Интерфейс клавиатуры АТ построен на микроконтроллере i8042, обеспечивающем в отличие от XT двунаправленный интерфейс с клавиатурой. Передача информации к клавиатуре используется для управления индикаторами ее состояния и программирования параметров (автоповтор, набор скан-кодов).
Хотя электрический интерфейс клавиатур XT и АТ совпадает (за исключением возможности двунаправленного обмена в АТ), логические форматы посылок существенно отличаются. POST способен производить диагностику клавиатуры, причем подключение клавиатуры неподходящего типа или не подключенную клавиатуру он воспримет как ошибку. Если проверка клавиатуры разрешена в BIOS Setup, то по этой ошибке POST будет сколь угодно долго дожидаться получения кода нажатия клавиши F1.
Конструктивно возможны два варианта разъема подключения клавиатур - обычная 5-контактная розетка DIN или малогабаритная розетка mini-DIN, пришедшая от компьютеров семейства PS/2. На этот же разъем через плавкий предохранитель поступает и напряжение питания клавиатуры +5В. Электрически и логически интерфейс клавиатуры PS/2 повторяет интерфейс клавиатуры АТ, поэтому для согласования типа разъема применяют специальные переходники. Предпочтительнее использовать переходники, выполненные в виде мягкого кабеля с разъемами. Монолитный переходник, особенно с АТ-клавиатуры на PS/2-разъем системной платы, хуже тем, что малейшее движение кабеля вызывает большой момент силы, выламывающей переходник из маленького гнезда PS/2.
Питание от разъема клавиатуры часто используется такими устройствами, как внешние накопители или адаптеры локальных сетей, подключаемыми к параллельному порту. Плавкий предохранитель, установленный на системной плате, может и не выдерживать броска тока, потребляемого этими внешними устройствами. При этом, естественно, откажется работать и клавиатура - ее индикаторы и не мигнут при включении, как это происходит при ее инициализации. Находится эта неисправность при наличии тестера (и знания возможной причины) достаточно легко.
8. Контроллер клавиатуры РС/AT 8042
Программируемый микроконтроллер i8042 применяется в машинах класса АТ. Его встроенное программное обеспечение хранится обычно и в масочном внутреннем ПЗУ и не допускает изменения, в чем, собственно, и нет необходимости. Эта программа обеспечивает вырабатывания запроса прерывания по приему скан-кода от клавиатуры и отработку управляющих команд от центрального процессора. Кроме управления клавиатурой, через программно-управляемые и программно-читаемые линии внешних портов контроллера формируются сигналы управления вентилем Gate A20, аппаратного системного сброса и считываются сигналы от конфигурационных джемперов системной платы. Контроллер 8242В, кроме интерфейса клавиатуры, поддерживает и аналогичный интерфейс дополнительного устройства, например PS/2-Mouse.
Порт ввода, доступный по команде C0h, используется для чтения состояния джемперов и ключа:
Бит 7 - 0=клавиатура заблокирована ключом (KeyLock).
Бит 6 - исходный режим: 0=CGA, 1=MDA.
Бит 5 - системная перемычка: 0=замкнута.
Бит 4 - системное ОЗУ: 0=512 Кбайт и более, 1=256 Кбайт.
Бит 1 - вход данных дополнительного интерфейса.
Бит 0 - вход данных интерфейса клавиатуры.
Порт вывода, доступный для записи и чтения по командам D1h и D0h соответственно, имеет следующее значение бит:
Бит 7 - последовательные данные клавиатуры.
Бит 6 - синхронизация клавиатуры.
Бит 5 - запрос прерывания от дополнительного интерфейса (IRQ12).
Бит 4 - запрос прерывания от клавиатуры (IRQ1).
Бит 3 - синхронизация дополнительного интерфейса.
Бит 2 - последовательные данные дополнительного интерфейса.
Бит 1 - вентиль линии адреса А20 (Gate A20).
Бит 0 - альтернативный сброс процессора (без формирования общего сигнала сброса).
Контроллер расположен в пространстве ввода/вывода по адресам 60h и 64h, причем по чтению скан-кода клавиатуры из порта 60h сохраняется совместимость с PC/XT. Регистр данных контроллера в режиме записи используется для подачи команд, относящихся к клавиатуре и собственно контроллеру. Признаком готовности контроллера к восприятию команд является нулевое значение бита 1 регистра состояния (порт 064h).
9. Батарейная память и часы - CMOS Memory, RTC
В РС ХТ конфигурация оборудования (объем памяти, количество дисководов и т.п.) задавалась DIP переключателями, состояние которых опрашивалось во время POST. В АТ для хранения подобной информации, состав которой расширился, ввели специальную микросхему памяти КМОП небольшого объема, питание которой при выключенном компьютере осуществляется от батарейки. В ту же микросхему поместили и часы-календарь, также питающиеся от той же батарейки. Эта память и часы - CMOS Memory and Real Time Clock (RTC) - стали стандартным элементом архитектуры РС. Содержимое этой памяти и дату сначала модифицировали с помощью внешней загружаемой утилиты SETUP, позже эту утилиту встроили в BIOS. Микросхемы CMOS RTC имеют встроенную систему контроля непрерывности питания, отслеживающую и разряд батареи ниже допустимого уровня. Достоверность информации конфигурирования проверяется с помощью контрольной суммы.
