Техническое обслуживание, поиск и устранение неисправностей материнских плат

В персональных IBM PC-совместимых компьютерах, использующих микроархитектуру x86, BIOS представляет собой набор записанных в микросхему EEPROM (ПЗУ) персонального компьютера микропрограмм (образующих системное программное обеспечение), обеспечивающих начальную загрузку компьютера и последующий запуск операционной системы.

Есть несколько типов интерфейса BIOS (соответственно микросхем флэш):

     параллельные. Стоят на материнских платах с чипами SiS/VIA и всех системах на Athlon (за исключением чипов nForce);

     FWH (FirmWareHub - хабовые). Используются современными чипсетами Intel начиная с i810;

     LPC (Low Pin Count - малоконтактные). Используются с чипсетами nForce1/2/3 и на некоторых ASUS;

     универсальные - к примеру, FWH/LPC;

     на новых платах, например, Intel(R) Desktop Board D945GNT, объем BIOS 4мб, но вот только уже не FWH, а SPI Serial Flash.

Поломка микросхемы BIOS встречается довольно часто. Например, при переразгоне процессора обновляется DMI, в процессе обновления компьютер виснет, и в CMOS появляются обрывки кода. Чаще всего при этом материнская плата вообще не стартует, несмотря на целостность основного кода. Если при включении компьютер сразу обращается к дисководу - повезло, Boot-Block еще не повредился. Почти всегда для Award BIOS можно загрузиться с DOS-овской дискеты даже без изображения на мониторе и перепрошить BIOS. А в более новых версиях Boot-Block научился инициализировать сначала ISA, затем PCI, а теперь и AGP видеоадаптер. Для AMI все еще проще - достаточно положить на дискету образ BIOS, переименовав его в amiboot.rom, остальное он сделает сам, или нажать при включении Ctrl+Home. В домашних условиях для перепрошивки оправданнее Hot-Swap. Чтобы не разбивались DIP-панельки и не гнулись ноги у микросхем, нужно вставить и родной, и прошиваемый BIOS в обычную 32-ногую панельку. За счет более тонких ножек она легко вставляется и вынимается. Естественно, стараться ставить микросхему так, чтобы земля (16 нога) снималась последней и подавалась первой, особенно это важно для 12-вольтовых флэш, например, серии 28F. Если микросхема в PLCC припаяна – нужна паяльная станция. Если надо перепрошить с помощью AwardFlash неродной BIOS, желательно использовать ключ /F, чтобы он не пытался использовать процедуру обновления флэш из нового образа. У фирмы Asus, а также у разных брендов, программы для прошивки BIOS свои, но AMIFlash должен работать и там, т.к. он не использует процедур из BIOS, в отличие от AwardFlash. При прошивке на плате флэш в корпусе PLCC нужно вытащить родную флэш из панельки, аккуратно положить ее сверху на панельку и прижать сверху пальцем, в таком состоянии загрузить DOS, после этого флэш легко убирается, в панельку вставляется та, которую нужно прошить, и запускается программа-прошивальщик [5].

