Техническая диагностика средств вычислительной техники

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, и воспроизведение 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 звуковых частот до 20 Кгц?

4. Сколько уровней квантования звуковых сигналов имеют современные звуковые 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 вторичных симптомов отказа необходимо уметь классифицировать неисправность, т. к. первичный отказ часто вызывает целый спектр отказов вторичных, являющихся следствием первичного и затеняющих причину неисправности.

Предлагаемая классификация охватывает ошибки и отказы, вызванные электронными узлами системной платы, как наиболее сложной части РС, и может быть распространена на весь клон IBM PC.

С позиции аппаратных и программных средств, используемых в РС, неисправности подразделяются на аппаратные, программные и аппаратно-программные.

Аппаратные неисправности, т. е. неисправности аппаратных средств, в свою очередь, 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 фактор стабильности и делающая невозможной дальнейшую эксплуатацию системы классифицируется как жесткая, не корректируемая и требует анализа и диагностики неисправности 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 - не метод устранения ошибок, и задача инженера или техника по ТО - наоборот, ужесточить условия эксплуатации ВС на время диагностики, с целью выявления ошибки и выделения отказавшего узла. Наиболее неприятны отказы, связанные с факторами нестабильности и неопределенности - плавающие ошибки. Их появление часто связано:

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 защитного заземления. "Схемная земля" (или "логическая земля"), объединяет по общему проводу несколько ПЭВМ, и если их нулевые потенциалы сильно отличаются, то это приводит к заметной разности потенциалов между ними и образованию паразитных токов в контуре: схемная земля - защитное заземление;

3) с наличием источников механических колебаний, кинематических перемещений, что, кроме опасных для НЖМД ускорений, может быть причиной нарушений электрических соединений в разъемах питания, слотах расширения, панельках для установки ИМС (Chip Sockets) и т. п.;

4) с запыленностью помещений, наличием агрессивной внешней среды, что вызывает загрязнение и окисление контактов разъемных соединений;

5) с разношенностью или загрязненностью сетевых розеток и вилок подключения СВТ к сети первичного питания;

6) с перепадами температур, которые всегда отрицательно влияют на все компоненты ПЭВМ;

7) появление неисправностей часто возникает после окончания профилактики или модернизации системы. Причина подобных неисправностей может заключаться в неправильном, невнимательном или непрофессиональном выполнении этих работ.

К мягким ошибкам (Minor Errors) относятся ошибки, устраняемые аппаратно, 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 повторным считыванием сбойного сектора;

3) ошибки передачи данных по каналам связи, исправляемые при повторных сеансах передачи
и т. п.

К жестким ошибкам (Major Errors) относятся ошибки оборудования, приводящие к устойчивому отказу с потерей всех или некоторых функций ВС, устранение которых является задачей специалистов по ТО и СТО (системотехническому обслуживанию) СВТ.

1. К аппаратным неисправностям, т. е. неисправностям аппаратных средств, 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 и кэш-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 и т. 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 информации в ROM BIOS, приводящие к нарушениям функций обслуживания средств ввода-вывода;

2) потеря или искажение информации в CMOS-памяти, приводящие к искажениям информации о текущей аппаратной конфигурации ВС;

3) потеря или искажение информации в регистрах портов подсистем ввода-вывода, приводящие к нарушениям интерфейса ввода-вывода;

4) некорректная установка средств конфигурации системы, приводящая к потере 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 выделения отказавшего устройства;

4) в углубленной диагностике неисправного устройства, для локализации места возникновения неисправности, до узла или компоненты схемы;

5) в замене отказавшего узла, компоненты, или восстановлении работоспособности схемы устранением дефекта в монтаже, разъемном соединении и т. д.

Таким образом, ремонт ВС более чем на ⁹/₁₀ состоит из 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 неисправностей рекомендуется:

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 и вторичные (зависимые от первичных).

Процесс поиска неисправностей.

На этапе анализа ситуации следует:

1. проанализировать, в каком режиме работы АПС, при выполнении какой программы 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), степень загрязненности 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 дедуктивного метода 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, вызывающей подобный тип неисправностей;

3) провести анализ работы выделенного узла, используя его функциональную схему;

4) предположить вероятный источник ошибки;

5) записать расположение карт контроллеров в слотах, схему подключения 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 следует проверить правомерность проведенных подключений и переустановок, пользуясь руководством пользователя (User Manual) контроллера, периферийного устройства, системной платы.

При возможности, полезно сравнить установки и подключения таких же устройств на другой, аналогичной АПС.

