Техническое обслуживание, поиск и устранение неисправностей материнских плат

ВВЕДЕНИЕ

Системная (материнская) плата – основной аппаратный компонент, на котором реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора и оперативной памяти, а также слоты для установки дополнительных контроллеров внешних устройств.

Материнская плата является своеобразным фундаментом для будущей системы, задавая основные характеристики стабильности и быстродействия, возможности наращивания мощности и, соответственно, сроки морального старения компьютера. Основные возможности материнской платы определяет чипсет, или так называемый набор системной логики. 

Актуальность работы состоит в том, что частая причина поломки персонального компьютера – это выход из строя материнской платы. Обилие разновидностей плат и их поломок широкое, поэтому специалисту, работающему в сфере ремонта компьютеров, следует научиться оперативно находить и устранять причины поломки системных плат.

Цель курсовой работы - изучение устройства, методов поиска и устранения неисправностей системных плат.

Задачами данной работы являются:

   рассмотрение устройства системных плат;

   разработка классификации материнских плат по форм-фактору;

   анализ основных поломок и способов их устранения;

   рассмотрение инструментов для ремонта и диагностики системных плат.

Объектом нашего исследования является системная плата персонального компьютера, а предметом – техническое обслуживание, поиск и устранение неисправностей материнских плат.

Научная новизна данной работы  - это систематизация знаний по методам ремонта и диагностики системных плат.

Курсовая работа состоит из введения, двух разделов и заключения. В первом разделе рассматривается устройство и классификация системных плат, во втором – техническое обслуживание материнских плат. Во втором разделе подробно рассматриваются все стадии ремонта системных плат, их типовые неисправности и инструменты для диагностики и ремонта.

1 УСТРОЙСТВО И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМНЫХ ПЛАТ

1.1 Устройство системных плат

Системная плата (англ. motherboard, MB, матери́нская пла́та, также используется название англ. mainboard — главная плата; на компьютерном жаргоне — мама, мать, материнка) — сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня: центральный процессор, контроллер оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и, собственно, ОЗУ, загрузочное постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода. Именно материнская плата объединяет и координирует работу различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители. Это второй по важности компонент системного блока.

Если говорить о компьютерной структуре, то долгое время различные устройства выпускались либо OEM-компаниями, либо собственно компьютерными производителями. Например, произведенная отдельно как коммерческий продукт, материнская плата появилась на рынке только в 90-х годах. Если говорить о конкретных производителях, то, например, среди продукции компании Intel - это модель Batman. Основные компоненты, установленные на системной плате:

   центральный процессор;

   оперативная память, также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. ОЗУ изготавливается как отдельный блок; также может входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера в виде оперативной памяти;

   набор системной логики (англ. chipset) — набор микросхем, обеспечивающих подключение центрального процессорного устройства (ЦПУ) к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств.

Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух сверх больших интегральных схем СБИС:

   «северный мост» (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер. Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как Hyper-Transport и SCI. Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение. В качестве шины для подключения графического контроллера на современных системных платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP;

   «южный мост» (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку «устаревших» низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности системной платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

1.2 Классификация системных плат по форм-фактору

Форм-фактор системной платы — стандарт, определяющий размеры системной платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, разъёма центрального процессора и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания (рисунок 1).

Рисунок 1 - Наиболее часто встречающиеся форм-факторы материнских плат

Форм-фактор, как и любые другие стандарты, носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость системной платы и стандартизированного оборудования других производителей [1].

   устаревшие: Baby-AT; полноразмерная плата AT; LPX;

   современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; WTX;

   внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX.

AT (англ. Advanced Technology) — первый широко использовавшийся форм-фактор в персональных компьютерах. Форм-фактор AT был создан IBM в 1984 году и пришёл на смену ранее существовавшим форм-факторам PC и XT.

Размеры платы: 12х11-13" (305х279-330 мм).

Baby-AT - Стандарт материнских плат типоразмера Baby AT (BabySize) появился в 1982 г. На этих платах расположение разъёмов клавиатуры и слотов также должно соответствовать отверстиям в корпусе. Для подключения клавиатуры используется стандартный 5-контактный DIN-разъём. Материнские платы размера Baby AT могут быть установлены практически в любой корпус, за исключением корпусов уменьшенной высоты и Slimline. Именно поэтому и получили наибольшее распространение.

В настоящее время корпорация Intel сняла с производства материнские платы Baby-AT и перешла на выпуск материнских плат спецификации АТX.

LPX — форм-фактор материнской платы 9х11-13" (229х279-330 мм), разработан Western Digital в 1987 году для тонких клиентов, который в настоящее время устарел.

Ещё до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор LPX. Предназначался для использования в корпусах Slimline или Low-profile. Задача была решена путём новаторского предложения — введения стойки (riser, "ёлка"). Вместо того чтобы вставлять карты расширения непосредственно в материнскую плату, в этом варианте они помещаются в подключаемую к плате вертикальную стойку, параллельно материнской плате. Это позволило заметно уменьшить высоту корпуса, поскольку обычно именно высота карт расширения влияет на этот параметр. Расплатой за компактность стало максимальное количество подключаемых карт — 2-3 штуки. Ещё одно нововведение, начавшее широко применяться именно на платах LPX — это интегрированный в материнскую плату видеочип. Размер корпуса для LPX оставляет 9 х 13, для Mini LPX — 8 x 10. После появления NLX, LPX начал вытесняться этим форм-фактором.