AMIBIOS8(R) обеспечивает два механизма изменения содержимого Flash ROM: Flash Update и BIOS Recovery. Если в процессе старта загрузочного блока обнаружено несовпадение контрольных сумм BIOS, это приводит к запуску процедуры восстановления (BIOS Recovery) содержимого Flash ROM. Процедура Flash Update используется для обновления BIOS и используется в сеансе операционной системы с привлечением специализированных утилит. AMIBIOS8(R) позволяет выбрать устройство, на котором расположен носитель с образом BIOS для процедуры Recovery. По умолчанию в таком качестве используется накопитель на гибких магнитных дисках (FDD), что позволяет инициировать процесс перезаписи Flash ROM в процессе выполнения POST. Для этого в корневую директорию гибкого магнитного диска нужно записать файл BIOS с зарезервированным именем AMIBOOT.ROM и удерживать комбинацию клавиш Ctrl+Home с момента старта системной платы до момента обращения BIOS к накопителю FDD. Процесс визуализируется на мониторе в виде прогресс-индикатора, а успешное завершение сопровождается серией из четырех-девяти звуковых сигналов. Зарезервированное имя AMIBOOT.ROM может быть изменено разработчиком платформы по своему усмотрению. Обычно, но совсем не обязательно, оно хранится по смещению 0FFB6h от начала последнего сегмента образа BIOS и на платформах ASUS, например, содержит имя системной платы. Использование зарезервированной комбинации клавиш позволяет не только восстановить или обновить системный BIOS, но и выполнить установку параметров CMOS по умолчанию (Clear CMOS). Если в процессе перезаписи необходимо также очистить NVRAM, следует пользоваться комбинацией Ctrl+PgUp, комбинация клавиш Ctrl+PgDn позволит выполнить обновление BIOS без изменения содержимого CMOS.

Однако единого стандарта на процесс восстановления с дисковода всё же нет. Большинство "брэндовых" компьютеров, т.е. фирменные Intel, HP/Compaq, Dell, IBM, Fujitsu и некоторые другие, могут быть оживлены дискетой, содержимое которой можно скачать с их собственного сайта (там же должно быть подробное описание).

В зависимости от современности конкретной платы/BIOS (Award/AMI) на дискетке может потребоваться наличие лишь файлов программы прошивки и образа BIOS или даже, вообще, только самой прошивки.

Если вы хотите принудительно запустить Boot-Block для перешивки можно испортить CRC "вручную" - закоротив адресные линии параллельной флэш выше Boot-Block. Объём Boot-Block = 16kB = 2^14 в результате чего он никак не пострадает, а контрольная сумма "остального" собьётся.

Для FWH-флэш последовательность действия такова: нужно присоединить каким-нибудь образом провод на удобную ножку FWH0/1/2/3 (контакты 13/14/15/17) и включить компьютер. Потом отсчитать 1-3 секунды и сделать одно замыкание на корпус. В результате замыкание процедура POST остановится. Если удачно, то через пару секунд сработает Boot-Block, и дальше пойдёт процесс восстановления BIOS, описанный выше.

2.3.5 Неисправности шин и сокетов

На некоторых материнских платах был реализован механизм защиты северного моста. Например, не включение новой системной платы AGP 3.0 с видеокартой AGP 1.0 или AGP 2.0. Этим можно объяснить то, что не со всеми AGP картами плата может запускаться.

При ремонте AGP шины нужно выполнить следующие действия:

     проверяем поступление питаний на разъем AGP, в частности 3.3 вольта, особенно, если системная плата со своим стабилизатором этой линии;

     VREFGC (последняя пара контактов разъема) - не замкнуты ли на "землю". Если материнская плата имеет AGP больше чем 2х, не должно быть;

     VDDQ - ток по AGP разрешен до 8А, бывает, что питание на AGP и на память по этой линии идет без развязки;

     измерить величину и вычислить соотношение VDDQ и VREF - 3.3/1.65 вольт, ровно 2:1;

     если не помогает, то снижать кратность AGP, запрещать FW, Master Read/Write=0 и т.п.

При любых неполадках с PCI или ISA устройствами для начала проверить исправность контактов в разъемах.

Часто в ремонт попадаются платы с не пропаянным  сокетом. В основном это платы производства Gigabyte и ASUS, но есть и другие производители. В подавляющем большинстве такие сокеты имеют маркировку "Т2", производимые компанией Foxconn. Замена отличается от любой другой BGA операции из-за особенности конструкции  сокета, а именно из-за сквозных отверстий и неравномерного распределения веса. С одной стороны он висит на шарах, а с другой лежит на пластмассе, и если при прогреве подпирать сокет не обязательно, то при замене это нужно обязательно, т.к. он проседает под весом металлического съемника.