Если все было подключено верно, - вернуть ВС в исходное состояние: выключить только что установленное ПУ и/или контроллер и вновь проверить работоспособность ВС.

Если ошибка осталась, значит, компонента определена неверно, и нужно повторить анализ по пунктам 1) - 4).

Если ошибка устранилась, следует по-очереди заменять элементы узла на заведомо исправные в следующем порядке:

- периферийное оборудование, относящееся к выделенной подсистеме (дисковая, VIDEO, коммуникации, манипуляторы и т. д.), обращая внимание на их конфигурирование;

- кабельные соединения (не спутать подключение шлейфов: выделенная цветом жила плоского шлейфа подключается к первому контакту разъема);

- контроллер, обращая внимание на установленную конфигурацию соответственно типу, объему буферной памяти и т. д. принтера, манипулятора, дисковода и т. п.

Если ошибка осталась, значит, дело не в аппаратной, а в программной конфигурации:

- 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 вводе нового оборудования. При обнаружении несоответствия - откорректировать программную конфигурацию АПС.

На этапе тестирования нужно выполнить:

1. запуск тест-программы, наиболее подходящей по составу и возможностям, к выделенному устройству или компоненте АПС;

2. уточнить место возникновения ПЕРВИЧНОЙ неисправности;

3. для определения характера первичной ошибки, провести углубленную диагностику выделенной компоненты, подсистемы, устройства;

4. разобраться в логике работы неисправного узла;

5. подготовить программный материал для углубленной, детальной проверки неисправного узла:

1) подобрать программу углубленного тестирования;

2) выделить необходимый фрагмент программы для его тестирования;

3) написать пример программы, выделяющий данную неисправность (можно использовать отладочную программу DEBUGGER, позволяющую программировать на языке 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 КИА и 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, с соблюдением всех требований персональной электробезопасности и безопасности ремонтируемой аппаратуры (отключение РС от сети питания, извлечение узла из конструктива, работа низковольтным паяльником с заземленным жалом, принятие средств защиты аппаратуры от статического электричества и т. д.).

На этапе ПРОВЕРКИ ПОСЛЕ РЕМОНТА нужно:

1. визуально просмотреть отремонтированный узел на отсутствие механических повреждений компонент;

2. просмотреть под лупой отсутствие замыканий (перемычек из припоя) между выводами заменявшейся компоненты и обрывов печатных проводников вблизи места ремонта;

3. низковольтным тестером или мультиметром проверить отсутствие замыканий по питанию отремонтированного узла (применять тестер с напряжением более 1,5 вольт опасно для ИМС);

4. поставить отремонтированный узел на место в систему;

5. запустить программу проверки работы данного узла (как на этапе тестирования).

На этапе ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ КОНФИГУРАЦИИ нужно:

1. восстановить, нарушенную на втором этапе, исходную аппаратную конфигурацию АПС;

2. прогнать тест-программу проверки-диагностики отремонтированного устройства;

3. протестировать АПС, прогоном тест-программ в целом, вместе с периферией;

4. запустить контрольное выполнение рабочей программы в том режиме, в котором 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 АПС пользователю.

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 при отказе?

5. Каким должен быть порядок действий на этапе проверки ВС после ремонта?

6. Каков порядок действий на этапе восстановления рабочей конфигурации ВС?

2.3 Конструкция, разборка и сборка РС клонов IBM

2.3.1 Конструктивное оформление РС

В конце 70-х - начале 80-х годов разобрать компьютер было сложно: фирмы-изготовители пломбировали корпус, и нарушение пломб снимало гарантию изготовителя. Но, с появлением в 1981 году IBM PC, производители позволили пользователю открытый доступ к компонентам компьютера, что, с появлением открытой архитектуры РС, позволяет пользователю самостоятельно проводить не только простые профилактические и ремонтные работы, но и модифицировать, совершенствовать, модернизировать конфигурацию РС в соответствии с потребностями пользователя.

В первых компьютерах все компоненты размещались на одной плате. Для компьютеров 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 и компьютеров с памятью 1 Мбайт и более, на плате пришлось бы размещать сотни ИМС, что технологически непросто. С переходом к открытой архитектуре IBM PC/XT, на системной плате появились слоты с разъемами расширения системной шины. На системной 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 разъемов расширения системной шины.

Предварительный поиск неисправностей стал простым и точным: дисковые накопители, клавиатура, блок питания стали конструктивно законченными, отдельно подключаемыми устройствами. Когда на системной плате размещены только основные компоненты, при неисправности в одном из устройств, найти неисправную компоненту можно быстро, отключая по-очереди отдельные компоненты, просто вынимая их из слотов расширения.