ATX (от англ. Advanced Technology Extended) — форм-фактор персональных настольных компьютеров. Является доминирующим форматом для массово выпускаемых начиная с 2001 года компьютерных систем.

Разработан и предложен производителям компьютерных систем в 1995 году компанией Intel для замены использовавшемуся долгое время формата AT. Кроме самой Intel, замена начала производиться поставщиками OEM-техники, затем была подхвачена поставщиками компонентов — материнских плат и блоков питания к ним. Массовое вытеснение прежнего стандарта произошло в конце 1999 — начале 2001 года. Другие современные стандарты как microATX, flexATX, mini-ITX обычно сохраняют основные черты ATX, изменяя лишь размеры платы и количество слотов расширения.

MicroATX (µATX, mATX, uATX) — форм-фактор материнской платы 9,6х9,6" (244х244 мм), разработан Intel в 1997 году, который используется как для процессоров архитектуры x86, так и архитектуры x64.

Форм-фактор разрабатывался с учётом полной электрической и обратной механической совместимостью с форм-фактором ATX. Материнские платы µATX могут использоваться в корпусах для ATX, но не наоборот. При выпуске материнских плат часто выпускают на одном и том же чипсете платы как формата ATX, так и µATX, при этом различие обычно состоит в количестве PCI слотов и интегрированной периферии. Весьма часто встречается следующее различие: платы µATX выпускаются со встроенной видеокартой, ATX – без, т.к. форм-фактор µATX предполагается для офисной работы и, в основном, не рассчитан на игровое применение, требующее мощных видеокарт.

FlexATX — форм-фактор материнской платы, разработан Intel в 1999 году как замена microATX. В настоящее время актуален, но не получил популярности. FlexATX определяет размер материнской платы не более 9.0 x 7.5" (229 x 191 мм), а также размещение на ней не более чем 3-х слотов расширения.

Flex-ATX построен на тех же базовых элементах, что и ATX, и micro-ATX, имеет расположение отверстий для крепежа, соместимое с microATX, блок разъёмов ввода/вывода как у ATX и microATX, но сочетает все компоненты на меньшей площади. Подобно mini-ITX, Flex-ATX нацелен на индустриальные компьютеры.

WTX — стандарт компьютерного форм-фактора, разработанный компанией Intel в 1998 году специально для мощных серверов того времени на платформе Xeon.

Несмотря на наличие к моменту появления стандарта двух других стандартов форм-факторов — AT и ATX, концепция которых позволяла использовать блоки питания мощности, достаточной для обеспечения нужд персональных компьютеров, для мощных рабочих станций и серверов этих стандартов было недостаточно. Помимо этого, в их случае требовалась большая необходимость в обеспечении нормального охлаждения, удобной поддержке многопроцессорных конфигураций, размещении больших объемов оперативной памяти, портов контроллеров, накопителей данных и портов ввода/вывода.

В связи с этими проблемами в 1998 году была создана спецификация WTX, ориентированная на поддержку двухпроцессорных материнских плат любых конфигураций и различных технологий видеокарт и памяти.

Mini-ITX — форм-фактор для материнских плат, разработанный компанией VIA Technologies. При сохранении электрической и механической совместимости с форм-фактором ATX, материнские платы mini-ITX существенно меньше по размеру (170 на 170 мм).

В 2001 году для продвижения процессора C3,купленного у Cyrix, был создан форм-фактор ITX (215 х 191 мм). На практике он не использовался, вместо него активно начал использоваться «уменьшенный» форм-фактор — Mini-ITX.

Нередко одной из особенностей материнских плат формата mini-ITX является наличие впаянного процессора, что удешевляет общую стоимость компьютера. Благодаря относительно низкому тепловыделению на многих материнских платах mini-ITX используется пассивная система охлаждения. В сочетании с SSD накопителями это позволяет создавать бесшумные компьютеры, не содержащие движущихся механических деталей или тихие при решениях с жёсткими дисками.

Материнские платы формата mini-ITX за счёт своего размера используются во встраиваемых компьютерах, тонких клиентах, нетребовательных по энергопотреблению, но высокопроизводительных домашних компьютерах, благодаря современным технологиям, в основном, компании Intel, снизивших энергопотребление двух-ядерных высокопроизводительных процессоров Core Duo, Core 2 Duo и подобных с динамической регулировкой энергопотребления до средних величин 15 и менее ватт, что делает также ненужными вентиляторы для их охлаждения.

Nano-ITX — форм-фактор материнских плат, предложенный корпорацией VIA Technologies. Основан на использовании фирменных процессоров и чипсетов VIA. Отличие систем на базе Nano-ITX в том, что в них сочетается приемлемая скорость работы и функциональность с низким энергопотреблением и малыми размерами (120x120 мм).

Pico-ITX — форм-фактор системных плат для PC, анонсированный VIA Technologies в январе 2007 и продемонстрированный в том же году на CeBIT.

Первую материнскую плату стандарта Pico-ITX представила компания VIA. Эти платы будут изготовляться для сверхкомпактных компьютерных систем невысокой производительности.

Размеры платы составляют всего лишь 100×72 мм. На ней устанавливается процессор VIA C7 с тактовой частотой в 1 ГГц, чипсеты CX700M/VX700 с интегрированным графическим ядром, память DDR2 SO-DIMM. Плата обладает четырьмя разъёмами USB, одним контроллером Ethernet и контроллером SATA-2. Кроме того, производителям удалось разместить на плате звуковую карту VIA VT1708A (7.1 HDA и S/PDIF) и универсальный кард-ридер.

Существуют системные платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов. Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя системной платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов: так называемый «бренд», например Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы.