Текст книги "Аппаратные средства персональных компьютеров"

При появлении процессоров Pentium 4 и Athlon наконец-то подвергся модернизации способ индикации процесса тестирования и вывод сообщений об ошибках. На системной плате теперь устанавливают знаковый двухразрядный светодиодный индикатор (рис. 5.2), который высвечивает коды, по которым можно определить, какой этап тестирования в данный момент выполняется и с каким результатом завершилась работа программы POST. Например, код 65 высвечивается на индикаторе в тот момент, когда начинается инициализация мыши PS/2, поэтому если загрузка компьютера прекратится на этом коде, то можно считать, что на данном этапе зафиксирована фатальная ошибка.

Рис. 5.2. Индикатор BIOS на системной плате

К сожалению, диагностические коды различных системных плат не совпадают, поэтому информация в табл. 5.7 приведена только для иллюстрации процесса тестирования. Соответственно приведен неполный список который имеется в документации на системную плату, а наиболее понятные пункты, т. к. для «разбора полетов» при появлении некоторых кодов требуется доскональное знание архитектуры компьютера.

Таблица 5.7. Диагностические коды системной платы ABIT IT7/IT7E (в сокращенном виде)

Для индикации корректного завершения тестирования системы многими производителями системных плат, часто используется код FF. Заметим, что при ряде нефатальных ошибок, когда на индикаторе высвечивается не код FF, компьютер может нормально загрузиться и работать.

Загрузка операционной системы

При успешном завершении программы POST вызывается прерывание Intl9 (Bootstrap), и через него передается управление программе, которая должна найти устройство (какой-либо дисковод), с которого можно загрузить операционную систему. Поиск устройств проводится в том порядке, который установил пользователь при настройке BIOS. Наиболее частый вариант – А:, С:, CD-ROM, хотя в последнее время часто используют вариант CD-ROM, С:, А:.

В первом случае, когда гибкий диск А: вставлен в дисковод, проводится проверка – является ли он загрузочным. Весьма частым является случай, когда пользователь забывает в дисководе гибкий диск, не являющийся загрузочным, пустой или с какими-либо данными. Тогда вырабатывается сигнал ошибки, о чем выводится сообщение на экран монитора, а программа ожидает решения пользователя.

При обычном старте компьютера операционная система загружается с винчестера (для MS-DOS и Windows 95/98/МЕ – обязательно с диска С:). При этом всегда считывается в память самый первый сектор винчестера, где находится загрузочная запись — MBR (Master Boot Record).

Корпорация Microsoft de-facto установила формат первого сектора (используется термин "нулевой" сектор), которого придерживаются разработчики других операционных систем для IBM PC совместимых компьютеров. В нем, в пределах 512 байтов (если требуется больше места, то используются секторы, находящиеся на логическом диске, где расположена операционная система), записана программа, которой передается управление после завершения работы стартовой программы BIOS. Отличительной особенностью MBR является наличие в последних байтах сектора "магического числа" 0хАА55 (адреса 0xFEh и 0xFFh), означающего, что данный сектор содержит программу MBR.

Кроме программы начального загрузчика, в нулевой сектор записана таблица разделов (partition table) винчестера (табл. 5.8), которая содержит информацию о четырех основных разделах, с которых можно загрузить операционную систему.

На рис. 5.3 показана традиционная для корпорации Microsoft схема деления дискового пространства.

Рис. 5.3. «Традиционная» схема деления дискового пространства

Таблица 5.8. Таблица разделов винчестера (partition table)

Структура элементов таблицы разделов показана на рис. 5.4. Для указания, что раздел содержит операционную систему, которая загружается при старте компьютера, первый байт записи содержит флаг Boot (флаг загрузки). Если значение Boot равно 80h, то данный раздел является загрузочным (активным), в остальных случаях этот байт будет содержать 0.

Рис. 5.4. Структура элемента таблицы разделов

Примечание

Если прокомментировать структуру разделов, приведенную в табл. 5.8, то можно сказать, что все операционные системы корпорации Microsoft (MS-DOS, Windows 95, 98, ME, NT, 2000, XP) считают, что дисковое пространство может быть разбито только на два основных раздела – диски С: и D:. Основной раздел D, называемый расширенным разделом, в свою очередь, может быть разделен на логические диски – D:, Е:, F: и т. д. (см. рис. 5.3). Для создания другой схемы разделения винчестера требуется использовать программу, созданную программистами не фирмы Microsoft, а, например, из операционной системы Linux.