Некоторые фирмы (Zenith, Kaypro и др.) даже разбили системную плату на несколько отдельных плат, заменяя которые, можно отыскивать неисправные узлы и даже модифицировать саму системную плату. В этом случае, основная плата называется объединительной. Обратной стороной открытой архитектуры является снижение надежности работы ВС, т. к. до 90% отказов связано либо с электромеханическими узлами РС, либо - с нарушением контактов в разъемах. Но качество разъемов - дело их технологии и стоимости, а удобство обслуживания и модернизации, плюс замена, при модернизации компьютера, только части, а не целой системной платы и проще, и дешевле.

Благодаря слотам на SВ и дочерним платам, вставляющимся в эти слоты, ремонт упростился до замены неисправной платы. Ремонтнику требуется только иметь комплект исправных плат. Правда, широкий спектр карт, использующихся в РС, особенно разных фирм изготовителей, далеко не всегда совместимых по архитектуре шины, пользовательским параметрам и т. д., да и на все случаи жизни, - требует уж очень большого ассортимента карт. Тем не менее, имея их и заменив неисправную карту, можно быстро ввести РС в нормальную эксплуатацию, а неисправную плату, карту отремонтировать в хорошо оборудованной мастерской и вновь использовать для замены в будущем.

Контрольные вопросы.

1. Что входит в понятие открытой архитектуры РС?

2. В чем состоит достоинство диагностики и ремонта РС открытой архитектуры?

3. В чем заключается недостаток РС открытой архитектуры?

4. Какой способ диагностики и ремонта РС открытой архитектуры самый простой?

5. В чем состоят недостатки диагностики и ремонта РС методом замены отдельных 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 встроенными плоским 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 их клонов, имеют системный блок в прочном корпусе, подключаемые отдельно клавиатуру и монитор, который можно установить на системный блок;

5)системный блок вертикальной конструкции, устанавливаемый на столе (Mini Tower) или на полу (Big Tower), что освобождает место на столе и обеспечивает простой доступ к разъемам слота и платам.

Для разборки и сборки РС нужно иметь конкретное техническое руководство (User Manual) для данного РС. Это сэкономит много времени и позволит избежать ошибок и привнесенных неисправностей.

Инструкция по разборке компьютера, от начала до конца состоит из конечного числа операций, выполняющихся последовательно. Нужно разбирать только то, что требуется для выявления дефекта, или ремонта неисправной компоненты. Более широкий демонтаж - не только пустая трата времени, но и источник новых неисправностей. Так что настоятельно рекомендуется, несмотря на простоту разборки, найти указания по разборке-сборке данного конкретного компьютера в его техническом руководстве или справочной литературе. В литературе можно найти очень подробное описание последовательности разборки и сборки большинства компьютеров, начиная с РС/ХТ/АТ и кончая РS/2 моделей 60 и 80, с правилами доступа ко всем компонентам - от карт в слотах, до блоков питания, дисководов и SВ в целом.

Современная конструкция системного блока проста. Если снять с него крышку корпуса, или боковые стенки откроется доступ к его внутренним компонентам.

В машинах конструкции DeskTop (настольный, с горизонтальным расположением системной платы) нужно отвернуть винты сзади системного блока, а в конструкциях Tower - сзади, или сзади и сбоку, и крышка снимается. На системной плате размещены, и, в большинстве своем - припаяны, элементы вычислителя: CPU, FPU, модули обрамления микропроцессора (Chip-Set). В специальных разъемах SВ, - модули памяти SIMM, DIMM, а в панельках (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 отдельных микросхем оперативной памяти (RAM).

Неприпаиваемые элементы могут сниматься и устанавливаться и без специального инструмента, с помощью небольшой шлицевой отвертки, хотя для облегчения снятия ИМС желательно иметь специальный экстрактор, а для их установки - специальное приспособление. Модули памяти SIMM, DIMM устанавливаются руками в их разъемы под углом, затем поднимаются до вертикального положения и автоматически закрепляются соответствующими защелками. Все остальные компоненты (карты адаптеров расширения) просто устанавливаются в слот расширения системной шины на SВ и закрепляются винтом.

Другие компоненты ВС, такие как дисководы FDD, HDD, CD-ROM, вдвигаются по направляющим в конструктивный блок и фиксируются защелками, либо винтами на боковых сторонах системного блока. Для их снятия и установки иногда требуется снять лицевую панель, либо лицевые накладки, которые закрепляются пружинными фиксаторами.

