборачивается самыми крупными убытками, в смысле потери данных.Естественно, их надежность стараются повышать всеми возможнымиспособами, но отказы все-таки случаются. Отказы НЖМД разделяют на предсказуемыеи непредсказуемые.
Предсказуемые отказы (Predictable Failure) являютсяследствием постепенного ухода параметров от номинальных значений, когда этотуход переходит некоторый порог. Если специально контролировать такиепараметрами диска, как время разгона шпиндельного двигателя до нужной скорости,время, затрачиваемое диском на позиционирование, процент ошибок позиционирования,высота полета головок, производительность (зависящая от числа вынужденныхповторов для успешного выполнения функций), количество использованных резервныхсекторов и других параметров, то становится возможным предсказание отказов.Сообщение о приближении отказов операционной системе и пользователю позволяетпринять необходимые меры для предотвращения потери данных на диске.
Целям предупреждения отказов служит технология S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology – технология самонаблюдения, анализаи сообщения), применяемая в современных накопителях. Эта технология,разработанная фирмой Seagate,имеет корни в технологии IntelliSafe, фирмы Compaq, и PFA (Predictive Failure Analysis – анализ предсказуемых отказов), фирмы IBM.
Задачи слежения за параметрами накопителя при этом возлагаются наконтроллер, а программному обеспечению остается только периодически проверять,все ли в порядке в накопителе, или приближается время отказа. Спецификации S.M.A.R.T. существуют в двух версиях – для интерфейсов ATA и SCSI, которые различаются как по системам команд, так и поспособам сообщений о состоянии накопителя. Конечно, остаются непредсказуемыеотказы (Non-Predictable Failure), которые случаются внезапно, но они вызываются, чащевсего, отказами электронных компонент накопителя, под действием импульсныхпомех, или от механических узлов накопителя – вследствие внешних вибраций иударов. При соблюдении же правил эксплуатации накопителей их вероятность нестоль велика, как предсказуемые отказы.
Контрольные вопросы.
1. О чем сигнализирует POST-код 104хх?
2. Как идентифицируются НЖМД при их подключении через кабель-селект?
3. К чему приводит установка на один шлейф двух разнотипных НЖМД?
4. Как защищаются НЖМД от ошибок позиционирования? от информационныхошибок?
5. Что такое предсказуемые отказы НЖМД и вследствие чего они возникают?
6. Что представляет собой технология S.M.A.R.T. и каким целямона служит?
3.1.2.4) Контроль и диагностика неисправностей устройстввывода аудиоинформации
Конфигурирование звуковых карт.
К большинству звуковых карт прилагаются установочные программы, которыеанализируют конфигурацию АПС и ищут ресурсы, еще не используемые другимиустройствами. Это надежный метод конфигурирования, но следует иметь в виду, чтоесли какое-то устройство в момент анализа не активно, то оно может быть и необнаружено. По умолчанию, для звуковых карт предназначается IRQ5, но некоторые из звуковых картмогут работать только с определенными IRQ. Например, карта Sound System фирмы Microsoft может работать с IRQ 7, 9, 10 или 11, а карта Sound Manфирмы Logitech – IRQ 2, 3, 5, 7, 10, 11, 12 или 15. Так, вторая можетуложиться в резерв, а первая должна быть реконфигурирована.
Симптомы конфликтов из-за IRQ – внезапные срывы звучания или наоборот, непрекращающийсязвук.
Звуковая карта может использовать несколько каналов DMA, но канал 2 – зарезервирован дляконтроллера НГМД, канал 4 – для каскадирования первого контроллера DMA, 5, 6 и 7 – используются дляповышения производительности компьютера в среде Windows, так что их занимать звуковой картой не следует;остаются канал 1 (часто резервируется для совместимости с Sound Blaster) и каналы 0 и 3.Основной симптом конфликтовиз-за каналов ПДП– отсутствие звучания в аудиосистеме.
Проверить функционирование вывода аудиоинформации на встроенный динамикРС можно, например, с помощью тест-программы NDiags, если выбрать пунктменю ПРОЧИЕ/ДИНАМИК. Впрочем, если при загрузке DOS выдается штатный звуковойсигнал о нормальном завершении POST-программы, это говорит об исправностиинтервального таймера и встроенного динамика. Если компьютер оборудованзвуковой картой и звуковыми колонками, то при загрузке ОС Windows выдаетсясистемное приглашение в виде небольшой музыкальной фразы. Это свидетельствуетоб исправности аудио подсистемы РС. Если же аудиоинформация не выводится, тоэто – симптом неисправности аудио подсистемы, или конфликтов звуковой карты сдругим периферийным устройством.
Тестирующих программ для звуковых карт еще не много, поэтомурекомендуется следующий порядок локализации неисправностей аудио-подсистемы посимптомам:
1. нет звука:
— проверить, подключены ли звуковые колонки;
— подключены они к гнезду линейного или мощного выхода видеокарты, всоответствии с типом использующихся колонок;
— подается ли питание на активные колонки;
— правильно ли настроен программный микшер (регулировка громкости бываети на колонках, и в окне программы воспроизведения);
— проверить, совместима ли текущая программа с данной звуковой картой(часто игры требуют конкретных настроек звуковой карты);
2.работает только один из двух каналов:
— не используется ли двухконтактная вилка для подключения стереофоническойсистемы;
— загружен ли драйвер звуковой карты(без его загрузки через файл config.sys, в некоторых платах работает только левый канал);
3. треск в громкоговорителях:
— не расположена ли звуковая карта слишком близко к другим картамрасширения (звуковую карту следует располагать в слот, максимально удаленный отдругих карт);
— не расположены ли активные колонки слишком близко отвидеомонитора;
4. после установки звуковой картыкомпьютер не запускается:
— причина может быть в том, что карта не полностью вставлена в слот;
5. появляются ошибки четности и зависания:
— нет ли конфликта из-за использования одного из каналов ПДП одновременнозвуковой картой и другим периферийным устройством;
— соответствует ли назначенный канал ПДП конкретной установленнойзвуковой карте;
— нет ли конфликта из-за адресов портов ввода-вывода;
— используется ли канал ПДП-1, для обеспечения совместимости с Sound Blaster;
6. после подключения звуковой карты перестал работатьджойстик:
— не используются ли сразу два игровых порта;
— не слишком ли быстродействующий компьютер для данной игры (некоторыеигровые порты плохо работают с быстродействующими компьютерами).
Контрольные вопросы.
1. Как можно протестировать аудио подсистему РС?
2. На какие каналы DMA можно конфигурировать звуковую карту?
3. Как проявляются конфликты звуковой карты из-за неправильногоназначения IRQ?
3.1.2.5)Функциональный контроль других периферийных устройств ввода и вывода информацииАПС.
Стандартные внешние периферийные устройства включают в себя принтер,плоттер, манипулятор «мышь», дигитайзер, сканер и модем.
Принтеры.
Существует множество разнообразных моделей принтеров, отличающихсяпо типам, скоростям работы и возможностям. По типам принтеров известны:матричные – струйный и ударного действия, и постраничные – лазерный. Каждый изэтих типов (и часто – моделей) принтеров имеет свои особенности автономной икомплексной проверки. С точки зрения технического обслуживания ихфункциональный контроль проводится в автономном и комплексном режимах.
Автономный контроль заключается в проверке отработки команд переводастроки, формата. запуска диагонального теста печати символов в автономномрежиме (Off Line), с использованием встроенной в контроллер принтератест-программы. Инструкция по эксплуатации каждого принтера содержит сведения озапуске автономного теста его проверки.
Комплексный функциональный контроль осуществляется в режиме связи скомпьютером (On Line), запуском печати специальных тест-наборов, сиспользованием различных общих или специализированных диагностических программ.Можно также проверить принтер штатной распечаткой каких-либо текстовых ибинарных файлов. Для быстрой проверки функционирования принтера можновоспользоваться в DOS клавишей , по которой DOS печатает содержимое экрана монитора. Если печатает нормально, а прикладная программа – нет,то проблема заключена – в неправильном драйвере принтера, или неправильныхпараметрах связи (конфигурация принтера), или испорченном печатаемом файле.
Плоттеры.
Плоттеры(графопостроители) распространены в проектных иархитектурных организациях, и используют векторный принцип формированияизображений на бумажном носителе. В отличие от других периферийных устройств,таких как принтеры и модемы, которые конфигурируются и управляются самимкомпьютером, плоттер нужно конфигурировать как из компьютера, так и из самогоплоттера. Так, многие из его параметров, такие как скорость перемещениярисующего пера и точность его позиционирования, можно выбирать на самомплоттере и даже переключать их, в процессе его работы. Плоттер является однимиз самых сложных устройств, в плане его подключения к компьютеру, т. к. едва лине каждая из прикладных программ требует особой конфигурации соединительногокабеля. Так, определенный плоттер может удовлетворительно работать, например, спрограммой САПР, но не сможет работать с программой – планировщиком проекта.Такие приложения плоттера, как программы CAD, планировщики проектов и графические программы, какправило, поддерживают весь спектр плоттеров, а языки взаимодействия с плоттеромиспользуются такие как HPGL (Hewlett-Packard Graphics Language) и HIPLOT (Houston Instruments Plotter Language).
Независимо от форматов бумаги и типов устройств, все плоттеры являютсяодним из наиболее сложных для конфигурирования ВУ. Использование плоттеровболее чем с одной прикладной программой может вызвать проблемы. Плоттеры обычноиспользуют для связи с компьютером последовательный порт, имеющий достаточноширокий спектр интерфейсов связи, но большая часть прикладных программ можетиспользовать только специальные интерфейсы управления СОМ-портом, чтотребует специального конфигурирования плоттера и переключений конфигурацииплоттера при переходе к другой прикладной программе.
Если плоттер будет использоваться с различными приложениями, такими как CAD, планировщик проектов, программырисования, демонстрационная графика, и с приложениями для Windows, то нужно позаботиться о необходимыхдрайверах именно для каждого из приложений, и о соответствующемконфигурированием компьютера и самого плоттера.
Прежде всего, нужно обеспечить одинаковость у плоттера и порта такихсогласованных параметров связи, как:
– скорость передачи данных (в бодах),
– количество передаваемых бит за одну передачу (7 или 8),
– число битов синхронизации (стоповых бит – 1, 2, или 0),
– контроль передаваемой информации по четности, или нечетности, илиотсутствие контроля.
Правильное взаимодействие плоттера и компьютера должны не толькоиспользовать один и тот же язык протоколов – скорости связи и назначенияслужебных бит, но и одинаковый метод управления потоками данных (аппаратное илипрограммное квитирование).
Дигитайзеры.
Дигитайзер (сколка), как известно, предназначен для оцифровки различныхточек на планшете дигитайзера, например, углов, начал линий, их пересечений ит. д.
При подключении дигитайзера нужно выполнить его конфигурирование,определяющее параметры его связи с портом компьютера и режим эмуляции,соответствующие порту подключения, драйверу дигитайзера и используемойприкладной программе. Например, нужно указать адрес СОМ-порта, номер моделидигитайзера, тип наводчика, режим работы (абсолютные или относительные координаты),тип функционирования (с опросом, или управляемое прерыванием) и т. д.Естественно, эти установки должны соответствовать допустимым установкам самогодигитайзера.
Функциональный контроль устройства можно провести с использованиемспециальной тест-программы и специального эталонного шаблона. Для этогооператор устанавливает вручную наводчик дигитайзера на нужные точки шаблона инажимает соответствующие кнопки наводчика. При этом координаты соответствующихточек и функции кнопок передаются тест-программе, которая определяет точность иправильность функционирования дигитайзера.
Сканеры.
Сканер, как известно, предназначен для перевода изображений в цифровой,компьютерный вид. Для сканера, как и для принтера, основная характеристика—этоего разрешающая способность, измеряемая в количестве точек на дюйм. Насамом деле, параметров разрешающей способности у сканера два – оптическое(реальное) и программное. Оптическое – это показатель первичного сканирования;впоследствии, программными методами, сканер может повысить качество изображенияи, соответственно, его разрешение. Так, оптическое разрешение может составлять300х600 dpi, а программное – до 4800х4800 dpi. Разрешение сканера, как и монитора.имеет два показателя – разрешение по горизонтали и – разрешение по вертикали.Например, 600х600, 600х300, 800х1200 dpi, но чаще всего употребляют только первое значение. Для сканированиякартинок и распознавания текста, вполне достаточно 600 dpi, а просто для хранения и воспроизведения фотографий вмасштабе 1:1 достаточно и 150 dpi.Если нужно будет потом масштабировать картинку, потребуется несколько большееразрешение, но и здесь 200dpi –разумный предел. При дальнейшем увеличении разрешения качество изображения наэкране монитора не улучшится, а объем его хранения возрастет до немыслимыхразмеров. Например, полноцветное изображение формата А4, сканированное сразрешением 800 dpi займет десяткимегабайт. Для распечатки картинки на цветном струйном принтере или черно-беломлазерном – достаточно разрешения 600dpi.
Другой показатель сканера – разрядность, означающая количествобайт информации для оцифровки каждой точки и количество цветов, распознаваемыхсканером; 24 бита соответствует 16,7 миллионам цветов, 30 бит – миллиарду.
Ручные сканеры – небольшие, дешевые, но сложны в эксплуатации: требуетсямедленно и равномерно проводить этим устройством по всей поверхностисканируемого изображения. Они поддерживают разрешение до 800х800 dpi, а разрядность – 24 бит. Главныйнедостаток ручных сканеров – размер сканируемого изображения, помещающийся вфотоприемник сканера, обычно не превышающий
10 см. Этого достаточно для сканирования фотографии или страницы книгинебольшого формата, но сканирование страницы журнала придется выполнять внесколько приемов и затем программно-ручным способом долго и трудно«склеивать» изображение.
Планшетные сканеры используют принцип проекции сканируемого листа черезобъектив на светочувствительную матрицу, которая затем уже сканируетсятелевизионным способом и оцифровывается. Это сканеры самого широкого иуниверсального применения. Есть сканеры с перемещаемой апертурной линейкой,наподобие ксерокса, или с протяжкой сканируемого листа относительно неподвижнойапертурной линейки фотодатчиков.
Для техника-обслуживателя СВТ важным является показатель типа интерфейсаподключения сканера. Сканеры с интерфейсом SCSI требуют SCSI-хост-адаптера, часто поставляющегося вместе со сканером. Сканеры синтерфейсом параллельного порта просто подключаются к разъему LPT-порта, но карта
LPT-порта должна иметь полный LPT-интерфейс, как для передачи, так идля приема данных., Из-за низкой пропускной способности LPT-порта, такой сканер будет работатьочень медленно. Если компьютер имеет шину USB, то сканер по скорости работымало уступит SCSI, а удобства подключения и наращивания
USB-устройств окупают все издержки. Припокупке сканера нужно тщательно проследить за комплектностью поставки:
– инструкции по эксплуатации (на русском языке),
– компакт-диска с программным обеспечением (драйверы для Windows 95/98/ME/XP, специальныепрограммы редактирования изображений и распознавания текста, например, FineReader Lite или Cuneiform),
– и, если это сканер со SCSI-интерфейсом,– плата Host-адаптера.
Техническое обслуживание сканеров заключается в периодическом удалениибумажной пыли с механизма подачи листов или перемещения апертурной линейки и –в осторожном удалении пыли с ее фотодатчиков, с помощью мягкой кисточки.Стандартные программы общего тестирования не тестируют сканеров, а дляспециальных – требуются листы с тест-шаблонами. Их отсканированные иоцифрованные изображения программа сравнивает с эталонной цифровой информацией.
Контрольные вопросы.
1. Какими средствами может быть протестирован принтер?
2. Какие параметры плоттера нужно согласовывать с LPT -портом и при какомусловии?
3. Как тестируется дигитайзер?
4. Какие требования предъявляются к LPT-порту при подключении к немусканера?
5. Как следует подключать сканер для обеспечения максимальной скоростиего работы?
3.1.3 Контроль и диагностика неисправностей средств коммуникацииРС.
3.1.3.1) Контроль и диагностика неисправностей СОМ-портов
Конфигурирование СОМ-портов.
Управление последовательным портом разделяется на два этапа:предварительное конфигурирование аппаратных средств порта (через SetUp), и текущее (оперативное) переключениережимов работы прикладным или системным программным обеспечением. Способ ивозможности конфигурирования
СОМ-порта определяются его исполнением и размещением. Порт, расположенный наплате расширения, устанавливаемой в слот ISA, конфигурируется перемычками на самой карте, арасположенный на системной плате – программно, через утилиту SetUp.
Чтобы правильно сконфигурировать платы портов, придется переставлять наних перемычки или переключать соответствующие переключатели, а т. к. подобныхплат существует множество типов, то сведения об их конфигурировании, следуетискать в инструкции по эксплуатации конкретной платы.
Конфигурированию подлежат:
1) базовый адрес, могущий иметь значения 3F8h, 2F8h, 3E8h, 2E8h. BIOS, перед загрузкой ОС, проверяет наличиеСОМ-портов и присваивает обнаруженным портам логические имена СОМ1, СОМ2, СОМ3и СОМ4 именно в такой последовательности;
2) используемая линия запроса прерывания для СОМ1 и СОМ3 – обычно IRQ4 или IRQ11, для СОМ2 и СОМ4 – IRQ3 или IRQ10.Прерывания необходимы для портов, к которым подключаются устройства ввода(мышь, дигитайзер), UPS и модемы. Присвязи двух компьютеров нуль-модемным кабелем, прерывания обычно неиспользуются;
3) использование канала DMAдля UART16450 или 16550 – это разрешение использования и номер канала DMA при работе с СОМ-портом, но сСОМ-портами режим DMA используетсяредко.
