Архітектура комп'ютерів

1. Призначення і принципи роботи блоків живлення

Блок живлення можна назвати одним з головних компонентів комп’ютера. Іноді користувачі цікавляться виключно потужністю у ватах (незважаючи на те, що не існує практичних методів перевірки цієї потужності) і випускаючи з уваги найважливіші моменти, а саме: чи стабільна подача енергії, або напруга відрізняється шумом, стрибкоподібними викидами і перебоями.

Блок живлення вкрай важливий, оскільки подає електроенергію кожному компоненту системи. Крім того, він є одним з самих ненадійних комп’ютерних пристроїв, так як за статистикою саме блоки живлення найчастіше виходять з ладу. Несправний блок живлення може не тільки перешкодити стабільній роботі системи, а й фізично пошкодити її компоненти нестійкою електричною напругою.

Головне призначення блоків живлення — перетворення електричної енергії, що надходить з мережі змінного струму, в енергію, придатну для живлення вузлів комп’ютера. Блок живлення перетворює мережеву змінну напругу 220 В, 50 Гц (або 120 В, 60 Гц) в постійні напруги +3,3, +5 і +12 В. Як правило, для живлення цифрових схем (системної плати, плат адаптерів і дискових накопичувачів) використовується напруга +3,3 або +5 В, а для двигунів (дисководів і різних вентиляторів) - +12 В. Одні блоки живлення вимагають ручної установки параметрів вхідного змінного струму, в той час як інші налаштовуються автоматично.

Технічно блок живлення в комп’ютері являє собою джерело постійної напруги, що перетворює змінну напругу в постійну.

■ Постійна напруга означає, що блок живлення подає однакову напругу до внутрішніх компонентів ПК, незалежно від напруги змінного струму або потужності блоку живлення (у ват).

■ Під перемиканням розуміють технологію регулювання потужності, яка використовується багатьма блоками живлення У порівнянні з іншими типами ця конструкція дозволяє забезпечити ефективну та економну роботу блоку живлення з мінімальним виділенням тепла.

2. Позитивна напруга

Як правило, цифрові електронні компоненти і інтегральні схеми комп’ютера (системні плати, плати розширення, логічні схеми дисководів) використовують напруги +3,3 і +5 В, у той час як двигуни (дисководів і вентиляторів) зазвичай працюють з напругою +12 В. Список пристроїв і їх потужності наведено в табл

3. Шинопроводи

Кожна з напруг, що генерується джерелом живлення, зазвичай подається материнській платі по декількох проводах, які підключені до одного електричного ланцюга живлення, що носить назву — шинопровід або відгалуженн. Напруга подається по декількох кабелях, тому що в іншому випадку всі дроти, штекери і роз’єми були б надзвичайно товстими і великими, щоб впоратися з таким навантаженням. Набагато ефективніше розподілити навантаження по декількох тонких кабелях.

Кожен шинопровід можна уявити собі як окремий ланцюг, тобто маленький блок живлення всередині великого. Зазвичай кожен з шинопроводів характеризується максимальною силою струму що подається, і вимірюється в амперах. Так як струм, що споживається новими відеокартами та іншими сучасними пристроями з напругою +12 В може виявитися занадто великим для одного шинопровода, деякі блоки живлення містять кілька відгалужень з напругою +12 В. Таким чином, в блоці живлення містяться два шинопровода з напругою +12 В, до кожного з яких підведено кілька проводів. На жаль, така архітектура може стати джерелом серйозних проблем, особливо при порушенні балансу навантаження між окремими шинопроводами. Іншими словами, найчастіше вигідніше мати один шинопровід +12 В з максимальним струмом 40

А, ніж два з струмом 20 А кожен. При цьому не доведеться хвилюватися про те, від якого саме шинопровода до якого споживача підведений струм і чи не перевищить він максимально допустиму величину.

Шинопроводи з напругою +3, +5 і +12 В технічно незалежні, проте в деяких дешевих блоках живлення вони спільно використовують деякі електричні ланцюги (тобто незалежні не повною мірою). Це може вилитися в проблеми з регулюванням напруги, коли занадто велике навантаження в одному шинопроводі призводить до падіння напруги в іншому. Наприклад, перехід від робочого столу до тривимірної гри подвоює навантаження на шинопровід +12 В, що в дешевих блоках живлення може призвести до падіння напруги на інших пристроях нижче допустимого згідно специфікації (тобто більш ніж на 5%). У результаті відбудеться збій системи. Більш дорогі блоки живлення, які мають повністю незалежні шинопроводи, забезпечують максимальні коливання напруги в межах від 1 до 3%.

4. Стабілізатори напруги

Для того щоб система працювала нормально, джерело живлення повинне забезпечувати безперервну подачу постійного струму. Пристрої, робочі напруги яких відрізняються від поданої, повинні живитися від вбудованих регуляторів, які приймають від блоку живлення +5 або +12 В і перетворюють його в більш низькі напруги, які необхідні різним компонентам. Наприклад, робочі напруги 2,5 В для модулів пам’яті RIMM/DDR DIMM і 1,5 В для адаптерів AGP 4х/8х, а також 0,8 В для адаптерів PCI Express забезпечуються простими вбудованими стабілізаторами струму; процесори підключаються до модуля стабілізатора напруги (VRM), який зазвичай вбудовується в системну плату. Сучасна системна плата містить три (або більше) модуля стабілізатора напруги.

Коли компанія Intel почала випускати процесори, для яких була потрібна напруга 3,3 В, джерел живлення з такою вихідною напругою ще не існувало.

Тому виробники системних плат почали вбудовувати трансформатори, що перетворюють напругу +5 в +3,3 В. Такі перетворювачі генерують велику кількість тепла, що небажано для комп’ютера. Існує думка, що при наявності напруги живлення 3,3 В, яка забезпечується блоком живлення, зникне необхідність у цих вбудованих трансформаторах. Проте в даний час з’явилися процесори, що мають більш низьку робочу напругу. Для того щоб пристосуватися до мінливих вимог енергозабезпечення процесорів, в системні плати включаються адаптивні схеми регулятора струму, що отримали назву модулі стабілізатора напруги (Voltage Regulator Modules - VRM). Інші регулятори також застосовуються для забезпечення живлення пристроїв, що не використовують напругу +3,3, +5 або +12 В.

5. Негативна напруга

Якщо подивитися на специфікацію типового блоку живлення, то виявиться, що він подає не тільки напруги +3,3, +5 і +12 В, але також -5 і -12 В.

Позитивна напруга необхідна для живлення практично всіх компонентів системи (логічних схем і двигунів), тоді навіщо ж потрібно негативну? Якщо напруга -5 В подається па материнську плату, вона направляється на шину ISA (контакт 5) для деяких плат розширення, які його використовують (хоча таких залишилося вкрай мало). Як приклад можна привести ланцюги аналогового роздільника, які можна знайти в старих контролерах. Також з логічної точки зору в материнській платі не використовується напруга -12 В, проте вона може застосовуватися в деяких конструкціях ланцюгів послідовного порту і мережевого адаптера.

У деяких сучасних блоках живлення напруга -12 В уже не виробляється (наприклад, у специфікації ATX12V 1.3 вона відсутня). Наявність напруги -12 В в деяких блоках живлення можна пояснити вимогою зворотної сумісності з шиною ISA. Оскільки сучасні ПК більше не використовують шину ISA, в сигналі -5 В більше немає ніякої необхідності. Однак якщо блок живлення встановлюється в систему зі старою материнською платою, що містить роз’єми ISA, він повинен подавати напругу -5 В.

Навантаження джерела живлення на вихід -12 В для вбудованого LAN-адаптера дуже незначна. Наприклад, інтегрований Ethernet-адаптер 10/100 в системній платі Intel D815EEAL споживає всього 10 мА по ланцюгу як +12, так і -12 В (0,01 ампер кожен).

Напруга +12 В подається для живлення двигунів дискових пристроїв, а також стабілізаторів напруги процесорів в деяких материнських платах.

Зазвичай блок живлення забезпечує подачу великого струму на шинопровід з напругою 12 В, особливо в системах з великим числом відсіків для дискових приводів. Крім того, напруга +12 В використовується деякими вентиляторами, які, природно, завжди включені. Один вентилятор може споживати струм від 100 до 250 мА, однак більшість сучасних вентиляторів не споживає більше 100 мА. Слід зазначити, що в настільних системах в основному використовуються вентилятори з напругою живлення +12 В, у той час як в ноутбуках - +5 або навіть +3,3 В.

Більшість систем з сучасними формфакторами системних плат (АТХ і ВТХ) підтримують ще один спеціальний сигнал. Ця функція, що отримала назву PS ON, може застосовуватися для виключення блоку за допомогою програмного забезпечення. Вона так і називається програмне керування живленням. Сигнал PS ON знайшов застосування в операційній системі Windows, де він визначається в специфікаціях АРМ (Advanced Power Management — вдосконалене керування живленням) і ACPI (Advanced Configuration and Power Interface — інтерфейс розширеного налаштування та керування живленням). При виборі команди Вимкнення в меню Пуск Windows автоматично вимикає живлення системи по завершенні програмної послідовності відключення. У комп’ютері, що не підтримує функцію PS ON, буде виведено повідомлення про те, що живлення можна відключити вручну.

6. Сигнал Power_Good

Блок живлення не тільки виробляє необхідну для роботи вузлів комп’ютера напругу, але і призупиняє функціонування системи до тих пір, поки величина цієї напруги не досягне значення, достатнього для нормальної роботи. Іншими словами, блок живлення не дозволить комп’ютеру працювати при позаштатному рівні напруги.

У кожному блоці живлення перед отриманням дозволу на запуск системи виконуються внутрішня перевірка і тестування вихідної напруги. Після цього на системну плату надсилається спеціальний сигнал Power_Good (живлення в нормі). Якщо такий сигнал не надійшов, комп’ютер працювати не буде. Рівень напруги сигналу Power_Good - близько +5 В (нормальною вважається величина від +2,4 до +6 В). Він виробляється блоком живлення після виконання внутрішніх перевірок та виходу на номінальний режим і зазвичай з’являється через 0,1-0,5 с після включення комп’ютера. Сигнал подається на системну плату, де мікросхемою тактового генератора формується сигнал початкової установки процесора.

При відсутності сигналу Power_Good мікросхема тактового генератора постійно подає на процесор сигнал скидання, не дозволяючи комп’ютеру працювати при позаштатній або нестабільній напрузі живлення. Коли Power Good подається на генератор, сигнал скидання відключається і починається виконання програми, яка записана за адресою FFFF: 0000 (зазвичай в ROM BIOS).

Якщо вихідні напруги блоку живлення не відповідають номінальним (наприклад, при зниженні напруги в мережі), сигнал Power_Good відключається і процесор автоматично перезапускається. При відновленні вихідних напруг знову формується сигнал Power_Good, і комп’ютер починає працювати так, ніби його тільки що включили. Завдяки швидкому відключенню сигналу Power_Good комп’ютер «не помічає» неполадок в системі живлення, оскільки зупиняє роботу раніше, ніж можуть з’явитися помилки парності та інші проблеми, пов’язані з нестабільгістю напруги живлення.

Іноді сигнал Power_Good використовується для скидання вручну. Він подається на мікросхему тактового генератора. Ця мікросхема управляє формуванням тактових імпульсів і виробляє сигнал початкового перезавантаження. Якщо сигнальний ланцюг Power Good заземлити яким-небудь перемикачем, то генерація тактових сигналів припиняється і процесор зупиняється.

У комп’ютерах, випущених до появи стандарту АТХ, сигнал Power_Good надходив на системну плату через контакт Р8-1 роз’єму блоку живлення. Відповідно до стандарту АТХ сигнал Power Good надходить через восьмий контакт 20/24-контактного роз’єму блоку живлення (як правило, сірий провід).

У правильно спроектованому блоці живлення подача сигналу Power Good затримується до стабілізації напруги в усіх ланцюгах після включення комп’ютера. У погано спроектованих блоках живлення (які встановлюються в багатьох дешевих моделях) затримка сигналу Power Good часто недостатня, і процесор починає працювати дуже рано. Зазвичай затримка сигналу Power Good становить 0,1-0,5 с. У деяких комп’ютерах рання подача сигналу Power Good призводить до спотворення вмісту CMOS-пам’яті. Якщо комп’ютер не завантажується при включенні живлення, але потім запускається нормально (при натисканні кнопки скидання або комбінації клавіш ), то проблема, ймовірно, пов’язана з сигналом Power_Good. У цьому випадку кращий спосіб перевірки — взяти новий високоякісний блок живлення і спробувати встановити його замість старого.

У деяких дешевих блоках живлення схеми формування сигналу Power_Good немає взагалі, і цей ланцюг просто підключена до джерела напруги живлення на +5 В. Одні системні плати більш чутливі до неправильної подачі сигналу Power Good, ніж інші. Проблеми, пов’язані з запуском, часто виникають саме через недостатню затримку цього сигналу. Іноді буває так, що після заміни системної плати комп’ютер перестає нормально запускатися. У такій ситуації досить важко розібратися, особливо недосвідченому користувачу, якому здається, що причина криється в новій платі. Та часто виявляється, що винен блок живлення: або він не забезпечує достатньої потужності для живлення нової системної плати, або не підведений або неправильно виробляється сигнал Power Good. У такій ситуації краще всього замінити блок живлення більш якісним.

Контрольні запитання

1. Призначення і принципи роботи блоків живлення

2. Що таке позитивна напруга?

3. Що таке шинопроводи?

4. Що таке стабілізатори напруги?

5. Що таке негативна напруга?

6. Що означає сигнал Power_Good?

Тема. ФОРМФАКТОРИ БЛОКІВ ЖИВЛЕННЯ. ATX/ATX12V

1. Формфактори блоків живлення

Габарити блоку живлення і розташування його елементів характеризуються конструктивними розмірами, або формфактором. Вузли однакових формфакторів взаємозамінні. Проектуючи комп’ютер, розробники або вибирають стандартні розміри, або «винаходять велосипед». У першому випадку власник комп’ютера завжди може підібрати блок живлення для своєї системи. При розробці оригінальної конструкції блок живлення вийде унікальним, тобто придатним тільки для конкретної моделі (в кращому випадку - для серії моделей) якого-небудь виробника, і при необхідності його можна буде придбати тільки в цій компанії.

Компанія IBM постійно визначає стандарти різних компонентів ПК, в число яких увійшли і блоки живлення. Починаючи з 1995 року найбільш поширені формфактори блоків живлення ПК розроблялися на основі трьох моделей IBM - PC/XT, АТ і PS/2 Model 30. Цікавий той факт, що всі три моделі блоків живлення мали однакові з’єднувачі і виходи до системної плати.

Відрізнялися вони головним чином формою, максимальною вихідною потужністю, кількістю роз’ємів живлення для підключення периферійних пристроїв і компонуванням вимикача. Блоки живлення, створені на їх основі, використовувалися в комп’ютерах починаючи з 1996 року; в деяких конструкціях вони використовуються і донині. Навіть сучасний стандарт ATX12V заснований на формфакторі PS/2 Model 30; щоправда, має інший склад роз’ємів.

У 1995 році компанія Intel представила формфактор АТХ, що став новим стандартом для блоків живлення. З 1996 року формфактор АТХ, який отримав широке поширення, приходить на зміну попереднім стандартам IBM. Для АТХ і наступних «родинних» стандартів характерна наявність з’єднувачів, що забезпечують подачу додаткових напруг і сигналів, що допускає використання пристроїв з більш високою споживаною потужністю і додатковими можливостями, які не підтримувалися блоками живлення формфактору АТ.

Навіть якщо два джерела живлення мають один і той же формфактор, вони можуть відрізнятися один від одного якістю та ефективністю (ККД). Далі будуть показані і інші специфікації і функції, на які слід звертати увагу при виборі блока живлення.

Існує більше десяти основних фізичних формфакторів блоків живлення, які можуть по праву називатися промисловим стандартом. Більшість з них створено на основі конструкцій IBM, а ті що залишилися - на основі розробок Intel. Формально всі ці формфактори можна розбити на дві категорії:

- ті, що використовуються в сучасних системах

- ті, що вийшли з ужитку.

Назви формфакторів блоків живлення схожі на назви формфакторів системних плат. Проте конструктивні розміри блоків живлення скоріше відносяться до геометричних параметрів корпусів, ніж до розмірів системних плат. Це пов’язано з тим, що існує тільки два можливих типи з’єднувачів (АТ і АТХ), які можуть бути використані тим або іншим формфактором. Так що до материнської плати можна підключати блок живлення не тільки свого формфактора, а й деякі інші моделі.

Наприклад, всі сучасні системні плати формфактора АТХ з роз’ємами PCI Express містять два роз’єми живлення, включаючи 24-контактний основний роз’єм АТХ і 4-контактний роз’єм, що подає напругу +12 В. Блоки живлення сучасних формфакторів, включаючи ATX12V, SFX12V, EPS12V, TFX12V, CFX12V і LFX12V, містять однакові роз’єми і можуть працювати з одними і тими ж системними платами. Іншими словами, незалежно від формфактору системної плати (АТХ, ВТХ або зменшені версії даних формфакторів) з нею можна використовувати будь-який сучасний блок живлення.

Підключення кабелів до роз’ємів системної плати — це тільки одна сторона медалі; не можна забувати про те, що блок живлення повинен бути фізично встановлений в системному блоці. І саме тут доводиться згадати про формфактор. Основна ідея така: обраний блок живлення не тільки повинен містити всі необхідні роз’єми, але і бути сумісним з обраним корпусом.

У таблицях представлені найбільш популярні формфактори блоків живлення, наявні роз’єми, а також сумісні системні плати.

Блоки живлення даних формфакторів випускалися в різних конфігураціях і мали різну потужність. Блоки живлення застарілого формфактору LPX вперше були представлені в комп’ютерах моделі IBM PS/2 Model 30 в квітні 1987 року; вони були досить поширені з 1980-х років до середини 1996 року. Після цього дуже швидко став набирати популярність формфактор АТХ. Поступово АТХ і кілька його варіацій зайняли домінуюче становище на ринку. Цікаво відзначити, що спадщина IBM живе і зараз, так як формфактори АТХ, PS3 і EPS базуються на фізичному формфакторі LPX (PS/2). Будь-який блок живлення, який не відповідає перерахованим стандартам, вважається рішенням в «фірмовому» стандарті.

Роз’єми PC/XT практично збігаються з роз’ємами АТ, але контакт 2 роз’єму Р8 (+5 В) не використовується. Формфактор LPX іноді називають PS/2 або Slimline.

Тих систем, в яких застосовуються блоки живлення фірмових стандартів, слід уникати, так як навіть їх заміна виявиться проблематичною, не кажучи вже про модернізацію. Враховуючи, що блок живлення — один з компонентів, найбільш схильних до поломок, купувати системи закритих (фірмових) стандартів вкрай небажано.

2. Сучасні формфактори ATX/ATX12V

У 1995 році компанія Intel прийшла до висновку, що блоки живлення існуючих стандартів в буквальному сенсі виявилися недостатньо потужними.

Проблема була пов’язана з тим, що існували стандартb припускали використання для живлення системної плати двох роз’ємів, що містять дванадцять контактів. Крім того що ці роз’єми було складно не тільки поєднати належним чином, але і вставити в роз’єм, їх неправильна установка приводила до виходу з ладу системної плати і блоку живлення. Для усунення цих проблем в 1995 році компанія Intel, взявши за основу існуючий популярний стандарт LPX (PS/2), внесла зміни до електричної схеми та роз’ємів (зберігши загальну форму) і представила формфактор АТХ (рис.).

Стандарт АТХ був розроблений компанією Intel в 1995 році, але популярність завоював через рік, після випуску комп’ютерів з процесорами Pentium і Pentium Pro, захопивши 18% ринку. Починаючи з 1996 року різні варіанти АТХ зайняли домінуюче положення серед формфакторів системних плат і блоків живлення, прийшовши на зміну раніше популярним стандартам Baby-АТ і LPX. Блоки живлення ATX12V також можна використовувати з системними платами новіших формфакторів, таких як ВТХ, завдяки чому АТХ і його похідні збережуть домінуюче положення серед формфакторів блоків живлення протягом ще декількох років.

Специфікація ATX12V визначає фізичну або механічну форму, а також електричні роз’єми, які містить блок живлення. З 1995 до початку 2000 року формфактор блоку живлення АТХ становив частину специфікації системної плати АТХ. Однак у лютому 2000 року Intel вилучила специфікацію блоків живлення з самої нової версії специфікації системних плат/шасі АТХ 2.03 і створила специфікацію блоків живлення ATX/ATX12V версії 1.0, додавши додатковий 4-контактний роз’єм +12 В (блоки живлення, що містять роз’єм +12В, отримали назву ATX12V). Наявність додаткового роз’єму +12В стало обов’язковою вимогою у версії специфікації 1.3 (квітень 2002 року), при цьому сама специфікація отримала назву ATX12V. У специфікації ATX12V 2.0 (лютий 2003) був усунутий 6-контактний додатковий роз’єм, кількість контактів основного роз’єму живлення була збільшена до 24, а також було додано вимогу наявності роз’ємів Serial АТА. Поточною версією специфікації є ATX12V 2.2, представлена в березні 2005; вона містить лише незначні зміни в порівнянні з першими версіями, наприклад ті, що стосуються використання в роз’ємах терміналів HCS (High Current System).

В ході еволюції блоків живлення АТХ вносилися певні зміни в розташування та конструкцію вентиляторів. Спочатку специфікація АТС передбачала використання вентилятора діаметром 80 мм, розташованого в блоці живлення таким чином, щоб «захоплювати» повітря за межами корпусу і направляти його вздовж системної плати. Це суперечило більшості інших стандартів блоків живлення, які припускали видування повітря з системного блоку. Звернення потоку повітря підвищувало ефективність системи охолодження і дозволяло обходитися без активного тепловідводу на процесорі.

Інша перевага зворотного напрямку потоку повітря полягає в тому, що зменшується забруднення внутрішніх вузлів комп’ютера. У корпусі створюється надлишковий тиск, і повітря виходить через щілини в корпусі, на відміну від систем іншої конструкції. З цієї причини таку систему часто називають вентиляцією з позитивним тиском. У системі, що працює в умовах підвищеної запиленості, на повітрозабірник можна встановити фільтр, який запобігатиме потраплянню в систему частинок пилу.

Хоча з точки зору вентиляції системи все це звучить досить непогано, схема з позитивним тиском припускає використання більш потужного вентилятора, так як він повинен забезпечити необхідний потік повітря. При використанні фільтрів можна забути про необхідність їх регулярної заміни та чищення (це слід робити не рідше одного разу на тиждень). Крім того, при збільшенні навантаження блок живлення нагрівається, всередину системного блоку починає надходити тепле повітря, а отже, загальні можливості по охолодженню значно знижуються.