Контрольные вопросы.

1. Какие основные типы конструкции РС вам известны?

2. Какими документами следует руководствоваться при разборке-сборке компьютера?

3. Как снимаются и устанавливаются модули оперативной памяти в современных РС?

4. Как снять и установить дочерние платы на системную плату?

5. Как устанавливаются жесткие диски и дисководы в системный блок РС?

2.3.3 Инструментарий

Для разборки, демонтажа и сборки РС, в общем случае, понадобятся следующие основные инструментальные средства:

- обыкновенные ручные инструменты (ключи, отвертки, пинцет и т. д.);

- инструментальные средства для отпайки, припайки элементов схемы и монтажа.

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 понадобятся следующие инструментальные средства:

1) маломощный паяльник на 25 Вт 36 вольт (желательно с регулировкой температуры), но обязательно с заземленным жалом.;

2) набор сменных стержней к паяльнику:

- одностороннее жало;

- стержень с внутренним отверстием для пайки ЭРЭ и ИМС с аксиальными выводами;

- 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 (набор клинообразных палочек);

6) медицинская игла для люмбальной пункции, с тонко заправленным концевым конусом
d = 0,8 мм. Используется для отпаивания выводов резисторов, конденсаторов, полупроводниковых диодов, транзисторов, а также с ее помощью можно отпаивать и ИМС в DIP-корпусах;

7) тонкий стальной крючок. Используется для подъема выводов ИМС при отпайке 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 мест пайки);

12) чистая ветошь;

13) спирт технический, ректификат.

Правила техники безопасности при работе с электрооборудованием, требуют для работе с электронным оборудованием использования паяльников только с безопасным для жизни напряжением питания, не более 36 вольт. Иначе, при аварийном пробое изоляции проводов питания или нагревательного элемента на корпус паяльника, работающий с ним человек, может получить поражение электрическим током.

При пайке электро-радио-элементов (ЭРЭ): резисторов, конденсаторов, и особенно - полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, микросхем и т. п., для их защиты от перегрева требуется отводить тепло от места пайки. С этой целью применяются медные теплоотводы, в простейшем случае, представляющие собой пинцет с достаточно массивными медными наконечниками. При пайке ЭРЭ, этим теплоотводом придерживают отпаиваемый или припаиваемый элемент за вывод, между местом пайки и корпусом элемента.

При замене ЭРЭ, после их выпаивания из платы, отверстия под их выводы часто остаются залитыми остатками припоя, что затрудняет установку на это места нового элемента. Для удаления этих остатков припоя лучше всего использовать паяльник с отсосом, или отдельный отсос припоя. Если под руками нет такого оборудования, проще всего воспользоваться остро заточенными деревянными палочками. Отверстие, из которого нужно удалить припой, с одной стороны платы нагревается паяльником, а с другой стороны, когда припой в отверстии расплавится, в отверстие вставляется острие деревянной палочки. После этого паяльник убирают и, после затвердевания припоя, вытаскивают палочку. Отверстие остается 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 небольшой кусочек хлопчато-бумажной ткани, смоченной этиловым спиртом, или бензо-спирто-смесью, и несколько раз проводят по ней жесткой кисточкой или щеткой, соответствующего размера. При необходимости, эту операцию повторяют до полной очистки платы от остатков флюса.

Контрольные вопросы.

1. Почему для пайки элементов СВТ следует использовать только низковольтный 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?

2.4 Аппаратный и программный аспекты диагностики АПС

Диагностика неисправностей ПЭВМ имеет 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 для измерений 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 тестовым оборудованием.

Следует отметить, что чисто аппаратная диагностика практически не встречается, разве что при диагностике с использованием словарей неисправностей или таблиц эталонных состояний, да и то - симптомы, которыми в этих случаях приходится руководствоваться, выработаны либо ОС, либо
тест-программой, либо микропрограммным тестом, а это уже не чисто аппаратная диагностика. Чисто аппаратной можно считать диагностику отдельных узлов ЭВМ, таких как ТЭЗ, которые проверяются не при автоматическом выполнении АПС проверочных тестов, а при подаче тестирующих последовательностей на исследуемый узел непосредственно от сервисного устройства, например УТК, или генератора стимулирующих воздействий.

Программный аспект диагностики подразумевает использование тестирующих программ различных классов: микропрограммные тесты, встроенные тест-программы, внешние тест-программы общего применения, наконец, - внешние тест-программы углубленного тестирования. Сюда же следует отнести и те небольшие программы или примеры, которые приходится писать самим обслуживателем АПС, для конкретных случаев диагностики неисправностей отдельного узла ЭВМ, ПЭВМ в конкретном режиме его работы.