Лучше всего использовать для конфигурирования стандартные принятые дляСОМ-портов значения (таблица 3.1).
Проблема может возникнуть, когда BIOS регистрирует эти порты. Если оказывается, чтопоследовательный порт по адресу 3F8 необнаружен, а адрес 2F8 занят, скажем,модемом, то порту СОМ1 ошибочно присваивается адрес 2F8. Для СОМ1 зарезервирована линия IRQ4, но порт с адресом 2F8, будет использовать ресурсы СОМ2, т. е. линию IRQ3, а не IRQ4, и если теперь обращаться к СОМ1 через DOS, то выяснится, что последовательныйпорт или модем не работают.
Таблица 3.1 Стандартные адреса ввода-вывода и прерывания дляпоследовательных портов).
Тип шины
Порт
Адрес в\в
IRQ Все COM1 3F8 IRQ4 Все COM2 2F8 IRQ3 ISA COM3 3E8 IRQ4 ISA COM4 2E8 IRQ3 ISA COM3 3E0 IRQ4 ISA COM4 2E0 IRQ3 ISA COM3 338 IRQ4 ISA COM4 238 IRQ3
Другая проблема связана с тем, что в BIOS компьютеров с шиной ISA, не предусмотрена возможность использования СОМ3 иСОМ4. Поэтому DOS-команда MODE не может быть выполнена для последовательных портов сномерами больше, чем 2. DOSполучает информацию об устройствах ввода-вывода от BIOS, которая, в свою очередь, идентифицирует подключенныеустройства при выполнении процедуры POST. При этом в старых компьютерах проверяются только два первых их всехвозможных установленных портов. Существуют вспомогательные программы,позволяющие добавить в BIOSинформацию о СОМ-портах, делая их доступными для DOS, например, программа Port Finder. Активизируя дополнительные порты, эта программапозволяет обращаться к СОМ3 и СОМ4 программам, в которых такая возможностьзаранее не предусматривалась.
Для дополнительных портов должны использоваться и отдельные прерывания,но, как видно из таблицы 1.3, СОМ-портам назначены всего два запроса – IRQ3 и IRQ4. Поэтому, все подключаемые
СОМ-порты должны быть разбиты на две группы так, чтобы с портами, использующимиодно и то же IRQ, работали внешние устройства,которые не будут работать одновременно, а одновременно работающиеПУ – использовали порты с разными прерываниями.
Режим работы порта по умолчанию: 2400 бит/сек, 7 бит данных, 1 стоп-бит.Режим работы и использование контроля четности, заданные при инициализациипорта во время работы BIOS,может изменяться в любой момент времени (оперативное переключение) самойприкладной программой, или командой DOS MODE COMx: с указанием соответствующихпараметров.
Неисправности и тестирование СОМ-портов.
Тестирование последовательных портов начинают с проверки их опознаваниясистемой. Список адресов обнаруженных портов указывается в таблице, выводимой BIOS на экран перед загрузкой DОS. Если BIOS обнаруживает меньше портов, чемустановлено физически, то, вероятно, каким-либо двум портам присвоен один и тотже адрес. Эту ошибку может обнаружить тест-программа только с использованиемвнешней заглушки (ExternalLoop Back), т. к. без заглушки, конфликтующие, но исправныепорты, будут работать параллельно, обеспечивая совпадение считанной информации.Если физически установлен один порт и его не обнаруживает BIOS, то причины могут быть в том, чтопорт был отключен при конфигурировании, или вышел из строя (чаще всего, из-занарушения правил подключения).
При работе СОМ-порта с мышью или модемом, последние могут не работатьиз-за некорректной настройки аппаратного прерывания.
В первом приближении, СОМ-порт можно протестировать диагностическойпрограммой, например, CheckItили NDiags без использования заглушек. Этот режим проверяетфункционирование контроллера UART(внутренний диагностический режим) и выработку прерываний, но не затрагиваетвходные и выходные формирователи. Если тест без заглушки не проходит, топричину следует искать или в конфликте адресов, прерываний, или в самомконтроллере UART.
Для более достоверного тестирования, следует использовать тестирование свнешней заглушкой.
СОМ-порт использует большее количество входных сигналов чем количествовыходных, так что возможно выполнить полную проверку всех цепей и сигналов.
Заглушка соединяет входы приемников с выходами некоторых передатчиков,замыкая информационную петлю, или петлю управления-квитирования. Обязательнаядля всех заглушек перемычка RTS – CTS позволяет работать передатчику, безнее информация не может передаваться. Выходной сигнал DTR используется программой CheckIt для проверки входных линий DSR, DCD и RI.
Если тест без заглушки проходит, а с заглушкой – нет, то дефект следуетискать во внешних формирователях, или их питании +/– 12 В, с помощьюосциллографа или вольтметра. Рекомендуется следующая последовательностьпроверки:
1. проверить наличие двуполярного питания выходных схем передатчиков;
2. проверить напряжение на выходах TхD, RTS и DTR. После аппаратного сброса, на выходе TхD должен быть отрицательный потенциал порядка –12 вольт, а навыходах RTS и DTR – такой же положительный;
3. соединив контакты линий RTS и CTS (или установив заглушку), попытатьсявывести на СОМ-порт небольшой файл (например, командой COPY C:\autoexec.bat COM1). С исправным портом эта команда успешно выполнится занесколько секунд, с сообщением об успешном копировании. Во время этого выводапотенциалы на выходах RTS и DTR должны измениться на отрицательные,а на выходе TхD должна появиться пачка двуполярных импульсов с амплитудойболее 5 вольт. Если потенциалы RTS и DTR не изменились, то ошибка заключенавсе-таки в буферных формирователях. Если на выходе RTS (и входе CTS) появился отрицательный потенциал, а команда COPY выполнилась с ошибкой, то, вероятно, вышел из строяприемник на линии CTS. Если команда COPY проходит успешно, а измененияпотенциала на выходе TхD не обнаруживаются, то виноватбуферный передатчик сигнала TхD.
Возможности ремонта СОМ-порта однозначно определяются его исполнением:интегрированы, или нет буферные формирователи прямо в состав интерфейсной БИС.
Неисправный СОМ-порт, установленный на системной плате, можно отключитьопциями BIOS SetUp.
Сам формат асинхронной посылки уже позволяет выявить некоторые извозможных ошибок передачи:
1) если принят положительный перепад (передний фронт старт-бита),сигнализирующий о начале посылки, а по стробу старт-бита зафиксирован уровеньлогической единицы (нижний уровень), то старт-бит считается фантомным иприемник снова переходит в состояние ожидания;
2) если во время, отведенное под стоп-бит (стоп-биты), обнаружен уровеньлогической единицы, то фиксируется ошибка стоп-бита;
3) если передача оговорена с передачей бита паритета, а байт принят снарушением паритета по четности, или нечетности, (что оговаривается передначалом передачи), то фиксируется ошибка передачи данных;
4) если произойдет обрыв линии данных, что принимается портом залогический нуль, то приемник примет его за стартовый бит, затем будут приняты 8нулевых бит, но логический нуль на месте стоп-бита будет свидетельствовать обошибке формата передачи.
Контрольные вопросы.
1. Что подлежит конфигурированию в параметрах СОМ-порта?
2. Как можно использовать СОМ3 и СОМ4 при их работе с шиной ISA?
3. Что требуется для полной проверки и диагностики СОМ-портов?
4. Сигналами каких уровней обменивается стандартный СОМ-порт стерминальными устройствами?
5.Как можно отключить неисправный СОМ-порт, еси он интегрирован насистемную плату РС?
3.1.3.2)Контроль и диагностика LPT-портов
Конфигурирование LPT-портов зависит от их исполнения иразмещения. Порт, расположенный на плате расширения, устанавливаемой в слот ISA или ISA+VLB,конфигурируется установкой соответствующих перемычек на самой плате, а порт,размещенный на системной плате, обычно конфигурируется программно, черезутилиту BIOS SetUp.
Управление параллельным портом разделяется на два этапа – предварительноеконфигурирование через Setupаппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимовприкладным или системным программным обеспечением.
Конфигурированию подлежат следующие параметры порта:
Базовый адрес. По умолчанию LPT1конфигурируется на адрес 378h, LPT2 – на адрес 287h, но эти их адреса, при необходимости, впоследствии могутбыть программно переключены так, чтобы каждый порт имел собственный уникальныйадрес.
Линия запроса прерывания. Для LPT1обычно используется IRQ7, а для LPT2 – IRQ5. Если же, как в большинстве “настольных” примененийРС, прерывания от принтера не используются вообще, то эти прерывания могут бытьназначены другим периферийным устройствам.
Каналы DMAиспользуютсядля режимов ECP и Fast Centronics, что и устанавливается понеобходимости. Канал DMA,для использования LPT-портом, можетбыть назначен любой из свободных. Если же свободного канала нет, то можноназначить тот канал, который уже назначен другому ПУ, но которое не будетработать одновременно с портом.