Оскільки нові покоління процесорів виділяли все більше і більше тепла, охолодження системи виявлялося дуже важливим завданням, а схема з позитивним тиском ставала все менш і менш бажаною. У зв’язку з цим наступні специфікації АТХ були переписані таким чином, щоб дозволити використання схем як з позитивним, так і з негативним тиском. Популярності набули блоки живлення, в яких встановлені два вентилятори: один – на задній панелі, повітря від якого спрямований назовні, а другий обдуває процесор, – на нижній стінці блоку.

Формфактор блоків живлення АТХ дозволив вирішити кілька проблем, характерних для блоків живлення PC/XT, АТ і LPX. Одна з проблем була пов’язана з тим, що плати РС/ХТ/АТ містили два роз’єми живлення. Суть проблеми така: якщо переплутати роз’єми, то можна спалити системну плату.

Більшість виробників якісних систем випускають роз’єми системної плати і блоку живлення з ключами, щоб їх не можна було переплутати, але майже всі дешеві системи не мають ключів ні на системній платі, ні в блоці живлення. Формфактор АТХ припускає використання ключів, які просто не дозволяють підключити щось неправильно. Роз’єми АТХ також забезпечують подачу +3,3В, а значить, немає необхідності використовувати на системній платі регулятори напруги, необхідні для живлення ланцюгів, що вимагають напруги +3,3 В.

Крім подачі напруги 3,3 В, блок АТХ формує інший набір керуючих сигналів, що відрізняється від звичайних. Це сигнали Power On і 5v_Standby (5VSB), спільно названі програмним вимикачем. Ці сигнали дозволили реалізувати ряд додаткових функцій, наприклад «пробудження» комп’ютера по сигналу модему або мережевого адаптера. Багато подібних систем допускають і установку точного часу, в який комп’ютер повинен включитися для вирішення запланованого завдання. Ці сигнали також дозволили задіяти клавіатуру для включення комп’ютера. Все це стало можливим тому, що сигнал +5 В Standby подається завжди, навіть при вимкненому живленні комп’ютера. Управління цими функціями здійснюється за допомогою програми налаштування BIOS.

Контрольні запитання

1. Які ви знаєте формфактори блоків живлення?

2. Назвіть застарілі формфактори блоків живлення?

3. Назвіть сучасні формфактори блоків живлення?

3. Охарактеризуйте ATX/ATX12V

Тема. ФОРМФАКТОРИ БЛОКІВ ЖИВЛЕННЯ. SFX/SFX12V ТА EPS/EPS12V

1. SFX/SFX12V

У грудні 1997 року компанія Intel представила зменшений формфактор системної плати micro-ATX. Приблизно в той же час з’явився і новий формфактор блоку живлення SFX, спеціально розроблений для цієї плати. Проте в корпусах micro-ATX замість даного блоку найчастіше продовжував використовуватися стандартний блок живлення АТХ. У березні 1999 року Intel випустила додаток до специфікації micro-ATX, що отримав назву Flex-АТХ.

Цей стандарт визначав невелику плату, призначену для недорогих комп’ютерів або пристроїв, створених на їх основі. Тут і знайшли своє втілення блоки живлення формфактору SFX, які почали використовуватися в різних компактних конструкціях. На відміну від більшості специфікацій блоків живлення, які визначають всього одну механічну конструкцію, стандарт SFX визначає п’ять різних фізичних форм блоку, які не взаємозамінні. Крім того, у міру еволюціонування специфікації вносилися певні зміни в роз’єми. Таким чином, при заміні блоку живлення SFX/SFX12V слід переконатися, що придбаний блок живлення необхідного типу, який можна підключити до системної плати. Це означає, що він повинен містити всі необхідні роз’єми.

Кількість і типи роз’ємів змінювалися по мірі розвитку специфікації.

Вихідна специфікація SFX передбачала використання одного 20-контактного роз’єму живлення для підключення до системної плати. Чотирьохконтактний роз’єм, що забезпечує додаткове живлення процесора, був доданий як необов’язковий компонент у версії 2.0 (травень 2001), а у версії 2.3 (квітень 2003) він став обов’язковою вимогою і отримав назву SFX12V. У специфікації SFX12V версії 3.0 замість 20-контактного був введений 24-контактний основний роз’єм живлення; також було зроблено обов’язковим наявність роз’ємів Setial АТА. Поточна версія 3.1 специфікації SFX12V була представлена в березні 2005 року; в неї внесено ряд невеликих змін, наприклад наявність терміналів HCS в роз’ємах. Специфікація SFX12V описує кілька фізичних формфакторів, включаючи формфактор PS3.

Якщо використовується стандартне джерело живлення SFX/SFX12V, то вентилятор діаметром 60 мм кріпиться на поверхні корпусу, причому він дує холодне повітря всередину корпусу комп’ютера (рис.). Вентилятор обдуває джерело живлення, а через отвори в задній панелі корпусу тепле повітря виводиться з системи. Таке розташування вентилятора зменшує шум, але в той же час має недоліки, які були характерні для систем охолодження до введення стандарту АТХ. У будь-якому випадку необхідно використовувати додаткові охолоджуючі елементи на найбільш тепловиділяючих компонентах комп’ютера.

Для систем, яким необхідний більш інтенсивний відвід тепла, був розроблений блок живлення з вентилятором діаметром 80 мм. Цей більший за розміром вентилятор набагато краще охолоджує елементи комп’ютера (рис.).

Ще одна версія SFX12V передбачала використання закріпленого вище вентилятора діаметром 80 мм, однак при цьому блок живлення повертався, щоб ширина виявилася більшою, а глибина меншою (рис.). Також існувала спеціальна низькопрофільна версія SFX12V, призначена для використання в «тонких» корпусах. Висота блоку становила всього 50 мм, а всередині був встановлений вентилятор діаметром 40 мм (рис.).

Більш нова версія SFX, що отримала назву формфактор PS3, була визначена в додатку Е специфікації SFX12V. Незважаючи на те що формфактор PS3 визначений як частина специфікації SFX12V, насправді він виявився урізаною версією ATX12V; блоки живлення цього формфактору зазвичай використовуються спільно з системними платами microATX, яким необхідна більш висока потужність, ніж можуть забезпечити звичайні блоки живлення SFX.

Блоки живлення SFX12V призначені для використання в системах, що містять обмежену кількість пристроїв і забезпечують мінімальні можливості модернізації. Переважна більшість моделей блоків SFX забезпечують потужність 80-300 Вт по чотирьох напругах (+5, +12, -12 і +3,3 В). Даної потужності достатньо для невеликої системи, що містить процесор, інтерфейс AGP або PCI Express х16, до чотирьох роз’ємів розширення, а також трьох пристроїв, таких як жорсткі диски і накопичувачі CD-ROM.

Хоча компанія Intel розробила специфікацію блоків живлення SFX12V, беручи до уваги існування формфакторів microATX і FlexATX, SFX це абсолютно окремий стандарт, сумісний і з іншими системними платами. Наприклад, такий різновид SFX12V, як PS3, може використовуватися замість стандартних блоків живлення ATX12V, якщо тільки доступні всі необхідні роз’єми. Блоки живлення SFX використовують той же 20- чи 24-контактний основний роз’єм живлення, який визначений стандартами ATX/ATX12V, а також забезпечують подачу сигналів Power On і 5V Standby. Блоки живлення SFX12V підтримують додатковий 4-контактний роз’єм (+12 В) для процесора, так само як і блоки ATX12V. Вибір блоку живлення АТХ або SFX, в більшій мірі залежить від обраного корпусу (шасі), ніж від системної плати. Оскільки обидва стандарти підтримують один і той же набір роз’ємів живлення, все залежить від фізичної форми, яку підтримує конструкція системного блоку.

2. EPS/EPS12V

У 1998 році кілька компаній, включаючи Intel, Hewlett-Packard, NEC, Dell, Data General, Micron і Compaq, створили робочу групу SSI (Server System Infrastructure), яка займалася просуванням стандартних формфакторів, що стосуються стандартних компонентів серверів: шасі, блоків живлення, системних плат і т.д. Основне завдання полягало в проектуванні серверів так щоб їх компоненти можна було легко замінювати. У багатьох аспектах сервер початкового рівня являє собою високопродуктивний ПК, в той же час цілий ряд компонентів, якими раніше оснащувалися тільки сервери, зараз можна знайти і в стандартних ПК. Особливо дана тенденція проглядається на прикладі блоків живлення. У 1998 році компанія SSI розробила специфікацію EPS (Entry-level Power Supply – блок живлення початкового рівня), яка визначає стандартний формфактор блоків живлення для серверів початкового рівня в «п’ядестальному» виконанні (шасі у виконанні «вежа» (tower)). Початковий стандарт EPS базувався на АТХ, проте мав кілька поліпшень. Перше стосувалося використання 24-контактного основного роз’єму живлення, який в подальшому став використовуватися в ATX12V та інших формфакторах, представлених після 2003 року. Також стандарт EPS передбачав використання терміналів HCS в роз’ємах Molex Mini-Fit Jr., які стали стандартом в специфікації ATX12V в березні 2005 року. Крім того, 6-контактний роз’єм живлення (зараз не використовується), 4-контактний роз’єм з напругою 12 В, а також 6-контактний роз’єм для підключення відеоадаптерів спочатку були представлені в специфікації EPS і тільки потім з’явилися в специфікації АТХ.

Специфікація EPS спочатку передбачала використання механічного формфактору, повністю ідентичного АТХ, проте надалі формфактор EPS був розширений для забезпечення можливості випуску більш потужних блоків живлення; для цього допустиме значення глибини було збільшено. У специфікація АТС і вихідній версії специфікації EPS передбачалося, що висота блоку складає 86 мм, ширина 150 мм, а глибина 140 мм; точно такі ж розміри визначалися специфікаціями LPX і PS/2. Надалі специфікація EPS була змінена, що дозволило створювати блоки живлення глибиною 180 і навіть 230 мм. Практично всі повнорозмірні корпуси АТХ у виконанні «вежа» (tower) здатні вмістити подібні блоки живлення, особливо при використанні сучасних «укорочених» оптичних накопичувачів (в іншому випадку накопичувачі можуть просто «впиратися» в блок живлення).

В даний час основна відмінність між блоками АТХ і EPS стосовно роз’ємів полягає у використанні 8-контактного подвійного роз’єму +12 В у разі EPS12V замість 4-контактного роз’єму +12 В у разі ATX12V.

Восьмиконтактний подвійний роз’єм з напругою +12 В еквівалентний двом об’єднаним 4-контактним роз’ємам; він призначений для використання в серверах початкового рівня для живлення декількох процесорів. Роз’єми спроектовані таким чином, що 8-контакний коннектор можна вставити в 4- контактний роз’єм на системній платі; при цьому зайві контакти просто «зависнуть» над системною платою.

Ще одна істотна відмінність між EPS12V і ATX12V полягає в тому, що блоки живлення EPS можуть становити в довжину 180 або 230 мм, у той час як блоки живлення АТХ за цим виміром обмежені значенням 140 мм. Як приклад блоку живлення EPS12V можна навести Turbo-Cool 1KW (потужність - 1 кВт) від компанії PC Power and Cooling (рис).

Цей блок живлення має глибину 230 мм, що допускається специфікацією EPS12V, проте його цілком можна використати для модернізації блоків живлення ATX12V; головне щоб він помістився в корпус. Блоки живлення EPS12V іноді називають блоками живлення Extended АТХ у зв’язку із збільшеною глибиною. Якщо планується використовувати один з блоків живлення EPS12V в стандартному корпусі АТХ, дуже важливо виміряти доступний для установки простір, перш ніж робити покупку.

Сумісність роз’ємів ніяких проблем не представляє; 24-контактний коннектор основного живлення можна вставити в 20-контактний роз’єм, а 8- контактний подвійний коннектор - в 4-контактний роз’єм.

Якщо місця достатньо, можна сміливо купувати блок живлення EPS 12V, так як його можна використовувати спільно з переважною більшістю системних плат і шасі АТХ.

Контрольні запитання

1.Коли з’явився SFX/SFX12V?

2. Охарактеризуйте формафактор .

3. Коли з’явився EPS/EPS12V?

4. Охарактеризуйте формафактор EPS/EPS12V.

Тема. ФОРМФАКТОРИ БЛОКІВ ЖИВЛЕННЯ. TFX12V, CFX12V, FLEXATX

1. TFX12V

Стандарт блоків живлення TFX12V (Thin Form Factor) вперше був представлений компанією Intel в квітні 2002 року; дані блоки живлення призначалися для використання в малогабаритних системах SFF (Small Form Factor) обсягом 9-15 літрів. Як правило, в низькопрофільних корпусах SFF найчастіше використовуються системні плати формфакторів microATX, FlexATX і Mini-ITX. Блоки живлення TFX12V є довшими і вужчими ніж блоки АТХ або SFX, що дозволяє використовувати їх в низькопрофільних системах.

Блоки живлення TFX12V володіють номінальною потужністю 180-300 Вт, чого цілком достатньо для невеликих систем, для використання в яких вони і призначені. Блоки живлення TFX12V містять бічний вентилятор з термостатичним контролем, що забезпечує «холодну» і тиху роботу. Завдяки симетричній системі кріплення вентилятор можна закріпити по-різному відповідно до конструкції шасі (рис.).

На відміну від блоків SFX для блоків TFX12V визначений тільки один механічний формфактор. Блоки живлення TFX12V завжди містили 4- контактний коннектор +12 В з моменту подання стандарту в квітні 2002 року, після того як цей коннектор з’явився у блоків живлення інших формфакторів. Специфікація TFX12V 1.2 (квітень 2003) додала коннектори Serial АТА як необов’язкові, в той час як згідно специфікації TFX12V 2.0 (лютий 2004) вони стали обов’язковими. Крім того, основний коннектор живлення став містити 24 контакту замість 20. Версія специфікації 2.1 (липень 2005 року) містить тільки незначні зміни в порівнянні з попередньою версією.

2. CFX12V

Формфактор блоків живлення CFX12V (Compact Form Factor) представлений компанією Intel в листопаді 2003 року; дані блоки призначені для використання в системах ВТХ середніх розмірів (об’ємом 10-15 літрів), в яких використовуються материнські плати microBTX і picoBTX

Блоки живлення CFX12V володіють номінальною потужністю 220-300Вт, чого цілком достатньо для невеликих систем, для використання в яких вони і призначені. Блоки живлення CFX12V містять закріплений на задній стінці вентилятор діаметром 80 мм з термостатичним контролем, що забезпечує «холодну» і тиху роботу. Блок живлення містить «виріз», який дозволяє йому частково нависати над системною платою, завдяки чому стає можливим створення систем зменшених розмірів.

Блоки живлення CFX12V завжди містили 4-контактний коннектор з напругою +12 В з моменту подання стандарту в листопаді 2003 року, після того як цей коннектор з’явився у блоків живлення інших формфакторів. Блоки TFX12V також містять 24-контактний коннектор живлення та конектори Serial АТА. Поточна версія специфікації CFX12V 1.2 була представлена в 2005 році і містила лише незначні зміни в порівнянні з попередніми версіями, наприклад зміна терміналів HCS в роз’ємах.

Компанія Intel представила специфікацію низькопрофільних блоків живлення LFX12V (Low profile Form Factor) у квітні 2004 року. Подібні блоки призначені для використання в ультракомпактних системах ВТХ (обсягом 6-9 літрів), в яких найчастіше встановлені системні плати picoBTX або nanoВТХ

Блоки живлення LFX12V характеризуються потужністю 180-260 Вт, чого достатньо для крихітних систем, для використання в яких вони призначені. Блоки живлення LFX12V містять внутрішній вентилятор діаметром 60 мм, що на 20 мм менше, ніж у блоків живлення CFX12V. Як і у випадку блоків CFX12V, тут використовується термостатичний контроль, що забезпечує тиху роботу при досить ефективному охолодженні. Блок живлення містить «виріз», який дозволяє йому частково нависати над системною платою, завдяки чому стає можливим створення систем зменшених розмірів

Всі блоки живлення LFX12V містять 24-контактний основний коннектор живлення, 4-контактний додатковий коннектор, а також коннектори Serial АТА. Поточна версія LFX12V 1.1 представлена в квітні 2005 року і містить лише незначні зміни в порівнянні з попередньою

3. FlexATX

Відомий виробник блоків живлення, компанія FSP (Fortran Source Power), представила формфактор блоків живлення FlexATX в 2001 році; цей формфактор призначений для використання в компактних настільних системах SFF (small form factor) і «тонких» серверних системах 1U. Дані блоки живлення широко використовувалися в системах від Shuttle, але також і застосовувалися в рішеннях HP/Compaq, IBM, SuperMicro та інших компаній. Компанія Intel представила формфактор блоків живлення FlexATX в березні 2007 року як частина документа «Power Supply Design Guide for Desktop Platform Form Factors» версії 1.1. Дані блоки живлення часто називалися блоками живлення 1U, так як вони широко використовуються в серверних шасі 1U.

Блоки живлення FlexATX, призначені для забезпечення потужності в діапазоні 180-270 Вт, що ідеально підходить для компактних систем, для яких дані блоки живлення і призначені. Як правило, блоки живлення FlexATX містять один або два вентилятори діаметром 40 мм, однак можлива установка і більших вентиляторів; також існують моделі блоків живлення без вентиляторів.

Блоки живлення FlexATX включають 20- чи 24-контактний основний роз’єм живлення, а також 4-контактний роз’єм +12 В для материнської плати. Як правило, вони оснащені всіма необхідними кабелями живлення для підключення пристроїв, у тому числі і кабелями живлення Serial АТА.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте формфактор TFX12V.

2. Охарактеризуйте формфактор CFX12V.

3. Охарактеризуйте формфактор FlexATX

Тема. ВИМИКАЧІ ЖИВЛЕННЯ

1. Вимикачі живлення

Існують три основні типи перемикачів, використовуваних у ПК:

■ керований системною платою перемикач на передній панелі (АТХ і більш нові стандарти);

■ кнопка включення блоку живлення на передній панелі (AT/LPX; застарілий стандарт);

■ кнопка включення блоку живлення на його задній панелі (PC/XT/АТ; застарілий стандарт).

2. АТХ і більш нові стандарти

У всіх джерелах живлення АТХ, які підключаються до 20- чи 24- контактного роз’єму системної плати, для включення системи використовується сигнал PS_ON. У даній конструкції при підключенні до виключеної системи блок живлення працює в режимі очікування. Сигнал PS_ON передається від блоку живлення через системну плату на низьковольтний контактний перемикач постійного струму на передній панелі.

В результаті дистанційний перемикач фізично не управляє доступом до джерела живлення 220 або 110 В, як в старіших блоках живлення. Замість цього стан джерела живлення (включений або виключений) перемикається сигналом PS_ON, що надходять з контакту 14 в роз’ємі АТХ. У даному випадку іноді використовується назва перемикач soft-off (soft-off switch), оскільки так називається стан ACPI, в якому система вимкнена, але все одно отримує напругу режиму очікування.

Сигнал PS_ON може бути згенерований перемикачем живлення комп’ютера або (за допомогою електронних схем) операційною системою. PS_ ON – активний низький сигнал. Це означає, що всі сигнали потужності постійного струму, що генеруються блоком живлення, деактивізуются при високому рівні PS_ON, за винятком сигналу + 5VSB (резервного) на контакті 9, який активний завжди, коли джерело живлення увімкнено у розетку. Сигнал +5VSB підводить напругу до дистанційного перемикача на корпусі, щоб система могла функціонувати в той час, коли комп’ютер вимкнений. Таким чином, дистанційний перемикач в системі АТХ (який повинен бути присутнім у більшості систем NLX і SFX) знаходиться під напругою всього +5 В постійного струму, а не 220 або 110 В, як в старіших корпусах з іншими формфакторі.

Постійна наявність сигналу + 5VSB на контакті 9 роз’єму АТХ означає, що до системної плати струм від блоку живлення підведений завжди, коли джерело включено, навіть при вимкненому комп’ютері. Тому перед зняттям корпусу краще відключити всю систему АТХ від джерела живлення.

Віддалений перемикач в конструкції АТХ і більше нових тільки переводить систему в стан soft-off, в якому вона ніби вимкнена, але все одно отримує напругу режиму очікування. На деяких блоках живлення АТХ і більш нових стандартів є перемикач, який дозволяє повністю відключити живлення системи. В результаті система не отримує ніякої напруги, що рівносильно її відключення від електророзетки.

Архітектура перемикача живлення АТХ така, що системна плата контролює стан блоку живлення. Якщо система повністю підтримує стандарт ACPI, при натисканні перемикача живлення системна плата вказує операційній системі на необхідність коректно завершити роботу, перш ніж подача напруги дійсно буде припинена. Якщо система «зависла» або працює некоректно, натискання кнопки може ні до чого не привести. У даній ситуації слід утримувати кнопку живлення довше чотирьох секунд, щоб примусово вимкнути систему.

3. Вимикачі РС/ХТ/АТ і LPX

У старих системах вимикачі вбудовувалися безпосередньо в блок живлення, який використовується для забезпечення постійним струмом основних системних компонентів. Така конструкція була досить простою. Блок живлення встановлювався в задній або бічній частині системного блоку, тому для включення комп’ютера потрібно дотягнутися рукою до вимикача, розташованого на задній панелі. Крім того, для дистанційного включення системи при прямому Підключенні до джерела змінного струму потрібно спеціальне апаратне забезпечення.

З кінця 1980-х років в системах з блоками живлення LPX стали використовуватися виносні перемикачі, розташовані на лицьовій панелі. Конструкція використовуваних блоків живлення практично не відрізнялася від попередніх типів. Єдина відмінність полягала в тому, що вимикач змінного струму тепер встановлювався на деякій відстані від блоку живлення (зазвичай на лицьовій панелі системного блоку) і з’єднувався з ним за допомогою чотирижильного кабелю. Кінці кабелю з плоскими сполучними наконечниками приєднувалися до контактів вимикача. Кабель, що з’єднує вимикач з блоком живлення, містить чотири дроти з колірним кодуванням. На додаток до цього кабель може містити п’ятий провід, призначений для заземлення на корпус. Для зменшення небезпеки електричного травматизму плоскі наконечники вимикача, з’єднані з кабелем блоку живлення та надійно ізольовані.

Так була вирішена проблема з ергономічним розташуванням вимикача. Однак дана конструкція не забезпечувала можливість дистанційного або автоматичного включення системи без використання спеціальних апаратних засобів. Крім того, в корпусі був встановлений 120-вольтний вимикач змінного струму, по проводах якого через весь системний блок проходив електричний струм високої напруги. З’єднувальні дроти при включенні системи дуже нагрівалися, що могло призвести до різних небезпечних ситуацій.

Принаймні два дроти з чотирьох, що з’єднують вимикач з блоком живлення АТ/LPX, постійно перебувають під високою напругою. Необережний дотик до цих проводах, навіть при вимкненому системному блоці, може призвести до найсумніших наслідків. Тому, перш ніж зняти кришку корпусу, переконайтеся, що ви не забули відключити блок живлення від мережі.

Відповідно до кольору кожен з проводів живлення має певне призначення.

■ Коричневий і блакитний дроти – це фаза і нуль мережевого шнура, по якому напруга надходить з блоку живлення. Коли блок живлення підключений до мережі, проводи знаходяться під напругою.