2.3.6 Конденсаторы

Вздувшиеся электролитические конденсаторы в импульсных стабилизаторах – частая причина поломки многих современных материнских плат. Конденсаторы выходят из строя по нескольким причинам:

   некачественные конденсаторы, которые вздуваются даже в цепях постоянного тока. Особое внимание нужно обращать на конденсаторы, промаркированые GSC, G-Luxon, Licon (или Li-con, или Lycon), Jackcon, JPcon, D.S VENT, Chssi, OST;

   перегрев конденсаторов от расположенных рядом силовых полевых транзисторов и собственный разогрев потерями на ВЧ после того, как конденсатор уже частично высох, отсутствие запаса по напряжению, плохая вентиляция и перегрев в тесном корпусе, когда все закрыто шлейфами.

Сбои системной платы при этом возникают нескольких видов. Например, плата может не запускаться, а потом вдруг начать нормально стартовать после прогрева или нажатия на Reset. Если в процессе работы компьютер самопроизвольно перезагружается или достают недопустимые ошибки, BSOD и зависания, и при этом БП, винчестер и память в полном порядке, а ОС недавно установлена, то это, скорее всего, та же самая проблема конденсаторов. Менять нужно на конденсаторы с +105 C и LOW ESR, иногда их проще снять с другой платы, чем купить. Номинальная емкость обычно некритична, можно поставить и в 2 раза меньше, но не желательно. А вот напряжение чем больше, тем лучше. Перед заменой нужно протереть вытекший электролит с платы, он может наделать проблем. Также рекомендуется сделать небольшую доработку. Заключается она в добавлении керамических конденсаторов. Необходимо шунтировать цепи питания процессора двумя дополнительными керамическими конденсаторами 3,3 - 4,7 мкф после электролитических конденсаторов или параллельно им, и 0,033 мкф в непосредственной близости от выводов процессора. Размещать эти конденсаторы удобнее всего с обратной стороны материнки: - 3,3 - 4,7 мкф "распараллелить" на несколько равных емкостей, по числу электролитов в цепи питания, и напаять керамические конденсаторы прямо на выводы электролитических; - 0,033 мкф напаять на соответствующие выводы сокета/слота.

Если на системной плате электролитические конденсаторы нормального вида, а она все равно не запускается, при этом, показывая на POST-карте дергающиеся в беспорядке цифры - не спешите перепаивать Multi I/O. Нужно попробовать заменить все электролитические конденсаторы на питании процессора.

2.3.7 Super I/O (Multi I/O)

Super I/O, Multi I/O (дословно: контроллер ввода/вывода; в технической литературе обозначают – «контроллер I/O») - это название было дано классу контроллеров, которые начали использоваться на материнских платах персональных компьютеров позже 1980 года. Контроллер I/O объединяет интерфейсы различных низкочастотных устройств. Как правило, включает в себя следующие функции:

     контроллер дисковода флоппи;

     параллельный порт (LPT) (обычно используется для принтеров);

     один или более последовательных (COM) портов;

     контроллер клавиатуры.

Контроллер I/O может так же включать в себя и другие интерфейсы, такие как игровой (MIDI или джойстик) или инфракрасный порты. Благодаря сочетанию многих функций в одной микросхеме, уменьшилось число контроллеров на материнской плате, и таким образом, уменьшилась и её стоимость.

Изначально контроллеры I/O связывались с процессором (CPU) через ISA шину. Впоследствии вместо ISA шины стала использоваться шина PCI, но часто одной из причин включения ISA шины в материнскую плату был контроллер I/O. Современные контроллеры I/O используют шину LPC (Low Pin Count) вместо шины ISA для связи с CPU. Интерфейс шины LPC предоставляет южный мост материнской платы. Самые современные SIO-контроллеры обеспечивают через SPI интерфейс доступ к системному BIOS.

В зависимости от архитектуры контроллера, к нему подключается либо стандартный RS232 Буфер порта, либо интегрированный I/O Buffer Chip (I/O Coupler).