Тестирование параллельных портов следует начинать с проверки ихналичия в АПС. Их список указывается в таблице, выводимой BIOS на экран перед загрузкой DOS, или его можно просмотреть с помощьютест-программы или отладчика.
Тестирование параллельных портов.
Наличие в компьютере параллельных и последовательных портов можнопроверить с помощью отладчика Debugger. Для этого в командной строке отладчика DEBUG набирается
D40:0 ENTER>
При этом не дисплей выведется информация из системной области BIOS, например,
040: F8 03 00 00 00 00 00 00 BC03 00 00 00 00 00 00
которая интерпретируется следующим образом:
03F8, – адрес зарегистрированного портаСОМ1;
три группы, из четырех нулей каждая, свидетельствуют о том, что портыСОМ2, СОМ-3, СОМ-4 в системе не зарегистрированы (отсутствуют);
03ВС – адрес зарегистрированного порта LPT1;
следующие группы, по четыре нуля в каждой, означают, что порты LPT2, LPT-3, LPT-4в системе не зарегистрированы (отсутствуют).
Если выведенный список портов меньше реально установленных, то, вероятно,некоторые из портов имеют одинаковые базовые адреса (при этом работоспособностьтаких портов не гарантируется), либо какие-то порты отключены приконфигурировании, или неисправны.
Тестирование портов рекомендуется производить с помощью диагностическихпрограмм. Это позволяет протестировать их внутренние регистры, а приналичии специальных заглушек, устанавливаемых при тестировании навыходные разъемы, – и приемники-передатчики входных и выходных линий портов.В заглушке установлены перемычки между контактами, соответствующими тестируемымвходным и выходным линиям порта, и образуют, таким образом, петли обратнойсвязи для передаваемых и принимаемых портом сигналов интерфейса. Посколькуколичество выходных линий LPT-порта(12) и входных (5) различно, то полная проверка порта с помощьюпассивной заглушки принципиально невозможна.
Кроме того, разные тест-программы написаны, чаще всего, дляопределенных комбинаций соединений в заглушке и требуют для проверки порта специальнона них ориентированных заглушек. Например, для программы CheckIt требуется заглушка, в которойсоединены следующие контакты:
Data 0 (2) — Error (15)
Strobe# (1) — Select (13)
Init#(16) — Ack# (10)
Slct In# (17) — Busy (11)
Auto LF (14) — PaperEnd (12)
Понятно, что при этом останутся непроверенными выходы Data 1 – Data 7 регистра данных.
Для программ ROM Diagnostic, NDiags, PC-doctor – требуются иные, свои комбинации перемычек назаглушке.
Часто неисправности параллельных портов происходят по вине соединительныхкабелей и разъемов. Для проверки порта, кабеля и принтера можно воспользоватьсяспециальными тестами из популярных тест-программ, или попытаться вывести напринтер какой-нибудь символьный файл.
1) Если вывод файла, с точки зрения DOS, проходит (DOS сообщает, что копирование файла на PRN успешно выполнено), а на исправном принтере ничего непечатается, вероятно, имеет место обрыв в кабеле или неконтакт в разъеме цепи STROBE#.
2) Если принтер находится в режиме On Line, а приходит сообщение о его неготовности (Not Ready Error), то причину ошибки нужно искать в линии Busy.
3) Если принтер при печати искажает информацию, то возможно замыкание илиобрыв линий данных. Для определения дефектной линии можно воспользоватьсяфайлом печати последовательных кодов всех печатаемых символов. Тогда, попериодичности повторов некоторых символов или их групп, можно будет вычислитьнеисправную линию данных интерфейса.
4) Если принтер, подключенный к порту, в стандартном режиме (SPP) печатает нормально, а при переходена режим ЕСР начинаются сбои, то следует проверить, соответствует ли кабельтребованиям стандарта IEEE1284. Кабели с неперевитыми проводами нормально работают на скоростях 50-100Кбайт/сек, но на скоростях 1-2 Мбайт/сек, LPT-порт может ошибаться, особенно при длине кабеля болеедвух метров.
5) Если при установке драйвера PnP-принтера появилось сообщение, что необходим двунаправленный кабель,следует проверить наличие связи контакта 17 разъема DB-25 с контактом 36 разъема Centronics.
Контрольные вопросы.
1. Какие адреса и запросы прерываний могут иметь LPT-порты?
2. Как можно проверить наличие зарегистрированных в РС СОМ- и LPT-портов?
3. Как проще всего проверить функционирование LPT-порта вместе с подключенным принтером?
4. Какие два этапа конфигурирования использует LPT-порт?
6. Почему LPT-порт не можетбыть протестирован полностью даже с заглушкой?
3.1.3.3)Диагностика неисправностей средств сетевых коммуникаций АПС
Конфигурирование сетевого адаптера подразумевает его настройку наиспользование системных ресурсов РС и выбор среды передачи. Конфигурированиеосуществляется с помощью установок переключателей (Jumper less) или программно(Software configuration), с сохранением параметров вэнергонезависимой памяти адаптера. Программное конфигурирование выполняется спомощью специальной DOS-утилиты,поставляемой для конкретной модели, или семейства совместимых адаптеров, иликонфигурируется системой P&P.
Базовый адрес используемой области портов и номер прерывания выбираютсятак, чтобы не возникало конфликтов с системными устройствами РС и другимиадаптерами ввода-вывода.
Разделяемая память (AdapterRAM) адаптера, буфер для передаваемых ипринимаемых пакетов данных, обычно приписывается к области верхней памяти (UMA), лежащей в диапазоне адресов A0000h – FFFFFh,Дополнительные модули ROM BIOS адаптераобычно устанавливаются только для удаленной загрузки (Boot ROM) и такжеприписываются к UMA. Теневуюпамять (Shadow RAM) и кэширование на область Adapter RAM задавать нельзя, а на область Boot ROM –бессмысленно.
При ошибочном задании адресов RAM и ROM с перекрытием областейвидеоадаптера, компьютер или перестанет загружаться из-за ошибки тестированиявидеоадаптера, или загрузится со “слепым” экраном, что опасно для программно-конфигурируемыхадаптеров.
Локализация неисправностей в сети на примере сети Ethernet.
Симптомами неисправностей сети могут быть:
— снижение пропускной способности;
— зависание передачи;
— «замораживание» сети;
— потери связи с одним из абонентов;
— потери связи с целым сегментом сети.
Снижение пропускной способности сети происходит либо из-за зашумленияпередаваемых данных посторонними источниками помех, либо из-за перегрузок сети,либо вызываются неисправностями сетевого оборудования (сетевые карты, концентраторы,маршрутизаторы, мосты), или среды передачи данных (соединительные кабели,разъемы и т. д.). Во всех этих случаях передаваемые информационные пакетыискажаются, что обнаруживается на приемном конце связи по несовпадениюконтрольного кода (CRC), сопровождающего передачу текущего пакета. Это приводитк повторным передачам пакета до тех пор, пока он не будет передан безошибочно.Случайные ошибки, таким образом, устраняются, а жесткие приводят к зависаниюпередачи, что могло бы вообще выключить из работы весь сбойный участок сети.Для недопущения этого, передачи по сети контролируются охранным таймером, попереполнению которого связь принудительно прерывается.
Если дефект проявляется в большом сегменте сети со многими абонентами, ноотключение связи по таймеру не происходит (пакеты данных в конце концовпередаются), то резко падает пропускная способность сети, что характеризуетсякак «замораживание» сети.
Потеря связи с одним из абонентов сети свидетельствуют о неисправностилибо сетевого оборудования (хаб, сетевая карта), либо луча связи при топологии«звезда».
Потеря связи с целым сегментом сети происходит обычно принеисправностях в сетеобразующем оборудовании – концентраторе, маршрутизаторе ит. п.
Для оценки пропускной способности сети лучше всего воспользоватьсяанализом сетевого протокола, в котором обязательно будут зафиксированы фактыповторных передач пакетов и, если их количество превышает 1-2% от общего числапередач, то это свидетельствует о неисправности в сети. Для анализа протокола существуетанализатор протокола – аппаратно-программное устройство, позволяющее физическиподключиться к сети и перехватывать данные, передаваемые по кабелю сети,декодируя и анализируя некоторые из них. Обычно это персональный компьютер ссетевой платой, соответствующей топологии, и программным обеспечением сетевогоанализа.
Затруднения с передачей данных могут возникать и вследствие дефектов средыпередачи – кабельных и других соединений. В среде Ethernet лучшим способомпоиска неисправностей на физическом уровне сети является использованиерефлектометра временной области TDR (Time Domain Reflectometer). Существуютспециализированные TDR, но многие анализаторы протоколов тоже могут выполнятьфункции анализа ТDR.