■ По чорному і білому проводах змінний струм повертається через вимикач в блок живлення. Ці жили знаходяться під напругою тільки в тому випадку, якщо блок живлення підключений до мережі і комп’ютер включений.

■ Зелений провід або зелений провід з жовтою смугою (якщо він є в кабелі) повинен з’єднуватися з корпусом комп’ютера і забезпечувати його заземлення.

Отвори для контактів на вимикачі зазвичай забарвлені; якщо це не так, вставте блакитний і коричневий дроти в паралельні гнізда, а чорний і білий – в гнізда, розташовані під кутом один до одного.

Хоча колірне кодування і паралельне/кутове розташування виходів використовуються в більшості блоків живлення, це не є універсальним правилом. Іноді зустрічаються блоки живлення з розташуванням виходів, яке відмінне від показаного на рис. Проте одне можна сказати напевно: якщо блок живлення підключений до настінної розетки електроживлення, два проводи будуть перебувати під постійною напругою. Обов’язково відключіть блок живлення від електромережі, перш ніж доторкатися до будь-якого з виходів. Щоб не ризикувати надіньте на виходи пластикову або гумову оболонку.

Якщо блакитний і коричневий дроти були вставлені по одну сторону, а чорний і білий знаходяться по інший, то вимикач і блок живлення працюватимуть нормально. Якщо ж ви переплутали контакти, то може перегоріти запобіжник або статися коротке замикання.

4. Роз’єми живлення системної плати

Кожен блок живлення містить спеціальні відводи, що підключаються до відповідних роз’ємів системної плати, які подають напругу на центральний процесор, модулі пам’яті, встановлені плати розширення, такі як відеоадаптери, адаптери LAN, порти USB і FireWire, а також плати різних типів. Подібні роз’єми дуже важливі. Вони не тільки забезпечують живлення системи – неправильне підключення роз’ємів може привести до небажаних наслідків, аж до згоряння блоку живлення і системної плати. Як і у випадку з формою блоків живлення, подібні роз’єми відповідають одній із стандартних специфікацій, які визначають їх типи, а також схеми з’єднання проводів і терміналів. На жаль, деякі виробники ПК використовують блоки живлення з роз’ємами нестандартної форми або роз’єми стандартної форми, але з нестандартною схемою призначення контактів. Підключення подібного коннектора до гнізда зі стандартною схемою призначення контактів на системній платі призведе до пошкодження блоку живлення, системної плати або обох пристроїв.

Протягом всієї історії ПК найбільш популярними залишалися два набори роз’ємів живлення: роз’єми типу АТ/LPX і роз’єми типу АТХ. Кожен з них трохи змінювався з часом (з’являлися нові роз’єми і зникали ті, в яких не було необхідності).

Контрольні запитання

1. Що таке вимикачі живлення, для чого вони призначені?

2. Охарактеризуйте АТХ і більш нові стандарти.

3. Охарактеризуйте вимикачі РС/ХТ/АТ і LPX.

4. Перечисліть роз’єми живлення системної плати.

Тема. РОЗ’ЄМИ БЛОКІВ ЖИВЛЕННЯ AT/LPX

1. Роз’єми блоків живлення AT/LPX

Системні плати промислового стандарту PC, XT, AT, Baby-АТ і LPX використовують один тип роз’ємів блоку живлення. Для підключення системної плати використовуються два 6-контактних роз’єми живлення (Р8 і Р9). Термінали, використані в даних роз’ємах, здатні витримати струм до 5 А при напрузі до 250 В (хоча максимальна напруга в ПК становить +12 В).

Всі блоки живлення AT/LPX, що містять роз’єми Р8 і Р9, допускають їх підключення до системної плати таким чином, щоб чорні дроти (загальні контакти) обох роз’ємів знаходилися поруч один з одним. Позначення Р8 і Р9 не є повністю стандартизованими, хоча й широко застосовуються, тому що подібні позначення свого часу використовувала компанія IBM. У деяких блоках живлення подібні роз’єми позначені як Р1/Р2. При підключенні роз’ємів найголовніше — правильно їх орієнтувати і не вставити в роз’єм системної плати зі зміщенням на кілька контактів. Головне правило — «чорний з чорним по центру». Також необхідно стежити за тим, щоб не залишилося зайвих контактів. Якщо ви бачите зайві контакти з боку системної плати, при включенні можуть бути пошкоджені не тільки системна плата, але і підключені до неї пристрої.

Хоча старі блоки живлення PC/XT не використовують контакт 2 роз’єму Р8, їх можна підключати до системних плат АТ, і навпаки. Наявність або відсутність сигналу +5 В на цьому контакті ніяк не відбивається на роботі системи, оскільки цілком достатньо інших контактів по лінії + 5 В.

Слід зазначити, що всі блоки живлення типу AT/LPX використовують одні й ті ж роз’єми і схеми контактів, які жодного разу не

2. Роз’єми живлення АТХ і АТХ12V 1.х

Блоки живлення, що відповідають специфікаціям АТХ і ATX12V 1.x, а також деяким їх варіантам, містять наступні роз’єми живлення для підключення до системної плати:

■ 20-контактний основний роз’єм живлення;

■ 6-контактний додатковий роз’єм живлення;

■ 4-контактний роз’єм живлення з напругою +12 В. Основний роз’єм живлення є обов’язковим, в той час як два інших використовуються при необхідності. Отже, блок живлення стандарту АТХ або ATX12V може містити одну з наступних комбінацій роз’ємів:

■ тільки основний роз’єм живлення;

■ основний і додатковий роз’єми;

■ основний роз’єм і роз’єм з напругою +12 В;

■ основний і додатковий роз’єми, а також роз’єм з напругою +12 В. Найчастіше зустрічаються блоки живлення, що містять тільки основний роз’єм, або основний роз’єм і роз’єм з напругою +12 В. Багато системних плат, що містять роз’єм з напругою 12 В, не містять додаткового роз’єму, і навпаки.

3. Причина існування кількох роз’ємів живлення

Вихідна специфікація АТС передбачала наявність лише одного 20- контактного основного роз’єму живлення; в середині 1990-х років його було більш ніж достатньо для забезпечення живлення системних плат і процесорів, які вимагали 251 Вт загальної потужності і навіть менше. Однак до кінця 1990-х років вимоги системних плат і процесорів зросли, і в деяких системах основний роз’єм живлення виявився нездатний впоратися із збільшеним навантаженням. Системні плати і процесори, які споживали сумарно більше 251 Вт потужності, могли потенційно привести до перегріву терміналів і пошкодження роз’єму. Замість того щоб змінювати конструкцію основного роз’єму, тим самим породжуючи несумісність з системними платами, яким додаткова потужність не потрібна, компанія Intel в 1998 році розширила специфікацію АТХ 2.02, додавши додатковий роз’єм живлення. Цей роз’єм забезпечував подачу 58 Вт потужності по додаткових лініях з напругою +3,3 і +5 В, які необхідні для живлення процесора, пам’яті, а також регулятора напруги AGP.

Незважаючи на те що додатковий роз’єм забезпечував додаткову потужність по лініях з напругою +3,3 і +5 В, лінії додаткового живлення процесора (+12 В) це не стосувалося. Дебют процесора Pentium 4 у 2000 році показав, що вимоги процесорів до потужності блоку живлення різко зросли. Процесори зазвичай характеризуються досить низькою напругою живлення, за що відповідає схема регулятора напруги на системній платі. Регулятор напруги використовує напругу від блоку живлення і виконує його перетворення. Потужність у ватах дорівнює добутку напруги в вольтах і силі струму в амперах. Тому при рівній потужності чим більше напруги подати на схему регулятора, тим менша сила струму буде потрібна. Таким чином, щоб зменшити силу струму, на регулятор напруги стали подавати сигнал з напругою 12 В, а не +3,3 або +5 В, як було раніше.

На жаль, це призвело до ще однієї проблеми з живленням. Навіть при комбінуванні основного і додаткового роз’ємів існував тільки один контакт з напругою + 12 В, здатний подати на системну плату струм не більше 6 А. Тому, щоб збільшити потужність по лінії з напругою +12 В і зберегти сумісність з основними і додатковими роз’ємами, на початку 2000 року Intel додала в специфікацію АТХ 2.1 роз’єм живлення з напругою +12 В. Цей роз’єм призначався для подачі потужності 192 Вт на регулятори напруги живлення процесорів Pentium 4 і більше нових версій.

Блоки живлення із з’єднувальним роз’ємом +12 В стали називати блоками живлення ATX12V, тому для них була випущена специфікація формфактору ATX12V. Оскільки спочатку роз’єм з напругою +12 В призначався для процесорів Pentium 4, він отримав неофіційну назву «роз’єм Р4», незважаючи на те, що використовувався і на системних платах для процесорів AMD. В кінці 2001 року практично всі системні плати та блоки живлення відповідали специфікації ATX12V.

Регулятори напруги процесора на системній платі стали використовувати лінію з напругою + 12 В, в результаті чого навантаження на лінії +3,3 і 5 В знизилася, а значить, необхідність у додатковому роз’ємі живлення відпала. В результаті на багатьох блоках живлення ATX12V цього роз’єму немає. Додатковий роз’єм був офіційно виключений з специфікації ATX12V 2.0 в 2000 році. Деякі блоки живлення ATX12V все ж містять додатковий роз’єм, тому, якщо материнська плата вимагає його підключення, слід вибрати блоки живлення з цим роз’ємом.

4. 20-контактний основний роз’єм живлення

Блок АТХ виробляє кілька сигналів, яких раніше не було, наприклад +3,3 В, Power_On і 5v_Standby. Тому пристосувати стандартний (або вузькопрофільний) блок живлення Slimline для роботи в системі АТХ дуже складно, незважаючи на те, що зовні вони однакові.

АТХ був створений на основі застарілого стандарту LPX. Тому для підключення блоку живлення формфактору АТХ до системної плати Baby-AT можна скористатися спеціальним адаптером. Постачанням адаптерів цього типу займається компанія PC Power and Cooling (www. Pcpower. Com).

Один з найбільш важливих питань, що стосуються з’єднувачів блоку живлення, — можливість подати необхідну потужність на системну плату без перегріву. Блок живлення потужністю 500 Вт буде марним, якщо вже при 250 Вт з’єднувачі почнуть плавитися. Якщо говорити про певні з’єднувачі, то для них задається максимально допустиме значення сили струму в амперах, яке вони можуть витримати при нагріванні не вище 30°С і температурі навколишнього середовища 22°С. Іншими словами, температура терміналів не повинна перевищувати 52°С. Оскільки всередині системного блоку температура становить 40°С і більше, при максимально допустимих значеннях сили струму з’єднувачі можуть розігрітися до дуже високих температур.

Максимальна с ила струму коригується відповідно до кількісті використовуваних контактів в роз’ємі, оскільки необхідно брати до уваги нагрів сусідніх терміналів. Наприклад, 4-контактний роз’єм може допускати силу струму 8А на канал, проте у разі 20-контактного роз’єму це значення зменшується до 6А на канал.

Всі сучасні блоки живлення формфактору АТХ і більш нових припускають використання конекторів Molex Mini-Fit Jr. в якості основного і додаткового з’єднувачів. При цьому вони можуть містити від 4 до 24 контактів. Існують три типи з’єднувачів Molex: Standard, HCS і Plus HCS.

Передбачається, що в з’єднувачах Mini-Fit Jr з 12-24 контактами використовується кабель калібру 18 при стандартних температурних умовах. Основний коннектор живлення АТХ може містити 20 або 24 контакту, кожен з яких здатний витримати до 6А. Для терміналів HCS це значення збільшується до 9А, а для терміналів Plus HCS — до 11А. До березня 2005 використовувалися стандартні термінали, потім обов’язковим стало використання терміналів HCS. Якщо з’єднувач блоку живлення перегрівається, можна поліпшити його характеристики на 50%, встановивши термінал HCS або Plus HCS.

Підрахувавши кількість терміналів для кожного рівня напруги, можна визначити максимальне навантаження, яке здатний витримати з’єднувач (табл.).

Стандартні термінали розраховані на силу струму не більше 6А, термінали HCS - на силу струму не більше 9А, термінали Plus HCS на силу струму не більше 11А.

Передбачається, що в з’єднувачах Mini-Fit Jr. з 12-24 контактами використовується кабель калібру 18 при стандартних температурних умовах. Це означає, що сумарна потужність, що забезпечується при використанні стандартних терміналів, складає всього 251 Вт, чого явно недостатньо для сучасної системи. При збільшенні потужності вище цього значення з’єднувач просто перегріється. Навряд чи має сенс випускати блок живлення потужністю 400-500 Вт, якщо основний з’єднувач живлення не може витримати більше 251Вт без перегріву.

Саме тому офіційні специфікації блоків живлення були оновлені в березні 2005 року; обов’язковою вимогою стало використання терміналів HCS, здатних витримати потужність, більшу на 50°С. При цьому 20-контактний роз’єм може витримати потужність 377 Вт, чого цілком достатньо для більшості систем.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте роз’єми блоків живлення AT/LPX.

2. Охарактеризуйте роз’єми живлення АТХ і АТХ12V 1.х

3. Назвіть причину існування кількох роз’ємів живлення.

4. Для чого використовується 20-контактний основний роз’єм живлення?

Тема. РОЗ’ЄМ ЖИВЛЕННЯ ПРОЦЕСОРА

1. Роз’єм живлення процесора

Живлення до процесора подається від пристрою, званого модулем регулятора напруги (VRM), який в даний час вбудовується в більшість сучасних системних плат. Цей модуль зчитує необхідні параметри споживаної потужності процесора (зазвичай через виходи процесора) і відповідним чином калібрує напруга, що подається. Конструкція регулятора напруги дозволяє подавати +5 або +12 В. В системі в основному використовується напруга +5 В, але багато компонентів в даний час переходять на +12 В, що пов’язано з їх енергоспоживанням. Крім того, напруга 12 В використовується, як правило, приводним електродвигуном, а всі інші пристрої споживають напругу 5 В.

Величина напруги, споживаної модулем VRM (5 або 12 В), залежить від параметрів використовуваної системної плати або конструкції регулятора. Сучасні інтегральні схеми регуляторів напруги призначені для роботи при вхідній напрузі від +4 до +36 В, тому їх конфігурація цілком залежить від розробника системної плати.

В системних платах, призначених для процесорів Pentium III і Athlon/Duron, використовуються 5-вольтні регулятори напруги. Незважаючи на це, останнім часом виникла тенденція до переходу на регулятори, які споживають напругу + 12 В. Це пов’язано з тим, що, використовуючи більш високу напругу, можна значно зменшити поточне навантаження. Наприклад, якщо використовувати 65-ватний процесор AMD Athlon з робочою частотою 1 ГГц, можна отримати кілька рівнів навантаження при різних величинах споживаної напруги (табл.).

При використанні напруги +12 В сила споживаного струму досягає тільки 5,4 А, а з урахуванням 80%-ої ефективності регулятора напруги - 6,8 А. Таким чином, модифікація схеми VRM системної плати, що дозволяє використовувати напругу +12 В, представляється досить простою. Стандартний блок живлення АТХ 2.03 містить в основному силовому роз’ємі тільки один вихід з напругою +12 В. Додатковий роз’єм взагалі не містить виходів з напругою +12 В, тому користі від нього небагато. Подача струму силою 8 А і більше на системну плату, забезпечується при напрузі +12 В через стандартний дріт, може призвести до пошкодження роз’єму. Таким чином, виникла потреба в іншому рішенні.

2. Рекомендації по сумісності платформ

Кількість споживаного струму через роз’єм з напругою +12В безпосередньо управляється процесором. Сучасні материнські плати підтримують безліч різних процесорів. Так як потужність, споживана процесорами, постійно зростає (особливо це відноситься до останніх моделей), схема регулятора напруги часто не спроможна задовольнити вимоги всіх процесорів, які конструктивно підходять для установки. Щоб уникнути виникнення проблем, пов’язаних з електроживленням, компанія Intel розробила ста ндарт Platform Compatibility Guide (PCG), що визначає різні рівні сумісності процесорів і материнських плат. Індекс PCG наноситься на упаковку процесорів і материнських плат. Таке маркування полегшує пошук сумісних компонентів при збірці і модернізації системи.

VІндекс PCG складається з двох або трьох букв і цифр: перші дві цифри відповідають року виходу специфікації, а необов’язкова третя буква вказує на певний сегмент ринку. Третій символ «А» у маркуванні PCG вказує, що пристрій призначений для ринку малобюджетних систем (споживають меншу потужність). Третій символ «В» вказує на приналежність до сегменту ринку високопродуктивних, дорогих систем (споживають велику потужність). Приміром, в материнську плату зі специфікацією 05В можна вставити процесор з індексом 05А. У той же час, якщо вставити процесор 05В в материнську плату 05А, виникнуть проблеми з енергозабезпеченням. Іншими словами, процесор з більш низькими вимогами завжди можна вставити в материнську плату з більш високими, але не навпаки.

Індекси PCG були призначені для материнських плат і процесорів, але по них можна визначити і мінімальні вимоги до потужності блоку живлення. У табл. наведено індекси PCG і вимоги до енергопостачання, які вони описують.

Блок живлення повинен витримувати скачки струму тривалістю не менше 10 мс.

Блок живлення, що забезпечує подачу необхідної струму на роз’єм +12 В, забезпечить безперебійну роботу системи.

3. 4-контактний роз’єм живлення процесора

Для підвищення енергозабезпечення системних плат в Intel була створена нова специфікація блоків живлення ATX12V. Результатом цього став новий силовий роз’єм, призначений для подачі на системну плату додаткової напруги +12 В. Цей роз’єм є обов’язковим для всіх блоків живлення АТХ 12V і являє собою роз’єм Molex Mini-Fit Jr. з контактамі - «мамами».

Цей роз’єм має два силових виходи з напругою 12 В, кожен на 8 А, що дозволяє надати додаткову напругу +12 В з максимальною силою струму до 16А; в комбінації з 20-контактним основним роз’ємом забезпечується максимальна сила струму 22А по лінії з напругою +12 В.

При використанні стандартних терміналів кожен з’єднувач з напругою +12 В може витримати до 8 А. При використанні терміналів HCS це значення збільшується до 11 А, а при використанні терміналів Plus HCS - до 12 А. Хоча при цьому використовується та ж конструкція і такі ж термінали, що і в основному роз’ємі живлення, допустима сила струму виявляється більшою, так як в даному випадку кількість контактів набагато менше (4 замість 20). Підрахувавши кількість терміналів для кожного рівня напруг, можна визначити загальну потужність, яку здатний витримати роз’єм (табл.).

Стандартні термінали розраховані на силу струму не більше 8 А, термінали HCS на силу струму не більше 11 А, термінали Plus HCS на силу струму не більше 12 А.

Передбачається, що в з’єднувачах Mini-Fit Jr. з 4-6 контактами використовується кабель калібру 18.

Це означає, що при використанні стандартних терміналів цей з’єднувач здатний забезпечити 192 Вт, доступних для. Збільшення потужності призведе до перегріву з’єднувача, якщо тільки не будуть використані термінали HCS або Plus HCS.

Комбінація з 20-контактного основного і 4-контактного додаткового роз’ємів забезпечує максимальне значення напруги, що подається до 443 Вт (при використанні стандартних терміналів). Важливо відзначити, що додавання роз’єму додаткового живлення процесора забезпечило підтримку блоків живлення до 500 Вт без перегріву навіть при використанні стандартних терміналів.

4. Адаптери для 4-контактного додаткового роз’єму

Якщо в систему, блок живлення якої не має 4-контактного виводу для регулятора напруги процесора, вставляється нова материнська плата, вирішення проблеми знайти можна, проте вона має деякі підводні камені. На ринку доступні адаптери, що перетворюють сигнали, що надходять із звичайних периферійних роз’ємів, в сигнали для 4-контактного роз’єму живлення процесора. Слабке місце цього підходу в тому, що стандартний периферійний термінал блоку живлення має всього одну лінію з напругою 12 В, у той час як в 4-контактному роз’ємі їх дві. Якщо з однієї лінії напругою +12 В периферійного терміналу подавати напругу на обидві лінії 4-контактного роз’єму, можуть виникнути серйозні проблеми, пов’язані з недостатньою потужністю. Справа в тому, що стандартні периферійні термінали розраховані тільки на ток 11А, в той час як канали 4-контактного роз’єму - на 11А кожен.

Якщо процесор буде споживати дуже велику потужність, контакти периферійного терміналу можуть оплавитися через перегрів. Таким чином, існуючі адаптери не задовольняють сучасним стандартам. Для ілюстрації проведемо деякі обчислення. Припустимо, що ефективність регулятора напруги системної плати становить 80% і процесор споживає потужність 105 Вт При цих умовах струм, що подається дорівнює приблизно 11 А, що близько до абсолютної межі, допустимої в з’єднанні.

5. 8-контактний роз’єм живлення процесора

Деякі високопродуктивні системи іноді використовують кілька регуляторів напруги для подачі живлення на процесор. Розподіл навантаження між двома регуляторами напруги призводить до використання двох 4- контактних додаткових роз’ємів з напругою +12 В. які фізично об’єднуються в один 8-контактний. Цей тип роз’ємів вперше був визначений в специфікації EPS12V версії 1.6, що вийшла в 2000 році. Ця специфікація призначалася для серверів, проте всі зростаючі вимоги звичайних ПК до потужності процесора призвели до її поширення і на материнські плати ПК

Материнські плати, оснащені 8-контактним роз’ємом живлення процесора, повинні отримувати сигнали на всі 8 виходів, в іншому випадку регулятори напруга не будуть функціонувати належним чином. Незважаючи на те що в цей роз’єм можна вставити і один 4-контактний термінал з напругою 12 В, в такому випадку живлення буде подаватися тільки на половину регуляторів напруги, що призведе до пошкодження материнської плати та/або процесора. Якщо материнська плата містить 8-контактний силовий роз’єм, слід придбати блок живлення з відповідним терміналом, або при підключенні 4-контактного терміналу використовувати спеціальний адаптер, що розподіляє сигнали на всі 8 контактів роз’єму.

6. Адаптери для 8-контактного роз’єму живлення процесора

Якщо в блоці живлення відсутній вихід з 8-контактним терміналом, можна скористатися адаптером, що перетворює сигнали 4-контактного терміналу в сигнали 8-контактного роз’єму.

Доступні і прямо протилежні адаптери — перетворюють сигнали 8- контактного терміналу в сигнали 4-контактного роз’єму материнської плати. Однак найчастіше вони зайві, так як в даному випадку досить змістити положення терміналу так, щоб використовувати в ньому тільки перші (або останні) чотири лінії. У той же час можуть виникнути ситуації, коли зсув терміналу неможливий через наявність поряд інших компонентів материнської плати. В даному випадку адаптер дійсно необхідний.

Контрольні запитання

1. Який роз’єм живлення процесора?

2. Перечисліть рекомендації по сумісності платформ.

3. Опишіть 4-контактний роз’єм живлення процесора.