При программном методе диагностики, большая часть диагностических процедур возлагается на диагностические программные средства. Этот метод требует определенных знаний различных диагностических программ, начиная с POST-программы и кончая программными средствами углубленной диагностики компонент ВС.

Тем не менее, насколько трудно обойтись без программных средств диагностики, настолько и невозможно точно определить место неисправности с точностью до компоненты схемы (ИМС БИС, конкретного ЭРЭ), или до конкретной цепи, без применения аппаратных средств диагностики (осциллографа, мультиметра и т. д.).

2.4.1 Аппаратные средства диагностики РС

2.4.1.1) Стандартная контрольно-измерительная аппаратура

Для замеров уровней напряжений, токов, сопротивлений, наблюдения осциллограмм сигналов в контрольных точках, измерений параметров электрических сигналов, 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, но лучше - 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 риска повреждения ИМС;

- определять, часто без выпаивания, целостность p-n-переходов в полупроводниковых 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 всегда помогает при анализе дефектов в РС, так как на SВ РС очень мало синхронно повторяющихся процессов. Осциллограф применим только для просмотра синхросигналов, сигналов интервального таймера, циклов шины, да и то только в том случае, если удается зациклить процесс 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 ИМС объединяются замыканием в монтаже). В этом случае, если и не удается просмотреть осциллографом развертку всей последовательности импульсов, можно заметить наличие импульсов неправильной, урезанной амплитуды, но для этого все-таки нужно уметь зациклить нужный кусок программы или микропрограмму;

3) телевизионный осциллограф просто незаменим при анализе работы видеомонитора.
TV-осциллограф позволяет выделить одну строку изображения, засинхронизировать ее, и увидеть на экране синхросигналы строчной развертки, бланкирующие импульсы, уравнивающие сигналы и аналоговый видеосигнал с его уровнями яркости и цветности.

Это удобно в том случае, когда используются видеокарты, формирующие полный телевизионный сигнал для модуляции кинескопа и управления развертками.

4) частотомер в диагностике РС применяется редко, и только для точного определения частот задающего генератора синхросигналов и таймеров. Частотомеры обычно имеют довольно низкое входное сопротивление и сильно нагружают исследуемую схему, поэтому к ним дополнительно нужны бестоковые входные адаптеры на полевых транзисторах, или, если хватает чувствительности частотомера, использовать индуктивную петлю связи.

5) двухканальный (многоканальный) осциллограф используются для измерений фазовых характеристик сигналов, например так, как проиллюстрировано на рисунке 2.1.

6) запоминающий осциллограф содержит специальную оперативную память и позволяет зарегистрировать однократный или переходной процесс, в том числе, обнаружить помеху в зарегистрированной последовательности сигналов. Прибор очень дорог и имеет малое быстродействие, часто недостаточное для анализа быстрых процессов в РС. Емкости памяти запоминающего осциллографа часто недостаточно для регистрации длинных последовательностей. Возникают и проблемы с поиском сигнала для синхронизации (запуска регистрации) осциллографа. Но важно то, что такой осциллограф позволяет зафиксировать форму однократного исследуемого сигнала и в этой роли ему нет равных;

синхросигнал Е -¬ ---¬ -- канал А
L------- L--------
¦<---T--->¦ период повторения сигнала Е
синхросигнал Q ------¬ ---¬ канал В
¦ L------- L----
¦ ¦<---T--->¦ период повторения сигнала Q
-->¦ t ¦<-- задержка сигнала Q относительно сигнала Е

Рисунок 2.1. Осциллограмма сдвинутых последовательностей.

7) генератор прямоугольных импульсов вырабатывает непрерывную последовательность импульсов с заданными параметрами и используется, совместно с осциллографом, - для проверки работы пересчетных схем, таймеров и т. п. в СВТ вообще и РС в частности.

Контрольные вопросы.

1. Для чего можно использовать мультиметр, при диагностике неисправностей в СВТ?

2. Где, при диагностике РС, следует использовать телевизионный осциллограф?

3. В чем достоинство и недостатки запоминающего осциллографа?

4. Для чего используется генератор прямоугольных импульсов в диагностике неисправностей СВТ?

