Материнская плата

Материнская плата

Введение

Компью́тер - устройство или система, способное выполнять заданную чётко определённую изменяемую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B2%D0%BE%D0%B4-%D0%B2%D1%8B%D0%B2%D0%BE%D0%B4>. ЭВМ используется как один из способов реализации компьютера. В настоящее время термин ЭВМ, как относящийся больше к вопросам конкретной физической реализации компьютера, почти вытеснен из бытового употребления и в основном используется инженерами цифровой электроники.

Материнская плата - это один из важнейших элементов ЭВМ, определяющий ее облик и обеспечивающий взаимодействие всех подключаемых к материнской плате устройств. На материнской плате размещаются все основные элементы ЭВМ, такие как: - набор системной логики или чипсет - основной компонент материнской платы, определяющий какой тип процессора, тип ОЗУ, тип системной шины можно использовать. - центральный процессор - основное устройство ЭВМ, выполняющее математические, логические операции и операции управления всеми остальными элементами ЭВМ.

В данной курсовой работе будут рассматриваться принцип действия компьютерной системной платы и условия эксплуатации устройства, состав и конструкция, т.е все составляющие ее функциональные блоки и их технологические особенности. Будут выделены в две распространенные неисправности, а также выбраны целесообразные варианты их устранения. Для ремонта устройства, в каждом случае будет выбрано требуемое оборудование и технологическая оснастка, после чего описан ход устранения неполадок. Будут описаны действия по проверке и настройке отремонтированного оборудования. Сформированы логическая схема устранения неполадок и структурная схема устройства.

1. Принцип работы и условия эксплуатации

Одним из основным составляющим компонентом материнской платы компьютера является Северный мост, который является системным контроллером чипсета на материнской плате платформы x86, к которому в рамках организации взаимодействия подключено следующие оборудование:

- Front Side Bus - микропроцессор, если в составе процессора нет контроллера памяти, тогда через шину контроллера памяти подключена ОП.

шина графического контроллера - видеоадаптер

Название чипа как «Северный мост» можно объяснить представлением архитектуры чипсета в виде карты. В результате процессор будет располагаться на вершине карты, на севере.

Исходя из назначения, северный мост определяет параметры (возможный тип, частоту, пропускную способность):

системной шины и, косвенно, процессора;

оперативной памяти(SDRAM,DDR,DDR2,её максимальный объем);

- подключенного видеоадаптера.

Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы.

В свою очередь, северный мост соединён с остальной частью материнской платы через согласующий интерфейс и южный мост. Когда технологии производства не позволяют скомпенсировать возросшее, вследствие усложнения внутренней схемы, тепловыделение чипа, современные мощные микросхемы северного моста помимо пассивного охлаждения (радиатора) для своей бесперебойной работы требуют использования индивидуального вентилятора или системы жидкостного охлаждения, что в свою очередь увеличивает энергопотребление всей системы и требует более мощного блока питания.

После северного моста в нижней части платы расположен южный мост.

Южный мост, известен как контроллер-концентратор ввода-вывода.

Обычно это одна микросхема, которая связывает «медленные» взаимодействия на материнской плате с ЦПУ через северный мост, который, в отличие от южного, обычно подключён напрямую к центральному процессору.

Южный мост включает в себя:

- контроллеры шин PCI, PCI Express, SMBus, I2C, LPC;

- DMA контроллер;

контроллер прерываний;

PATA (IDE) и SATA контроллеры;

часы реального времени;

управление питанием (Power management, APM и ACPI);

энергонезависимую память BIOS (CMOS);

- звуковой контроллер (обычно AC’97 или Intel HDA).

Поддержка шины PCI включает в себя традиционную спецификацию PCI, но может также обеспечивать и поддержку шины PCI-X и PCI Express. Шина SM используется для связи с другими устройствами на материнской плате (например, для управления вентиляторами). Контроллер DMA позволяет устройствам на шине ISA или LPC получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора.

Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на ЦПУ, о событиях в периферийных устройствах. IDE интерфейс позволяет «увидеть» системе жёсткие диски. Шина LPC обеспечивает передачу данных и управление SIO (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт и флоппи-контроллер).или ACPI функции позволяют перевести компьютер в «спящий режим» или выключить его.

Системная память CMOS, поддерживаемая питанием от батареи, позволяет создать ограниченную по объёму область памяти для хранения системных настроек.

Северный и южный мосты материнской платы вкупе составляют одно целое устройство управления всей системой так сказать глаза, уши, руки ЦП. Вкупе эти два чипа называются - чипсет.

В компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других.

Чаще всего чипсет современных материнских плат компьютеров состоит из двух основных микросхем северного и южного моста (иногда объединяемых в один чип, т. н. системный контроллер-концентратор.

Иногда в состав чипсета включают микросхему, которая подключается к южному мосту по шине Low Pin Count и отвечает за низкоскоростные порты: RS232, LPT, PS/2.

Для обеспечения безопасной работы пользователя необходимо соблюдать правила:

- не прикасаться к токоведущим частям платы, если к ней подключено хотя бы одно устройство, даже если плата не установлена в компьютер;

- не прикасаться к дорожкам на плате , установленной в компьютер с включенным питанием;

- подключать ПУ к плате следует только после установки ее в системный блок компьютера;

- при удалении платы из компьютера следует в первую очередь выключить компьютер, отключить от платы все провода и ПУ, и только после этого вынуть плату из системного блока компьютера;

рабочая температура платы от -10 до +35;

- влажность воздуха не больше 65%.

2. Состав и конструкция устройства

Центральным звеном всей компьютерной системы, хотя и не работающей без остальных устройств является процессор, показанный на рисунке 1.

Рисунок 1 - Центральный процессор

Один из важных устройств, который располагается на материнской плате является микросхема BIOS.

При включении питания компьютера BIOS инициализирует устройства, которые подключены к материнской плате, проверяет их работоспособность. Если всё нормально, то ищет загрузчик на носителях информации, таких как «жёсткий» диск, привод компакт‐дисков, 1,4" дисководы, которые ещё встречаются и т. д. А уже загрузчик передаёт управление операционной системе. Микросхема BIOS показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Микросхема BIOS

Вторым из важнейших устройств системной платы является чипсет.

Он представляет из себя набор микросхем, которые по функциональному признаку делятся на северный и южный мост, которые отвечают за связь процессора, памяти и видеокарты, и связь медленных устройств, таких как «жёсткий» диск, сетевая карта, аудиокодек и т. д. А кроме того, северный мост осуществляет связь устройств, входящих в южный мост и процессора. Северный и южный мосты выполнены обычно на двух микросхемах, причём северный мост из‐за нагрева при работе снабжается радиатором и часто с охлаждающим кулером. Северный мост показан на рисунке 3.

Рисунок 3 - Северный мост

На системной плате расположены разъёмы или слоты оперативной памяти, обычно они расположены рядом с сокетом процессора и микросхемой северного моста. В них вставляется модули оперативной памяти. Количество их может быть разным: от 2, на дешёвых платах, до 6, на более дорогих. Эти слоты оперативной памяти по шинам связаны с северным мостом, и через него, с центральным процессором, показанные на рисунке 4.

Рисунок 4 - Слоты оперативной памяти

Рядом с северным мостом, перпендикулярно слотам оперативной памяти, расположен слот или разъём для видеокарты. В более старых компьютерах это обычно AGP‐разъём(порт графического ускорителя), а в современных-это E‐PCI или PCI‐Express. Как и слоты оперативной памяти, AGP или PCI‐E посредством шин связаны с северным мостом, а через него с центральным процессором. Слот под видеокарту показан на рисунке 5.

Рисунок 5 - Слот под видеокарту

Рядом и параллельно разъёму AGP или PCI‐E на системной плате расположены разъёмы PCI, которые предназначены для подключения различных внутренних устройств, таких как звуковые платы, платы различных FM‐ и TV‐тюнеров, сетевых карт, внутренних модемов, различных контроллеров нестандартного оборудования, позволяющих применять компьютеры во многих областях деятельности человека. Различаются они прежде всего пропускной способностью и производительностью. Разъемы расширения PCI показаны на рисунке 6.

Рисунок 6 - Разъемы расширения PCI

Южный мост, который расположен на системной плате рядом с разъёмами оперативной памяти и разъёмом AGP или PCI‐E. Микросхема южного моста зачастую также охлаждается радиатором, особенно это часто это встречается на новых материнских платах. Южный мост показан на рисунке 7.

Рисунок 7 - Южный мост

На системной плате расположены штыревые разъёмы для подключения «жёстких» дисков с интерфейсом IDE, разъёмы для подключения «жёстких» дисков и оптических приводов с интерфейсом SATA, показанные на рисунке 8.

Рисунок 8 - Штырьевые разъемы для подключения жестких дисков

На системной плате расположена батарейка BIOS, служащая для постоянного питания микросхемы BIOS, в которой и хранится программа начальной загрузки и конфигурация компьютера, показанная на рисунке 9.