4. Охарактеризуйте адаптери для 4-контактного додаткового роз’єму.

5. Охарактеризуйте 8-контактний роз’єм живлення процесора.

6. Охарактеризуйте адаптери для 8-контактного роз’єму живлення процесора.

Тема. СУМІСНІСТЬ З ІСНУЮЧИМИ ТА МАЙБУТНІМИ РІШЕННЯМИ

1. Сумісність з існуючими та майбутніми рішеннями

Існують адаптери, що дозволяють перетворити 24-контактний з’єднувач в 20-контактний, проте подібні перехідники не надто потрібні; можна сказати, що їх використання навіть небажано. Справа в тому, що всі з’єднувачі, блоки живлення та роз’єми на системних платах проектувалися з урахуванням необхідності забезпечення сумісності.

Якщо порівняти схеми 24- і 20-контактного з’єднувачів, можна побачити, що новий тип з’єднувача насправді являє собою старий тип, з одного боку якого додали ще чотири контакти. Тобто, можна говорити про зворотну сумісність. Тому 24-контактний з’єднувач можна вставити в 20-контакний роз’єм і навпаки, причому без використання будь-яких перехідників! Вставити з’єднувач потрібно так, щоб додаткові чотири контакти виявилися «зайвими».

На рис. показано, яким чином можна вставити 24-контактний з’єднувач від блоку живлення в 20-контактний роз’єм на системній платі. Термінали 24- контактного з’єднувача, виділені сірим кольором, вставляються в 20- контактний роз’єм, а термінали білого кольору залишаються вільними. Логічно подібне підключення можливо, так як перші двадцять контактів 24-контактного з’єднувача збігаються з контактами 20-контактного роз’єму, а значить, всі сигнали передаються коректно. Єдина проблема може бути пов’язана з тим, що якісь компонентів на системній платі можуть розташовуватися дуже близько до гнізда, а значить, можуть заважати невживаним терміналам 24-контактного з’єднувача.

А як чинити в ситуації, коли системна плата оснащена 24-контактним роз’ємом, а блок живлення - 20-контактним штекером? В даному випадку непідключеними залишаються чотири термінали в роз’ємі на системній платі. Оскільки призначення перших двадцяти контактів збігається, дана схема підключення спрацьовує. Однак виникає ще одне питання: чи буде системна плата коректно функціонувати, якщо на частину контактів роз’єму живлення не подається? Оскільки дані контакти дублюють інші, вже присутні в решті частини роз’єму, відповідь начебто позитивна, але якщо системна плата споживає багато енергії, то контакти, що залишилися можуть виявитися перевантаженими. Зрештою, додаткові контакти були додані саме для того, щоб уникнути подібних перевантажень.

Всі системні плати з 24-контактним роз’ємом, також містять додатковий роз’єм живлення периферійних пристроїв (таких, як жорсткий диск), який здатний забезпечити додаткове живлення в тому випадку, якщо блок живлення оснащений 20-контактним з’єднувачем. У документації до системної плати даний роз’єм живлення часто називають альтернативним.

Незалежно від того, чи використовується 20- або 24-контактний з’єднувач, додатковий роз’єм живлення з напругою +12 В все одно необхідний, оскільки він забезпечує живлення процесора. Якщо 24-контактний штекер вставлений в 24-контактний роз’єм, в альтернативному роз’ємі живлення необхідності немає. Якщо ж 20-контактний штекер вставлений в 24-контактний роз’єм, також підключіть з’єднувач живлення периферійних пристроїв в альтернативний роз’єм живлення. Найчастіше блоки живлення містять достатню кількість з’єднувальних роз’ємів. Використання 20-контактного основного з’єднувача і альтернативного роз’єму живлення виявляється достатнім рішенням для будь-якої системи, навіть оснащеної відеоадаптером PCI Express х 16, що споживають потужність до 75 Вт

З’єднувачі необхідно вставляти в роз’єми строго певним чином, не перевертаючи їх і не зміщуючи. Основний з’єднувач, відведення з напругою +12В, а також штекер для підключення відеоадаптера PCI Express мають тип Molex Mini-Fit Jr., який передбачає наявність спеціальних ключів, що запобігають неправильну вставку штекера в роз’єм. Розташування ключів на штекерах строго узгоджене з положенням відповідних їм ключам на роз’ємах.

Однак у разі неякісних роз’ємів або штекерів некоректне підключення все ж можливо. Більш того, приклавши надмірне зусилля, можна неправильно вставити навіть якісний штекер в якісний роз’єм. 20-контактний штекер можна вставити в 24-контактний роз’єм, і навпаки, і при цьому точне узгодження ключів може виявитися неможливим, а значить, необхідно бути уважним, щоб все зробити правильно.

2. Власна (нестандартна) конструкція АТХ компанії Dell

На світовому ринку ПК компанія Dell займає друге місце за обсягом продажів після Compaq.

Формування власної системи з окремих деталей є одним із способів уникнути використання компонентів закритих стандартів, але зазвичай цей спосіб виявляється більш тривалим і дорогим, ніж придбання вже зібраної системи. Існує безліч виробників систем таких компаній, як Gateway, Micron і Dell. Ці компанії дійсно є найбільш великими виробниками і зазвичай продають комп’ютери, що використовують компоненти стандартного формфактора АТХ практично у всіх основних типах настільних систем.

Однак у вересні 1998 року компанія Dell почала використовувати модифіковані системні плати Intel формфактору АТХ, які мають силові роз’єми з унікальною розводкою. В результаті довелося створювати відмінні від усіх блоки живлення, що повторюють нестандартну розводку роз’ємів живлення системної плати.

Найбільший «сюрприз» криється не у використанні нестандартних роз’ємів живлення, а в тому, що нестандартною є тільки схема розташування виходів; в усьому іншому вони практично не відрізняються від стандартних роз’ємів АТХ. Таким чином, нестандартний блок живлення Dell можна запросто підключити до нової системної плати АТХ, встановленої в корпусі Dell, при модернізації комп’ютера (або підключити стандартний блок живлення АТХ до встановленої системної плати Dell).

Сама компанія Dell пояснила невідповідність стандарту АТХ тим, що в середині 1990-х років стали більш широко використовуватися компоненти з напругою +3,3 В, і в результаті зростання сумарної споживаної потужності цього шинопроводу інженери Dell розробили свою конструкцію роз’єму, більш стійкого до підвищеного току. Справа в тому, що стандартом АТХ передбачені три контакти з напругою +3,3 В, що дозволяє передавати струм силою до 18А. До того ж в додатковий роз’єм було додано ще два контакти, які забезпечують передачу струму 10А. Нестандартне конструктивне рішення, запропоноване Dell, мало тільки три додаткові роз’єми з напругою 3,3 В, що забезпечували струм до 15 А.

Системна плата комп’ютерів Dell відрізняється тільки нестандартною розводкою силового роз’єму. У системах інших виробників використовуються практично ті ж плати Intel зі стандартними роз’ємами живлення.

Якщо порівняти схему розташування виходів основного і додаткового роз’ємів Dell зі стандартною схемою АТХ, то виявиться, що змінилося не тільки розташування контактів, але й кількість клем, що використовується для підведення певної напруги або заземлення.

У наступних моделях комп’ютерних систем Dell використовуються нестандартні силові роз’єми:

■ Dimension 2100, 4100, B1000R, L Series, V350, V400, XPS В Series, XPS Dxxx, XPS Mxxx, XPS;

■ PI33c MT, XPS Pro 180n, XPS Rxxx, XPS Txxx;

■ OptiPlex Gl, GX1, GX110, GX115, GX300, GXa, Gxi;

■ Power Edge 2100, 2200;

■ Precision Workstation 210, 400.

Починаючи з 2000 року компанія Dell перейшла на використання стандартних індустріальних роз’ємів АТХ в моделях Dimension 4300, 4400, 8200 і більш нових.

Деякі з новітніх систем Dell XPS використовують блоки живлення власного формфактора, що виключає можливість модернізації блоку живлення стандартним блоком в майбутньому.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте сумісність з існуючими та майбутніми рішеннями.

2. Дайте характеристику власній (нестандартній) конструкції АТХ компанії Dell.

Тема. СПЕЦИФІКАЦІЇ БЛОКІВ ЖИВЛЕННЯ

1. Навантаження блоків живлення

Блоки живлення характеризуються параметрами споживаної і відданної потужності, а також іншими робочими параметрами. Розглянемо стандартні специфікації блоків живлення.

У персональних комп’ютерах використовуються імпульсні, а не лінійні блоки живлення. У лінійному блоці застосовується великий вбудований трансформатор для формування напруг живлення різної величини, а в імпульсному - генератор високої частоти для формування різних напруг живлення. Імпульсний блок має менші розміри, вагу і енергоспоживання. Лінійні блоки живлення мають щонайменше три очевидні недоліки. По-перше, вихідна напруга трансформатора лінійно прямує вхідній напрузі (звідси і назва), тому будь-які скачки змінного струму відображаються на вихідній напрузі. По-друге, потреба ПК у великій потужності вимагає використання проводів великого перерізу для трансформатора. І по-третє, змінний струм з частотою 60/50 Гц важко фільтрувати всередині блоку живлення, тобто необхідні великі і дорогі конденсатори фільтру, а також стабілізатори.

Імпульсний блок живлення, в свою чергу, характеризується імпульсною схемою, приймаючої вхідної енергії на відносно високій частоті. Це дозволяє використовувати більш легкі і дешеві високочастотні трансформатори. Крім того, високі частоти вихідної напруги набагато простіше фільтрувати, а вхідна напруга часто нестабільна. Зміна вхідної напруги від 90 до 135 В все одно призводить до подачі потрібної вихідної напруги, а багато імпульсних блоків живлення автоматично перемикаються на вхідну напругу 220 В.

Особливість імпульсних блоків живлення полягає в тому, що вони не працюють без навантаження, тобто до джерел +5 В (+12 В) повинні бути підключені будь-які споживачі енергії. Якщо поставити блок живлення на стіл, нічого до нього не під’єднавши, і включити в мережу, то його або відключить внутрішня схема захисту, або він перегорить. Як правило, блоки живлення захищені від роботи без навантаження і відключаються, але в деяких дешевих моделях схема захисту відсутня, і на холостому ходу вони моментально виходять з ладу.

Деякі блоки живлення пред’являють вимоги до мінімального навантаженні шинопроводів +4 і +12 В. Мінімальне навантаження, необхідне для забезпечення нормальної роботи стандартного блоку живлення IBM АТ потужністю 192 Вт, становить для джерела з напругою +5 В - 7,0 А, для джерела +12 В - 2,5 А. Поки системна плата підключена до блоку живлення, регулятори напруги будуть подавати напругу +5 В для забезпечення постійного живлення схеми. У той же час напруга +12 В зазвичай використовується тільки двигунами (а не системною платою), а двигуни накопичувачів на гнучких дисках і дисководів CD/DVD майже завжди вимкнені. Оскільки дисководи для гнучких або оптичних (CD/DVD) дисків не отримують напругу +12 В до тих пір, поки не почнуть обертання диска, системи без жорсткого диска можуть відчувати певні проблеми, оскільки шинопровід з напругою +12 В не буде забезпечений достатнім навантаженням.

Коли компанія IBM вирішила випускати комп’ютер АТ без жорсткого диска, їй довелося підключити кабель живлення до великого резистора з опором 5 Ом і потужністю розсіювання 50 Вт, змонтованому на невеликий стійці в тому самому місці, де повинен бути жорсткий диск (в корпусі комп’ютера для цього навіть були передбачені спеціальні отвори).

У середині 1980-х років деякі торговельні фірми закуповували комп’ютери АТ без жорстких дисків, а потім встановлювали в них накопичувачі ємністю 20 або 30 Мбайт, купуючи їх в інших виробників за нижчою ціною, ніж у IBM. При цьому навантажувальні резистори викидалися сотнями.

Резистори включалися між виходами 1 (+12 В) і 2 (Загальний) роз’єму живлення жорсткого диска. Струм навантаження 12-вольтного джерела при цьому дорівнював 2,4 А, потужність, що розсіюється на резисторі, - 28,8 Вт, проте блок живлення міг працювати нормально. Якщо врахувати, що вентилятори в більшості блоків живлення споживають струм 0,1-0,25 А, загальний струм навантаження згаданого джерела становив 2,5 А або трохи більше. Без навантажувального резистора блок живлення або не запускається, або працює нестабільно.

Більшість сучасних блоків живлення не вимагають такого великого мінімального навантаження, як перший блок живлення IBM АТ. Тепер по ланцюгу з напругою +3,3 В досить струму навантаження від 0 до 0,3 А, по ланцюгу +5 В - 2,0-4,0 А, а по ланцюгу +12 В - 0,5-1,0 А. Майже всі системні плати самі по собі досить добре навантажують 5-вольтне джерело. Стандартний вентилятор споживає від джерела з напругою +12 В ток 0,1-0,25 А. Звичайно чим вища гранична потужність джерела, тим вище мінімально допустиме навантаження, хоча бувають і винятки.

У деяких високоякісних блоках встановлені навантажувальні резистори. Ці блоки можуть працювати без зовнішнього навантаження. У більшості дешевих моделей навантажувальні резистори відсутні, тому для їх роботи необхідне відповідне навантаження по ланцюгах з напругами +3,3, +5 і +12В.

Щоб перевірити блок живлення окремо від комп’ютера, підключіть навантаження до виходів з напругою +5 і +12 В. Найкраще перевіряти блоки живлення вже встановленими в комп’ютер. Однак перевірку можна виконати і на місці; для цього краще захопити з собою запасну материнську плату і який-небудь дисковий накопичувач, що працює від напруги +12В.

2. Потужність блоків живлення

Більшість виробників комп’ютерів надають технічну інформацію про блоки живлення. Її можна знайти в технічному керівництві, а також на етикетці, що приклеєна до блоку.

Вхідні параметри вимірюються у вольтах, а в якості вихідних наводяться струми навантаження (в амперах) для різних номіналів вихідної напруги джерела. Компанія IBM зазвичай призводить в якості вихідного параметра потужність у ВАТ. Якщо в документації до конкретного блоку зазначені тільки струми навантаження в амперах, перетворіть їх у вихідну потужність у ВАТ, використовуючи просту формулу: потужність (Вт) = напруга (В) х струм (А).

Перемноживши напруги і струми по кожному вихідному ланцюгу і підсумувавши результати, можна отримати загальну (обчислену) вихідну потужність блока живлення. Вихідна потужність підраховується тільки на основі позитивних сигналів напруги; негативні сигнали Power_Good та інші не враховуються.

У більшості сумісних блоків живлення вихідна потужність коливається від 150 до 300 Вт. Блоки малої потужності непрактичні, і при бажанні можна замовити блок живлення потужністю до 500 Вт, який буде цілком відповідати нагальним потребам.

Блоки живлення потужністю більше 300 Вт призначені для ентузіастів, які «набивають до відмови» настільні системи всілякими пристроями. Такі блоки живлення здатні забезпечити роботу системної плати з будь-яким набором адаптерів і безліччю дискових накопичувачів. Перевищити паспортну потужність такого блоку живлення навряд чи вдасться, оскільки в комп’ютері просто не залишиться місця для нових пристроїв.

Як правило, блоки живлення універсальні. Це означає, що їх можна підключати до мережі з напругою 240 В, 50 Гц (подібна мережа існує як у Європі, так і в багатьох неєвропейських країнах). У більшості блоків живлення передбачено автоматичне перемикання для роботи з вхідною напругою 120- 240В, але в деяких з них з тильного боку необхідно встановити перемикач відповідно до номіналу напруги мережі (автоматичні модулі перевіряють напругу мережі і перемикаються самостійно).

Якщо блок живлення не підтримує автоматичне перемикання, перевірте правильність його налаштування на напругу мережі. Якщо включити в мережу на 110 В блок живлення, який налаштований на 220 В, нічого страшного не станеться, але працювати блок живлення не буде. Якщо ж напруга в мережі - 220 В, а перемикач встановлений у положення 110 В, при включенні блок живлення може вийти з ладу. Контрольні запитання:

1. Охарактеризуйте навантаження блоків живлення.

2. Яка потужність у блоків живлення і на що вона впливає?

Тема. СПЕЦИФІКАЦІЇ БЛОКІВ ЖИВЛЕННЯ

1. Навантаження блоків живлення

Блоки живлення характеризуються параметрами споживаної і відданної потужності, а також іншими робочими параметрами. Розглянемо стандартні специфікації блоків живлення.

У персональних комп’ютерах використовуються імпульсні, а не лінійні блоки живлення. У лінійному блоці застосовується великий вбудований трансформатор для формування напруг живлення різної величини, а в імпульсному - генератор високої частоти для формування різних напруг живлення. Імпульсний блок має менші розміри, вагу і енергоспоживання. Лінійні блоки живлення мають щонайменше три очевидні недоліки. По-перше, вихідна напруга трансформатора лінійно прямує вхідній напрузі (звідси і назва), тому будь-які скачки змінного струму відображаються на вихідній напрузі. По-друге, потреба ПК у великій потужності вимагає використання проводів великого перерізу для трансформатора. І по-третє, змінний струм з частотою 60/50 Гц важко фільтрувати всередині блоку живлення, тобто необхідні великі і дорогі конденсатори фільтру, а також стабілізатори.

Імпульсний блок живлення, в свою чергу, характеризується імпульсною схемою, приймаючої вхідної енергії на відносно високій частоті. Це дозволяє використовувати більш легкі і дешеві високочастотні трансформатори. Крім того, високі частоти вихідної напруги набагато простіше фільтрувати, а вхідна напруга часто нестабільна. Зміна вхідної напруги від 90 до 135 В все одно призводить до подачі потрібної вихідної напруги, а багато імпульсних блоків живлення автоматично перемикаються на вхідну напругу 220 В.

Особливість імпульсних блоків живлення полягає в тому, що вони не працюють без навантаження, тобто до джерел +5 В (+12 В) повинні бути підключені будь-які споживачі енергії. Якщо поставити блок живлення на стіл, нічого до нього не під’єднавши, і включити в мережу, то його або відключить внутрішня схема захисту, або він перегорить. Як правило, блоки живлення захищені від роботи без навантаження і відключаються, але в деяких дешевих моделях схема захисту відсутня, і на холостому ходу вони моментально виходять з ладу.

Деякі блоки живлення пред’являють вимоги до мінімального навантаженні шинопроводів +4 і +12 В. Мінімальне навантаження, необхідне для забезпечення нормальної роботи стандартного блоку живлення IBM АТ потужністю 192 Вт, становить для джерела з напругою +5 В - 7,0 А, для джерела +12 В - 2,5 А. Поки системна плата підключена до блоку живлення, регулятори напруги будуть подавати напругу +5 В для забезпечення постійного живлення схеми. У той же час напруга +12 В зазвичай використовується тільки двигунами (а не системною платою), а двигуни накопичувачів на гнучких дисках і дисководів CD/DVD майже завжди вимкнені. Оскільки дисководи для гнучких або оптичних (CD/DVD) дисків не отримують напругу +12 В до тих пір, поки не почнуть обертання диска, системи без жорсткого диска можуть відчувати певні проблеми, оскільки шинопровід з напругою +12 В не буде забезпечений достатнім навантаженням.

Коли компанія IBM вирішила випускати комп’ютер АТ без жорсткого диска, їй довелося підключити кабель живлення до великого резистора з опором 5 Ом і потужністю розсіювання 50 Вт, змонтованому на невеликий стійці в тому самому місці, де повинен бути жорсткий диск (в корпусі комп’ютера для цього навіть були передбачені спеціальні отвори).

У середині 1980-х років деякі торговельні фірми закуповували комп’ютери АТ без жорстких дисків, а потім встановлювали в них накопичувачі ємністю 20 або 30 Мбайт, купуючи їх в інших виробників за нижчою ціною, ніж у IBM. При цьому навантажувальні резистори викидалися сотнями.

Резистори включалися між виходами 1 (+12 В) і 2 (Загальний) роз’єму живлення жорсткого диска. Струм навантаження 12-вольтного джерела при цьому дорівнював 2,4 А, потужність, що розсіюється на резисторі, - 28,8 Вт, проте блок живлення міг працювати нормально. Якщо врахувати, що вентилятори в більшості блоків живлення споживають струм 0,1-0,25 А, загальний струм навантаження згаданого джерела становив 2,5 А або трохи більше. Без навантажувального резистора блок живлення або не запускається, або працює нестабільно.

Більшість сучасних блоків живлення не вимагають такого великого мінімального навантаження, як перший блок живлення IBM АТ. Тепер по ланцюгу з напругою +3,3 В досить струму навантаження від 0 до 0,3 А, по ланцюгу +5 В - 2,0-4,0 А, а по ланцюгу +12 В - 0,5-1,0 А. Майже всі системні плати самі по собі досить добре навантажують 5-вольтне джерело. Стандартний вентилятор споживає від джерела з напругою +12 В ток 0,1-0,25 А. Звичайно чим вища гранична потужність джерела, тим вище мінімально допустиме навантаження, хоча бувають і винятки.

У деяких високоякісних блоках встановлені навантажувальні резистори. Ці блоки можуть працювати без зовнішнього навантаження. У більшості дешевих моделей навантажувальні резистори відсутні, тому для їх роботи необхідне відповідне навантаження по ланцюгах з напругами +3,3, +5 і +12В. Щоб перевірити блок живлення окремо від комп’ютера, підключіть навантаження до виходів з напругою +5 і +12 В. Найкраще перевіряти блоки живлення вже встановленими в комп’ютер. Однак перевірку можна виконати і на місці; для цього краще захопити з собою запасну материнську плату і який-небудь дисковий накопичувач, що працює від напруги +12В.

2. Потужність блоків живлення

Більшість виробників комп’ютерів надають технічну інформацію про блоки живлення. Її можна знайти в технічному керівництві, а також на етикетці, що приклеєна до блоку.

Вхідні параметри вимірюються у вольтах, а в якості вихідних наводяться струми навантаження (в амперах) для різних номіналів вихідної напруги джерела. Компанія IBM зазвичай призводить в якості вихідного параметра потужність у ВАТ. Якщо в документації до конкретного блоку зазначені тільки струми навантаження в амперах, перетворіть їх у вихідну потужність у ВАТ, використовуючи просту формулу: потужність (Вт) = напруга (В) х струм (А).

Перемноживши напруги і струми по кожному вихідному ланцюгу і підсумувавши результати, можна отримати загальну (обчислену) вихідну потужність блока живлення. Вихідна потужність підраховується тільки на основі позитивних сигналів напруги; негативні сигнали Power_Good та інші не враховуються.

У більшості сумісних блоків живлення вихідна потужність коливається від 150 до 300 Вт. Блоки малої потужності непрактичні, і при бажанні можна замовити блок живлення потужністю до 500 Вт, який буде цілком відповідати нагальним потребам.