Цель проверок – выяснить наличие обрывов или коротких замыканий вкабельном сегменте, или отдельном абонентском кабеле. Следует иметь в виду, чтокабель Ethernet важно изолировать от воздействия различных электроприборов,таких как флуоресцентные источники света, кондиционеры, высоковольтные сети переменноготока и т. д. Особенно чувствительны к таким помехам кабельные сегменты,выполненные на неэкранированной витой паре
Качественный TDR позволяет выявить также наличие перегибов в кабеле, илиего пережимов, по наличию отражений сигналов, причем может быть выявлен нетолько сам факт повреждения, но и определено примерное расстояние доточки повреждения. Затухание сигналов в среде передачи (attenuation) тоже можетбыть определено с помощью TDR, так что рефлектометр временной области являетсяочень ценным инструментом для точного количественного тестирования кабельныхсегментов Ethernet.
Для локализации неисправностей в модемах, при связях через телефонные илителеграфные линии, применяется похожее аппаратно-программное устройство –модем-тестер или модем-доктор (modem-tester, modem-doctor), позволяющиепроанализировать протокол связей, и, подобный Ethernet, рефлектометр TDR.
Контрольные вопросы.
1. Какие параметры задаются при конфигурировании сетевой карты?
2. Какими средствами может выполняться конфигурирование сетевой карты?
3. Для чего на сетевой карте может быть BOOT ROM?
4. Какими могут быть симптомы неисправностей сети?
5. Как можно оценить пропускную способность сети?
6. Какой способ применяется при поиске неисправностей в среде передачиданных по сети?
3.1.4 Контроль и диагностика устройств на сменных носителях
3.1.4.1) Контроль и диагностика накопителей на гибкихмагнитных дисках
Большинство проблем в накопителях на гибких дисках возникает из-занеправильного их конфигурирования, установки или эксплуатации.
Часто при установке НГМД совершается одна и та же ошибка: на 34-й выводинтерфейсного разъема подается не тот сигнал. Все дисководы, кроме дисководовна 360 Кбайт, должны подавать через этот вывод на контроллер сигнал сменыдискеты, и если этого сигнала нет, то могут появляться каталоги-призраки. Так,при чтении дискеты, в промежуточном буфере (ОЗУ) запоминается информация FAT и корневого каталога этой дискеты, аесли дискета заменяется, то старая информация в буфере становится не тольконеверной, но и опасной, т. к. при записи новой информации она может попасть вкластеры, бывшими свободными на первой дискете (в соответствии с ее FAT), но – занятые на второй дискете.Это неизбежно приведет к ошибкам в FAT второй дискеты. Так что области FAT и ROOTпри смене дискеты должны быть обязательно перечитаны заново. Именно сигналсмены дискеты (DC – Discette Cange) и вырабатывается специальным датчиком, привытаскивании дискеты из дисковода. Если в дисководе имеются для этого контактыспециальной перемычки сигнала смены дискеты DC, то перемычка обязательно должна быть установлена. Подобныйдефект может появиться и из-за неисправности самого датчика смены дискеты.
Другая причина неверной работы НГМД – неправильная установка параметровНГМД в
CMOS-памяти компьютера. В этом случае, спомощью утилиты Setup, нужнопроверить и установить тип дисковода, соответственно подключенному. Еслииспользуется соединительный шлейф с перекруткой
10-го – 16-го проводов, то дисковод, подключенный после перекрутки,будет идентифицироваться как А:, до перекрутки – как В. Сами дисководы при этомдолжны быть оба сконфигурированы как DS1, если адресные перемычки на дисководе промаркированы как DS0, DS1, DS2 и DS3, или как DS2, если перемычки промаркированы как DS1, DS2, DS3 и DS4.
Симптом нормальной работы дисковода со своими собственными дискетами иошибки чтения при использовании дискет, записанных на другом дисководе,свидетельствует о разъюстированности одного, или обоих дисководов.Юстировка дисковода производится с помощью специальной юстировочной дискеты,осциллографа и специальной программы (CheckFD), или сервисного оборудования (FD-тестер).
Смысл юстировки заключается в следующем:
1) установка строго перпендикулярного положения магнитного зазора головкиотносительно дорожки записи (азимутальная юстировка);
2) регулировка движения головок при позиционировании точно по радиусудискеты (тангенциальная юстировка);
3) установка срабатывания датчика нулевой дорожки в точном соответствии снулевой дорожкой эталонной (юстировочной) дискеты (тоже радиальная юстировка).
Инструкция по юстировке дисковода поставляется вместе с юстировочнойдискетой. Юстировочная дискета записывается на специальном оборудовании,содержит юстировочные сигналы в аналоговой форме и не может быть созданаили скопирована обычными средствами компьютера.
Контроль работы дисковода в рабочем режиме, осуществляется драйверомдисковода и состоит:
1) в проверке правильности поиска сектора – по сравнению содержимогоадресного маркера сектора, с координатами искомого сектора, имеющимися нарегистрах контроллера дисковода;
2) в правильности считанной из поля данных информации – подсчетом исравнением подсчитанной циклической контрольной суммы данных сектора с кодомCRC, записанным в том же секторе.
Профилактический контроль работоспособности дисковода выполняется сиспользованием тест-программ общего тестирования (CheckIt, NDiags,PC-doctor и т. п.) или специальных программ (CheckFD).
Контрольные вопросы.
1. По каким причинам может не работать в системе вполне исправный НГМД?
2. О чем свидетельствует симптом нормальной работы дисковода ссобственными дискетами и ошибки чтения чужих дискет?
3. Как защищаются НГМД от ошибок позиционирования?
4. Как защищаются НГМД от информационных ошибок?
5. Как можно проверить функционирование дисковода?
6. Как осуществляется контроль функционирования дисководов, при работеприложений на РС?
3.1.4.2) Контроль и диагностика других накопителей на съемныхносителях
Съемные накопители на жестких дисках (Mobile Rack) могут тестироваться идиагностиоваться традиционными методами, как обычные НЖМД. С тестированиемдисков Бернулли, кассетных жестких дисков, жестких или гибких магнитооптическихдисков дело обстоит хуже. Эти накопители мало распространены, поэтомутестирующих программ общего применения для них еще не написано. Принеобходимости, сведения по их тестированию следует искать через интернет, насайтах конференций по данным вопросам. Для тестирования широко распространенныхоптических дисков и дисководов CD-ROM и DVD, тест-программ под MS DOS ненаписано, т. к. они появились значительно позже, но можно использовать версииCheckIt для Windows – Checkit Pro Analist и более современную версию WINCheckit6.5. Инструкции по их применению имеются в комплектах поставок этих программныхпродуктов.
3.2 Контроль функционирования аппаратно-программныхкомплексов
Аппаратно-программные комплексы, как известно, строятся на комплексе АПСи, кроме самостоятельного тестирования входящих в него АПС, могут бытьпроверены на функционирование в комплексе, с помощью комплексных тестов.Примеры таких комплексных тестов – программы СКАТ (Система КомплексногоАвтоматизированного Тестирования) и АИСТ (Автоматизированная ИнтерактивнаяСистема Тестирования), которые запускаются, по специальному заданию оператора.Эти системы выполняют до 120 одновременно решающихся комплексом вычислительныхзадач, на фоне разнообразных операций ввода-вывода на обобщенных для всегокомплекса периферийных устройствах.
Это самый тяжелый режим работы комплекса. При возникновении отказов, сбоев,конфликтных ситуаций, СКАТ автоматически переходит в режим изоляции,постепенно, по-очереди, выключая из работы отдельные составляющие комплекса(общие периферийные устройства, отдельные АПС, входящие в комплекс), – доустранения обнаруженных коллизий. Режим изоляции повторяется несколько раз, сдругим порядком исключения компонент комплекса. Выделенные при этом сбойныекомпоненты комплекса из работы и тестирования автоматически исключаются, а вконце тестирования СКАТ распечатывает обобщенные результаты теста, для анализаих оператором. Параметры тестирования и режима изоляции заранее задаютсяоператором в диалоге со СКАТ, или могут использоваться установки этихпараметров, по умолчанию.
АИСТ имеет особенность в том, что, при обнаружении ошибок функционирования,сразу, не прекращая работы, сообщает оператору – где, когда, в каком режимеобнаружены нарушения функционирования. Оператор, в свою очередь, также, непрекращая работы комплексной
тест-программы, может внести в режим тестирования свои коррективы, длялокализации мест неисправностей. В конце работы весь протокол тестированияраспечатывается.
Ошибки функционирования АПК, за исключением ошибок каналообразующейаппаратуры, являются, в общем, ошибками отдельных АПС, входящих в состав АПК.Так что, с использованием комплексных тестов, определяют симптоматикунеисправности комплекса в целом, а по этой симптоматике, – вероятный источникошибок, конкретную АПС. Диагностика же неисправностей функционирования АПС иее, или обобщенных для всего АПК, периферийных устройств проводится так, какэто уже было описано выше, в подразделе 3.1 настоящего учебного пособия.
Контрольные вопросы.
1. Как можно проверить работоспособность АКП в целом?
2. Как можнопроверить функционирование АПС, входящих в комплекс?