Код операционной системы, точнее, код файловой системы, созданной в основном разделе, несет информацию о том, где и как расположены служебные зоны в разделе и как записываются данные на этот диск.

Остальные поля в записи относятся к геометрии винчестера, информируя о размере раздела и его положении на винчестере.

Программа начального загрузчика, найдя в таблице разделов активный раздел[13]13
  Так загружаются операционные системы MS-DOS и Windows 95, 98, ME. При использовании других операционных систем процесс их загрузки несколько иной.


[Закрыть], считывает в память, начиная с первого логического сектора этого раздела, программу вторичного загрузчика. После этого первичный загрузчик прекращает работу и передает управление программе вторичного загрузчика, который находит на винчестере служебные программы операционной системы и загружает их в оперативную память, после чего передает управление операционной системе. Например, в MS-DOS первым загружается файл IO.SYS, расположенный по фиксированному адресу 700h.

Настройка BIOS

Первый шаг, который надо сделать пользователю, когда он включает только что собранный компьютер, это в программе BIOS Setup указать конфигурацию тех устройств, которые обычно не могут быть автоматически сконфигурированы BIOS. К таким устройствам, как минимум, относятся дисковод гибких дисков и винчестер. Дисковод по причине малой «интеллектуальности», а винчестер – из-за огромного количества моделей. Остальные параметры BIOS, особенно в новых компьютерах, можно всегда оставить по умолчанию, т. к. любые изменения в настройках BIOS требуют ясного понимания последствий.

Программу BIOS Setup также приходится запускать, когда устанавливается новый винчестер или возникли проблемы с загрузкой компьютера (особенно после "тяжелого" сбоя по питанию).

Чаще всего для входа в меню программы BIOS Setup после включения питания или нажатия кнопки Reset надо нажать клавишу <Del>, но, скажем, для Award BIOS следует использовать комбинацию клавиш <Ctrl>+<Alt>+<Esc>. Один из вариантов главного меню программы BIOS Setup показан на рис. 5.5[14]14
  Для иллюстрации используется меню BIOS от системной платы ABIT АТ7.


[Закрыть].

Рис. 5.5. Главное меню программы BIOS Setup

Из главного меню программы BIOS Setup доступны вспомогательные меню, предназначенные для изменения конфигурации компьютера, и несколько системных функций:

• Standard CMOS Features[15]15
  Названия пунктов в главном меню могут быть несколько иными.


[Закрыть] – это меню отвечает за стандартные настройки аппаратных средств и установку системной даты и времени. При плохой батарейке CMOS пользователю регулярно приходится открывать это меню и восстанавливать текущую конфигурацию;

• Advanced BIOS Features – установка стартовой конфигурации компьютера и ряда параметров BIOS. Наиболее популярный пункт в данном меню – это выбор порядка загрузки компьютера. Изменения остальных пунктов могут как улучшить быстродействие компьютера, так и вызвать обратный эффект. Особо навредить себе при неправильных действиях в этом меню пользователь может лишь с большим трудом;

• Advanced Chipset Features – меню служит для настройки параметров чипсета. Опытный пользователь может существенно улучшить работу компьютера, но при этом должен отлично знать «железо» и понимать, что он изменяет. Начинающему не рекомендуется «играть» с параметрами в этом меню, особенно, когда настаивается современная системная плата;

• Integrated Peripherals – изменение параметров периферийных устройств. Какие-либо изменения в этом меню рекомендуется делать только при проблемах со старым оборудованием;

• Power Management Setup – настройка параметров энергосбережения. Для настольных компьютеров в большинстве случаев данное меню не актуально;

• PnP/PCI Configurations – изменение конфигурации шины PCI. Интерес к этому меню может возникнуть, скорее всего, когда используется больше четырех РСI-карт;

• Load Fail-Safe Defaults и Load Optimized Defaults – эти пункты позволяют восстановить настройки BIOS. К сожалению, для тех конфигураций компьютеров, которые обычно создаются пользователем самостоятельно, использование этих функций может привести к некорректной загрузке компьютера, что потребует кропотливой настройки параметров в различных меню;

• Set Password – установка пароля на BIOS. Пункт может заинтересовать тех пользователей, которые обеспокоены по поводу доступа к компьютеру посторонних, но, увы, если вытащить батарейку или закоротить контакты, предназначенные для сброса CMOS, то парольная защита исчезнет[16]16
  Для ряда BIOS имеются стандартные пароли.