2.4.1.2) Специальная контрольно-измерительная аппаратура

При исследовании процессов в цифровой технике, стандартной КИА часто оказывается недостаточно - слишком велика трудоемкость регистрации и сравнения столь длинных неповторяющихся последовательностей импульсов, которые характерны для работы процессора, контроллеров и других узлов схемы компьютера. Поэтому развитие микропроцессорных систем потребовало разработки широкого спектра специализированных приборов и сервисных средств регистрации цифровых логических сигналов, двоичных последовательностей и состояний узлов СВТ, начиная с простых логических пробников, фиксирующих наличие логических нуля или единицы в исследуемой точке, и кончая логическими анализаторами. Последние позволяют регистрировать входные и выходные двоичные последовательности для исследуемых узлов, автоматически сравнивать их с эталонными и сообщать оператору о месте и характере несовпадений логических состояний цифровой схемы с эталонными.

Этот класс приборов и аппаратов называют нестандартной, или специальной КИА.

Наиболее широко известны и применяются в практике диагностики СВТ следующие приборы и устройства нестандартной контрольно-измерительной аппаратуры:

- логический пробник,

- индикатор тока,

- пульсатор,

- тест клипсы,

- сигнатурный анализатор,

- логический анализатор.

Логический пробник.

Логический пробник - очень простое устройство, изготовить которое по силам даже начинающему радиолюбителю. Он содержит пороговые схемы, фиксирующие уровни логического нуля, логической единицы, уровень на неподключенном входе логической ИМС (для ИМС ТТЛ это: >+0,4 вольт и <+2,4 вольт, т .е. в районе 1 вольта), с индикацией этих уровней на светодиодах, лампочках накаливания, светодиодных или ЖКИ-индикаторах и т. п.

Очень полезно иметь в пробнике триггер-ловушку одиночных импульсов, т. к. однократно появляющийся сигнал невозможно зафиксировать ни одним из приборов стандартной КИА. Часто ловушку одиночных импульсов выполняют на двоичных счетчиках, что позволяет зафиксировать и пары импульсов и более, смотря по тому, сколько разрядов имеет установленный в пробнике счетчик.

Некоторые модели логических пробников имеют еще и встроенный генератор одиночных импульсов - пульсатор, срабатывающий по нажатию специальной кнопки на корпусе пробника. Это позволяет подавать стимулирующий импульс в заданную точку схемы, например на вход триггера, а значит, очень просто, всего одним логическим пробником, проверять, в первом приближении, работоспособность RS-, D-, или JK-триггера.

Электрическая схема пробника выполняется на биполярных или полевых транзисторах и стандартных ИМС. Питание пробник может получать прямо от исследуемого блока и, при хорошем исполнении, пробник имеет размеры с большую авторучку, что создает неоценимые удобства работы с ним. Так, при работе с логическим пробником, не требуется переводить взгляд с точки его подключения к схеме на измерительный прибор, как при работе с осциллографом или мультиметром, т. к. индикатор состояния измеряемой точки у логического пробника находится вблизи его щупа.

Недостатком логического пробника является то, что, каждая его модель рассчитана на регистрацию сигналов от ИМС только одного типа, скажем ТТЛ, или ЭСЛ; сделать его универсальным довольно сложно, но можно иметь для этой цели и два разных пробника.

Индикатор тока.

Индикатор тока - это устройство, выполненное в размерах логического пробника, которое позволяет проверить как целостность монтажа, так и исправность входной цепи ТТЛ-микросхемы. Выполнить эту проверку с использованием стандартной КИА достаточно сложно, а индикатором тока - легко и просто. Идея его работы использует то обстоятельство, что вход ИМС ТТЛ-типа представляет собой ключевой генератор входного тока.

Индикаторы тока бывают нескольких типов. Наиболее простые из них определяют микроразность потенциалов (падение напряжения) на участке соединительного проводника. Такой датчик индикатора тока имеет серьезные недостатки:

1) он должен уметь надежно фиксировать единицы милливольт падения напряжения на измеряемом участке монтажного проводника, или печатного шлейфа, что реализовать технически непросто;

2) требует контактов с двумя точками исследуемой цепи (а точнее с четырьмя - по одному токовому и одному потенциальному в каждой точке) и, если печатный монтаж имеет селективную защиту (что обычно имеется), датчик эту защиту в точках контакта нарушает;

3) для надежного контакта с исследуемым проводником требуется заметное механическое усилие на остриях индикатора тока, что при современных плотностях монтажа (ширина линий шлейфа доходит до 0,1мм) может привести к обрыву проводника в этих точках.

Более совершенный логический пробник использует бесконтактный принцип детектирования тока в проводнике и выполняется с использованием магниторезисторов, или магнитоэлектрического эффекта Холла.