На материнской плате могут находиться разъёмы для подключения дополнительных USB‐портов, которые могут например находиться на лицевой панели корпуса системного блока, показанные на рисунке 10.

Рисунок 10 - Разъемы USB

Звук в материнской плате поддерживается встроенным чипом звукового кодека. Наиболее распространённые кодеки таких известных фирм, как C‐Media, Realtek. В материнской плате, на базе которой рассматривается материал, функции звукового процессора выполняет чип «южного» моста, причём, весьма и весьма неплохо. Чип звукового кодека показан на рисунке 11.

Рисунок 11 - Чип звукового кодека

Сейчас каждая системная плата имеет встроенный сетевой или Ethernet‐контроллер. Он обеспечивает работу компьютера в локальной сети. Наиболее распространённые чипы таких фирм, как: Realtek, Gygabyte, Intel. Если по каким‐либо причинам, нет встроенного Ethernet‐контроллера, то можно поставить отдельную сетевую карту, которая вставляется в любой слот PCI. Сетевая карта показана на рисунке 12.

Рисунок 12 - Сетевая карта

Также на системной плате находится штырьковый джампер(перемычка). Эта перемычка нужна обнуления BIOS, то есть параметры сбрасываются в самый щадящий режим работы. Это иногда помогает при нестабильной работе системной платы. Джампер показан на рисунке 13.

Рисунок 13 - Джампер

Для питания материнской платы и её компонентов и устройств находится 24 контактный разъём ATX и 4 контактный дополнительный разъём 12 вольт. Питается материнская плата от блока питания, находящегося в корпусе системного блока. Разъемы для питания платы показаны на рисунке 14.

Рисунок 14 - Разъемы для питания платы

На каждой материнской плате присутствуют порты PS\2 для клавиатуры и «мышки», порты USB, COM‐ и LPT‐порты, которые всё меньше используются, входы для подключения аудиоколонок, микрофона, разъёмы RJ‐45 для подключения сетевого кабеля Ethernet, показаны на рисунке 15.

Рисунок 15 - Разъемы задней панели системного блока

Набор портов на задней стенке компьютера у всех может быть разным. Это зависит от того, насколько старый компьютер, кто является производителем материнской платы или какие карты расширения установлены.

3. Описание неисправностей

.1 Сломался USB-порт

USB - порт - очень важная деталь в компьютере. И без нее ПК потеряет несколько своих основных функций. К сожалению, эта деталь также подвержена поломка, как и остальные. Случаев поломок USB - порта может быть много. Причины поломки, как всегда, банальны - попадание жидкости в разъем, различные механические повреждения. Механические поломки случаются из-за неосторожного и неаккуратного обращения с техникой. Жидкость может попасть и в том случае, если пользователь вставлял внешний накопитель мокрыми руками. Это приведет к тому, что порт просто не будет реагировать на устройства, которые пользователь будет к нему подключать. Иногда, разъёмы ломаются и в результате программных сбоев.

Чтобы выяснить причину поломки USB-порта нужно:

- попробовать удалить все контроллеры USВ в диспетчере устройств и перезагрузить операционную систему, которая установит их вновь, после этого все может заработать;

возможно, запустилось восстановление системы;

- перезагрузить компьютер;

у большинства концентраторов USВ, существует управление электрозарядом и операционная система может отключить устройство для сбережения энергии. Нужно запретить Windows управлять электропитанием USB-контроллера;

- установить новый драйвер на чипсет материнской платы;

чтобы наверняка узнать, что виновато в отказе работы USВ - нужно переустановить Windows.

3.2 Замена термопасты

Одна из причин замены термопасты из-за того, что происходит перегрев процессора, является выгорание (высыхание) термоинтерфейса. Термопаста представляет собой вязкую жидкость, похожую на зубную пасту.

Термопаста играет незаменимую роль в работе по предотвращению перегрева процессора. Для наиболее эффективного отвода тепла от нагретого ядра радиатор своей нижней поверхностью должен вплотную прилегать к его защитной крышке, а в достаточно старых моделях - прямо к чипу процессора.

Элементы крепления обеспечивают должную степень прилегания. Но суть проблемы в том, что, насколько хорошим бы не был крепеж, и насколько хорошо отполированной не была нижняя поверхность радиатора - все равно имеются микро-царапины и зазоры между и системой охлаждения и процессором. Качественная термопаста необходима для заполнения этих самых «зазоров».

