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电脑主板BIOS电路原理分析

来源:-- 作者:-- 浏览:6741

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摘要: BIOS(即基本输入输出系统)是固化在只读存储芯片上的程序,为电脑提供底层的硬件中断调用,它是上层的软件程序和底层的硬件设备之间的枢纽,它提供有很多中断服务程序供上层软件调用。通过这些中断服务程序,上层软件就可以对硬件进行各种操作,包括磁盘输入输出、显示器操作、接口通信等。   BIOS电路工作原理    当按下电源按钮时,主板就开始加电运行。加电后CPU并不知道从哪里开始读取指令并执行,因此各C

  BIOS(即基本输入输出系统)是固化在只读存储芯片上的程序,为电脑提供底层的硬件中断调用,它是上层的软件程序和底层的硬件设备之间的枢纽,它提供有很多中断服务程序供上层软件调用。通过这些中断服务程序,上层软件就可以对硬件进行各种操作,包括磁盘输入输出、显示器操作、接口通信等。

  BIOS电路工作原理
  
  当按下电源按钮时,主板就开始加电运行。加电后CPU并不知道从哪里开始读取指令并执行,因此各CPU生产厂商统一约定:对于x86系列的CPU,加电后CPU里的指令寄存器复位为Offff: OOOO,这个地址就是BIOS程序占用的内存地址。接着就是CPU如何找到BIOS,并将控制权交给它,这是一个寻址过程。为了更好地说明这个寻址过程,请看下面的BIOS电路原理图,如图8-1所示。

 

  加电或复位后,CPU通过前端总线发出第一条寻址指令,北桥芯片接到寻址指令后,通过PCI总线发给南桥芯片,南桥芯片通过ISA总线再继续寻址,寻到Offff: OOOO这个地址是在BIOS芯片里,于是Offff: 0000这个地址里的指令(通常是一条跳转指令)通过ISA总线一南桥芯片-PCT总线一北桥芯片一前瑞总线,送到CPU里执行。

  第一条指令执行后,BIOS取得硬件系统的控制权,就对电脑进行自检。如果自检不通过,此时根据主板诊断卡的指示代码,可以知道故障所在。

  主板上的BIOS芯片如图8-2所示,呈长方形或正方形,基本上有DIP、TSOP、PLCC 三种封装形式。

  BIOS芯片是可擦写只读存储芯片,平时只能读,加上编程电压后可以对其进行刷写。

  BIOS芯片的容量有1Mb(兆位)、2Mb、4Mb、8Mb几种,折合成字节则足128KB、256KB、512KB、  1024KB。

  BIOS芯片的容量可以通过看芯片的型号得知:看芯片型号‘F’字母后面的三位数,有“ 1”,就表示容量1Mb,有2就表示容量2Mb,依次类推。如“39SF020A”、“E28F200”、“49LF002A”,通过芯片型号,可以知道它们的容量都是2Mb。

  常见的49LF002A型号的BIOS芯片其引脚排列如图8-3所示。

  常见的29F002B型号的BIOS芯片其引脚排列如图8-4所示。

  下面是BIOS芯片引脚功能描述:

  VCC、VDD:供电引脚,一般为5V或3VoVSS:地。

  DQO至DQ7:数据引脚,一共有8个。

  AO至A17:地址引脚。

  WE#:写使能,低电平有效(高电平时只允许读),此信号由南桥芯片发出。

  OE#:数据输出使能,低电平有效,此信号由南桥芯片发出。

  CS#、CE#:芯片使能,低电平有效,此信号由南桥芯片发出。

  R/C# (CLK):行列选择,或时钟输入。

  RST#:复位引脚,低电平有效。

  NC:空脚。

 

  BIOS电路故障最多见的是BIOS芯片程序丢失,它的故障表现是开机无显示:主板诊断卡不跑(数码不跳动)。

  对于BIOS电路故障:

  ●  首先测量BIOS芯片的供电引脚电压是否正常;
  
  ●  测量复位是否正常(复位引脚常态是高电平,短接复位键,复位引脚变为低电平:松开复位键,复位引脚又恢复为高电平);
  
  ●  有时钟输入引脚的,用示波器测量是否有时钟输入,一般是16M的梯形波,如图8-5和图8-6所示。时钟的波形是梯形波,但由于此示波器的带宽窄,所以看起来像是三角形波。

 

  ●  接着再用示波器测量数据引脚的波形,如图8-7所示。

  因为当数据引脚有数据输出时,数据引脚的电压就会跳动,当输出二进制位为“1”时,引脚为高电平,输出二进制位为“0”时,引脚为低电平,所以如果BIOS电路是正常的,自检时BIOS芯片的数据引脚必定会有数据输出到南桥芯片,反映在引脚上是没有固定周期的矩形波,如图8-8所示。

 

  如果以上的检查都不正常,再检查南桥芯片的外围电路(主要是谐振电路),因为南桥芯片不工作,BIOS芯片也就不能正常工作。

  最后是将BIOS芯片卸下来,放到编程器上用原BIOS程序重新写入一次,以排除故障是否因为BIOS芯片程序丢失而引起。

  有的资料介绍可以检测芯片使能信号(CS#、CE#)和数据输出使能信号(OE#)。但这两个信号都足瞬间的脉冲波,用万用表测量是根本不能反映出来的;用示波器测量也很难捕捉得到,除非该示波器有瞬间画面保存功能。

  下面给出BIOS故障检测流程,如图8-9所示。

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67