Заключение
Изложенные в настоящем учебном пособии сведения об архитектуреперсонального компьютера и его составляющих, указания по техническомуобслуживанию, конфигурированию его периферийных устройств, формированиюпрограммной конфигурации АПС, необходимой стандартной и специальной сервиснойаппаратуре, инструментарию и приемах разборки и сборки компьютеров, о принципахи методах тестирования и локализации неисправностей РС с использованиемпрограммных, аппаратных и аппаратно-программных средств, функциональномуконтролю СВТ, АПС и АПК, совместно с двумя остальными дисциплинамиспециализации 2201.01 «Техническое обслуживание СВТ» и«Системотехническое обслуживание СВТ» необходимы и достаточны, вкачестве базовых, для формирования профессиональной подготовки специалистов –техников по техническому обслуживанию, эксплуатации и ремонту СВТ, выполненныхна базе персональных компьютеров.
Данное учебное пособие является составной частью учебно-методическогокомплекса и, вместе с приобретенными, при выполнении студентами лабораторныхработ и практики, навыками диагностики неисправностей, позволяет, всоответствии с Государственным образовательным стандартом Министерстваобразования и науки Российской федерации, подготовить специалиста среднегозвена базового уровня подготовки – техника электроника по специальности 2201«ЭВМ, комплексы, системы и сети» специализации 2201.01«Техническое обслуживание средств вычислительной техники».
Согласованность, врамках Государственного образовательного стандарта, рабочих программ даннойдисциплины с аналогичными дисциплинами высших учебных заведений позволяетвыпускникам колледжа вычислительной техники продолжить, в плане непрерывногообучения, свое образование на старших курсах ВУЗ, соответствующего профиля.
Списокиспользованной литературы.
1. О. Степаненко. Техническое обслуживание иремонт IBM PC. Аппаратное обеспечение. «ДИАЛЕКТИКА», Киев, 1994.
2. Айден, Фибельман, Крамер. Аппаратныесредства РС. Энциклопедия аппаратных ресурсов персональных компьютеров.«BHV-СПБ», Санкт-Петербург,1996.
3. Гореликов С. Х. Накопители на дисках вIBM PC XT/AT и их контроллеры.
4. Поляков и др. IBM-совместимые РС и ихпериферийные устройства. Техническое описание, диагностика и ремонт. Книги 1,2,3 и т. д. «Computer Mechanics», М.,1993-96.
5. Стивен Симрин. Библия DOS,«ImpulsSoftware».
6. Михаил Гук. Аппаратные средства IBM PC.Энциклопедия. «Питер», сП-Б — М., Харьков, Минск, 2000.
7.Б. С. Богумирский. Руководствопользователя ПЭВМ. «Печатный двор», сП-Б,1994.
8.В. Э. Фигурнов. IBM PС для пользователя.изд. 7. «Инфра-М», М.,2002.
9. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонтперсональных компьютеров. «БИНОМ», М., 2000.
10. Б. Богумирский. Эффективная работа наIBM PC. «Питер Пресс», сПБ,1996.
11. П. Нортон, Дж. Гудман. Персональныйкомпьютер. Книга 1.Аппаратно-программная организация. BHV,Дюссельдорф, Киев, М., сПБ,1999.
12. А. Пилгрим. Персональный компьютер.Книга 2. Модернизация и ремонт. BHV, Дюссельдорф, Киев, М., сПБ,1999.
13. Персональный компьютер. Книга 3.«Питер пресс», Дюссельдорф, Киев, М., СПб, 1999.
14. В. П. Леонтьев. Новейшая энциклопедияперсонального компьютера 2003. «ОЛМА-ПРЕСС, М., 2003.
15. К. Паппас, Н. Марри. Микропроцессор80386. Справочник. „Радио и связь“, М.,1993.
16. И.А. Орлов, В.Ф. Корнюшко, В.В. Бурляев.Эксплуатация и ремонт ЭВМ, организация работы вычислительного центра.»Энергоатомиздат", М., 1989.
17. Руководство инженера, занимающегосяремонтом флоппи-дисков 5,25". Тверь, 1998.
18. Б. Богумирский. Эффективная работа на IBM PC в среде Windows 95.«ПИТЕР», сПБ, М., Харьков, Минск. 1997.
19. Ю.М.Платонов, Ю. Г. Уткин. Диагностика, ремонт и профилактика персональныхкомпьютеров. М.,”Горячая линия-Телеком”, 2002.
Словарьтерминов и сокращений
АИСТ – Автоматизированная Интерактивная Система Тестирования
АЛУ– Арифметико-Логическое Устройство
АРМ – Автоматизированное Рабочее Место
АСОД– Автоматизированная Система Обработки Данных
АСУ– Автоматизированная Система Управления
АЦ-режим – Алфавитно-Цифровой режим вывода данных на дисплей, принтер
АЦП – Аналого-Цифровой Преобразователь
АЦПУ – Алфавитно-Цифровое Печатающее Устройство параллельной печати
БИС – Большая Интегральная микро-Схема
БК– Блок Команд
БС – Байт Состояния абонента
БУС – Байт Уточненного Состояния абонента
ВПЗУ – Внешнее Постоянное Запоминающее Устройство (электронный диск)
ВС– Вычислительная Система
ВУ – Внешнее Устройство
ВЦ– Вычислительный Центр
ГТИ – Генератор Тактовых Импульсов
ДА– машинные операции Десятичной Арифметики
ДОС – Дисковая Операционная Система
ДТ – Диспетчер Тестов
ЕО– Ежедневное Обслуживание
ЕС– Единая Система ЭВМ
ЗИП– Запасное Имущество и Принадлежности
ЗУ–Запоминающее Устройство
ЗУПВ – Запоминающее Устройство Произвольной Выборки
ИМС – Интегральная Микро-Схема
ИМС КМОП – Интегральные Микро-Схемы, выполненные по КомплиментарнойМеталло-Оксидной Полупроводниковой технологии (полевые транзисторы)
ИМС ТТЛ – Интегральные Микро-Схемы Транзистор-Транзисторной Логики
ИМС ЭСЛ – Интегральные Микро-Схемы Эмиттерно-Связанной Логики
Интерфейс ВВ – стандартизованная система ввода-вывода информации в ЭВМ, ПЭВМ
КИ – Импульсы Кадровой синхронизации
КИА– Контрольно-Измерительная Аппаратура
КОП– Код ОПерации
КТПС – Комплекс Тестовых Программных Средств
КТС– Контроль Технического Состояния
ЛКС–Локальная Компьютерная Сеть
МкПц– МиКроПроЦессор
МкПцС – МиКроПроЦессорная Система
МЛ – Магнитная Лента (накопитель)
МОЗУ – Магнитное Оперативное Запоминающее Устройство
НГМД– Накопитель на Гибком Магнитном Диске
НЖМД– Накопитель на Жестком Магнитном Диске
НМД– Накопитель на Магнитном Диске
ОЗУ– Оперативное Запоминающее Устройство
ОС– Операционная Система
ОС ЕС – Операционная Система Единого Семейства ЭВМ
ПДП – контроллер Прямого Доступа в Память
ПЗУ– Постоянное Запоминающее Устройство
ПЗУМ – Постоянное Запоминающее Устройство Масочного типа
ПЛ – Перфоратор Ленточный
ПО– Программное Обеспечение
ПОС-40 – тип Свинцово-Оловянистого Припоя с 40%-содержанием олова
ППГ – магнитный материал с Прямоугольной Петлей Гистерезиса
ППИ – контроллер Программируемого Периферийного Интерфейса
ППТО – Планово-Профилактическое Техническое Обслуживание
ПРО– ПРофилактическое Обслуживание
ПТ– машинные операции с Плавающей Точкой (запятой)
ПУ– Периферийные Устройства
ПЭВМ– Персональная ЭВМ
Рг-ОЗУ– тип машинных операций типа Регистр – ОЗУ
Рг-Рг– тип машинных операций типа Регистр – Регистр
РИТМ– Рейтинговая Интенсивная Технология Модульного обучения
САТ Система Автономного Тестирования
СБИС — СверхБольшая Интегральная Схема
СВТ– Средства Вычислительной Техники
СВЧ – СверхВысокоЧастотное (оборудование)