Блоки живлення потужністю більше 300 Вт призначені для ентузіастів, які «набивають до відмови» настільні системи всілякими пристроями. Такі блоки живлення здатні забезпечити роботу системної плати з будь-яким набором адаптерів і безліччю дискових накопичувачів. Перевищити паспортну потужність такого блоку живлення навряд чи вдасться, оскільки в комп’ютері просто не залишиться місця для нових пристроїв.

Як правило, блоки живлення універсальні. Це означає, що їх можна підключати до мережі з напругою 240 В, 50 Гц (подібна мережа існує як у Європі, так і в багатьох неєвропейських країнах). У більшості блоків живлення передбачено автоматичне перемикання для роботи з вхідною напругою 120- 240В, але в деяких з них з тильного боку необхідно встановити перемикач відповідно до номіналу напруги мережі (автоматичні модулі перевіряють напругу мережі і перемикаються самостійно).

Якщо блок живлення не підтримує автоматичне перемикання, перевірте правильність його налаштування на напругу мережі. Якщо включити в мережу на 110 В блок живлення, який налаштований на 220 В, нічого страшного не станеться, але працювати блок живлення не буде. Якщо ж напруга в мережі - 220 В, а перемикач встановлений у положення 110 В, при включенні блок живлення може вийти з ладу.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте навантаження блоків живлення.

2. Яка потужність у блоків живлення і на що вона впливає?

Тема. : ІНШІ ПАРАМЕТРИ БЛОКІВ ЖИВЛЕННЯ

1. Інші параметри блоків живлення

Якість блоків живлення визначається не тільки вихідною потужністю. Досвід показує, що, якщо в одній кімнаті стоїть кілька комп’ютерів і якість електричної мережі невисока (часто пропадає напруга, виникають перешкоди тощо), системи з потужними блоками живлення працюють набагато краще ніж системи з дешевими блоками, що встановлюються в деяких моделях невисокого класу.

Висококласні блоки живлення допоможуть захистити систему. Приміром, блоки живлення від PC Power and Cooling не постраждають при наступних обставинах:

■ повне відключення мережі на будь-який час;

■ будь пониження мережевої напруги;

■ короткочасні викиди з амплітудою до 2500 В (!) На вході блоку живлення (наприклад, при розряді блискавки).

Хороші блоки живлення відрізняються високою якістю ізоляції: струм не більше 500 мкА, що буває важливо в тому випадку, якщо мережева розетка погано заземлена або не заземлений взагалі.

Вимоги, що пред’являються до високоякісних пристроїв дуже жорсткі, тому бажано, щоб ваш блок живлення відповідав їм.

Для оцінки якості блоку живлення використовуються різні критерії.

Багато споживачів при покупці комп’ютера нехтують значенням джерела живлення, і тому деякі збирачі комп’ютерів скорочують витрати на нього. Адже не секрет, що набагато частіше ціна комп’ютера збільшується за рахунок додаткової пам’яті або жорсткого диска більшої ємності, а не більш досконалого джерела живлення.

При покупці комп’ютера (або заміні блока живлення) необхідно звернути увагу на ряд параметрів блоку живлення.

■ Середній час напрацювання на відмову (MTBF) або середній час роботи до першої відмови (MTTF). Це розрахунковий середній інтервал часу в годинах, протягом якого очікується, що джерело живлення буде функціонувати коректно. Середній час безвідмовної роботи джерел живлення (наприклад, 100 тис. Годин або більше), як правило, визначається не в результаті емпіричного випробування, а інакше. Для обчислення ймовірності відмов окремих компонентів джерела живлення виробники застосовують раніше розроблені стандарти. При обчисленні середнього часу безвідмовної роботи для джерел живлення часто використовуються дані про навантаження блоку живлення і температури середовища, в якому проводилися випробування.

■ Діапазон зміни вхідної напруги (або робочий діапазон). Це діапазон, в межах якого може працювати джерело живлення. Для напруги 110 В діапазон зміни вхідної напруги зазвичай становить від 90 до 135 В; для вхідної напруги 220 В - від 180 до 270 В.

■ Піковий струм включення. Це найбільше значення сили струму, що забезпечується джерелом живлення в момент його включення; виражається в амперах (А). Чим менший струм, тим менший тепловий удар відчуває система.

■ Час утримання вихідної напруги. Час (у мілісекундах) в межах точно встановлених діапазонів напруг після відключення вхідної напруги. У сучасних блоках живлення зазвичай становить 15-30 мс (чим більше, тим краще). У специфікації ATX12V мінімальний час збільшено до 17 мс.

■ Перехідна характеристика. Час (у мікросекундах), який потрібно для джерела живлення, щоб встановити вихідну напругу в точно визначеному діапазоні після різкої зміни струму на виході (іншими словами, час, необхідний для стабілізації рівнів вихідних напруг після включення або виключення системи). Джерела живлення розраховані на рівномірне (певною мірою) споживання струму пристроями комп’ютера. Коли пристрій припиняє споживання потужності (наприклад, в дисководі зупиняється обертання дискети), блок живлення може подати занадто високу вихідну напругу протягом короткого проміжку часу. Це явище називається викидом; перехідна характеристика - це час, який джерело живлення витрачає на те, щоб повернути значення напруги до точно встановленого рівня. За останні роки вдалося досягти значних успіхів у вирішенні проблем, пов’язаних з явищами викидів в джерелах живлення. Перехідну характеристику іноді виражають у відносній величині викиду, при якій вихідні напруги утримуються в межах норми.

■ Захист від перенапруг. Це значення (для кожного виводу), при яких спрацьовують схеми захисту і джерело живлення відключає подачу напруги на конкретний вихід . Значення можуть бути виражені у відсотках (наприклад, 120% для +3,3 і +5 В) або так само, як і напруги (наприклад, +4,6 В для виведення +3,3 В або +7,0 В для виведення +5 В).

■ Максимальний струм навантаження. Це максимальна величина сили струму (в амперах), який може бути поданий на конкретний вихід. Цей параметр вказує конкретне значення сили струму для кожної вихідної напруги. За цими даними обчислюється не тільки загальна потужність, яку забезпечує блок живлення, але і кількість пристроїв, які можна до нього підключити.

■ Мінімальний струм навантаження. Найменше значення сили струму (в амперах), який може бути поданий на конкретний вихід. Якщо струм, що споживається пристроями на конкретному виході, менший вказаного значення, то джерело живлення може бути пошкоджено або автоматично відключиться.

■ Стабілізація по навантаженню (або стабілізація напруги по навантаженні). Коли струм на конкретному виводі збільшується або зменшується, дещо змінюється і напруга. Стабілізація по навантаженню - це зміна напруги для конкретного виході при перепадах від мінімального до максимального струму навантаження (і навпаки). Значення виражаються у відсотках, причому зазвичай вони знаходяться в межах від ± 1 до ± 5% для виходів з напругами +3,3, +5 і +12 В.

■ Стабілізація лінійної напруги. Це характеристика, що описує зміну вихідної напруги в залежності від зміни вхідної напруги (від найнижчого до найвищого значення). Джерело живлення повинно коректно працювати при будь-якій змінній напрузі в діапазоні зміни вхідної напруги, причому на виході воно може змінюватися на 1% або менше.

■ Ефективність (ККД). Співвідношення потужності, що підводиться до блоку живлення, до вихідної потужності; виражається у відсотках. Для сучасних джерел живлення значення ефективності зазвичай дорівнює 65-85%. Решта 15-35% потужності, що підводиться перетворюються в тепло в процесі перетворення змінного струму в постійний. Хоча підвищення ефективності (ККД) означає зменшення кількості тепла всередині комп’ютера (це завжди добре) і нижчу плату за електрику, воно не повинно досягатися за рахунок точності стабілізації, незалежно від навантаження на блок живлення та інших параметрів.

■ Пульсація (або пульсація і шум, або періодичне і випадкове відхилення PARD). Середнє значення пікових (максимальних) відхилень напруги на виходах джерела живлення; вимірюється в мілівольтах або у відсотках від номінальної вихідної напруги (чим менше, тим краще). Ці коливання можуть бути викликані перехідними процесами в джерелі живлення, коливаннями частоти напруги, що підводиться та іншими випадковими перешкодами. У висококласних джерелах живлення ця величина складає 1% і менше.

2. Корекція коефіцієнта потужностi

Декількома науковими інститутами були проведені дослідження ефективності ліній електропередачі та генерування нелінійних спотворень в блоках живлення ПК. Все це пов’язане з питанням про коефіцієнт потужності джерел живлення На цей коефіцієнт впливає не тільки підвищення ефективності джерел енергії, а й зменшення генеруючих гармонійних коливань в електричних ланцюгах. Зокрема, у багатьох країнах Європейського Союзу прийняті нові стандарти, які передбачають зниження рівня нелінійних коливань до певної величини. Застосовувану для цього схему зазвичай називають корекцією коефіцієнта потужності (PFC).

Коефіцієнт потужності визначає ефективність використання електричної енергії і зазвичай виражається числом від 0 до 1. Висока величина коефіцієнта потужності означає, що електрична енергія використовується досить ефективно; низька величина коефіцієнта вказує на низьку ефективність використання енергії. Для того щоб зрозуміти, що таке коефіцієнт потужності, насамперед слід ознайомитися зі способами використання електричної енергії.

В електричних ланцюгах змінного струму існують два типи навантаження.

- Резистивне. Електрична енергія перетворюється в тепло, світло, рух або роботу.

- Індуктивне. Електрична енергія підтримує створене електромагнітне поле, таке, наприклад, як в трансформаторі або двигуні.

Резистивне навантаження часто називають робочою потужністю і вимірюють в кіловатах (кВт). У свою чергу, індуктивне навантаження називається реактивною потужністю і вимірюється в кіловольт-амперах (кВА). Робоча і реактивна потужність в цілому складають існуючу або фіксуючу потужність (apparent power), яка вимірюється в кіловатах. Коефіцієнт потужності визначається як відношення робочої і фіксуючої потужностей (кВт/кВА). В ідеальному варіанті коефіцієнт потужності дорівнює одиниці, тобто робоча потужність збігається з фіксуючою.

Зрозуміти концепцію резистивного навантаження або робочої потужності досить просто. Наприклад, електрична лампочка потужністю 100 Вт генерує 100 Вт тепла і світла, що є резистивним навантаженням. Розібратися в індуктивному навантаженні дещо складніше. Уявіть собі наступне: електричний струм при проходженні через обмотки котушки трансформатора генерує електромагнітне поле, яке наводить (індукує) електричний струм в іншій парі обмоток. Ніякої роботи при цьому не виконується, але, незважаючи на це, певна кількість електричної енергії витрачається на насичення обмоток трансформатора і генерування магнітного поля. Силовий трансформатор, що не підключений до будь-якого пристрою, є прикладом індуктивного навантаження. У цьому випадку є тільки фіксуюча потужність, що споживається для генерування магнітних полів. Робоча ж потужність відсутня, оскільки ніякої роботи при цьому не виконується.

Коли до трансформатора підключене навантаження, одночасно споживаються і робоча, і реактивна потужність. Інакше кажучи, робоча потужність витрачається на виконання якої-небудь дії (припустимо, живлення електричної лампочки), а фіксуюча — на підтримку електромагнітного поля, що генерується в обмотках трансформатора. У ланцюгах змінного струму робочі навантаження можуть не збігатися по фазі, тобто досягати максимальної величини в різний час. Це призводить до появи нелінійних (гармонійних) спотворень в лініях електропередачі. Наприклад, працюючий електричний двигун часто є основною причиною спотворення сигналу телевізійного приймача, підключеного до того ж силового ланцюга.

Корекція коефіцієнта потужності (PFC) зазвичай зводиться до включення в електричний ланцюг додаткової ємності, що дозволяє підтримувати індуктивне навантаження без залучення додаткової потужності з лінії електропередачі. Таке рішення зрівнює робочу і фіксуючу потужності, дозволяючи тим самим досягти коефіцієнта потужності, який рівний одиниці. Один з методів, який отримав назву пасивної корекції коефіцієнта потужності, передбачає безпосереднє включення конденсаторів в електричний ланцюг.

Метод активної корекції коефіцієнта потужності являє собою більш інтелектуальну схему, призначену для узгодження індуктивних і резистивних навантажень.

Блок живлення, що містить схему активної корекції, отримує з джерела змінного струму електричний струм з незначним спотворенням, досягаючи при цьому коефіцієнта потужності 0,9 і більше. Вхідний сигнал з високим рівнем спотворення, що одержується блоком живлення, називається нелінійним навантаженням. Коефіцієнт потужності блоку живлення без урахування корекції, як правило, досягає величини 0,6-0,8. Це означає, що на виконання реальної роботи використовується тільки 60% фіксуючої потужності. Завдяки схемі активної корекції вся електрична енергія, що споживається блоком живлення, буде перетворена в корисну роботу. Таким чином, перевантаження мережі зменшується. Уявіть собі ряд комп’ютерів, підключених до одного ланцюга, регулювання якої здійснюється за допомогою переривника. При переході до системи, що використовує джерело живлення зі схемою активної корекції, навантаження на мережу зменшиться приблизно на 40%.

Міжнародний електричний комітет (МЕК) опублікував ряд стандартів, що відносяться до системи низькочастотного громадського енергопостачання. Вихідні стандарти 555.2 (Harmonics) і 555.3 (Flicker) були значно вдосконалені і в даний час відомі як IEC 1000-3-2 і IEC 1000-3-3 відповідно. Більшість електричних пристроїв, реалізованих на території держав - членів ЄС, повинні відповідати стандартам IEC. Стандарти IEC 1000-3-2/3 були прийняті в 1997 і 1998 роках.

Навіть якщо ви живете в країні, де не потрібна корекція коефіцієнта потужності, рекомендується оснащувати джерела живлення ПК схемами активної корекції. Основними перевагами блоків живлення, що містять схему PFC, є відсутність перегріву внутрішньої електропроводки і спотворень форми сигналу джерела змінного струму, що призводить до зменшення взаємної інтерференції пристроїв, підключених до однієї лінії електропередачі.

3. Сертифікати безпеки блоків живлення

Багато організацій по всьому світу проводять сертифікацію електричних та електронних компонентів на предмет безпеки і якості. У США найбільш відомою організацією такого типу є лабораторія Underwriters Laboratories, Inc. (UL). У стандарті UL # 60950 Safety of Information Technology Equipment, Third Edition (Безпека обладнання інформаційних технологій, 3-е видання) описані блоки живлення та інші компоненти ПК. Завжди слід купувати блоки живлення, які містять емблему, яка свідчить про проходження сертифікації UL.

Звичайно, не всі хороші продукти пройшли сертифікацію UL, проте поганих продуктів серед тих, що пройшли сертифікацію вже точно немає.

У Канаді сертифікацією електричних та електронних компонентів займається агентство CSA (Canadian Standards Agency), у Німеччині - організації TUV Rheinland і VDE, у Норвегії - NEMKO. Ці організації відповідають за сертифікацію пристроїв, що продаються в Європі. Виробники блоків живлення, що працюють на міжнародному ринку, прагнуть отримати сертифікацію у UL, CSA і TUV, а також у ряду інших організацій. Окремо від UL-подібних сертифікацій багато виробників блоків живлення, навіть найвідоміші, прагнуть відповідати стандартам класу В у області інтерференції електромагнітних і радіочастот (EMI/RFI) комісії FCC (Федеральна комісія з телекомунікацій). Це питання досить туманне, оскільки сама комісія FCC не проводить сертифікацію блоків живлення як окремих компонентів. Зокрема, в одній зі статей положення говориться, що дана комісія не займається сертифікацією материнських плат, корпусів і внутрішніх блоків живлення і що всі вказівки на сертифікацію FCC в характеристиках таких пристроїв є неправдивими.

Насправді сертифікацію FCC можуть пройти тільки комп’ютери в збірці, що включає блок живлення, материнську плату і корпус. Таким чином, блок живлення може бути сертифікований, перебуваючи в такій збірці (а не в конфігурації вашого комп’ютера). У той же час це не означає, що виробник намагається обдурити споживача. Це означає, що виробнику при оцінці характеристик блоку живлення слід найменше звертати увагу на сертифікацію FCC, а враховувати інші фактори, такі як сертифікація UL.

Контрольні запитання

1. Які ще є параметри блоків живлення?

2. Що таке корекція коефіцієнта потужності?

3. Що таке сертифікати безпеки блоків живлення?

Тема. РОЗРАХУНОК СПОЖИВАНОЇ ПОТУЖНОСТІ

1. Розрахунок споживаної потужності

При модернізації комп’ютера слід підрахувати, чи зможе існуючий блок живлення забезпечити необхідну потужність для всіх внутрішніх пристроїв нової конфігурації. Для цього спочатку підсумуйте потужність, споживану усіма окремими вузлами, а потім обчисліть необхідну потужність блоку живлення. Після цього стане ясно, чи потрібно замінювати блок живлення більш потужним. На жаль, ці розрахунки не завжди вдається виконати, тому що багато виробників не повідомляють, яку потужність споживають їхні вироби. У деяких випадках можна отримати інформацію про енергоспоживання аналогічних пристроїв і при розрахунках оперувати цими даними. Як правило, пристрої однієї архітектури і з подібними можливостями споживають приблизно однакову потужність. У табл. приведені параметри енергоспоживання типових компонентів комп’ютера, присутніх на ринку в останні роки.

Енергоспоживання таких пристроїв, як процесори і відеокарти, варіюється в значній мірі, так що при розрахунку потужності краще скористатися відомостями з документації до пристрою. Крім того, при розрахунку загального енергоспоживання не береться в розрахунок, які саме шинопроводи будуть використовуватися конкретними пристроями (з напругою живлення +3,3, +5 або +12 В). У деяких випадках споживана потужність на одному шинопроводі може виявитися вище допустимих меж, в той час як сумарна потужність всіх пристроїв буде менша тієї, що забезпечує блок живлення. Саме з цієї причини більшість збирачів комп’ютерів прагнуть купувати блоки живлення зі значно більш високими характеристиками, ніж того вимагає система.

Після додавання потужностей всіх існуючих в комп’ютері пристроїв рекомендується помножити суму на коефіцієнт 1,5 і використовувати число, яке вийшло в якості необхідної потужності блоку живлення. При цьому залишиться деякий запас на випадок підключення додаткових пристроїв, а також буде враховано той факт, що в деяких режимах пристрої споживають потужність, яка більша номінальної.

Різні типи роз’ємів подають на плати розширення різний струм по різних шинопроводах. У табл. наведені дані про максимальний струм і потужності, які доступні в роз’ємах різних типів.

Зазвичай перевищення допустимої потужності відбувається при заповненні вільних роз’ємів розширення та встановлення додаткових дисководів. Безліч жорстких дисків, приводів оптичних і гнучких дисків та інших пристроїв можуть перевантажити блок живлення комп’ютера.

Обов’язково перевірте, чи достатньо потужності шинопровода +12 В для живлення всіх дисководів. Особливо це відноситься до комп’ютерів з корпусом Tower, в якому передбачено багато відсіків для накопичувачів. Перевірте також, чи не виявиться перевантаженим джерело з напругою +5В при установці всіх адаптерів, особливо при використанні плат для шин PCI. Також врахуйте, що сучасні процесори пред’являють дуже жорсткі вимоги до струму в шинопроводах з напругами +3,3 і +5 В. З одного боку, краще перестрахуватися, а з іншого - майте на увазі, що більшість плат споживають меншу потужність, ніж максимально допустима стандартом шини. У той же час завжди приймайте в розрахунок майбутні потенційні модернізації системи.

Багато користувачів комп’ютерів замінюють блок живлення тільки після того, як він згорить. Звичайно, при обмеженому бюджеті принцип «не зламався - не чіпай» в якійсь мірі виправданий. Однак часто блоки ламаються не зовсім: вони продовжують працювати, періодично відключаючи або подаючи на свої роз’єми нештатні значення напруг. Комп’ютер при цьому працює, але його поведінка абсолютно непередбачувана. Ви будете шукати причину в програмі, хоча реальним винуватцем є перевантажений блок живлення. Якщо старий блок живлення використовується досить довгий час, навіть після модернізації системи, то певні проблеми не змусять себе довго чекати, що може призвести до перевстановлення операційної системи і багатьох додатків.

Досвідчені користувачі прагнуть не застосовувати метод розрахунку потужності, наведений вище. Вони просто купують комп’ютери з високоякісним джерелом живлення, розрахованим на 500 Вт (або встановлюють таке джерело самостійно), і потім при модернізації системи не замислюються про споживані потужності.

2. Питання виключення живлення

Відповідь на питання про те, чи варто виключати комп’ютер на час перерви в роботі, безпосередньо пов’язаний з блоками живлення. При цьому потрібно враховувати деякі властивості електричних компонентів і причини виходу їх з ладу, а також вимоги техніки безпеки і ціни на електроенергію. Часті включення і виключення комп’ютера призводять до зносу і передчасного виходу з ладу його компонентів. Цей факт досить добре відомий, хоча причини його далеко не завжди настільки очевидні, як здається на перший погляд. Багато хто вважає, що часті включення і виключення шкідливі тому, що призводять до електричних перевантажень. Однак найчастіше головна причина криється в температурі. Комп’ютер виходить з ладу не від електричного, а від теплового удару. При прогріванні комп’ютера компоненти розширюються, а при охолодженні — стискаються, що вже саме по собі є серйозним випробуванням. Крім того, різні матеріали мають різні коефіцієнти теплового розширення, тобто розширюються і стискаються в різному ступені. З часом теплові удари починають позначатися на роботі багатьох компонентів комп’ютера.

Для забезпечення надійності комп’ютерної системи її необхідно максимально захистити від теплових ударів. При включенні комп’ютера температура його компонентів за півгодини (або за менший час) підвищується приблизно до 85 ° С. При його виключенні відбувається зворотне: компоненти швидко охолоджуються до температури навколишнього середовища. Кожен з них розширюється і стискається в різного ступеня (і з різною швидкістю), що призводить до появи механічних навантажень.

Температурне розширення і стиснення — головна причина відмов компонентів. Корпуси мікросхем можуть потріскатися, що призводить до проникнення всередину вологи і погіршує функціонування їх параметрів аж до повної відмови. Як всередині мікросхем, так і на друкованих платах виникають обриви провідників. Компоненти з поверхневим (планарним) монтажем розширюються і стискаються інакше, ніж друкована плата. При цьому в місцях пайки виникають великі навантаження. З часом пайка може зруйнуватися, і контакт пропаде. Компоненти з тепловідведенням, наприклад процесори, транзистори та стабілізатори напруги, можуть перегрітися і вийти з ладу через погіршення теплопередачі між ними і тепловідведення. Періодичні зміни температури викликають зміщення в роз’ємних з’єднаннях, що приводить до періодичних порушень контактів.

Теплове розширення і стиснення діє не тільки на мікросхеми та друковані плати, а й на жорсткі диски. У більшості сучасних накопичувачів на жорстких дисках передбачена теплова компенсація, при якій позиції головок коригуються щодо розширюючихся і стискаючихся дисків. У багатьох накопичувачах таке коригування виконується через кожні 5 хвилин протягом першої півгодини після включення, а потім - через кожні 30 хвилин. Ця операція часто супроводжується характерним потріскуванням.