[Закрыть];

• Save & Exit Setup – выбор данного пункта приводит к записи в CMOS новой конфигурации и к перезапуску компьютера;

• Exit Without Saving – воспользуйтесь этим пунктом, если не хотите вносить какие-либо изменения в конфигурацию компьютера;

• SoftMenu III Setup – этот пункт меню появился в компьютерах с современными процессорами и системными платами, позволяющими выставлять параметры процессора без использования джамперов;

Предупреждение

Неверная установка параметров в меню SoftMenu III Setup может привести к выходу из строя процессора!

PC Health Status – это меню предназначено для мониторинга температуры узлов современного компьютера. Периодически рекомендуется сюда заглядывать, чтобы узнать самочувствие вашего компьютера. Кроме того, в этом меню могут быть пункты для настройки оповещения о перегреве и аварийного выключения компьютера. Ряд дешевых системных плат имеют упрощенную версию BIOS[17]17
  Существуют системные платы для процессоров AMD, на которых не задействована система защиты от перегрева процессора.


[Закрыть], где нет этого меню.

В других версиях BIOS количество пунктов в главном меню и их назначение могут быть иными, особенно для старых компьютеров. Например, очень популярен пункт IDE HDD AUTO DETECTION, позволяющий запустить процедуру автоматической идентификации винчестера. У очень старых компьютеров вообще возможно только одно меню для настройки стандартной конфигурации.

Окно меню Standard CMOS Features, показанное на рис. 5.6, позволяет установить системную дату и время, если с помощью курсора выбрать соответствующий пункт и нажать определенные клавиши на клавиатуре (о назначении клавиш всегда имеется информация в последних строчках окна).

Рис. 5.6. Меню Standard CMOS Features

Четыре пункта, относящиеся к винчестерам с IDE-интерфейсом, позволяют вручную выставить геометрию винчестера. Но желательно использовать функцию автоопределения винчестера. (Для варианта, приведенного на рис. 5.6, вызов меню настройки параметров винчестера осуществляется нажатием клавиши <Enter> при выборе соответствующего канала IDE.)

Меню настройки параметров процессора показано на рис. 5.7. Рекомендуется внимательно прочесть документацию на системную плату, прежде чем менять коэффициенты умножения и корректировать напряжения питания. Начинающим настоятельно не рекомендуется что-либо изменять в этом меню, особенно, для процессоров гигагерцового диапазона!

Рис. 5.7. Установка параметров процессора

Меню мониторинга температуры показано на рис. 5.8. Также в этом меню имеется информация о напряжениях питания системной платы и ряда устройств.

Рис. 5.8. Меню контроля температурного режима

В меню Advanced BIOS Features, показанном на рис. 5.9, можно установить вариант процедуры загрузки компьютера. В отличие от старых BIOS, здесь пользователю предоставляются более широкие возможности – пункты First Boot Device, Second Boot Device, Third Boot Device и Boot Other Device позволяют подобрать наилучший вариант. Остальные пункты можно оставить по умолчанию. Относительно пункта Virus Warnihg – защита от записи нулевой дорожки винчестера – можно сказать, что активизировать его, установив опцию Enable, при наличии традиционной антивирусной программы не имеет большого смысла, а вот проблемы при установке операционной системы возникнут.

Рис. 5.9. Меню Advanced BIOS Features

Все остальные меню программы BIOS Setup предназначены для продвинутых пользователей и инженеров техподдержки.

Совет

Работу любого стандартного персонального компьютера можно оптимизировать с помощью подбора параметров в BIOS так, что его производительность может возрасти чуть ли не в два раза. В первую очередь, это можно сделать, подобрав оптимальную циклограмму работы оперативной памяти для тех модулей памяти, которые установлены в компьютере. Очень полезно, особенно для старых компьютеров, перевести в режим Shadow RAM BIOS и ПЗУ видеоадаптера[18]18
  Перевод в режим Shadow RAM ПЗУ видеоадаптера не всегда приводит к желаемому результату из-за особенностей работы ПО.