СДП – СветоДиодная Панель, тип видеомонитора
СИ – Импульсы Строчной синхронизации
СКАТ – Система Комплексного Автономного Тестирования
СНАП – Системно-Независимая Административная Программа
СП – Соленоидный Привод позиционера головок НМД
СТО – СистемоТехническое Обслуживание
ТО – Техническое Обслуживание
ТОиДСВТ – Техническое Обслуживание и Диагностика СВТ (название учебной дисциплины)
ТТО– Текущее ТО
ТЭЗ– Типовой Элемент Замены
УВВ – Устройство Ввода-Вывода
Увв – Устройство ввода информации в ЭВМ,
Увыв – Устройство вывода информации из ЭВМ
УВПЛ — Устройство Ввода информации с ПерфоЛент
УПД – Устройство Передачи Данных ЭВМ
УТК – Установка Тестового Контроля (цифровых плат и ТЭЗ)
УТС – команда УТочнить Состояние
УУ – Устройство Управления
УУВУ – Устройство Управления Внешним Устройством
ФТ– машинные операции с Фиксированной Точкой (запятой)
ЦАП– Цифро-Аналоговый Преобразователь
ЦПУ– Центральное Процессорное Устройство
ШД – Шаговый Двигатель привода позиционера головок НМД
ЭВК– Электронный Вычислительный Комплекс
ЭВМ– Электронная Вычислительная Машина
ЭЛТ – Электонно-Лучевая Трубка (кинескоп)
ЭРИ-аппаратура– Электро-Радио-Измерительная аппаратура
ЭРЭ – Электро-Радио-Элементы
ABF (Address BuFfer) – буфер старшей части адреса
AGP (Accelerated Graphic Port – графический порт ускоренного вывода) – слотрасширения для подключения скоростной видеокарты
Anal Bus (Bus-Analyzer) – сервисная плата,анализатор системной шины РС
ASCII (American-Standard-Code-for-Information-Interchange) – американский стандартный кодпередачи информации в вычислительных системах
AT (Advanced Technology) – расширенная технология
АТА (АТ-Attachment) – АТ-подсоединение
Benchmarks – тесты сравнительной производительности системы
BR (Boot Record) – загрузочная запись дискеты или логического диска
Buffered Write Through – метод буферизованной сквозной записи вкэш-память
CheckIt (проверить) – название тест-программы
ChipSet – СБИС системной поддержки CPU
CISC (Complex Instruction Set Computer) – командо-комплексная системауправления компьютером
CD(Compact-Disk) – лазерныйкомпакт-диск
CD-DA – односкоростной CD ROM
CDFS VxD (CD File System Virtual Device) – драйвер дляCD-ROM
CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory)– оптический (лазерный) компакт-диски дисковод, только для чтения
CD-RW (CD-Read-Write)– оптический (лазерный) компакт-диск и дисковод для чтения и записи
CGA – система алфавитно-графического адаптера видео-монитора
ChipSet – набор СБИС системной поддержки CPU
CLK – главная тактовая частота микропроцессора
CMOS (Соimplementars-Metal-Oxide-Semiconductor) – элементная база,использующая комплиментарные пары полевых транзисторов металло-оксиднойтехнологии
СОМ– последовательный коммуникационный порт
CPU(Central Processor Unit) – центральныйпроцессор
CRC (Cyclic Redundancy Code ) – избыточный кодциклической контрольной суммы
Cyl (CYLinders) – количество цилиндров НМД
D-триггер – синхронный триггер с одним информационным D-входом
DIMM (Dual-In-line-Memory-Module) – модуль памяти с двухрядным расположением контактов
DMA (Dimension-Memory-Access) – прямой доступ к памяти
DN (DOS Navigator) – тип оболочки DOS
DOS (Disk-Operation-System) – дисковая операционная система
DOS-Soft Ware – системное программное обеспечение
DIP-корпус – пластмассовый корпус микросхем с однорядным аксиальныхрасположением контактов по периферии микросхемы
DRAM (Dynamic Random Access Memory) – ОЗУ динамического типа
Drystones – единица измерения быстродействия СPU на операциях Рг-Рг (в Коп/сек)
DSS (Disk Service Side) – служебная поверхность НЖМД
ECC (Error-Corrected Code) – код, исправляющийошибки
EGA – система цветного алфавитно-графического видео-монитора и адаптера
EMS (Enhanced Memory Specification) – спецификация доступа красширенной памяти DRAM
EOF (End-Of-File) – метка «конец файла» в FAT
EOP (End of OPeration) – конец операции обмена
EРROM – ПЗУ с электрической перезаписью информации
Ethernet, ARCnet – разновидности типов плат сетевых интерфейсов (
FD (Floppy Disk) – гибкий магнитный диск
FDD (Floppy Disk Device) – НГМД, накопитель на гибком магнитном диске
FIFO (First-Input-First-Output – первым пришел–первым вышел) –дисциплина работы стека
FPU (Floating Point Unit) – устройство плавающей точки (математическийсопроцессор)
FILO (First-Input-Last-Output – первым пришел–последним вышел) –дисциплина работыстека
Firm Ware – программно-аппаратные средства компьютера (драйверы)
Hard Ware — аппаратныесредства компьютера
HD (Hard Disk) – жесткий магнитный диск
HDD (Hard Disk Device) – НЖМД, накопитель на жестком магнитном диске
Heads – количество головок НМД
НС (Home Computer) – бытовой (домашний) компьютер
HD-tester (Hard-Disk–tester) – сервисная платадля углубленного тестирования НЖМД
HIO (Halt Input-Output)– остановить ввод-вывод
HLDA – подтверждение захвата системной шины от CPU
HOLD – запрос захвата системной шины от абонента к CPU
HOST (ведущий) – SCSI-адаптер
IBM(International Business Machines Сorporation) – название фирмы,производителя первых персональных компьютеров
IBMBIO.COM – первый системный файл DOS IBM
IBMDOS.COM – второй системный файл DOS IBM
IBM PC/XT – IBM-совместимый персональный компьютер расширенной (eXtended) технологии
IO (Input-Output) – ввод-вывод; операция, или порт
IO.SYS – первый системный файл MS DOS
IDE (Integrated Drive Electronics) – тип интерфейса связи НЖМД,имеющих интегрированный в них контроллер, – с адаптером НЖМД
IPL – программа, – абсолютный загрузчик операционной системы DOS РС
INT (INTerrupt) – сигнал запроса прерывания к CPU
INTA (INTerrupt Acknowledge) – сигнал подтверждения прерыванияот CPU
Interleave – фактор чередования (секторов НМД или банков DRAM)
IRQ (Interrupt ReQire) – запрос прерывания
ISA (Industrial-Standard-Architecture) – тип интерфейса системной шины
JK-триггер – комбинированный синхронно-асинхронный триггер с логикойустановок в 0 и в 1 по синхронному входу
KBD(KeyBoarD) — клавиатура
LPT–коммуникационный порт параллельной передачи данных РС
LZone – номер цилиндра парковки головок НЖМД
МВ (Mother Board) – материнская (системная) плата компьютера
MBR (Master Boot Record) – загрузочная запись системного жесткого диска
MDA –система монохромного видео-монитора и адаптера
MF (Main Frame) – универсальная ЭВМ, базовое вычислительное устройство
MIB (Management Information Base) – информационная база управления
MISC (Multipurpose Inctruction Set Computer) – многоцелевая команднаясистема управления компьютером
MS(Multy-System) – вычислительная сеть РС ссервисным администрированием
MSCDEX (MicroSoft CD EXtension for DOS) – драйверCD-ROM-расширения для DOS, входит в Windows как CDFS VxD.
