Практикум для учащихся специальности 240 02 02 Электронные вычислительные средства
 Скачать 2.65 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВЫСШИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭВС Лабораторный практикум для учащихся специальности 2-40 02 02 «Электронные вычислительные средства» МИНСК 2012 Содержание Введение…………………………………………………………….3 Лабораторная работа № 1 Определение основных технических характеристик ЭВС…………………………………………………4 Лабораторная работа №2 Использование логического анализатора для эксплуатационного обслуживания ЭВС………………11 Лабораторная работа №3 Использование сигнатурного анализатора для эксплуатационного обслуживания ЭВС…………….17 Лабораторная работа № 4 Построение схем и проведение различных видов анализов в Electronics Workbench………………..21 Лабораторная работа № 5 Схемы контроля при передаче информации из регистра в регистр при помощи кода с проверкой на четность………………………………………………………...25 Лабораторная работа № 6 Изучение диагностической программы общего назначения Sisoftware Sandra…………………..28 Лабораторная работа №7 Тестирование оперативной памяти.34 Лабораторная работа №8 Калибровка монитора……………...44 Лабораторная работа № 9 Тестирование видеоадаптера……..54 Лабораторная работа № 10 Методика поиска неисправностей элементов БП ПК………………………………………………….64 Лабораторная работа №11 Восстановление информации на жёстком диске и Flash-накопителе……………………………….70 Лабораторная работа №12 Тестирование работоспособности жёсткого диска…………………………………………………….79 Литература......................................................................................92 Введение Дисциплина «Техническая эксплуатация электронных вычислительных средств» базируется на знаниях, полученных учащимися при изучении дисциплин «Основы логического проектирования», «Проектирование цифровых устройств», «ЭВМ и микропроцессоры». В свою очередь она дает знания для изучения предметов целевой подготовки, для выполнения курсового и дипломного проектирования. Для углубленного изучения учебного материала предусматриваются лабораторные работы. При изучении технических специальностей необходимо закреплять полученные знания практическими навыками. Современные информационные технологии способны заменить целые лаборатории, мастерские и другие соответственно оборудованные помещения. Например, учащимся очень помогут так называемые «виртуальные машины», программно имитирующие работу отдельного компьютера. В результате работы с практикумом учащиеся смогут освоить основные принципы диагностики неисправностей и получить навыки технического обслуживания таких узлов, блоков и периферийных устройств персонального компьютера как процессор, оперативная память, видеоадаптер, монитор, CD-привод и жёсткий диск. Лабораторная работа № 1 Определение основных технических характеристик ЭВС Цель работы: изучить основные эксплуатационные характеристики и научиться на практике определять основные технические характеристики электронных средств. 1 Краткие теоретические сведения Степень пригодности вычислительного средства к использованию по назначению и возможности его технического обслуживания определяется эксплуатационными характеристиками. Выделяют следующие основные эксплуатационные характеристики: Работоспособность – способность электронного средства функционировать, обеспечивая выполнение заданных функций с параметрами, установленными требованиями технической документации. Эта характеристика позволяет судить о состоянии электронного средства в определённый момент времени. Безотказность – способность электронного средства сохранять работоспособность в течение заданного интервала времени при определённых условиях эксплуатации. Сохранность – способность электронного средства сохранять исправное состояние при заданных условиях хранения. Ремонтопригодность – характеристика, применяемая для оценки машины с точки зрения пригодности к ремонту: удобство доступа к блокам и монтажу, приспособленность электронного средства к устранению неисправностей и т.п. Однако требования к ремонтопригодности электронного средства предъявляется в зависимости от условий её эксплуатации. Долговечность – свойство электронного средства сохранять работоспособность для определённого состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Производительность – среднее быстродействие электронного средства  , характеризуемое средним количеством операций в единицу времени  и выражаемое через скорость выполнения каждой операции :
где k – общее количество операций, выполняемых данным электронным средством. Надёжность – свойство функционировать при заданных условиях обслуживания и эксплуатации электронного средства. Для оценки надёжности служат её количественные характеристики, рассчитываемые на базе статистической информации об обслуживании и эксплуатации электронного средства. Количественные характеристики надёжности позволяют изучить закономерности возникновения неисправностей, разработать меры их предупреждения, что в свою очередь даёт возможность активно влиять на качество услуг, предоставляемых системой обслуживания электронного средства. Основные характеристики надёжности электронного средства: Коэффициент использования  показывает степень загруженности электронного средства, то есть только организационную сторону его использования.