Зі сказаного випливає, що для збільшення терміну служби в комп’ютері краще підтримувати постійну температуру, тобто залишати його постійно включеним або вимкненим. (Ідеальний варіант - взагалі ніколи не включати комп’ютер, тоді він дійсно простоїть дуже довго!)

Типова настільна система споживає 75-300 Вт електроенергії в стані простою і 150-600 Вт при активній роботі. Також на це значення впливають конфігурація, вік і архітектурні особливості системи. У ці цифри не включена потужність монітора, складова 25-50 Вт для рідкокристалічних і 75-150 Вт для ЕПТ-дисплеїв. При звичайній роботі комп’ютера з РК-монітором система споживає приблизно 250 Вт електроенергії. Цей показник опускається до 200 Вт при перемиканні в режим очікування ACPI S1 і до 7 8 Вт в «сплячому» режимі ACPI S3 або режимі глибокого сну (ACPI S4).

Зовсім не обов’язково вимикати комп’ютер, коли він простоює. При правильному налаштуванні більшість комп’ютерів можна переводити в «сплячий» режим (ACPI S3) вручну, або автоматично після заданого часу бездіяльності. При цьому енергоспоживання буде знижуватися до 8 Вт. Маючи у своєму розпорядженні розширені функції управління електроживленням, якими оснащено сучасне обладнання, а також засоби, вбудовані в операційні системи, можна припиняти і відновлювати функціонування системи практично миттєво, без тривалої процедури завершення роботи і перезавантаження.

Основна проблема полягає в тому, що більшість комп’ютерів налаштовано на повне вимикання системи при натисканні кнопки виключення. При цьому при повторному натисканні цієї кнопки виконується процедура «холодного» завантаження операційної системи, драйверів і програм, після чого потрібно знову відкрити потрібні програми.

Однак існує альтернатива. Замість звичайного виключення комп’ютера можна попередньо вивантажити поточний стан оперативної пам’яті на диск, а при його включенні відновити з образу на диску. На жаль, багато систем попередньо НЕ сконфігуровані для того, щоб користувач міг взяти на озброєння всі переваги «сплячого» режиму. Особливо це відноситься до старих систем.

Починати конфігурування слід з налаштувань BIOS. Даний параметр носить назву ACPI Suspend Mode; в ідеальному випадку його потрібно встановити рівним значенню, відповідному режиму S3 (іноді він називається STR for Suspend to RAM). У ноутбуках цей параметр, як правило, за замовчуванням встановлений в режим S3, в той час як у більшості настільних систем - в режим S1 (або POS for Power on Suspend). У режимі ACPI S1 екран гасне, і процесор припиняє свою роботу; всі інші вузли комп’ютера продовжують отримувати живлення. Наприклад, у системі з рідкокристалічним дисплеєм енергоспоживання при цьому знижується приблизно з 250 до 200 Вт Якби перемикання виконувалося в режим ACPI S3, то потужність падала б до 8 Вт.

При переході в «сплячий» режим (ACPI S3), автоматичному або виконаному вручну, поточний стан системи (процесора, монітора і т.п.) зберігається в пам’яті, і подача живлення на все устаткування (крім ОЗУ) припиняється. У цьому режимі система споживає практично такий же обсяг електроенергії, як і в повністю вимкненому стані. Для відновлення роботи системи досить натиснути кнопку живлення (як при включенні системи). Деякі системи можна конфігурувати і на «пробудження» натисканням клавіші або кнопки миші. В даному випадку замість «холодного» завантаження комп’ютера і операційної системи на пристрої починає подаватися живлення і з пам’яті відновлюється збережений стан системи. При цьому операційна система, всі драйвери і програми виявляються повністю завантаженими. Для активізації автоматичного перемикання в «сплячий» режим потрібно виконати всього дві дії.

1. Увійдіть в налаштування BIOS, виберіть меню Power, знайдіть параметр ACPI Suspend і встановіть для нього значення S3 (або STR for Suspend to RAM). Вийдіть з налаштувань BIOS із збереженням параметрів і перезавантажте комп’ютер.

2. Після завантаження Windows з панелі керування відкрийте вікно Електроживлення, перейдіть на вкладку Додатково і виберіть у списку При натисканні кнопки включення живлення комп’ютера значення Перехід в чекаючий режим.

Також рекомендується перейти на вкладку Сплячий режим і встановити прапорець Дозволити використання сплячого режиму. Це дозволить на додаток до режиму ACPI S3 використовувати режим S4 (зі збереженням стану не в пам’яті, а на жорсткому диску, у файлі hiberf il. Sys). Після збереження інформації система переходить у стан G2/S5, зване програмним вимиканням.

Після включення живлення в стані G2/S5 комп’ютер виконує «холодне» завантаження, однак операційна система не завантажується з нуля системний контекст Windows відновлюється з жорсткого диска. Перемикання в режим гібернації і відновлення з нього виконуються не так швидко, як при використанні «сплячого» режиму (S3), проте все одно на порядок швидше, ніж повний вихід із системи і вхід у неї при повністю вимкненому електроживленні.

Щоб система переходила в «сплячий» режим автоматично, перейдіть на вкладку Схеми управління живленням і в списку Режим очікування через виберіть час простою системи, після якого слід виконувати перехід в «сплячий» режим. Я зазвичай встановлюю значення 30 хвилин.

В «сплячому» режимі система може залишатися включеною весь час і при цьому забезпечувати практично таку ж економію енергії, як при повному виключенні комп’ютера. Як би там не було, не варто виключати живлення системи на обід або інші короткі проміжки часу. Домашній комп’ютер краще залишати весь час включеним (можливо, іноді переводячи в «чекаючий» режим S1). Перемикання в «сплячий» режим або в режим гібернації домашнього комп’ютера (а також його виключення) доречно тільки на ніч або коли ви на довгий час залишаєте будинок. Сервери краще залишати постійно включеними; також можна активізувати режим Wake on Lan (пробудження по сигналу локальної мережі) як в BIOS, так і в Windows. У цьому випадку, навіть у вимкненому стані, система буде автоматично запускатися при спробі доступу до неї з мережі. Використовуючи режим S3, можна заощадити велику кількість електроенергії.

Контрольні запитання

1. Як проводиться розрахунок споживаної потужності?

2. Перечисліть питання виключення живлення.

Тема. КЕРУВАННЯ ЖИВЛЕННЯМ

1. Керування живленням

Для стандартних настільних систем управління живленням - питання економії і зручності. Вимикаючи окремі вузли (компоненти) комп’ютера, коли вони не використовуються, можна зменшити рахунок за електроенергію і уникнути необхідності включати і вимикати комп’ютер вручну.

Для портативних комп’ютерів управління живленням має ще більш важливе значення. Постійна робота накопичувача CD-ROM, акустичних систем та інших вузлів в портативному комп’ютері призводить до того, що в багатьох випадках скорочується і без того короткий термін служби батареї. Тепер, завдяки удосконаленню технології управління живленням, в портативному комп’ютері напруга може подаватися тільки до вузлів (компонентів), які безпосередньо використовуються в даний момент, що продовжує термін, протягом якого акумуляторна батарея не потребує підзарядки.

2. Системи, що володіють сертифікатом Energy Star

Агентство з захисту навколишнього середовища (Environmental Protection Agency - ЕРА) почало проводити кампанію по сертифікації енергозберігаючих ПК і периферійного обладнання. Комп’ютер або монітор під час тривалого простою повинен знизити енергоспоживання як мінімум до 30 Вт. Система, яка задовольняє такій вимозі, може отримати сертифікат Energy Star. Ця кампанія добровільна, з чого випливає, що отримувати такий сертифікат зовсім необов’язково. Однак виробники виявили, що комп’ютери з сертифікатом Energy Star краще продаються.

Одна з проблем, що виникають при використанні таких систем, полягає в тому, що системна плата і приводи дискових накопичувачів можуть буквально «впадати в сплячку». Це означає, що вони входять в «сплячий» режим і споживають занадто мало енергії; це призводить до псування деяких старих блоків живлення, оскільки обладнання з низьким споживанням енергії не забезпечує завантаження блоку живлення, необхідне для його нормального функціонування. Більшість наявних на ринку блоків живлення розраховані на роботу з такими системами і мають дуже низьке значення мінімального навантаження. Купуючи блок живлення, переконайтеся в тому, що обладнання системи при роботі в режимі очікування забезпечує мінімальне навантаження.

В іншому випадку, після того як система «засне», відсутність навантаження призведе до запуску циклу перемикання живлення, який знову її «розбудить»! Ця проблема особливо актуальна в системі, що використовує дуже потужний блок живлення і обладнання, яке споживає мало енергії

3. Вдосконалена система управління живленням

■ Full On (система включена). Система повністю включена.

■ АРМ Enabled (активізований режим призупинення). Система працює, деякі пристрої контролюються системою управління живленням. Невикористані пристрої можуть бути вимкнені, може бути також зупинена або уповільнена (тобто знижена тактова частота) робота тактового генератора центрального процесора.

■ АРМ Standby (резервний режим). Система не працює, більшість пристроїв перебувають у стані споживання малої потужності. Робота тактового генератора центрального процесора може бути уповільнена або зупинена, але необхідні операційні параметри зберігаються в пам’яті. Користувач або ОС може запустити комп’ютер з цього стану майже миттєво.

■ АРМ Suspend (режим призупинення). Система не працює, більшість пристроїв пасивно. Тактовий генератор центрального процесора зупинений, а параметри функціонування зберігаються на диску і при необхідності можуть бути зчитаны в пам’ять для відновлення роботи системи. Щоб запустити систему з цього стану, потрібен якийсь час.

■ Off (система відключена). Система не працює. Джерело живлення вимкнено.

Реалізація режимів АРМ вимагає підтримки як апаратної частини, так і програмного забезпечення комп’ютера. Джерелами живлення АТХ можна керувати за допомогою сигналу Power_On і додаткового роз’єму живлення з шістьма контактами. Виробники також вбудовують подібні пристрої управління в інші елементи системи, наприклад в системні плати, монітори і дисководи.

Операційні системи, які підтримують АРМ (зокрема, Windows 3.1 і вище), при настанні відповідних подій запускають програми управління живленням, «спостерігаючи» за діями користувача і прикладних програм. Однак операційна система що безпосередньо не посилає сигнали управління живленням апаратних засобів.

Система може мати безліч різних апаратних пристроїв і програмних функцій, які використовуються при виконанні функцій АРМ. Щоб вирішити проблему узгодження цих засобів, в операційній системі і апаратних пристроях передбачений спеціальний абстрактний рівень, який полегшує зв’язок між різними елементами архітектури АРМ.

При запуску операційної системи завантажується програма - драйвер АРМ, який зв’язується з різними прикладними програмами та програмними функціями. Саме вони запускають механізми управління живленням, причому всі апаратні засоби, сумісні з АРМ, зв’язуються з системної BIOS. Драйвер АРМ і BIOS пов’язані безпосередньо; саме цей зв’язок використовує операційна система для управління режимами роботи пристроїв.

Таким чином, щоб функціонували засоби АРМ, необхідна підтримка цього стандарту схемами, вбудованими в конкретні апаратні пристрої системи, системну BIOS і операційну систему (що містить драйвер АРМ). Якщо хоча б один з цих компонентів відсутній, АРМ працювати не буде.

4. Вдосконалена конфігурація та інтерфейс живлення

З розвитком технологій управління живленням виникла необхідність у підтримці складних інформаційних станів, яку вже складно було реалізувати в системній BIOS. В результаті компаніями Intel, Microsoft і Toshiba був створений новий стандарт, що отримав назву покращений інтерфейс для конфігурації та керування живленням (Advanced Configuration and Power Interface - ACPI). Цей стандарт був призначений для реалізації розширених функцій управління живленням в операційних системах. Якщо BIOS вашого комп’ютера підтримує ACPI, то все управління живленням передається операційній системі. Саме з цієї причини перед установкою операційних систем, таких як Windows 98 і вище, в старих комп’ютерах настійно рекомендується виконувати оновлення BIOS. Перша версія стандарту ACPI вийшла в 1996 році і вперше була реалізована в Phoenix BIOS. Наявність підтримки ACPI стало обов’язковою умовою отримання сертифікату «РС’97» від компаній Intel і Microsoft.

Підтримка ACPI почала вбудовуватися в усі набори мікросхем системної логіки, починаючи з Intel PIIX4E (ця підтримка вбудовувалася в південний міст), що побачила світ у квітні 1998 року. Підтримка ACPI на програмному рівні була включена в операційну систему Windows 98. На час виходу операційної системи Windows 2000 підтримка ACPI забезпечувалася вже практично усіма новими комп’ютерами. Офіційну специфікацію ACPI можна завантажити з сайту www.acpi.info. Дозволивши операційній системі керувати живленням, можна значно спростити взаємодію з додатками. Наприклад, програма може вказати операційній системі, які дії для неї критичні, що може спонукати її негайно активізувати жорсткий диск і які дії можна відкласти до того, як жорсткий диск буде ініційовано чиїмись іншими терміновими вимогами. Наприклад, текстовий процесор може бути налаштований на автоматичне збереження відкритих документів у фоновому режимі через певні проміжки часу. При цьому ОС може відкласти збереження до тих пір, поки не надійде вимога від будь-якої програми на негайне звернення до диска. Такий підхід дозволяє рідше перемикати стан жорсткого диска.

Стандарт ACPI функціонально зріс порівняно з АРМ, який обмежувався лише управлінням живлення жорсткого диска, процесора і монітора. ACPI дозволяє централізовано керувати конфігурацією і живленням всіх пристроїв Plug and Play на рівні операційної системи, функціонально розвантаживши BIOS.

Інтерфейс ACPI дозволяє системі автоматично включати і вимикати внутрішні (приводи CD-ROM, мережеві адаптери, жорсткі диски і модеми), а також зовнішні периферійні пристрої (принтери, монітори, а також обладнання, підключене до послідовного, паралельного, USB або якого-небудь іншого порту системи). Наприклад, користувач може налаштувати програму автовідповідача на прийом вхідного дзвінка протягом секунди. При цьому навіть після виключення живлення комп’ютера надійшовший телефонний дзвінок активізує систему і дозволить додатком автовідповідача обслужити надійшов виклик.

Інтерфейс ACPI дозволив програмістам реалізувати безліч нових функцій управління живленням, які сумісні з різноманітними апаратними архітектурами, але використовують всього один драйвер операційної системи. ACPI також використовує структури даних Plug and Play BIOS і бере керування над інтерфейсом Plug and Play, реалізуючи незалежний від операційної системи інтерфейс конфігурації і управління.

У стандарті ACPI визначено кілька основних та підпорядкованих станів. Основних станів чотири; вони пронумеровані від G0 до G3. Стан G0 відповідає системі, що функціонує в повному обсязі, а стан G3 - комп’ютера з вимкненим живленням. Глобальні стани застосовуються до системи в цілому. Стан G0 містить чотири підлеглих стани живлення процесора (С0-С3) і чотири стани електропостачання кожного з пристроїв (D0-D3). Стан С0 живлення процесора містить 16 підлеглих станів його швидкодії (Р0-Р15).

Стани електропостачання окремих пристроїв в глобальному стані G0 для користувача невидимі. Наприклад, користувач може зрозуміти, коли жорсткий диск або монітор включений або виключений. У той же час стан модему або іншого внутрішнього пристрою залишається для нього таємницею. Слід зазначити, що не всі пристрої підтримують всі чотири стани енергоспоживання.

У глобальному стані G1 існують чотири «сплячих» стани (S1-S4). Стан G2 (глобального програмного виключення) також називають «сплячим станом S5». У ньому на вузли подається тільки резервне живлення. Стан G3 відповідає механічному відключенню живлення.

Нижче показані взаємозв’язки і визначення всіх глобальних і «сплячих» режимів, а також режимів електропостачання пристроїв.

■ G0, робочий. Звичайний робочий режим системи. У цьому стані застосовуються режими електропостачання периферійних пристроїв і процесора.

• G0/D0. Пристрій повністю активний.

• G0/D1. Залежить від конкретного пристрою. Споживає менше енергії, ніж D0.

• G0/D2. Залежить від конкретного пристрою. Споживає менше енергії, ніж D1.

• G0/D1. Живлення пристрою відключено (крім логіки пробудження).

• G0/C0. Звичайна робота процесора.

• G0/C1. Процесор зупинений.

• G0/C2. Тактовий генератор зупинений.

• G0/C3. Тактовий генератор зупинений, і перегляд кеш-пам’яті ігнорується.

■ G1, легкий «сплячий» режим. Користувачеві здається, що система вимкнена, але насправді вона знаходиться в одному з чотирьох «сплячих» станів. Залежно від того, який з режимів використовується, визначається і час, необхідний на «пробудження» системи. У будь-якому з «сплячих» режимів контекст і стан системи зберігаються і згодом можуть бути відновлені.

• G1/S1. Стан очікування з низьким енергоспоживанням. Процесор зупинений, проте контекст і стан системи повністю зберігаються.

• G1/S2. Ідентично S1, за винятком того, що контекст процесора і кешпам’яті втрачається. Після пробудження процесор перевантажується.

• G1/S3. За винятком пам’яті весь системний контекст втрачається. Контекст пам’яті підтримується на апаратному рівні. Після «пробудження» процесор перезавантажується, а контекст процесора і кеш-пам’яті частково відновлюється.

• G1/S4 (гібернація). Контекст і стан системи (тобто вміст пам’яті) вивантажуються на жорсткий диск або інший пристрій довгострокового зберігання. Для повернення в робочий стан (G0) потрібно натиснути кнопку живлення. Система перезапуститься і завантажить раніше збережений контекст і стан. Повернення в стан G0 з G1/S4 - досить тривалий процес.

■ G2/S5 (програмне виключення). Це звичайний вимкнений стан, в який переходить комп’ютер після вибору пункту Завершення роботи (Вимкнення) меню Пуск або натискання кнопки виключення на передній панелі системного блоку. При цьому всі пристрої знеструмлюються, проте система залишається підключеною до розетки, і живлення продовжує надходити на материнську плату, забезпечуючи готовність прийому сигналу пробудження від зовнішніх пристроїв. Для повернення в стан G0 (робочий) система повинна повністю завантажитися.

■ G3 (механічне вимикання). Система повністю знеструмлена (тобто відключена від джерела живлення або розетки). Тільки в цьому стані допускається розбирання системи. За винятком живлення CMOS і годинника від батарейки енергоспоживання системи нульове.

У звичайному режимі роботи система перемикається між глобальними станами G0 і G1; у другому випадку може вибиратися один з «сплячих» режимів (S1-S4). В «сплячому» режимі система зовні виглядає виключеною, однак її стан і контекст зберігаються, що дозволяє повертатися в робочий стан зі зменшеною затримкою. Наприклад, пробудження системи зі стану G1/S4 виконується з більшою затримкою, ніж зі стану G1/S3.

Коли користувач натискає кнопку виключення живлення або вибирає пункт Вимкнення меню Пуск, система переходить у стан програмного виключення (G2/S5). При цьому контекст не зберігається і підтримується тільки резервне живлення. Повністю відключити живлення (G3) можна, фізично відключивши системний блок від джерела електроенергії. Тільки в цьому стані допускається розбирання комп’ютера.

У процесі завантаження виконується ряд перевірок на предмет підтримки пристроями і BIOS інтерфейсу ACPI. Якщо підтримка не виявлена або здійснюється не в повній мірі, в системі встановлюється управління живленням АРМ. Практично всі проблеми ACPI пов’язані з неповною реалізацією підтримки ACPI в BIOS і драйверах пристроїв. При виявленні таких помилок зверніться до виробника материнської плати за оновленням BIOS, а також до виробника пристроїв за оновленнями драйверів і встановіть їх.

Контрольні запитання

1. Як відбувається керування живленням?

2. Назвіть системи, що володіють сертифікатом Energy Star.

3. Охарактеризуйте вдосконалену систему управління живленням.

4. Охарактеризуйте вдосконалену конфігурацію та інтерфейс живлення.

Тема. ПРОБЛЕМИ, ПОВ’ЯЗАНІ З БЛОКАМИ ЖИВЛЕННЯ

1. Проблеми, пов’язані з блоками живлення

Проблеми в електропостачанні зазвичай пов’язані з несправностями в блоці живлення, при цьому найчастіше його потрібно просто замінити.

Недосвідченому користувачу ні в якому разі не можна відкривати блок живлення для його ремонту, тому що усередині зберігається дуже висока напруга, причому навіть після відключення блоку живлення від мережі. Перш ніж розкривати блок живлення, його слід розрядити.

Про несправність блоку живлення можна судити за багатьма ознаками. Проте їх не так просто виявити зважаючи неявному зв’язку між симптомами і першопричиною помилки — блоком живлення.

Наприклад, повідомлення про помилки парності часто свідчать про неполадки в блоці живлення. Це може здатися дивним, оскільки подібні повідомлення повинні з’являтися при несправності ОЗП. Проте зв’язок в даному випадку очевидний: мікросхеми пам’яті одержують напругу від блоку живлення, і, якщо вона не відповідає певним вимогам, відбуваються збої.

Потрібен деякий досвід, щоб достовірно визначити, коли причина цих збоїв полягає в неправильному функціонуванні самих мікросхем пам’яті, а коли прихована в блоці живлення. Ще один критерій оцінки — повторюваність помилки. Якщо повідомлення про помилки парності з’являються часто і адреса комірки пам’яті завжди одна й та ж, то підозра повинно впасти в першу чергу на саму пам’ять. Але якщо помилки хаотичні або адреса комірки пам’яті весь час змінюється, то причина, швидше за все, криється в блоці живлення.

Проблеми, які часто виникають при несправності блоку живлення:

■ будь-які помилки і «зависання» при включенні комп’ютера;

■ спонтанне перезавантаження або періодичні «зависання» під час звичайної роботи;

■ хаотичні помилки парності або інші помилки пам’яті;

■ одночасна зупинка жорсткого диска і вентилятора (немає напруги +12В);

■ перегрів комп’ютера через вихід з ладу вентилятора;

■ перезапуск комп’ютера через найменше зниження напруги в мережі;

■ удари електричним струмом під час дотику до корпусу комп’ютера або до роз’ємів;

■ невеликі статичні розряди, що порушують роботу системи;

■ нестабільне розпізнавання периферійних пристроїв, живлення до яких подається по шині USB. Практично всі збої в роботі комп’ютера можуть бути викликані несправністю блоку живлення. Є, звичайно, і більш явні ознаки, наприклад, такі:

■ комп’ютер взагалі не працює (не функціонує вентилятор, на дисплеї немає курсору);

■ з’явився дим;

■ на розподільчому щитку згорів запобіжник. Якщо ви підозрюєте, що блок живлення несправний, проведіть прості виміри і більш складні тести. Оскільки представлені методи не завжди дозволяють виявити стрибкоподібні зміни напруги, для довготривалого та змістовного тестування можна використовувати резервне джерело живлення. Якщо симптоми і проблеми зникли після застосування перевіреного блоку живлення, значить, ви знайшли джерело несправності.