Стандартный индикатор тока показывает наличие тока в проводнике, начиная от 10 mkA. Его чувствительности достаточно для индикации рабочих токов ТТЛ-ИМС при поступлении на ее вход логического нуля, утечек тока при поступлении на вход 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 транзисторы по входам - не токовые элементы, а потенциальные, впрочем, здесь не поможет и контактный датчик.

Тест-клипсы.

В качестве дополнительных устройств диагностики неисправностей ИМС раньше использовались логические тест-клипсы, позволяющие, не нарушая монтажа, подключить эталонную микросхему параллельно исследуемой и индицировать несовпадения в их работе. Ограниченность их применения объясняется, с одной стороны, разнообразием используемых корпусов ИМС (8-, 14-, 16-, 24-выводные DIP, планарные и т. д.), требующим большой номенклатуры клипс, а с другой - недостаточной надежностью контакта клипсы с выводами ИМС. Вдобавок ко всему, к СБИС с многорядным расположением выводов, таким как СБИС микропроцессора или микроконтроллера, подключать клипсы вообще физически невозможно.

Логический анализатор.

Развитием идеи многоканального осциллографа с запоминанием является логический анализатор.

Простая модель логического анализатора это - регистр сдвига, с индикаторами его состояния. На сдвигающий вход регистра, подается тактирующая (стробирующая) последовательность импульсов, а на последовательный вход - исследуемая последовательность сигналов (биты уровней логических 0 и 1). С приходом каждого следующего стробирующего импульса, уже имеющаяся в регистре информация сдвигается на один разряд вправо, а очередной бит на входе записывается в начало регистра. Выдвигающаяся при этом из регистра информация теряется. В момент регистрации (фиксации ошибки) сдвиг и запись прекращаются и сдвиговый регистр переходит в режим хранения. Теперь, пользуясь индикацией регистра сдвига, можно просмотреть предысторию возникновения ошибки в исследуемой точке, на глубину разрядности регистра. Каждый последующий разряд регистра показывает, был ли логический 0 или 1 за такт стробирования до текущего. Например, 32-разрадный регистр сдвига позволяет зафиксировать состояние исследуемой точки схемы от 1-го до 32-го тактов, предшествующих регистрации. Этого не умеет делать ни один другой измерительный прибор.

Современные логические анализаторы имеют до 32-х синхронно работающих входов (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 анализатором производятся по кодовым словам запуска, синхронизации и регистрации. Эти кодовые слова представляют собой бинарные кодовые комбинации, снимающиеся с нужных точек схемы.

Такие многоканальные логические анализаторы могут иметь встроенную, либо работать под управлением внешней, инструментальной микро-ЭВМ, или ПЭВМ. Это, в свою очередь, позволяет модифицировать вывод информации на дисплей, принтер, плоттер в цифровой бинарной, шестнадцатеричной системах, или в аналоговой форме - в виде осциллограмм. Применение микро-ЭВМ позволяет хранить эталонную информацию, автоматически сравнивать ее с зарегистрированной, указывать место их несовпадения, просматривать интересующие фрагменты в более мелком временном масштабе (лупа времени) и т. д., включая регистрацию помех в паузах между стробированием.

Работать с прибором не просто, - требуется глубокое понимание логики работы исследуемых компонент схемы, но без такого понимания невозможен и любой другой анализ неисправностей СВТ. Тем более невозможно, без помощи логического анализатора, исследовать ситуацию с возникновением одиночной ошибки, появляющейся только после продолжительной работы программы, да еще с плавающим характером ошибки.

Логический анализатор часто входит в состав аппаратного тестирующего комплекса PC-tester.

Сигнатурный анализатор.

Сигнатура - это этикетка, сжатое представление бинарной последовательности, образованное методом деления исходного информационного полинома (бинарной последовательности) на образующий (порождающий) полином с потерей частного, но с фиксацией остатка от деления. Остаток от деления и есть искомая сигнатура.

Принцип сжатия входной информации и критерии достоверности фиксации ошибок во входной последовательности, подробно разработаны в теории помехоустойчивого кодирования для передачи информации.

Физическая реализация функции деления входного полинома на образующий схемотехнически проста: это регистр сдвига с обратными связями, складывающими по модулю-2 соответствующие разряды регистра сдвига с очередным битом входной последовательности. Разрядность регистра сдвига определяется степенью образующего полинома (чем выше степень, тем меньше вероятность получения одинаковых сигнатур при разных значениях входного полинома, а значит и выше способность обнаружения ошибок разного типа). Вид образующего полинома, т. е. коэффициенты =1 при его членах, определяют, какие именно разряды участвуют в сложении по модулю-2 с входной последовательностью.