где n – число отказов; m – число сбоев; k – число профилактических испытаний; ti – интервал времени исправной работы ПК; tвср – время восстановления достоверной информации после n-ого сбоя; tk – суммарное машинное время, потраченное на контроль; tnфs – время, затраченное на профилактической обслуживание; tвоj – время восстановления после j-ого отказа. Коэффициент технического использования  - отношение времени полезной работы электронного средства за определённый период  ко времени нахождения его во включенном режиме  . отражает, с одной стороны, деятельность пользователей электронного средства, а с другой – качество технического обслуживания.
где t0, tу – время обнаружения и устранения неисправностей; tсб – время, потерянное на сбои и устранение их последствий; tпот – время потерь исправным электронным средством по организационным причинам (ошибки оператора, неправильная программа, некачественные носители информации и т.п.). Коэффициент готовности  даёт оценку готовности электронного средства обеспечивать свою работоспособность в любые промежутки времени при непрерывной работе; также характеризует долю времени правильного функционирования электронного средства и не включает время, израсходованное на проведение профилактических мероприятий.
где T0 – время безотказной работы электронного средства за рассматривай период; Tв – суммарное время восстановления работоспособности электронного средства за рассматриваемый период. Коэффициент эффективности профилактики  определяет вероятность выявления отказа при проведении профилактик и характеризует существующую систему профилактического обслуживания электронного средства в процессе эксплуатации.
где nпроф - количество неисправностей (отказов), выявленных при профилактике; n0 - количество отказов за рассматриваемый период, происшедших за полезное время работы электронного средства. Среднее время безотказной работы электронного средства  характеризует общую надёжность работы электронного средства и отдельных устройств при длительной непрерывной эксплуатации и реальную эксплуатационную надёжность электронного средства.
Среднее время восстановления электронного средства  – среднее время вынужденного и нерегламентированного простоя, вызванного обнаружением и устранением отказа.
Для оценки эффективности работы электронного средства также используются среднестатистические показатели неисправностей и ошибок электронного средства. Неисправности можно классифицировать по следующим признакам: характеру возникновения, длительности существования, внешнему проявлению, степени влияния на работоспособность машины и причинам возникновения. Ошибки возникают по разным причинам и могут носить характер отказов или сбоев. Отказ – событие заключающееся в полной или частичной утрате машиной (системы) работоспособности. Отказ электронного средства – такое нарушение её работоспособности, для восстановления которого требуются определённые действия по ремонту (замене) неисправного элемента, блока или устройства. Классификация отказов: 1. По характеру возникновения: - Внезапные возникают в результате резкого изменения одного или нескольких основных параметров элементов машины, вызывая при этом нарушение её логической структуры. К таким отказам относятся короткие замыкания, обрывы в электрических цепях, нарушения контактов, пробои диэлектриков и др. Внезапные отказы не поддаются прогнозированию и обнаруживаются лишь после проявления. - Постепенные отказы возникают в результате постепенного изменения параметров элементов машины, например по причине их старения. Причиной старения являются сложные физико-химические процессы, происходящие в элементах (структурные изменения в полупроводниковых материалах). Поскольку эти процессы протекают постепенно, появляется возможность предсказывать их возникновение, то есть прогнозировать их. Большинство таких отказов выявляются и устраняются при проведении профилактических работ. В зависимости от степени ухода параметра постепенные отказы могут привести к постоянным или случайным ошибкам в вычислениях. - Зависимые возникают в результате действия другого отказа. В сложных схемах электронного средства между элементами существуют взаимосвязи, которые могут существенно затруднить выявление первопричины отказа. Такие взаимосвязи характерны для цепей синхронизации, управления и др., появление ошибки в которых может нарушить работу устройства машины. - Независимые возникают без причин связи с действием другого отказа. 2. По внешнему проявлению: - Явные – пропадание напряжения, поломка механических узлов и т.