Щоб перевірити блок живлення, виконайте ряд дій.

1. Перевірте розетку, мережевий кабель і роз’єми. Спробуйте замінити силовий кабель іншим.

2. Перевірте правильність і надійність підключення роз’ємів живлення до системної плати і накопичувачів.

3. За допомогою приладів перевірте напругу на роз’ємах живлення пристроїв. Якщо вони нижче допустимих норм, замініть блок живлення іншим.

4. Перевірте все встановлене обладнання — плати розширення, пристрої резервного копіювання і т.д. Витягуючи по одному пристрою, знайдіть причину несправності. Найімовірніше, несправним виявиться пристрій, вставлений останнім перед початком появи помилок.

На несправність блоків живлення вказує безліч різноманітних симптомів. Так як блок живлення забезпечує електроенергією буквально всі компоненти комп’ютера, першоджерелом більшості проблем пам’яті, жорсткого диска і материнської плати може виявитися саме блок живлення.

2. Перевантаження блоку живлення

Недостатньо потужний блок живлення може обмежити можливість розширення комп’ютера. Багато комп’ютерів випускаються з досить потужними блоками живлення, які розраховані на те, що надалі в систему будуть встановлені нові (додаткові) вузли. Проте в деяких комп’ютерах блоки живлення мають настільки низьку потужність, що спроби встановити в них більш-менш прийнятний набір додаткових модулів заздалегідь приречені на провал.

Номінальне значення потужності, вказане на блоці живлення, не повинно вводити в оману. Не всі блоки живлення, наприклад на 500 Вт, однакові. До блоків живлення слід застосовувати принцип чим більше ват, тим краще.

Дешеві блоки живлення напевно можуть розвивати потужність, зазначену в паспорті, однак при цьому вони сильно перегріваються. Тестування багатьох дешевих блоків живлення виконується при екстремально низьких температурах, які зазвичай не зустрічаються в реальних умовах. При підвищенні зовнішньої температури такий блок живлення здатний забезпечити вдвічі меншу потужність, ніж зазначено в його паспорті. Також рівень перешкод і спотворень в деяких блоках живлення перевершує вимоги специфікацій або ледь їх досягає. Багатьом дешевим блокам живлення властиві нестабільні вихідні напруги; в них також відзначаються шуми і перешкоди, що може призвести до численних проблем. Крім того, вони зазвичай сильно нагріваються самі і нагрівають всі інші вузли. Часте періодичне нагрівання та охолодження компонентів здатні зруйнувати комп’ютерну систему. Більшість фахівців рекомендують заміняти встановлені в комп’ютерах блоки живлення більш потужними. Оскільки конструкції цих блоків стандартизовані, знайти заміну для більшості систем не складе завдання.

3. Недостатнє охолодження

Деякі блоки живлення, надані сторонніми виробниками, оснащені високошвидкісними охолоджуючими вентиляторами, які суттєво збільшують термін життя системи і мінімізують можливість перегріву, що особливо актуально для нових і «гарячих» процесорів. Існують спеціальні малошумні моделі вентиляторів, які працюють набагато тихіше стандартних. Такі вентилятори часто мають більший діаметр, повільніше обертаються і тому виробляють менше шуму, переміщаючи при цьому такий же потік повітря, як і вентилятори меншого діаметру.

Важливу роль у забезпеченні надійної роботи ПК грає вентиляція. Для охолодження різних компонентів комп’ютера необхідний певний повітряний потік. Більшість сучасних процесорів встановлюється з тепловідведеннями, які потребують постійного охолодження. Якщо для цього передбачено окремий вентилятор, особливих проблем не виникає. Щодо решти компонентів можна порадити наступне: якщо частина роз’ємів вільна, розташуйте плати таким чином, щоб повітря безперешкодно циркулювало між ними; встановіть самі нагріваються плати ближче до вентилятора або вентиляційних отворів в корпусі; забезпечте достатнє обдування жорстких дисків, особливо тих, які обертаються з високою швидкістю. При роботі деяких накопичувачів виділяється значна кількість тепла, а перегрів жорсткого диска може привести до втрати даних.

Комп’ютер з пасивним тепловідведенням завжди повинен працювати з закритою кришкою. В іншому випадку він перегріється, так як вентилятор блоку живлення буде обдувати лише його, а інші компоненти будуть охолоджуватися за рахунок конвекції. Для комп’ютерів з активною системою охолодження, встановленої на процесорі, такої проблеми не існує: знята кришка системного блоку тільки допоможе охолодити компоненти комп’ютера. Крім того, всі порожні відсіки повинні бути закриті. В іншому випадку через отвори в корпусі буде вільно проникати повітря, що може порушити повітряний потік всередині комп’ютера і викликати підвищення температури. Якщо проблеми з нестабільною подачею напруги пов’язані з перегрівом, то найкращим варіантом буде установка іншого, більш потужного блоку живлення або додаткового вентилятора. Деякі компанії продають спеціальні плати з встановленими вентиляторами, проте ставлення до них неоднозначне. Якщо вентилятор не видуває повітря з корпусу, значить, він усього лише переганяє гаряче повітря по системі і сприяє ще більшому її перегріву, так як споживає енергію, а отже, генерує тепло.

Вентилятори, змонтовані на процесорах (центральних і графічних), охолоджують тільки ці мікросхеми. Більшість сучасних процесорів під час роботи розігріваються так, що звичайний пасивний тепловідвід не може їх охолодити. У цьому випадку вентилятор, змонтований прямо на процесорі, дозволяє забезпечити «точкове» охолодження і знизити його температуру.

Один з недоліків такого способу активного охолодження процесора полягає в тому, що при виході вентилятора з ладу мікропроцесор миттєво перегрівається і теж виходить з ладу. У нових процесорах Intel є вбудована система захисту від перегріву. Наприклад, Pentium III автоматично відключається при перегріві, а в Pentium 4 скорочується рівень швидкодії, що дозволяє використовувати його навіть у тому випадку, коли тепловідвід взагалі знищений! Проте бажано не покладатися на вбудовану систему захисту процесорів, так як не всі її мають.

4 .Цифрові мультиметри

Найпростіший тест блоку живлення вимір його вихідних напруг, що дозволяє визначити, виробляються вони взагалі і чи знаходяться їх значення в допустимих межах. Врахуйте, що всі вимірювання напруг повинні виконуватися при підключених номінальних навантаженнях, тобто блок живлення найзручніше перевіряти, не витягуючи з комп’ютера.

5. Вибір мультиметра

Для вимірювання напруги і опору при роботі з електронними ланцюгами необхідний простий цифровий мультиметр (DMM), або ж цифровий вольтметр (DVOM). Слід використовувати саме цифрові пристрої, а не застарілі пристрої стрілочного типу, оскільки в старих моделях мультиметрів при вимірюванні опору використовується напруга 9В, що призводить до пошкодження більшості сучасних комп’ютерних компонентів.

Цифровий мультиметр при вимірюванні опору використовує значно меншу напругу (як правило, 1,5 В), що абсолютно безпечно для сучасного електронного обладнання. На ринку представлено досить багато непоганих пристроїв від різних компаній.

Характеристики якісних цифрових вольтметрів, на які необхідно звертати увагу перш за все, перераховані нижче.

■ Невеликий розмір. Тут все досить очевидно; причому розмір пристрою, як правило, практично не відбивається на його функціональних можливостях. Більше того, далеко не всі функції великих мультиметрів необхідні при роботі з комп’ютерним обладнанням.

■ Захист від перевантаження. Якщо на пристрій подати напругу (або силу струму), що перевищує його поточний діапазон виміру, мультиметр запобіжить власному пошкодженню. Як правило, дешеві моделі мультиметрів не підтримують захист від перевантаження, тому легко можуть вийти з ладу.

■ Автоматичне налаштування діапазону. Мультиметр автоматично задає необхідний діапазон напруг або опорів при проведенні вимірювань. Це набагато краще, ніж вказувати діапазони вручну; однак дійсно хороші мультиметри підтримують обидва варіанти вказівки діапазонів вимірювання.

■ Знімні щупи. Щупи можна легко пошкодити; крім того, при проведенні різних вимірів можуть знадобитися щупи різної форми. Дешеві мультиметри, як правило, оснащуються незнімними щупами, заміна яких неможлива. Обов’язково звертайте увагу тільки на такі моделі мультиметрів, які оснащені знімними щупами.

■ Звукові сигнали при перевірці цілісності ланцюга. Хоча при перевірці цілісності ланцюга можна використовувати шкалу опорів (0 Ом вказує на відсутність розривів у ланцюгу), хороші моделі мультиметрів підтримують функцію звукового оповіщення при перевірці цілісності. Завдяки цьому вдається набагато швидше перевірити кабелі та інші елементи на наявність розривів. Оцінивши всі переваги цієї функції, ви вже не захочете використовувати пристрої, які її не підтримують.

■ Автоматичне відключення. Мультиметри працюють від батарейок, заряд яких може швидко закінчитися, якщо прилад постійно залишати включеним. Тому хороші моделі мультиметрів підтримують функцію автоматичного відключення після закінчення певного періоду бездіяльності.

■ Автоматичне відображення останніх результатів вимірювання. Ця функція дозволяє мультиметру постійно відображати на екрані результати останніх вимірювань. Це особливо корисно в тому випадку, якщо доводиться працювати з важкодоступними елементами.

■ Запам’ятовування мінімального і максимального значень. Ця функція дозволяє мультиметру запам’ятовувати мінімальне і максимальне виміряне значення в пам’яті і, якщо необхідно, відображати їх. Це просто незамінне при вимірюванні значень, які постійно змінюються, а значить, їх складно побачити на екрані.

Цифровий кишеньковий мультиметр, що підтримує тільки базові функції, можна придбати приблизно за 20 доларів; вартість повнофункціонального пристрою складе близько 100 доларів, а деякі моделі коштують ще дорожче.

6. Вимірювання напруг

Виконуючи вимірювання в працюючому комп’ютері, ви зможете дістатися до потрібних контактів, скориставшись так званим промацуванням із зворотного боку (рис). Це пов’язано з тим, що більшість роз’ємів, на яких потрібно виміряти напруги, з’єднані з відповідальними компонентами і роз’єднувати їх в працюючій системі не можна, тому всі виміри доводиться проводити зі зворотного боку роз’єму. Практично у всіх роз’ємах зворотна сторона (з якою в нього входять проводу або джгути) відкрита, і тонким пробником можна дістатися до металевої вставки-контакту із зворотного боку роз’єму, акуратно ведучи щуп уздовж потрібних дротів. Як правило, всі описані нижче вимірювання можна виконати тільки таким способом.

Спочатку необхідно перевірити сигнал Power_Good (контакт Р8-1 в комп’ютерах АТ, Baby АТ і LPX; контакт 8 в комп’ютерах АТХ), напруга якого має коливатися від +3 до +6 В. Якщо напруга має інше значення, комп’ютер сприйме це як несправність блоку живлення і працювати не буде. Тому блок живлення в більшості подібних випадків доводиться замінювати.

Потім слід виміряти напруги на контактах роз’ємів системної плати і дискових накопичувачів. Контакти роз’ємів і допуски на напруги в різних комп’ютерах можуть відрізнятися. Краще використовувати блоки живлення з більш жорсткими допусками.

Більшість виробників вважають справними тільки ті блоки, напруги в яких відрізняються від номінальних не більше ніж на 5%, а для напруги 3,3 В в блоці живлення АТХ допускається відхилення не більше ніж на 4%. Деякі виробники встановлюють ще більш жорсткі допуски на свої вироби, і при їх перевірці потрібно враховувати ці значення. Дізнатися величини допусків можна з технічної документації до комп’ютера.

Допуски для сигналу Power_Good трохи відрізняються, хоча номінальна напруга становить +5 В. Точка спрацьовування для сигналу Power_Good становить близько +2,4 В, проте більшість систем вимагає, щоб даний сигнал лежав у певних межах.

Якщо виміряні значення напруг виходять за межі допусків, замініть блок живлення. Виміри необхідно проводити при номінальному навантаженні, тобто при працюючому комп’ютері.

7. Спеціальна вимірювальна апаратура

Для всебічної перевірки блоку живлення можна скористатися деякими спеціалізованими пристроями. Оскільки блоки живлення в сучасних комп’ютерах є самими ненадійними компонентами, для професіоналів такі прилади можуть виявитися дуже корисними.

8. Цифровий інфрачервоний термометр

Це один з найбільш важливих приладів мого комплекту інструментальних засобів. Він відноситься до безконтактних вимірювальних пристроїв, оскільки дозволяє вимірювати температуру віддаленого об’єкта по його інфрачервоному випромінюванню. Це дає можливість проводити моментальні вибіркові вимірювання температур мікросхеми, плати або корпусу системи. Цифрові інфрачервоні термометри вартістю близько 100 доларів поставляються компанією Raytek (www.raytek.com). Для вимірювання температури того чи іншого компонента достатньо «націлити» на нього цей кишеньковий інструмент і натиснути кнопку. Через кілька секунд на індикаторі відобразиться температура (з точністю ± 2 °С). Цифрові інфрачервоні термометри просто незамінні при перевірці температурного режиму комп’ютерних компонентів.

9. Трансформатор з регульованим вихідним напругою

При перевірці блоку живлення бажано мати можливість регулювання вхідної (мережевої) напруги і оцінювати реакцію блоку на ці зміни. Для цього дуже зручно використовувати трансформатор з регульованою вихідною напругою (автотрансформатор) (рис.). Цей пристрій складається з трансформатора, встановленого в корпусі зі стрілочним індикатором, що вимірює вихідну напругу. Шнур живлення автотрансформатора вставляється в розетку, а силовий шнур комп’ютера — в роз’єм автотрансформатора. За допомогою регулятора в автотрансформаторі можна управляти напругою, що подається в блок живлення комп’ютера.

Багато трансформаторів здатні регулювати рівень вихідного змінного струму від 0 до 140 В незалежно від вхідної напруги (змінного струму, що подається від настінної розетки). Деякі моделі також підтримують діапазон від 0 до 280 В. Трансформатор часто використовується при імітації умов перепаду напруги, необхідного для з’ясування відповідної реакції системних компонентів ПК. Крім усього іншого, таким чином перевіряється працездатність сигнальної операції Power_Good.

Підключіть комп’ютер до виходу трансформатора і знижуйте напругу до тих пір, поки комп’ютер не вимкнеться. Оцініть запас міцності блоку живлення по відношенню до коливань напруги мережі. Правильно спроектований блок живлення повинен працювати в діапазоні вхідних напруг і відключатися при виході з цього діапазону.

Якщо значення вхідної напруги нижче допустимого і з’являються повідомлення про помилки парності, значить, сигнал Power_Good виробляється неправильно, тобто його рівень залишається високим (відповідає логічній одиниці). У справних блоках живлення в такій ситуації низький рівень сигналу Power_Good, відповідний логічному нулю, переводить комп’ютер в режим постійного перезапуску.

Вартість автотрансформатора варіюється в межах від 100 до 300 доларів.

Контрольні запитання

1. Які проблеми, пов’язані з блоками живлення?

2. На що впливає перевантаження блоку живлення?

3. На що впливає недостатнє охолодження?

4. Опишіть цифрові мультиметри.

5. Як вибрати оптимальний мультиметр?

6. Як виміряти напругу?

7. Опишіть спеціальну вимірювальну апаратуру.

8. Де використовується цифровий інфрачервоний термометр?

9. Де використовується трансформатор з регульованим вихідним напругою

Тема. ЗАМІНА БЛОКІВ ЖИВЛЕННЯ

1. Заміна блоків живлення

Насамперед зверніть увагу на формфактор блоку живлення. Блоки живлення різних формфакторів розрізняються розмірами, формою, розташуванням кріпильних отворів і вимикача, а також типами роз’ємів. Підбираючи блок, потрібно знати, яка конструкція встановлена у вашому комп’ютері.

У деяких системах використовуються унікальні блоки живлення, що істотно ускладнює їх заміну. Якщо в системі використовується блок живлення стандартної конструкції, прийміть до відома, що на ринку можна знайти найрізноманітніші її модифікації за складом відводів, потужності та іншим характеристикам. У власника нестандартного блоку живлення вибір буде обмежений виробником самого комп’ютера, при цьому ціна блоку живлення виявиться набагато вищою. Стандартні високоякісні блоки живлення коштують менше 500 доларів, у той час як унікальні моделі окремих виробників можуть обійтися в 400 доларів і більше. Покупці комп’ютерів часто не звертають на це уваги, і наслідки використання нестандартних компонентів в системі виявляються занадто пізно.

Деякі виробники користуються поганою славою через продаж комп’ютерів з нестандартними блоками живлення. Навіть такий гігант комп’ютерної індустрії, як Dell, використовує власні блоки живлення в багатьох системах. При купівлі такого комп’ютера враховуйте можливості розширення системи, а також вартість післягарантійного обслуговування. Рекомендується купувати комп’ютери з блоком живлення стандартного промислового формфактору, наприклад ATX12V.

2. Постачальники блоків живлення

Оскільки блок живлення є одним з найбільш уразливих вузлів комп’ютерної системи, розглянемо рекомендації щодо вибору моделі блоку. Незважаючи на присутність на ринку безлічі інших виробників високоякісних блоків живлення, слід перевагу продукції компанії PC Power and Cooling.

PC Power and Cooling — ці блоки живлення забезпечують більшу потужність при досить низькому рівні шуму. Для систем з одним високопродуктивним графічним адаптером підійде модель Silencer 470, що має стандартну глибину АТХ (140 мм) і потужність 470 Вт Якщо в системі встановлено дві відеокарти або є безліч дискових приводів, підійдуть моделі Silencer 610 і 750. Ці моделі мають велику глибину (180 мм) і потужність, 610 і 750 Вт відповідно. При складанні особливо потужних систем з багатоядернимиими процесорами, безліччю відеокарт і жорстких дисків слід використовувати блок живлення Turbo-Cool 1 KW з глибиною 230 мм і потужністю 1 кВт (пікова потужність-1,1 кВт). Більшості систем з головою вистачить блоків живлення з потужністю від 610 Вт, проте в системах, що передбачають значні розширення, варто використовувати більш потужні блоки.

Оскільки 24-контактні коннектори живлення сумісні з застарілими 20- контактними роз’ємами, при придбанні блоків живлення рекомендується віддавати перевагу моделям, оснащеним 24-контактним коннектором (зазвичай подібні моделі блоків живлення маркуються як ATX12V 2.x). Бажано, щоб блок живлення містив 6-контактний роз’єм для підключення відеоадаптера, а також роз’єм для підключення жорстких дисків SATA. Вибір блоку живлення з подібними характеристиками забезпечує гнучкість, що дозволяє працювати не тільки в нових системах, але і практично в будь-яких застарілих системах АТХ; при цьому не потрібно ніяких додаткових адаптерів.

3. Захисні пристрої в мережі живлення

Такі пристрої оберігають комп’ютерні системи від пошкоджень при різких перепадах напруги мережі. Зокрема, підвищення напруги або його сплеск може вивести з ладу сам комп’ютер, а раптове відключення або зниження напруги призвести до втрати даних. Нижче розглядаються чотири основних види пристроїв захисту.

Деякі запобіжні пристрої вже можуть бути встановлені в самому блоці живлення комп’ютера (якщо він високої якості). У блоках живлення деяких комп’ютерів високого класу передбачені захист від високих напруг і струмових перевантажень, а також найпростіший фільтр для зниження рівня перешкод, що проникають з мережі. У багатьох недорогих блоках живлення таких схем захисту немає, тому особливу увагу звертайте на дешеві комп’ютери маловідомих фірм. Саме для них підключення додаткового захисного пристрою цілком виправдано.

Всі функції захисту пристроїв і захисні схеми блоку живлення припускають, що комп’ютерний кабель живлення змінного струму заземлений. У старих будинках, як правило, триконтактних розеток із заземленням немає. Тому не слід використовувати перехідники, які дозволяють підключити до старих двоконтактних роз’ємів сучасні пристрої, наприклад стабілізатори напруги, ДБЖ і так далі, так як вони не забезпечують заземлення, а значить, не в змозі забезпечити надійний захист підключеної техніки. Більше того, навіть якщо розетка містить три контакти, контур заземлення може бути не підключений. Тому перед підключенням пристроїв завжди корисно перевірити розетку за допомогою тестера.

Безумовно, найпростіший метод захисту відключення комп’ютера від мережі електроживлення в грозу. Проте існують і інші методи.

Блоки живлення повинні залишатися в робочому стані і продовжувати забезпечувати систему енергією, навіть якщо трапляються такі перебої в подачі електроживлення:

■ напруга падає до 80 В на дві секунди;

■ напруга падає до 70 В на пів секунди;

■ напруга збільшується до 143 В на одну секунду.

Багато високоякісних блоків живлення (або підключених систем) не будуть фізично пошкоджені в наступних випадках:

■ перерва в подачі енергії;

■ будь-яке падіння напруги;

■ стрибок до 2500 В.

Щоб перевірити якість схем захисту блоків живлення, в незалежних лабораторіях проводилися випробування комп’ютерів, не оснащених додатковими пристроями захисту. На них подавалося живлення з викидами напруги амплітудою до 6000 В. Імпульси з більшою амплітудою не можуть з’явитися в мережі навіть теоретично: при великих напругах між контактами розеток виникає електрична дуга. У результаті жоден комп’ютер не був пошкоджений незворотньо. Найгірше, що відбувалося з деякими з них, - перезавантаження або відключення, коли амплітуда напруги перевищувала 2000 В. Усі комп’ютери поверталися в нормальний робочий стан після повторного включення живлення. Автоматичне відключення комп’ютера при великих відхиленнях напруги від номінального передбачено в більшості високоякісних блоків живлення.

Слід відзначити ще один фактор, який часто оминають увагою при розробці стратегій захисту системи електропостачання, - не встановлюють захисні фільтри на телефонних лініях.

Функція автоматичного вимкнення комп’ютера під час перебоїв в електроживленні вбудована в багатьох високоякісних блоках живлення. Після спрацьовування цієї функції необхідно два рази натиснути кнопку включення системи. При відновленні подачі електроенергії блок живлення вичікує 3-6 секунд, потім перезавантажується і запускає систему. Оскільки перезавантаження здійснюється автоматично, подібна функція може виявитися корисною для мережевих серверів та інших комп’ютерів, розташованих в віддаленому місці.

Захисні пристрої для мережі живлення:

■ обмежувачі викидів;

■ обмежувачі викидів в телефонній лінії;

■ мережеві фільтри-стабілізатори;

■ джерела безперебійного живлення.

4. Обмежувачі викидів

Найпростішими приладами для захисту вхідних ланцюгів блоку живлення від високих напруг є обмежувачі викидів. Ці пристрої включаються між комп’ютером і мережевою розеткою і призначаються для поглинання високовольтних викидів напруги, що виникають в мережі в результаті ударів блискавок або при роботі потужних електричних машин. Їх ціна варіюється від 20 до 200 доларів.