Благодаря своей хорошей теплопроводности, она способствует более эффективному процессу охлаждения. Она собирает тепло со всей поверхности и передает его на радиатор, с которого тепло выдувается вентилятором. Таким образом перегрев CPU маловероятен.

4. Выбор и обоснование вариантов устранения неисправности

.1 Вышел из строя USB-порт

Решение такой проблемы множество. Можно попробовать: перезагрузить компьютер; обновить конфигурацию оборудования с помощью диспетчера устройств; отключить и повторно включить USB-контроллер.

Самый верный и надежный способ это заменить полностью USB-порт на материнской плате. Для этого необходимо получить на складе только сам USB-порт и произвести его замену. Для замены USB-порта компьютерной материнской платы необходимо: снять боковую крышку с корпуса системного блока открутив два винта; отсоединить все провода от материнской платы и ПУ; извлечь материнскую плату из системного блока открутив четыре винта; выпаять неисправный USB-порт из материнской платы затратив не более трех секунд на каждый вывод при температуре жала паяльника паяльной станции 280°C; очистить места пайки от остатков флюса спирт-бензиновой смесью; установить исправный USB-порт на материнскую плату; нанести флюс на места пайки и паять каждый вывод USB-порта в течении трех секунд при температуре жала паяльника паяльной станции 280°С; очистить места пайки от остатков флюса спирт-бензиновой смесью; произвести визуальный осмотр качества пайки на отсутствие ложных паек и отслоения проводников; установить материнскую плату в корпус системного блока закрепив ее четырьмя винтами; подсоединить все провода к материнской плате и ПУ; проверить визуальным осмотром правильность подключения всех проводов к материнской плате и ПУ; установить боковую крышку системного блока, закрутив ее двумя винтами.

.2 Замена термопасты

Эту замену можно провести только одним единственным способом в ручную.

Для того, чтобы провести замену необходимо получить на складе только термопасту и произвести ее замену. Для замены термопасты на процессоре необходимо: снять боковую крышку с корпуса системного блока открутив два винта; положить системный блок горизонтально на боковую крышку, чтобы материнская плата была в горизонтальном положении; снять кулер с радиатором открутив четыре винта; протереть процессор ватномарлевым тампоном пропитанным спиртом; нанести новую термопасту на процессор равномерно по всей его площади специальным прибором; установить кулер с радиатором в отверстия платы закрутив четыре винта; перевернуть системный блок в первоначальное положение; установить боковую крышку системного блока закрутив два винта.

5. Оборудование и оснастка применяемые при устранении неисправностей

.1 Вышел из строя USB-порт

Инструментальная база и материалы приведены в таблице 5.1.

материнский плата термопаста неисправность

Таблица 5.1- Инструментальная база и материалы

Данная инструментальная база и материалы должны входить в обязательную комплектацию техника-ремонтника электро вычислительных систем.

5.2 Замена термопасты

Инструменты приведены в Таблице 5.2.

Таблица 5.2- Инструментальная база и материалы

Данная инструментальная база и материалы необходимы для замены термопасты на процессоре.

6. Подсоединение и настройка устройства после устранения неисправностей

Для того, чтобы проверить работоспособность системы после устранения неисправностей необходимо подключить к ПК сетевой шнур, кабель монитора и клавиатуры. Подключить к USB-порту компьютерную мышь. Подключить системный блок и монитор к сети переменного тока напряжением 220В/50Гц. Включить питание системного блока и монитора и дождаться загрузки операционной системы. Если загрузка произошла успешно, значит неисправность связанная с процессором устранена.

Для того, чтобы проверить работоспособность USB-порта необходимо подвигать компьютерную мышь по поверхности рабочего стола и убедиться в корректном передвижении курсора по рабочему полю экрана.

Заключение

В данной курсовой работе описывается принцип работы и условия эксплуатации материнской платы. Ознакомившись с составом и конструкцией устройства, были найдены часто возникающие неисправности. В ходе выполнения курсовой работы были выбраны способы устранения возникших неисправностей. При каждом способе устранения неисправности понадобилось свое оборудование и инструменты. При завершении работы по устранению неисправностей устройства, необходимо было подключить его к питанию для проверки функциональности.

В технологической части курсовой работы были представлены маршрутные карты устранения неисправного USB-порта и замены термопасты, схема электрическая структурная материнской платы. Так же были составлены алгоритмы поиска неисправностей.

Список литературы

1. <http://antonkozlov.ru/kompyuter/osnovnie-komponenti-materinskih-plat.html>

. <http://komputercnulja.ru>

. <http://zremcom.ru>

. <http://www.1-komp.ru>