п. - Скрытые – нарушения контактов в разъёмах, появление микротрещин в печатных платах и др. 3. По степени влияния на работоспособность машины: - Частичный – если в результате возникновения отказа машина продолжает функционировать, пусть даже с потерей первоначальной производительности. - Полный – машина прекращает работать Наряду с отказами для электронного средства характерно проявление другого вида ошибки – сбоя. Сбой – кратковременное нарушение нормальной работы машины вследствие кратковременного изменения параметров элементов. После сбоя машина может длительное время продолжать работать нормально. Однако сбой сопровождается искажением информации при её передаче, хранении или обработке. Следовательно, если не устранить последствия сбоя, то задача может оказаться неправильно решённой из-за искажений в данных, промежуточных результатах или в самой программе. Но если при отказе для восстановления работоспособности машины необходимо устранить неисправность в аппаратуре, то при сбое для получения правильного решения задачи требуется восстановить лишь достоверность информации путём её повторной передачи или повторного прогона искажённой части программы. Таким образом, возникновение неисправностей в машине не вызывается появлением случайных событий – отказов и сбоев, которые в информационном плане приводят к появлению ошибок в работе электронного средства. 2 Порядок выполнения работы 1 Расчёт коэффициента использования электронного средства по формуле (1.2) в соответствии с таблицей 1.1.2 Расчёт коэффициента технического использования электронного средства по формуле (1.3).3 Расчёт коэффициента готовности электронного средства по формуле (1.4).4 Расчёт коэффициента эффективности профилактики электронного средства по формуле (1.5).5 Расчёт среднего времени безотказной работы электронного средства по формуле (1.6). 6 Расчёт среднего времени восстановления электронного средства по формуле (1.7). Таблица 1.1 – Исходные данные для расчётов
3 Содержание отчёта 1 Тема лабораторной работы. 2 Цель лабораторной работы. 3 Подробные расчёты коэффициентов, среднего времени безотказной работы и восстановления электронного средства. 4 Вывод о проделанной работе. 4 Контрольные вопросы 1 Дайте определение основным эксплуатационным характеристикам электронного средства. 2 Перечислите основные показатели надёжности. 3 Чем различаются между собой отказ и сбой? 4 По какому принципу осуществляется классификация отказов? 5 Что такое ремонтопригодность? 6 Что такое безотказность? Лабораторная работа №2 Использование логического анализатора для эксплуатационного обслуживания ЭВС Цель работы: изучение структурной схемы, принципа работы логического анализатора, использования логического анализатора при эксплуатационном обслуживании ЭВС. 1 Краткие теоретические сведения Логический анализатор — это контрольно-измерительный прибор, предназначенный для запоминания (фиксации) и последующего анализа (например, просмотра на экране) временных диаграмм большого количества цифровых сигналов. Логические анализаторы используются при динамической отладке различных цифровых устройств и систем, а также при контроле их работы. Совершенно незаменимы логические анализаторы при разработке и отладке различных микропроцессорных систем, контроллеров, компьютеров, где используется большое количество многоразрядных шин цифровых сигналов. Именно логические анализаторы позволяют разработчику увидеть те временные диаграммы, которые он рисует на бумаге при проектировании своего устройства, причем увидеть их в реальном масштабе времени, то есть посмотреть, как работает устройство на своей нормальной рабочей скорости. Логический анализатор по своему назначению близок к осциллографу, так как он также позволяет наблюдать на экране временные диаграммы сигналов. Но существуют и существенные отличия логического анализатора от обычного (не цифрового) осциллографа: • Логический анализатор работает только с цифровыми, то есть двухуровневыми (реже трехуровневыми) сигналами, а осциллограф — с аналоговыми сигналами, имеющими бесконечно большое число разрешенных уровней; • Логический анализатор имеет большое количество входных линий (обычно от 16 до 64), то есть позволяют одновременно фиксировать множество входных сигналов, а осциллографы обычно позволяют одновременно увидеть не более четырех входных сигналов. • Логический анализатор работает в режиме однократного запоминания временных диаграмм (как запоминающий осциллограф). То есть анализатор запоминает состояния входных сигналов в