Пример образующего полинома:

P(a) = x⁰ + x³ + x⁸ + x⁹

Приведенный полином имеет девятую степень, коэффициенты =1 имеют аргументы со степенями 0, 3, 8 и 9. Остальные члены полинома в регистре сдвига присутствуют, но не принимают участия в сложениях по модулю-2, с входным информационным полиномом. Физическая реализация схемы деления входной последовательности Р(х) на вышеприведенный образующий полином P(a), приведена на рисунке 2.2.

Регистр сдвига

P(x) --->------¬ -----¬ -----¬ -----¬ -----¬ ------¬ ------¬
-->¦ =M2 ¦-->¦ Х⁰ ¦-->¦ X¹ ¦-->¦ X² ¦-->¦ X³ ¦-->........-->¦ X⁸ ¦-->¦ X⁹ ¦
¦ L------ L--T-- L----- L----- L-T--- L--T--- L--T---
L---------------+-------------------------+--------------------+----------

Рисунок 2.2. Схемотехническая реализация функции деления двоичного информационного полинома на образующий полином типа P(a) = x⁰ + x³ + x⁸ + x⁹

После прохождения заданного числа сдвигов, однозначно определяющегося степенью входного полинома, т. е. его разрядностью, остаток от деления находится в регистре сдвига и может быть использован как сигнатура. Его можно вывести на индикацию в двоичном, или шестнадцатеричном виде, или ввести в память инструментальной ПЭВМ для сравнения с эталонной сигнатурой для данной точки схемы.

В отличие от логического анализа, сигнатура не содержит симптома ошибки в явном виде, но позволяет быстро, не рассуждая, определить, есть ли ошибка во входной последовательности. Если заранее сняты эталонные сигнатуры в виде таблиц, 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 обратных связей, иначе, для последовательностных схем, разрешающая способность сигнатурного анализа ограничивается узлом, охваченным обратными связями, но эти связи могут быть, и разорваны, например, с помощью DIP-переключателей, для того, чтобы превратить последовательностный узел в простую комбинационную схему. Так иногда делается в зарубежных СВТ. При разрыве обратных связей, узел, конечно, не выполняет заданных ему функций в схеме, но это и не важно при поиске дефекта, так как проверяемый узел все равно неисправен и его штатная работа невозможна.

Методика диагностики настолько проста и легко автоматизируется применением инструментальной ПЭВМ, что доступна персоналу с ограниченной квалификацией и используется в организациях и фирмах, специализирующихся на ремонте и наладке микропроцессорных систем, но требует:

- большой работы по предварительной разработке специальных тестирующих программ или микропрограмм для каждого узла ВС;

- средств разрыва обратных связей (перемычек или переключателей);

- обеспечения абсолютной повторяемости микропрограмм с точностью до стартового и стопового битов.

Сигнатурный анализатор выполняется либо в виде самостоятельного устройства, либо в виде одноплатной конструкции, устанавливающейся в слот расширения системной 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 в основу работы сигнатурного анализатора?

4. В чем заключаются достоинства и недостатки логического анализа?

5. В чем состоят достоинства и недостатки работы с сигнатурным анализатором?

2.4.1.3) Сервисные платы и комплексы

Для облегчения диагностики неисправностей РС, промышленностью выпускаются несколько типов сервисных плат. Наиболее популярны сервисные платы:

- RACER,

- ROM&DIAG,

- HD-tester,

- AnalBus (Анализатор шины).

Главное их достоинство состоит в том, что платы RACER и ROM&DIAG, имея встроенные ПЗУ с тестовыми программами, перехватывают на себя управление по прерыванию 19h и вместо загрузки MBR с диска, запускают свою собственную программу тестирования компонент РС. Анализатор шины не имеет собственного ПЗУ с программой, а использует тест-программу, запускаемую стандартным образом. В качестве тест-программы для анализатора шины можно использовать и обязательно имеющуюся в 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 первом приближении, 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 не выполняет, ничего не сообщает, экран дисплея пуст, и неизвестно с чего начинать, можно, вставив сервисную плату в свободный слот расширения и включив питание компьютера, получить первичные сообщения программы сервисной платы о том, какая из подсистем или компонент РС неисправна и принять меры к "оживлению" компьютера настолько, чтобы получить возможности более углубленного его тестирования.