[Закрыть]. В Интернете можно найти много статей по настройке BIOS, но заниматься этим рекомендуется только опытным пользователям, т. к. неверные настройки способны привести к неустойчивой работе компьютера. Кроме того, при настройке современного компьютера следует пользоваться специальными тестирующими программами.

Обязательной процедурой при установке нового винчестера в компьютер является указание его параметров в BIOS. Ранее, когда количество марок винчестеров было невелико, требовалось указать тип винчестера от 1 до 46 (номер однозначно определял количество головок, цилиндров и секторов). Сейчас все винчестеры уже устанавливаются как тип 47 (определяемый пользователем).

На рис. 5.10 показан еще один вариант главного меню (STANDARD CMOS SETUP) программы BIOS Setup, где имеется пункт IDE HDD AUTO DETECTION. Выбор этого пункта запускает программу автоматического определения параметров винчестера. Результаты ее работы приведены на рис. 5.11. Как можно видеть, пользователю предлагается сделать выбор между тремя способами указания геометрии винчестера. Но для современных винчестеров следует останавливаться на варианте LBA.

Рис. 5.10. Меню STANDARD CMOS SETUP

Рис. 5.11. Результаты автоопределения винчестера

После того как пользователь согласился с автоопределением винчестера в окне STANDARD CMOS SETUP (на рис. 5.12 показан еще один вариант этого окна) появятся параметры установленного в системе винчестера. В пункте Mode лучше устанавливать значение Auto, что позволяет BIOS самостоятельно устанавливать винчестер в системе после того, как он был, например, снят и потом снова установлен.

Рис. 5.12. Вариант окна STANDARD CMOS SETUP

После установки в компьютер нового винчестера или при переформатировании дискового пространства с потерей всей старой информации на винчестере, чтобы винчестер был доступен операционной системе, требуется разметить дисковое пространство программой FDISK[19]19
  В каждой операционной системе своя программа FDISK.


[Закрыть]. На рис. 5.13 показано главное меню этой программы.

Рис. 5.13. Главное меню программы FDISK

Первая операция, которую надо сделать,  – это создание первого основного раздела на винчестере. Для этого надо нажать на клавишу <1> (пункт Create DOS Partition or Logical DOS Drive). В следующем меню (рис. 5.14) снова нажать клавишу <1>, выбрав пункт Create Primary DOS Partition.

Рис. 5.14. Меню выбора типа создаваемого раздела

Последняя операция по созданию основного раздела – это в окне, показанном на рис. 5.15, ответить на вопросы программы. Пользователю предлагается определиться с размером создаваемого раздела и указать его название (присваивать имя разделу необязательно, но позволяет более удобно пользоваться файловой системой).

Рис. 5.15. Создание раздела MS DOS

При необходимости создается расширенный раздел, где можно определить несколько логических дисков. Заметим, создание двух основных разделов программой FDISK из комплекта MS-DOS и Windows невозможно. Нестандартная разметка допускается только с применением коммерческих программ или при использовании программ из операционных систем, разработанных не корпорацией Microsoft; например, можно взять какой-либо компакт-диск с дистрибутивом Linux.

Совет

После создания разделов с помощью программы FDISK требуется обязательное форматирование созданных логических дисков с помощью программы FORMAT.

Предупреждение

Не используйте низкоуровневое форматирование (доступное через пункт HDD LOW LEVEL FORMAT) для современных винчестеров.

Глава 6
Блоки питания, охлаждение

Эта глава, хоть и рассказывает о так называемых «второстепенных» узлах персонального компьютера, является такой же важной, как и главы о процессорах и системных платах. Ведь от таких малозаметных устройств, как блок питания, корпус и вентиляторы зависит «самочувствие» всех остальных блоков. От того, насколько правильно выбраны данные элементы, во многом зависит безаварийная работа персонального компьютера и, соответственно, расходы пользователя на ремонт, когда возникнут проблемы.