течение заданного времени (называемого окном регистрации), а затем дает возможность анализировать зафиксированные последовательности. Осциллограф же работает обычно в режиме непрерывной развертки, то есть он не запоминает формы входного сигнала и позволяет наблюдать только повторяющиеся, периодические сигналы. • Логический анализатор предусматривает возможность так называемой предпусковой регистрации. Эта возможность предусматривается и в цифровых осциллографах, но ее нет в аналоговых осциллографах. Рассмотрим подробнее, что такое предпусковая регистрация. Процесс регистрации входных сигналов (или отображения их на экране в обычном осциллографе) всегда должен быть привязан к какому-то моменту времени, к какому-то внешнему событию, называемому запуском. Иначе разобраться в отображаемых сигналах будет совершенно невозможно. Например, в осциллографах моментом запуска обычно является момент превышения входным исследуемым сигналом установленного порога. Сигналом запуска может служить и специальный внешний синхронизирующий сигнал. В логических анализаторах в качестве запуска обычно используется момент появления на входах заданного уровня или заданной последовательности одного или нескольких входных сигналов.  Рисунок 2.1 - Послепусковая регистрация в аналоговых осциллографах. В обычных осциллографах отображение формы входного сигнала (или входных сигналов) начинается в момент запуска, то есть на экране видно только то, что происходило со входными сигналами после момента запуска. Такая регистрация может быть названа послепусковой. Можно также сказать, что точка запуска всегда находится в начале окна регистрации (рис. 2.1). В логических анализаторах (и в цифровых осциллографах) существует возможность увидеть и зафиксировать не только то, что было после запуска, но еще и то, что происходило в течение определенного времени до момента запуска. Именно эта регистрация до момента запуска и называется предпусковой регистрацией. В этом случае точка запуска может находиться и в начале, и в середине, и в конце окна регистрации (рис. 2.2). Понятно, что такая возможность очень удобна, так как, выбирая величину длительности предпусковой регистрации, можно увидеть те события, временная привязка к началу которых затруднена или попросту невозможна. Длительность (глубина) предпусковой регистрации может быть постоянной (например, равной половине длительности окна регистрации) или переменной (то есть задаваться пользователем в пределах от нуля до полной длительности окна регистрации). При переменной глубине предпусковой регистрации точка запуска может располагаться в любой точке окна регистрации — от его начала до его конца.  Рисунок 2.2 - Предпусковая регистрация в логических анализаторах и цифровых осциллографах. С точки зрения схемотехники, логический анализатор представляет собой быстродействующую буферную оперативную память, работающую в периодическом режиме. Буфер этот однонаправленный. То есть сначала в буферную память с большой тактовой частотой последовательно записываются состояния нескольких входных сигналов, а затем эта информация последовательно читается из буфера. Таким образом, адреса буферной памяти могут перебираться одним и тем же счетчиком как в режиме записи, так и в режиме чтения. Логические анализаторы делятся на синхронные (или анализаторы логических состояний) и асинхронные (или анализаторы временных диаграмм). Синхронные анализаторы работают от тактового генератора исследуемой схемы и фиксируют только временные сдвиги, кратные его периоду, а следовательно, выявляют только нарушения в логике работы схемы. Асинхронные анализаторы работают от собственного внутреннего тактового генератора, поэтому они позволяют измерять абсолютные значения временных сдвигов между сигналами и могут выявлять ошибки из-за неправильно рассчитанных задержек, из-за емкостных эффектов и т. д. Они обычно делаются гораздо более быстрыми, чем синхронные анализаторы (рассчитываются на предельно возможную частоту регистрации). В идеале логический анализатор должен обеспечивать оба эти режима работы, то есть работать как от своего внутреннего тактового генератора с разными тактовыми частотами, так и от внешнего тактового сигнала. То есть тактовый генератор анализатора должен быть также достаточно сложным. 