Неисправность контроллера I/O можно обнаружить, если сама микросхема нагревается, плата не включается, происходит циклическое выполнение POST (после индикации POST-кода 05 системный BIOS снова возвращается к выполнению POST-кода C0h.)

2.4 Инструменты для диагностики и ремонта материнских плат

2.4.1 Тестовый процессор

Тестовый процессор служит для проверки неполадок схемы питания процессора материнской платы. Задача тестового процессора - сообщить материнской плате, какое напряжение ему нужно для питания и не сгореть, если плата выдаст намного больше.

Раньше напряжение питания процессора выставлялось на материнской плате с помощью набора перемычек. При сборке компьютера пользователю нужно было свериться со справочником или прочесть на корпусе процессора, какое напряжение ему нужно для нормальной работы. Затем переставлялись соответственно перемычки на материнской плате. Если пользователь ошибся и выставил 5 вольт вместо требуемых трех, то процессор мог и сгореть. То есть ответственность за выбор правильного напряжения питания процессора полностью лежала на пользователе. Для облегчения процесса сборки компьютера работу, связанную с выбором питания CPU, переложили на плечи материнской платы. Упрощенно говоря - перемычки перенесли с платы в процессор. И теперь при установке нового процессора в материнскую плату перемычки автоматически выставляются в нужное положение, и на процессор подается требуемое ему питание.

На современных платформах питание организованно по-другому. Несколько выводов процессора отведено для нужд Voltage IDentification, сокращенно VID. Возьмем, к примеру, Intel® Celeron® D в 478-пиновом корпусе. Если ознакомиться с документацией на этот процессор, то можно увидеть, что за определение напряжения питания отвечают контакты VID0 - VID5. Там же приведён рисунок, указывающий, какая комбинация сигналов VID какое напряжение устанавливает (рисунок 4).

Рисунок 4 - Комбинации сигналов VID для Intel® Celeron® D в 478-пиновом корпусе

По умолчанию на каждом из VID`ов выставлена логическая "1", то есть напряжение около 5В. Процессор может либо оставить каждый из VID'ов в состоянии "1", либо перевести его в состояние логического нуля, замкнув соответствующий выход на землю.

Приступая к ремонту материнской платы необходимо убедиться в том, что она обеспечивает правильное питание процессора. Самый простой вариант: установить процессор, включить материнскую плату и замерить напряжение питания процессора. В результате замеров мы можем получить один из вариантов:

   напряжение в норме;

   напряжение занижено или отсутствует. Нужно разбираться со стабилизатором питания (VRM) процессора;

   напряжение нормальное, но не стабильное. Обычно лечится заменой конденсаторов, расположенных рядом с процессором;

   напряжение завышенное или очень завышенное. Опять-таки проблемы с VRM, процессор моментально сгорает.

Чтобы исключить последний пункт, желательно проверить VRM без процессора. Проанализируем вышеприведенную таблицу. Если мы не установим процессор, то, соответственно, все VID`ы будут равны "1". В таблице это состояние называется "VR output off", и означает, что питание на процессор будет отключено. Выберем в таблице какое-нибудь напряжение, скажем 1В. Для того чтобы VRM подал на процессор 1В, необходимо замкнуть на землю VID2, VID3 и VID4. Если после этого включить материнскую плату, то VRM, получив нужную последовательность VID'ов, включится и подаст на несуществующий процессор 1В. Наличие и правильность напряжения питания можно проконтролировать, к примеру, на дросселях возле сокета процессора.

Задача тестового процессора, по большому счету, состоит только в том, чтобы выставить нужную комбинацию VID'ов (рисунок 5). За основу можно взять либо аналогичный процессорный сокет, выпаянный из нерабочей материнской платы (сокет, естественно, должен быть не BGA), либо вырезать фрагмент материнской платы, который находится под предварительно выпаянным сокетом и впаять необходимые ножки будущему тестовому процессору.

Рисунок 5 – Тестовый процессор для Socket 370