Доступ к ячейкам CMOS RTC осуществляется через порты ввода/вывода 070h (индекс ячейки) и 071h (данные). Поскольку эта память имеет быстродействие порядка единиц микросекунд, между командами записи адреса и чтения/записи данных необходима программная задержка.
10. Компоненты: установка и конфигурирование
Современные системные платы имеют ряд сменных или добавляемых компонентов. В процессе модернизаций (Upgrade) часто меняют процессор, наращивают объем и повышают быстродействие ОЗУ и кэш-памяти, меняют версию BIOS. Эти действия обычно связаны с изменениями аппаратных и программных настроек, о которых и пойдет речь.
11. Оперативная память (DRAM)
Вся оперативная память современных РС располагается на системной плате. Первые модели (ХТ, АТ-286) позволяли наращивать оперативную память при помощи установки в слот ISA специальных карт расширения. Однако быстродействие памяти, подключенной через шину расширения, оставляет желать лучшего. Кроме того, появились компактные модули SIMM, SIPP, а позднее и DIMM, корпуса микросхем памяти стали более емкими, и острота проблемы занимаемой площади спала. По этим причинам уже многие модели АТ-286 и большинство моделей АТ-386 и старше в качестве оперативной памяти не воспринимают память, обнаруженную на модулях расширения, устанавливаемых в слотах шин расширения. Отметим, что были модели АТ-286, у которых модуль памяти устанавливался в специальный слот системной шины, а у некоторых серверных платформ ОЗУ устанавливается на отдельных платах или платах процессоров, но это уже не унифицированные рядовые компьютеры.
В качестве оперативной памяти используют микросхемы динамической памяти (DRAM) различных типов архитектуры:
· Std или FPM - стандартные, они же страничные;
· EDO - с расширенным временем присутствия данных на выходе;
· BEDO - пакетные с расширенным временем присутствия данных на выходе;
· SDRAM - синхронная динамическая память.
По типу упаковки на системную плату устанавливают следующие компоненты:
· DIP-корпуса с двухрядным расположением выводов, разрядностью 1 или 4 бит;
· ZIP-корпуса, с зигзагообразным расположением выводов, разрядностью 1,4 бит;
· SIPP-модули, имеющие 30 штырьковых выводов, разрядностью 8 (9) бит;
· SIMM-30 - модули, имеющие 30 печатных выводов, разрядностью 8 (9) бит (короткие);
· SIMM-72 - модули, имеющие 72 печатных вывода, разрядностью 32 (36 или 40) бит (длинные);
· DIMM - модули, имеющие 168 печатных вывода, разрядностью 64 (72 или 80) бит;
· SODIMM-72 - модули, имеющих 72 печатных вывода, разрядностью 32 (36) бит;
· SODIMM-144 - модули, имеющие 144 печатных вывода, разрядностью 64 (72) бит.
Для системных плат 486 процессоров и старше наиболее популярны модули SIMM-72, в которые упаковывают микросхемы FPM, EDO и довольно редко BEDO. Ожидается рост популярности модулей DIMM, которых существует уже два поколения. В модули DIMM второго поколения устанавливают и микросхемы SDRAM, модули первого поколения до нас почти не дошли
Для конфигурирования системной платы важно знать спецификацию быстродействия применяемой памяти. Для обычной (не синхронной) памяти FPM, EDO, BEDO в качестве спецификации используется время доступа (-80, -70, -60, -50, -40 нс), иногда последний нолик не пишут, и спецификация тех же микросхем представляется как -8, -7, -6, -5, -4. Для синхронной памяти SDRAM в качестве спецификации выступает минимальный период синхронизации (-10, -12, -15 нс), что соответствует времени доступа применяемых запоминающих ячеек 50, 60, 70 нс соответственно. От спецификации быстродействия зависит эффективность (и даже возможность) применения памяти в конкретной системной плате на заданной частоте системной шины. Применение более медленной памяти может привести к появлению дополнительных тактов ожидания при операциях с ОЗУ, что заметно снизит производительность компьютера. Если же попытаться задать временную диаграмму памяти неоправданно быстрой, то работа компьютера скорее всего будет неустойчивой. Для каждого типа памяти и каждой тактовой частоты имеется оптимальная спецификация памяти: менее быстродействующая память приведет к лишним тактам ожидания, более быстродействующая не даст преимуществ, но будет дороже. На временные диаграммы памяти влияет много факторов - задержки сигналов зависят от чипсета, наличия промежуточный буферов, длины проводников платы, количества устанавливаемых модулей и микросхем на них и т.п. Поэтому для каждой модели системной платы оптимальные спецификации для используемых тактовых частот будут свои. Требуемая спецификация быстродействия обычно указывается в документации на системную плату.