Пристрої придушення викидів зазвичай створюються на основі варисторів, які можуть знижувати всі скачки напруги, що перевищують певний рівень. Ці прилади витримують напругу до 6000 В і відводять на землю всі напруги, значення яких вищі певної межі. Вони можуть спокійно переносити середні перевантаження, але дуже сильні скачки (наприклад, при прямому влученні блискавки) можуть їх «пробити». Варистори не можуть розсіювати велику потужність і в такій ситуації зазвичай перегорають, тобто після одного потужного або наступних один за одним слабших викидів обмежувач перестає виконувати свої функції. Простим способом перевірити працездатність таких приладів неможливо, тому ніколи не можна заздалегідь сказати, захищає такий пристрій чи ні.

У деяких обмежниках викидів передбачений індикатор справності, за яким можна визначити, перегорів варистор в результаті потужного викиду. У компанії Underwriters Laboratories розробили стандарт UL 1449, що визначає характеристики обмежувачів викиду. Будь-який фільтр, що відповідає цим вимогам, є прекрасним варіантом для покупки. Хороші обмежувачі повинні відповідати наступним вимогам:

■ сумісність зі стандартом UL 1449;

■ наявність індикатора, що вказує на вихід варістора з ладу.

Підтримка стандарту UL 1449 зазвичай вказується на упаковці або безпосередньо на корпусі пристрою. Якщо цього маркера немає, значить, стандарт не підтримується, і пристрій купувати не варто.

Ще одним непоганим додатковим пристроєм, який об’єднується іноді з обмежувачем викидів, є автоматичний вимикач, який, на відміну від запобіжника, при перевантаженнях можна включати повторно. Він виконує ті ж функції, що і звичайний мережевий запобіжник. Пристрої придушення перешкод з таким вимикачем коштують близько 40 доларів.

Контрольні запитання

1. Опишіть процес заміни блоків живлення.

2. Назвіть основних постачальників блоків живлення.

3. Які існують захисні пристрої в мережі живлення?

4. Що таке обмежувачі викидів?

Тема. : ОБМЕЖУВАЧІ ВИКИДІВ В ТЕЛЕФОННІЙ ЛІНІЇ

1. Обмежувачі викидів в телефонній лінії

Дуже важливо захистити комп’ютер від усіляких перешкод в телефонній лінії, до якої підключена система. Якщо ви користуєтеся модемом або факсимільним апаратом, то будь-які сплески напруги, періодично виникають у телефонній мережі, можуть вивести комп’ютер з ладу. Телефонні лінії дуже вразливі для блискавок, і підключені до них модеми та комп’ютери найчастіше виходять з ладу саме з цієї причини.

Найпростіші обмежувачі викидів, які включаються між телефонною лінією і модемом, випускаються декількома фірмами і коштують вкрай дешево. Їх можна без проблем купити в більшості магазинів, що торгують електронікою.

2. Мережеві фільтри-стабілізатори

Крім підвищеної напруги і струмових перевантажень, в лініях електроживлення напруга може опуститися нижче допустимої межі. Крім вже згадуваних викидів, в лініях живлення можуть виникати, наприклад, радіочастотні наведення або імпульсні перешкоди, створювані електродвигунами та іншими індуктивними навантаженнями.

Перед підключенням один до одного цифрових пристроїв (наприклад, комп’ютера і периферійного обладнання) зверніть увагу на наступне.

■ Кожен провід, підключений до комп’ютера (наприклад, з’єднує його з яким-небудь периферійним пристроєм), являє собою своєрідну антену. При впливі зовнішніх електромагнітних полів на нього наводяться електричні напруги. Джерелами таких полів можуть стати інші дроти, телефонні апарати, електронно-променеві трубки, електродвигуни, люмінесцентні лампи та індикатори, електростатичні розряди і, природно, радіопередавачі.

■ Цифрові схеми дуже чутливі до перешкод амплітудою всього 1-2 В. Враховуючи ці обставини, можна сказати, що вся електрична проводка в будівлі працює як велика антена, що приймає самі різні перешкоди. Позбутися від перешкод і коливань напруги можна за допомогою мережевих фільтрівстабілізаторів.

У пристроях цього типу виконуються фільтрація і стабілізація напруги живлення, а також пригнічуються перепади струму і напруги; одним словом, вони являють собою буферні каскади між комп’ютерами і лініями живлення. Фільтри-стабілізатори повністю замінюють описані вище обмежувачі викидів і виконують безліч інших функцій. Будучи включеними, вони постійно перебувають в активному стані (на відміну від обмежувачів, які спрацьовують тільки при викидах напруги). Будова цих приладів досить складна: до їх складу входять трансформатори, конденсатори та інші елементи, призначення яких — підтримувати постійний рівень вихідної напруги. Вартість фільтрастабілізатора зазвичай становить від 100 до 300 доларів і істотно залежить від його вихідної потужності.

3. Джерела безперебійного живлення

Для захисту обладнання використовуються прилади, за допомогою яких можна протягом деякого часу підтримувати працездатність системи при зникненні напруги в мережі. За цей час можна спокійно закінчити роботу, зберегти її результати і вимкнути комп’ютер. Існують два види пристроїв такого типу: джерела резервного живлення (Standby Power Supply - SPS) і джерела безперебійного живлення (Uninterruptible Power Supply - UPS).

Найкращі з усіх мережевих буферних пристроїв, безумовно, блоки UPS, оскільки вони не тільки забезпечують роботу комп’ютера в аварійних ситуаціях, а й стабілізують напругу і очищають його від перешкод.

4. Джерело резервного живлення (SPS)

Це джерело живлення включається тільки тоді, коли зникає або дуже знижується мережева напруга. В цьому випадку спрацьовує відповідний датчик і до встановленого в блоці перетворювача постійної напруги на змінну підключається акумуляторна батарея. Починає вироблятися змінна напруга, яка надходить на вихід пристрою замість мережевої.

В принципі SPS працюють непогано, але в деяких моделях перемикання на резервне живлення відбувається недостатньо швидко. При цьому комп’ютер встигає відключитися або вийти на перезавантаження. Природно, що таке «резервування» мало кого влаштує. У високоякісних SPS встановлюються ферорезонансні стабілізатори досить громіздкі пристрої, що дозволяють запасати деяку кількість енергії, що використовується для живлення комп’ютера під час перемикання схеми.

У розглянутих блоках можуть встановлюватися фільтри-стабілізатори, але в дешевих моделях їх, як правило, не буває, і напруга в нормальних умовах надходить на комп’ютер безпосередньо з мережі, без будь-якої фільтрації і стабілізації. У SPS з ферорезонансними стабілізаторами вихідна напруга підтримується постійною, до решти ж для більшої надійності слід додатково підключати фільтр-стабілізатор. Залежно від якості і вихідної потужності вартість SPS коливається від ста до декількох тисяч доларів

5. Джерело безперебійного живлення (UPS)

Найкращим вирішенням усіх проблем, що виникають в ланцюгах живлення, є установка джерела безперебійного живлення, який одночасно виконує функції фільтра-стабілізатора і джерела аварійного живлення. На відміну від SPS, які включаються періодично, UPS працюють постійно, і напруга на комп’ютер надходить тільки від них. Оскільки деякі фірми продають джерела резервного живлення як UPS (вони ж призначені для загальних цілей), останні іноді називають «істинними джерелами безперебійного живлення» (True UPS). Хоча схема і конструкція UPS і SPS в чомусь схожі, головна відмінність між ними полягає в тому, що в теперішньому UPS відсутній перемикач - живлення комп’ютера завжди здійснюється від акумулятора.

В UPS постійна напруга 12 В від акумуляторної батареї перетворюється в змінну. У вашому розпорядженні фактично буде своє автономне джерело живлення, що не залежить від електричної мережі. Від неї здійснюється тільки підзарядка акумулятора, причому струм заряду або дорівнює споживаним навантаженням, або дещо більший (при частково розрядженій батареї).

Навіть якщо напруга в мережі пропадає, UPS продовжує працювати, оскільки при цьому лише припиняється процес підзарядки батареї. Ніяких перемикань в схемі не відбувається, а тому не виникає навіть короткочасних збоїв напруги живлення. Батарея в цьому режимі, звичайно, розряджається, і інтенсивність розряду залежить від потужності, яку споживає комп’ютер. Але практично в будь-якому випадку можна встигнути спокійно завершити роботу і підготувати комп’ютер до нормального виключенню живлення. UPS функціонує безперервно, використовуючи заряджений акумулятор. Після відновлення напруги акумулятор відразу, без додаткових перемикань, починає підзаряджатися, і ви знову можете включити комп’ютер і спокійно працювати. Джерело безперебійного живлення може бути дуже навантаженим і не встигне повністю розрядитися. У цьому випадку подається відповідний сигнал.

Вимкніть пристрій від джерела живлення, щоб UPS встиг позбутися зайвої накопиченої енергії.

Багато UPS сьогодні продаються разом з кабелем і програмним забезпеченням, яке дозволяє захищеному комп’ютеру автоматично коректно завершити роботу, отримавши сигнал від UPS.

Вартість UPS безпосередньо залежить від часу, протягом якого він може забезпечувати живлення системи при відключенні мережевої напруги, і від вихідної потужності. Тому, купуючи такий прилад, враховуйте потужність, яку споживає ваш комп’ютер, і час, необхідний для того, щоб зберегти файли, вийти з програми і вимкнути комп’ютер. UPS - дороге задоволення; батареї великої ємності і зарядний вузол пристрою коштують значно дорожче, ніж SPS.

Оскільки в UPS здійснюється повна стабілізація живлення електричної мережі, їх не можна навіть порівнювати за параметрами з обмежувачами викидів або фільтрами-стабілізаторами. В самих високоякісних моделях для поліпшення показників вихідної напруги встановлюються ферорезонансні стабілізатори. UPS такого типу - не тільки найкращі захисні пристрої в колах живлення, але і найдорожчі. Щоб визначити, яку потужність споживає ваш комп’ютер, погляньте на етикетку, розташовану на задній панелі системного блоку: потужність вказується або в ватах, або в вольтах і амперах. В останньому випадку для визначення споживаної потужності ці два числа потрібно перемножити.

Якщо, наприклад, в документації зазначено, що напруга живлення дорівнює 120 В, а максимальний споживаний струм - 5 А, то максимальна потужність споживання складе 600 Вт, що відповідає випадку, коли в усі роз’єми розширення встановлені плати адаптерів, а в комп’ютері - два жорстких диска і один накопичувач на гнучких дисках (тобто виконано максимальне розширення системи). Але в будь-якій ситуації споживана потужність не перевищить зазначеної величини, оскільки, якщо це відбудеться, встановлений в блоці живлення запобіжник на 5 А перегорить. Такі системи в сталому режимі споживають в середньому близько 300 Вт. Але при обчисленні необхідної вихідної потужності UPS краще проявити консерватизм і виходити з 550 Вт Додайте ще близько 100 Вт на монітор - і отримаєте вже 650 Вт Вихідна потужність UPS двох таких комп’ютерів повинна становити не менше 1100 Вт, а з двома моніторами - 1300 Вт Вартість такого блоку безперебійного живлення становить від 500 до 700 доларів. Дороге задоволення, і саме тому більшість компаній набувають UPS тільки для критичних комп’ютерів, наприклад для мережевих файлових серверів.

Високоємні UPS, призначені для використання зі стандартною розеткою 15 А, забезпечують потужність близько 1400 Вт Більш висока потужність може призвести до відключення навантажувальної схеми при надмірній зарядці батареї і генерації зворотним перетворювачем максимальної сили струму. Крім вихідної потужності, UPS розрізняються і деякими іншими параметрами. Вище вже згадувалося про вбудовані ферорезонансні стабілізатори, які дозволяють поліпшити якість вихідної напруги. У хороших блоках імпульси мають синусоїдальну форму, а в більш дешевих пристроях - прямокутну. Для деяких блоків живлення комп’ютерів подача на вхід імпульсів з різкими переходами не допускається, тому, перш ніж купувати UPS, упевніться, що він виробляє вихідну напругу, придатну для живлення вашого обладнання. У документації до кожного блоку вказується час, протягом якого він може забезпечувати резервне живлення підключених до нього пристроїв при певному рівні споживаної ними потужності. Якщо потужність споживання вашої системи менше вказаного рівня, то у вас буде запас часу.

Більшість UPS не розраховані на те, щоб ви годинами просиджували за комп’ютером після зникнення напруги в мережі. Вони призначені тільки для того, щоб можна було спокійно закінчити роботу і вимкнути систему. Якщо потрібно забезпечити функціонування системи довше 15 хвилин, варто подумати про покупку генератора; таке рішення буде значно ефективніше інвестицій в більш потужні акумулятори.

Захисні пристрої для ланцюгів живлення випускають багато виробників, наприклад хорошими вважаються вироби компаній American Power Conversion (АРС) і Tripp Lite, які випускають безліч різновидів UPS, SPS і пристроїв придушення викидів для електричних та телефонних мереж.

Не слід підключати до UPS/SPS лазерний принтер, оскільки він споживає багато енергії, в результаті чого може бути перевищена допустима потужність UPS/SPS. Це часто є причиною їх поломки або вимкнення.

Вимкнення принтера не критично, оскільки необхідну інформацію можна вивести на друк і пізніше. Головне — не втратити незбережені дані, що знаходяться в оперативній пам’яті Тому, якщо у вас немає вагомих причин, які не підключайте принтер до UPS/SPS.

Деякі UPS і SPS мають спеціальні роз’єми, з яких не надходить енергія внутрішньої батареї, тому в них можна підключати принтери та інші периферійні пристрої.

Контрольні запитання

1. Що таке обмежувачі викидів в телефонній лінії?

2. Для чого використовують мережеві фільтри-стабілізатори?

3. Охарактеризуйте джерела безперебійного живлення.

4. Опишіть джерело резервного живлення (SPS).

5. Опишіть джерело безперебійного живлення (UPS).

Тема. БАТАРЕЇ RTC/NVRAM

1. Батареї RTC/NVRAM

Всі сучасні системи містять мікросхему особливого типу, в якій знаходиться годинник реального часу (RTC), а також хоча б 64 байт (включаючи дані годин) енергонезалежного ОЗП (NVRAM). Ця мікросхема офіційно називається мікросхемою RTC/NVRAM, але зазвичай на неї посилаються як на мікросхему CMOS або CMOS-пам’ять. Такі мікросхеми споживають живлення від батарей і можуть зберігати інформацію кілька років.

Найперша мікросхема, яка використовувалася в оригінальних IBM АТ, була виготовлена компанією Motorola і мала номер МС 146818. Незважаючи на те що сьогодні подібні мікросхеми випускаються сотнями виробників і мають різні параметри, всі вони сумісні з цією мікросхемою. У більшості сучасних системних плат RTC/NVRAM вбудовані в мікросхему південного моста або контролер вводу-виводу.

Мікросхема містить годинник реального часу, що оповіщають програму про поточний час і дату, причому і час, і дата будуть представлятися правильно навіть при відключенні системи. Частина мікросхеми, звана NVRAM, має інші функції. Вона призначена для зберігання даних про конфігурацію системи, включаючи обсяг встановленої пам’яті, типи накопичувачів на гнучких і жорстких дисках, а також іншу подібну інформацію. Хоча деякі нові системні плати для зберігання даних про конфігурацію мають мікросхеми розширення NVRAM об’ємом 4 Кбайт, більшість наборів мікросхем містять незалежну пам’ять об’ємом 256 байт, з якого на годинник виділяється 14 байт. Система зчитує ці дані при кожному включенні.

2. Сучасні батареї CMOS

Існує кілька типів батарей NVRAM (CMOS RAM). Найбільш поширені літієві батареї, оскільки термін їх служби складає від двох до п’яти років. Мені зустрічалися системи, в яких звичайні лужні батареї були закріплені в тримачі; подібні рішення вкрай небажані, оскільки батареї доводиться дуже часто міняти. Більш того, при використанні звичайних батарейок дуже велика ймовірність того, що вони потечуть, а це неминуче призведе до виходу з ладу системної плати. В даний час найбільш часто використовується так звана батарея-«таблетка», яка встановлена в спеціальному гнізді-тримачі на системній платі. Існують два основних типи батарей, які відрізняються хімічними елементами, що лежать в основі їх роботи. Найчастіше використовуються батареї з катодом з діоксиду магнію (МnО2); у маркуванні даних батарей присутній префікс CR; також використовуються батареї з катодом з Монофторид вуглецю (CF); у маркуванні даних батарей присутній префікс BR. Тип CR більш доступний у продажу і забезпечує велику енергоємність. Тип BR застосовується при більш високих температурах (понад 60 С).

Оскільки батареї типу CR дешевші і їх простіше придбати, саме їх найчастіше використовують в ПК. Інші цифри у маркуванні батареї вказують на її фізичні розміри. Наприклад, в ПК найбільш часто використовується літієва батарея CR2032; її діаметр становить 20 мм, а товщина - 3,2 мм; при цьому використовується катод з діоксиду магнію. Подібні батареї можна купити в супермаркеті електроніки, магазинах фототехніки і навіть в аптеках.

Приблизний час роботи батареї може бути розрахований за допомогою ділення ємності на споживаний струм. Наприклад, типова батарея CR2032 має ємність 220 мА год (міліампер-годин), а мікросхема годин/енергонезалежної пам’яті споживає 5 мка (мікроампер) при відключеному живленні. Тому час роботи батареї можна розрахувати таким чином:

220000 мкА-год/5 мкА = 44000 год = 5 років.

Якщо скористатися батареєю меншої потужності (CR2025), час її роботи буде розраховуватися за такою формулою:

165000 мкА-год/5 мкА = 33000 год = 3,7 року.

Час роботи батареї відраховується з моменту складання системи. До моменту продажу комп’ютера батарея може пропрацювати вже кілька місяців, навіть якщо комп’ютер новий. Крім того, батарея іноді частково розряджається ще до установки в систему, а підвищена температура при її зберіганні і під час роботи комп’ютера здатна вплинути на термін її служби. Тому реальні показники працездатності батареї можуть бути меншими теоретичних.

Зі скороченням заряду батареї знижується напруга, що може вплинути на точність годинника реального часу. Більшість літієвих батарей номінально працює з напругою 3 В, але фактично напруга нової батареї трохи вище. Якщо годинник в системі йде недостатньо точно (наприклад, відстає), перевірте напругу батареї енергонезалежної пам’яті. Найбільша точність досяжна при напрузі батареї, яка рівна або більша 3 В. Стабільна напруга літієвих батарей швидко знижується. Батарея з напругою менше 3 В підлягає заміні, навіть якщо запланований термін її заміни ще не підійшов.

3. Застарілі або унікальні батареї CMOS

Хоча в сучасних комп’ютерах використовуються батареї з напругою 3 В, в старих системах застосовувалися батареї, що мають самі різні вихідні напруги. Наприклад, застосовувані в застарілих персональних комп’ютерах батареї зазвичай дають напругу 3,6, 4,5 або 6 В. Якщо ви змінюєте батарею, переконайтеся в тому, що нова та віддалена батареї мають однакові напруги. У системних платах можуть використовуватися батареї з різними напругами, які мають перемикач, що дозволяє встановити необхідне значення. Якщо у вас саме така системна плата, то, щоб правильно вибрати установку, зверніться до документації. Звичайно ж, найпростіше замінити зіпсовану батарею точно такою ж, оскільки в цьому випадку відпаде необхідність у зміні положень перемикачів.

У деяких системах протягом ряду років застосовувалася мікросхема спеціального типу, що містить вбудовану батарею. Подібні рішення випускалися декількома компаніями, включаючи Dallas Semiconductor і Benchmarq. Ці мікросхеми мають дуже великий термін служби. За нормальних умов експлуатації термін служби інтегрованої батареї становить близько десяти років, що набагато більше корисного терміну служби комп’ютерної системи. Якщо у вашій системі використовується один з таких блоків, то батарея і мікросхема заміняються одночасно, оскільки вони конструктивно об’єднані.

Цей блок вставлений в гніздо на системній платі, але у випадках, коли його необхідно замінити, особливих проблем не виникає. Новий модуль можна придбати приблизно за 18 доларів, що значно вище вартості окремої батареї. Саме тому виробники інтегрували функції RTC/NVRAM в набір мікросхем.

У деяких системах батареї взагалі не застосовуються. Наприклад, HewlettPackard використовує спеціальний акумулятор, який автоматично перезаряджається при кожному включенні системи. Якщо система не включена, акумулятор буде забезпечувати RTC/NVRAM енергією, необхідною для роботи, протягом тижня або довше. Але якщо комп’ютер залишиться вимкненим на більш тривалий час, дані, що зберігаються в NVRAM, будуть втрачені. У такому випадку система може перезавантажити NVRAM з архівної мікросхеми ROM, встановленої на системній платі. Єдина інформація, яку можна втратити, — поточна дата і час, але її нескладно ввести заново. При використанні акумулятора в поєднанні з архівом в ROM виходить досить надійна система, оснащена всім необхідним для зберігання інформації.

У багатьох старих системах допускалося використання традиційних батарей, які можуть або впаюватися безпосередньо в системну плату, або підключатися через роз’єм. При використанні систем з впаяною батареєю не виникає жодних проблем навіть у разі її виходу з ладу, оскільки завжди можна застосувати звичайні батареї, що вставляються.

4. Усунення неполадок батареї CMOS

До ознак, за якими можна судити про те, що батарея функціонує некоректно, відносяться скидання дати і часу при кожному виключенні комп’ютера (особливо при його переміщенні), а також ті чи інші проблеми при проходженні системою процедури POST, наприклад складнощі з ідентифікацією жорсткого диска. Якщо ви зіткнулися з подібними проблемами, запишіть поточні настройки CMOS, після чого якнайшвидше замініть батарею.

При заміні батареї стежте за полярністю, інакше можна зіпсувати мікросхему RTC/NVRAM (CMOS). Зазвичай роз’єм для батареї на системній платі, як і сама батарея, має ключ, що запобігає неправильному підключенню.

Призначення контактів цього роз’єму має бути описано в документації. На всяк випадок рекомендується перед заміною батареї записати значення всіх параметрів конфігурації системи, які зберігаються в NVRAM. У більшості випадків достатньо запустити програму установки параметрів BIOS і переписати або роздрукувати всі значення параметрів. Деякі програми установки параметрів BIOS дозволяють зберегти дані NVRAM у файлі, а потім відновити їх у разі потреби.

Якщо системна BIOS захищена паролем і ви його забули, видаліть батарею на кілька хвилин, а потім встановіть знову. В результаті в базовій системі вводу-виводу значення параметрів будуть встановлені за замовчуванням, а захист паролем буде знятий. Замінивши батарею, включіть комп’ютер і використовуйте програму установки параметрів BIOS, щоб перевірити (і встановити в разі необхідності) значення дати, часу та будь-яких інших параметрів, які зберігаються в NVRAM.

Контрольні запитання

1. Для чого використовуються батареї RTC/NVRAM?

2. Опишіть сучасні батареї CMOS.

3. Перечисліть застарілі або унікальні батареї CMOS.

4. Як усунути неполадки пов’язані з батареями CMOS?