Блок питания

Блок питания в персональных компьютерах PC – наиболее стандартизованный узел. Практически, за многие десятилетия его внешний вид и основные технические параметры не претерпели каких-либо принципиальных изменений. Лишь появление низковольтных процессоров заставило ввести некоторые коррективы – добавить напряжение 3,3 В. Итак, в настоящее время есть два стандарта на блоки питания – форм-фактор AT, сохранившийся от эпохи IBM PC AT, и модернизированный вариант АТХ. Другие конструктивные варианты блоков питания редки и используются, в основном, в малогабаритных компьютерах. Внешний вид блока питания показан на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Блок питания для персональных компьютеров PC

Несмотря на свою незаметность и простоту, блок питания является одним из самых важных с точки зрения надежности работы узлов компьютера. Поверьте на слово, но именно удачный импульсный блок питания, который был установлен в первые персональные компьютеры корпорации IBM, сыграл немаловажную роль в прогрессе клонов IBM PC XT/AT. Ведь что надо от источника питания – бесперебойное и качественное обеспечение всех узлов компьютера электроэнергией, да так, чтобы не возникали проблемы при добавлении в компьютер новых блоков или замене старых на более совершенные. То есть при переводе вышесказанного на технический язык, универсальный источник питания для компьютера должен обладать следующими техническими характеристиками:

• иметь во вторичных цепях (к ним подключаются все блоки компьютера) универсальный ряд напряжений, который пригоден для большинства микросхем, используемых в этот период времени в промышленности;

• мощность блока питания должна обеспечивать потребности не только базовых узлов компьютера, но и иметь существенный резерв для дополнительных устройств;

• подключение внешних устройств желательно сделать простым (должны иметься свободные разъемы питания), а перекоммутация разъемов питания не должна приводить к проблемам (все коммутационные элементы должны быть стандартизованы);

• необходима высокая надежность и защита от перегрузок;

• значительные изменения напряжения в первичной электросети не должны отражаться на параметрах вторичных цепей;

• вес и габариты блока питания не должны превышать некоторого разумного предела, например, не быть тяжелее и больше всех остальных узлов компьютера;

• блок питания должен выполняться в виде отдельного узла, который элементарно может быть извлечен из корпуса компьютера, а также заменен на другой.

Оглядываясь на десяток лет назад и рассматривая современное состояние компьютерного рынка, можно сказать, что блок питания IBM PC AT вполне отвечал, да и сейчас отвечает, всем желаемым требованиям. Более того, появление стандарта АТХ не привело к моральному старению предыдущего стандарта – новые системные платы часто имеют разъемы для подключения обоих типов блоков питания.

Одна из основных электрических характеристик блока питания PC – это общая мощность, которая находится в пределах от 63 до 400 Вт. У нижней границы мощности находятся блоки питания IBM PC XT и малогабаритных персональных компьютеров, а у верхнего предела – особо мощные блоки питания для Pentium 4 и Athlon. Большинство же блоков питания имеют стандартные мощности 200, 210, 220, 230, 240 и 250 Вт, что всегда отмечено на этикетке, приклеенной к корпусу. Небольшая разница всего лишь в 10 Вт иногда играет существенную роль при установке, например, новой видеокарты или винчестера.

Стандарт AT обязан своим появлением выпуску компьютеров фирмы IBM, созданных на базе процессора Intel 286. Каких-либо принципиальных изменений за все годы, прошедшие с момента выпуска первого компьютера IBM PC AT, он не претерпел – лишь последовательно увеличивалась максимальная мощность блока питания.

Стандартный блок питания AT имеет следующие уровни выходного (вторичного) напряжения:

• напряжение +5 В, ток от 2 до 25 А;

• напряжение -5 В, ток от 0 до 0,3 А;

• напряжение +12 В, ток от 0,4 до 3 А;

• напряжение -12 В, ток от 0 до 0,25 А.

Предупреждение

Включать блок питания без нагрузки нельзя, т. к. могут выйти из строя силовые элементы электрической схемы – транзисторы и электролитические конденсаторы. При необходимости проверки блока питания отдельно от компьютера к цепи +5 В следует подключить автомобильную лампу 30–40 Вт, 12 В.

Основное напряжение питания, которое подается на процессор и все микросхемы, +5 В. Соответственно, от этого источника напряжения потребляется и наибольший ток. Например, современные процессоры требуют 20 и более ампер.

Напряжения -5 В ранее применялось для питания подложек кристаллов микросхем, а теперь практически не используется, точно так же, как и напряжение -12 В. Все необходимые напряжения различного уровня, отличные от +5 и +12 В, вырабатываются импульсными преобразователями на системной плате и платах расширения.