2 Порядок выполнения работы 1. Задание на лабораторную работу. Спроектировать принципиальную схему простого логического анализатора без устройства управления выводом на экран. Характеристики анализатора – 8 входов с ёмкостью памяти 256 бит на вход. Сигнал запуска - по фронту на первом входе анализатора. Запись сигнала должна прекращатся при заполнении памяти. Задающий генератор настроен на определённую частоту и выполнен в виде RC мультивибратора на логических элементах. Для сопряжения с устройством управления выводом на экран предусмотреть возможность чтения данных из памяти. 2. Проанализировать предложенную схему электрическую структурную (функциональную) представленную на рисунке 2.3.  Рисунок 2.3 – Функциональная схема логического анализатора 3. Подобрать элементную базу. Можно использовать предложенную элементную базу: - ОЗУ на 256 байт (рис. 2.4)  Рисунок 2.4 – УГО ОЗУ - Буферный регистр (рис. 2.5)   Рисунок 2.5 - УГО буферного регистра - Счётчики (рис.2.6)  Рисунок 2.6 – УГО счетчика К155ИЕ7 - Различные логические элементы и триггеры. 4. Спроектировать схему электрическую принципиальную согласно структурной. 3 Содержание отчёта 1 Тема лабораторной работы. 2 Цель лабораторной работы. 3 Схема электрическая структурная. 4 Элементная база (назначение, условно-графическое обозначение, назначение выводов). 5 Схема электрическая принципиальная. 6 Вывод о проделанной работе. 4 Контрольные вопросы 1 Функциональные особенности логического анализатора. 2 Режимы работы логического анализатора. 3 Что такое предпусковая регистрация? 4 Основные технические характеристики логического анализатора. 5 По каким группам можно классифицировать логические анализаторы? Лабораторная работа №3 Использование сигнатурного анализатора для эксплуатационного обслуживания ЭВС. Цель работы: изучение структурной схемы, принципа работы сигнатурного анализатора, использования сигнатурного анализатора при эксплуатационном обслуживании ЭВС. 1 Краткие теоретические сведения Структурная схема простого сигнатурного анализатора приведена на рис. 3.1. Схема иллюстрирует несколько интересных особенностей: 16-разрядный регистр сдвига реализован на двух микросхемах КР1533ИР8, а цепь обратной связи построена на двухвходовых элементах исключающего ИЛИ 1533ЛП5. Входной поток данных для улучшения формы сигналов подается на триггер Шмитта.  Рисунок 3.1 - Простой сигнатурный анализаторВ приборе широкого назначения необходимо иметь возможность устанавливать для сигналов пуска, останова и синхронизации любой активный фронт – нарастающий или спадающий. Например, в одном тесте нужен сигнал пуска с активным нарастающим фронтом, а в другом тесте он должен запускать операции спадающим фронтом. Возможность задания активного фронта сигнала обеспечивается входными элементами исключающего ИЛИ, через которые сигналы проходят в схему управления. В случае сигнала пуска переключатель S1 подсоединяется к земле или к источнику питания Vcc. Когда ключ замкнут на землю, на выходе элемента исключающего ИЛИ повторяется входной сигнал пуска. Если же S1 подключен к Vcc, сигнал на выходе представляет собой инверсию входного сигнала. Предположим, что для инициирования схемы управления всегда требуется нарастающий фронт сигнала. Тогда для удовлетворения этого требования с помощью S1 можно выбрать либо нарастающий фронт сигнала (S1 подключен к земле), либо спадающий фронт сигнала (S1 подключен к Vcc). Остаток, сформированный в регистре сдвига, при восприятии сигнала останова индецируется как “сигнатура” проверяемого узла. Отметим, что информация индицируется в стандартном 16-ричном формате. 2 Порядок выполнения работы 1. Задание на лабораторную работу. Спроектировать схему электрическую принципиальную сигнатурного анализатора согласно структурной схеме, представленной на рисунке 3.1. 2. Проанализировать предложенную схему электрическую структурную (функциональную) представленную на рисунке 3.1. 3. Схему управления можно реализовать следующим образом (рисунок 3.2)  Рисунок 3.2 – Схема управления 4. Подобрать элементную базу. Можно использовать предложенную элементную базу (таблица 3.1). Таблица 3.1 - Перечень используемых микросхем.
5. Спроектировать схему электрическую принципиальную согласно структурной. 3 Содержание отчёта 1 Тема лабораторной работы. 2 Цель лабораторной работы. 3 Схема электрическая структурная. 4 Элементная база (назначение, условно-графическое обозначение, назначение выводов). 5 Схема электрическая принципиальная. 6 Вывод о проделанной работе. 4 Контрольные вопросы 1 Что такое сигнатура? 2 Как подключить сигнатурный анализатор к тестируемому устройству? 3 Какие устройства пригодны к тестированию с помощью сигнатурного анализа? 4 Назовите назначение сигналов пуск, останов, синхронизация? 5 Что такое характеристическая сигнатура? |
,
,
,
,
,
,
,
, ч