MSDOS.SYS – системный файл MS DOS
NC (Norton Commander) – тип оболочки DOS
NDiags (Norton-Diagnostics) – тест-программа разработкилаборатории Питера Нортона
NMI (Non-Maskable-Interrupt) – запрос немаскируемого прерывания к CPU
OfC (Office Computer) – конторский, офисный компьютер
PARITY – паритет, проверка информации на четность-нечетность
PARITY CHECK – контроль паритетов (контроль по модулю-2)
РС(Personal Computer) – персональный компьютер
PC/AT (Personal Computer Advanced Technology) – PC усовершенствованной технологии
PC-doctor – название тест-программы углубленного тестирования РС
PM (Protected Mode) – защищенный режим, режим виртуальной адресации CPU i386
PIC (Programmable Interrupt Controller) – программируемый контроллер прерываний
POST-программа (Power-On-Self-Test)– программа самотестирования компьютера по включении питания
Power Good (Power OK) – сигнал «ПИТАНИЕ – В НОРМЕ»
РРМ (Page Protected Mode) – защищенный режим страничной адресации в CPU i386
PRN – принтер, печатающее устройство
PS/2 – (Personal System-2) – новое поколение компьютеров фирмы IBM
P&P (Plug-and-Play – подключил-и-работай) – технологияавтоматического, программного конфигурирования ВУ PC
RACER – сервисная плата для диагностики РС
RAM – (Random Access Memory) – память произвольного доступа
REM (REMark) – метка в начале строки файла autoexec.bat, или config.sys означающая, что текст после нееявляется не командой, а комментарием
RGB (Red, Green, Blue)– цветоделенные сигналы видеоподсистемы
RISC (Restricted\Reduced InstructionSet Computer) – архитектура микропроцессора с сокращенным, упрощенным набороммашинных команд
RLL (Run Length Limited –ограниченное число нулей, стоящих подряд в двоичной записи) – тип кодированияданных на НМД
RM (Real Mode) – режим реальной адресации CPU i386
ROM BIOS (Read Only Memory Base Input-OutputSystem) – ПЗУ с базовой системой ввода-вывода
ROM&DIAG (Read-Only-Memory&Diagnostics) – сервисная платадля диагностики РС с вшитой в ее ПЗУ тест-программой
RS-триггер (Reset\Set-trigger) – триггер с асинхронным управлением
SB (System Board) – системная плата РС
SCM (Specialized ComputingMachines) – специализированные универсальные вычислительные машины большихвычислительных мощностей
SA-450 (фирмы Shugart Associated) – тип интерфейса связи НГМД сконтроллером
SCSI – (Small Computer System Interface) тип интерфейса связи SB – с ВУ
SCSI/ASPI (/Advanced SCSI Programming Interface) – расширенный SCSI-интерфейс
SCSI ID (SCSI-IDentificate) – код идентификации SCSI-устройства
Sect (sectors) – количество секторов на дорожку вданном НМД
SetUp – утилита просмотра и настройки параметров аппаратной конфигурации,хранящихся в
CMOS-памяти РС
Shadow RAM – теневая область оперативной памяти
SIMM (Single-In-line-Memory-Module) – модуль памяти с однорядным расположением контактов
Soft Ware (мягкие средства) – прикладные программы для компьютера
SIO (Start Input-Output)– команда начать ввод-вывод
Size (объем) – емкость накопителя: произведение количества цилиндров,головок, секторов на дорожке и емкости сектора магнитного диска
SRAM (Static Random Access Memory) – память произвольного доступа, выполненная настатических элементах, ОЗУ статического типа
ST-412/RLL –тип интерфейса связи НГМД сконтроллером RLL-кодирования
ST-506 – интерфейс связи НГМД с контроллером FM-кодирования
ST-506/412 – интерфейс связи НГМД с контроллером МFM-кодирования
SU (System Unit) – системный блок компьютера
SVGA (Super-Video-Graphic Adapter) –видео-система цветного монитора и видеоадаптера сверхвысокого разрешения
SysInfo – информация осистеме
TCH(Test-CHannel) проверить состояние канала ввода-вывода
TDR (Time-Domain Reflectometer ) – рефлектометр временной области
Ti-Idlе– простой устройства
TIO (Test Input-Output)– проверить состояние вводa-выводa (aдресуемого абонента)
Time-Out – состояние ожидания
TSR (Terminate-and-Stay-Resident) – программа, послеее завершения остающаяся резидентной в оперативной памяти РС
TSS – таблица состояния задачи
TV-осциллограф – осциллоскоп, предназначенный для выделения и наблюденияодной строки телевизионного растра
UpGrade – модернизация (компьютера)
VC (Volkov Commander) – тип оболочки DOS
VGA – видео-система цветного монитора высокого разрешения
Whetstones – единица измерения быстродействия СPU на операциях с плавающей точкой (оп/сек)
VLSI (Very-Large- Scale-Integration) – набор СБИСChipSet
VM-86 – режим виртуальной адресации среды i86 в CPU i386
Wersa-Glade – сенсорная панель-манипулятор
WPComp (Write-PreCompensation) – начальный номер цилиндрапрекомпенсации при записи и чтении информации на НЖМД
Write Back – метод обратной записи в кэш-память
Write Through – метод сквозной записи в кэш-память
ХMS – спецификация доступа к расширенной области оперативной памяти
ZIP-диск – перемещаемый магнитный диск архивного хранения данных
2D – тип двухкоординатных ОЗУ
2,5D – тип 2,5-мерныех ОЗУ
3D – тип трехкоординатных ОЗУ
5-pin DIN Male – 5-контактный круглый разъем-розетка
6-pin Mini-DIN Male – миниатюрный6-контактный круглый разъем-розетка
Оглавление
Введение 3
Раздел 1 Архитектура и структура ПЭВМIBM PC и их клонов 4
1.1Блок-схема ЭВМ по фон-Нейману и ее реализация в РК 5
1.2Структурная схема PC/AT 7
1.3Конструкция и аппаратный состав IBM PC 8
1.4.Системная плата PC i386DX 9
1.4.1Структурная схема системной платы РС-i386DX 9
1.4.2Архитектура шин чип-сета группы 8230 10
1.4.3Микропроцессор 11
1.4.3.1)Архитектура и типы микропроцессоров 11
1.4.3.2). Структурная схема ифункциональный набор сигналов управления CPU i386. 13
1.4.3.3)Конвейерная обработка команд в CPU 16
1.4.3.4)Режимы работы микропроцессора i386 17
1.4.4Математический сопроцессор 18
1.4.4.1)Структурная схема математического сопроцессора 19
1.4.4.2)Работа и связь FPU с CPU. 19
1.4.5Подсистемы системной платы 20
1.4.5.1) Подсистема оперативнойпамяти 21
1.4.5.2)Буферная кэш-память ОЗУ 25
1.4.5.3)Подсистема ROM BIOS 26
1.4.5.4)Подсистема CMOS-памяти и часов реального времени RTC 28
1.5Периферийные устройства РС 29
1.5.1 Системаввода-вывода оперативной информации 30
1.5.1.1)Средства ввода оперативной информации 30
1.5.1.2) Средства вывода оперативнойинформации 32
1.5.2 Системавнешней памяти 35
1.5.2.1)Накопители на гибких магнитных дисках 35
1.5.2.2)Накопители на жестких магнитных дисках 38
1.5.2.3)Устройства массовой памяти на сменных носителях 41
1.5.3. Средствакоммуникации компьютера 47
1.5.3.1)Коммуникационные порты СОМ и LPT 48
1.5.3.2) Сетевыесредства связи 53
1.5.4Средства вывода аудиоинформации 53
1.5.4.1)Вывод звука на встроенный динамик 53
1.5.4.2)Вывод звука на акустические системы 54
Раздел 2 Средства и методыдиагностики АПС 56
2.1Классификация неисправностей АПС 56
2.2 Этапы ипроцесс устранения неисправностей АПС 57
2.3 Конструкция, разборка и сборка РСклонов IBM 59
2.3.1 Конструктивноеоформление РС 59
2.3.2Разборка и сборка компьютера 60
2.3.3Инструментарий 61
2.3.3.1)Ручные инструменты для демонтажа/монтажа 61
2.3.3.2)Принадлежности пайки-отпайки 61
2.4Аппаратный и программный аспекты диагностики АПС 62
2.4.1Аппаратные средства диагностики РС 63
2.4.1.1)Стандартная контрольно-измерительная аппаратура 63
2.4.1.2) Специальнаяконтрольно-измерительная аппаратура 64
2.4.1.3)Сервисные платы и комплексы 67
2.4.2Программные средства диагностики РС 72
2.4.2.1)Четыре уровня взаимодействия средств РС 73
2.4.2.2) Понятиео функциональном контроле РС 74
2.4.2.3) Контроль функционированияАПС с использованием
встроенных диагностических средств 77
2.4.2.4) Внешние программы общеготестирования. 80
2.5 Принципы локализациинеисправностей в персональных компьютерах 84
2.5.1Системные ошибки при загрузке ОС 85
2.5.2 Ошибкипри прогоне прикладных программ 86
2.6Номенклатура и особенности работы тест-программ 87
2.6.1Тест-программы в среде DOS 87
2.6.2Тест-программы в среде Windows 88
Раздел 3 Автономная и комплекснаяпроверка функционирования
и диагностика СВТ, АПС и АПК 91
3.1Функциональный контроль АПС 91
3.1.1.Контроль и диагностика компонент системной платы. 91
3.1.1.1)Контроль работы CPU и FPU. 91
3.1.1.2)Контроль средств системной поддержки CPU 92
3.1.1.3)Контроль и диагностика DRAM 92
3.1.1.4)Контроль работы системной шины 93
3.1.1.5)Контроль ROM BIOS и CMOS-памяти 93
3.1.2Контроль и диагностика периферийных устройств АПС 94
3.1.2.1) Контроль и диагностикасредств ввода оперативной информации 94
3.1.2.2)Контроль и диагностика средств вывода оперативной информации 96
3.1.2.3)Функциональный контроль и диагностика НЖМД 98
3.1.2.4) Контроль и диагностиканеисправностей устройств
вывода аудиоинформации 100
3.1.2.5) Функциональный контроль другихпериферийных устройств
ввода и вывода информации АПС. 101
3.1.3 Контроль и диагностиканеисправностей средств коммуникации РС 103
3.1.3.1)Контроль и диагностика неисправностей СОМ-портов 103
3.1.3.2)Контроль и диагностика LPT-портов 105
3.1.3.3) Диагностиканеисправностей средств сетевых коммуникаций АПС 106
3.1.4Контроль и диагностика устройств на сменных носителях 108
3.1.4.1)Контроль и диагностика накопителей на гибких магнитных дисках 108
3.1.4.2)Контроль и диагностика других накопителей на съемных носителях 109
3.2 Контрольфункционирования аппаратно-программных комплексов 109
Заключение 111
Списокиспользованной литературы 113
Словарь терминов и сокращений 115
файл «ТД-СВТ к изданию» (издание 3 исправленное и дополненное 27.08.07)