При включении блок питания вырабатывает для системного сброса (Reset) сигнал PG (Power Good), который появляется через 0,1–0,5 с, если напряжения на всех линиях вторичного питания в норме.

Для подачи напряжений к системной плате используются два 6-контактных разъема Р8 и Р9 (рис. 6.2). Так как оба разъема конструктивно абсолютно одинаковы, а назначение контактов существенно различается, всегда существует опасность установить их неправильно. Для старых моделей блоков питания и системных плат это кончалось, как правило, выгоранием токопроводящих проводников на материнской плате и выходом ее из строя. Маркировка разъемов не особо помогает, т. к. на самой материнской плате достаточно трудно рассмотреть номера разъемов. Существует правило, по которому происходит подключение – две пары черных и толстых проводов должны быть рядом (иногда они могут быть другого цвета). Учитывая такую особенность, всегда перед первым включением питания проверяйте – находятся ли в центре четыре одинаковых провода (по цвету и толщине).

Рис. 6.2. Подключение питания к системной плате стандарта AT

Предупреждение

Устанавливайте разъемы питания так, чтобы рядом были по два черных провода (земля).

Для проводов разъемов питания применяются стандартные цвета (табл. 6.1), хотя встречаются и другие варианты.

Таблица 6.1. Напряжения и цвета проводников в разъемах Р8 и Р9

Для питания различных устройств, например дисководов, из блока питания выходят несколько жгутов с 4-контактными разъемами (рис. 6.3), имеющими скошенные углы. На эти разъемы выводятся напряжения +5 и + 12 В. Таких разъемов обычно бывает от 3 до 5. Для питания 3-дюймового дисковода используют малогабаритный 4-контактный разъем (рис. 6.4), который надо подключать к дисководу очень аккуратно, чтобы не перепутать ориентацию или не установить его не на те контакты (со сдвигом). Так как различных внешних устройств, в том числе и вентиляторов, может быть больше количества разъемов, то используют переходники. Также переходники применяют, когда у блока питания нет разъема для подключения 3-дюймового дисковода (рис. 6.5).

Рис. 6.3. Разъем питания для внешних устройств (винчестеров, 5-дюймовых дисководов)

Рис. 6.4. Разъем питания для 3-дюймового дисковода гибких дисков

Рис. 6.5. Переходник для питания внешних устройств

В тех случаях, когда нет переходника, можно самостоятельно припаять дополнительные разъемы питания. При распайке новых разъемов следует быть аккуратным и не перепутать провода +5 и +12 В. Обратите внимание, что новые разъемы продаются с контактами, которые не отделены от технологической полосы (рис. 6.6), поэтому их надо осторожно откусить. Кроме того, следует учитывать, что конструкция контактов, которые выполняются из тонкой жести, рассчитана на однократную сборку, соответственно, разборка разъема может вызвать поломку фиксаторов крепления.

Рис. 6.6. Комплект контактов для разъема питания внешних устройств

На рис. 6.7 показан блок питания AT, установленный в корпусе, где видно, что с внешним миром его соединяют два разъема для цепи 220 В, а также вентиляционные отверстия, через которые из корпуса компьютера выдувается воздух, создавая поток, который охлаждает силовые элементы блока питания.

Рис. 6.7. Блок питания AT, установленный в корпусе

На блоке питания AT установлено две розетки для цепи 220 В, которые не являются равнозначными. Основная, к которой подключается питающее напряжение, снабжена тремя штырями для подключения сетевого провода (рис. 6.8), у которого третий проводник – это защитное заземление (зануление). Вторая розетка предназначена для подключения специального кабеля питания монитора (рис. 6.9). Напряжение 220 В к ней подается только после нажатия кнопки питания на лицевой панели компьютера.

Рис. 6.8. Стандартный шнур питания

Рис. 6.9. Шнур питания для монитора или UPS (транзитный, переходной)

Каких-либо предохранителей или переключателей у блока питания AT обычно нет, т. к. большинство блоков рассчитаны и устойчиво работают как при напряжении 180–265 В, так и при стандарте 115 В и частоте сетевого напряжения от 47 до 63 Гц. Внутренний защитный предохранитель сгорает только в случае выхода из строя силовых элементов питания, и поэтому не предназначен для замены пользователем.