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进阶必读 热插拔修主板BIOS深入分析

Written By: dch1 - May• 01•08
刷新主板BIOS的方法在很多文章中都有介绍,在弄明白BIOS擦写原理之后,你并不会觉得BIOS刷写的难度有很大。但是无论刷新软件的多么先进,无论主板厂商的设计是多么体贴用户,我们总还是会碰上刷坏BIOS的情况,这个时候,我们要修复主板BIOS最常用的办法还是找另外一块主板,使用热插拔的方法将原来的BIOS文件刷回去。说这种方法常用,并不是因为它简单,而是迫不得已。而且带电操作,安全性也不高,操作不当的时候很容易出现损坏BIOS芯片的情况。对于一些大城市的朋友,可以很容易的在电脑城找到一家能够修复BIOS的商铺,而在一些县市地区,一旦出现BIOS损坏的情况,别说找个有BIOS文件擦写器的商铺,就是找个懂单片机的朋友都很难。所以,不知道哪位先人在没有办法的情况下发现了热插拔这种移花接木的方法,并成为那些不具备擦写BIOS条件的朋友的首选。以下就是常见的两种封装形式的BIOS芯片。
  我们已经知道了这种方法的用武之地,下面我们就要对这种方法进行理论上的深层次的讨论,并且要指出不少计算机书籍上的认识误区。几乎所有的专业计算机书籍在介绍热插拔方法的时候都不约而同的谈到了要将已经损坏的BIOS芯片插到相同的型号的主板上,更有甚者还要求主板的PCB的版本还要相同。可是实际上通过笔者的实验发现,这一切都是多余的。下面就开始我们的理论分析。
  BIOS芯片中所存储的就是一段程序和信息,它的作用仅仅是在开机的时候完成自检并将CMOS中所设置的硬件参数告诉主板。一旦进入操作系统(包括非图形界面的DOS),BIOS的工作就已经完成了,这个时候换下BIOS芯片,并不会影响计算机的正常运行,而这个时候向新换上去的BIOS芯片写入信息的时候,仅仅是我们将一段程序拷贝到BIOS芯片上,类似我们向U盘写入信息。而这个时候主板本身的情况,包括芯片组,PCI插槽数目、是否集成声卡网卡等信息,这个损坏的或者空白的BIOS芯片是不了解的,它只能被动的接受我们通过操作系统向它传输的数据。而且在数据传送完成以后,BIOS中的内容同样不会起作用,因此,我们在进行热插拔的时候,是不需要去找同样型号的一块,而只需要找到合适的BIOS文件和擦写软件(软件的对应是很重要的,如果您的BIOS是2M的,而采用的擦写软件只支持1M,那么擦写也是失败的)就可以了。总之,我们可以把开机进入操作系统的计算机,看做一个天然的擦写器,主板的芯片组,PCB设计等,都不会影响文件的顺利写入。个别擦写软件可能会对主板进行识别,这个时候只要您选择强制更新,软件还是会遵循我们的意愿,完整的将BIOS文件写入的。

  在很长的一段时间里,笔者也曾经受到了”一定要看清楚主板型号是否相同””芯片组不同是绝对不能刷新”这样的文字的使人心意迷惑,对于其中的原理也没有多思考,直到这个暑假一个朋友的一块使用KT266A芯片组的主板BIOS更新失败的情况下,我才进行了上面的思考的。当时在工程施工工地上,条件非常有限,找不到相同型号的主板,笔者找来一块打字室的BX的老板,尝试用这样的方法强行将KT266A的某品牌主板修复。
  这里顺便提一下,在通常情况下,取下BIOS芯片需要芯片起拔器。对于采用DIP封装的BIOS芯片,采用起拔器还显得不是很重要,但是采用PLCC封装的BIOS芯片,如果不使用起拔器,是很难取下的。起拔器一般在电子市场可以买到。对于没有起拔器的情况,我们可以采用修眼镜和钟表的那种小改锥来代替,笔者一直使用这种方法,只要你在起拔的时候认真小心,还是很安全的。对于使用DIP封装的BIOS芯片,起拔的时候要先将改锥一侧撬起少许,然后再撬另外一边,反复重复这个过程,直到芯片完全取出。对于采用PLCC封装的BIOS,需要使用改锥从芯片对角线的凹槽起拔,并且要加倍小心,因为PLCC封装比DIP封装更容易损坏。
  好了,弄明白原理之后,我们就要对那块KT266A动刀了。首先,将备份的KT266A的主板BIOS拷贝到那台采用BX主板的电脑硬盘上,然后关机,将BX的BIOS芯片取下后再轻轻的装回原来的插槽,在放回去的时候要保证各个针脚接触正常,因为我们一方面要保证BIOS能够正常工作启动主板,另外一个方面还要保证开机以后BIOS芯片能够被轻松取下。同时,我们也要将KT266A主板的BIOS芯片取下,准备稍候的替换工作。使用BX主板的电脑在进入DOS界面之后,使用绝缘的牙签将原来和插槽接触并不是十分牢固的BIOS芯片取下,换上我们的KT266A主板的BIOS芯片,这个时候一定要保证BIOS芯片和主板插槽保持接触紧密。
  最后,运行BIOS刷新程序,这一步在很多文章中都有介绍,我就不再多介绍了,如果刷新软件提示BIOS文件不符合,刷新软件就会停止运行,这个时候不要在意提示,选择强行刷入就可以了。刷新工作完成之后,关机,把BIOS芯片各归其位。
  结果令人满意,修复后的KT266A主板使用正常,与刷新BIOS前相比,稳定性并无二致。BX同KT266A,不仅芯片组不同,而且集成芯片和PCB相差甚远,仍旧能够顺利的完成热插拔操作,这也正好验证了前面笔者的理论分析。只要能够让PLCC封装的主板对应PLCC的BIOS芯片,DIP封装的主板对应BIOS芯片,这样的移花接木都是可行的。但是,这样的刷新BIOS方法是在没有办法情况下的办法,因为“任何元件都有一定的功率限额,ROM芯片也不例外。在带电热插拔元器件时,由于各管脚的工作电压不同,热插拔过程中,各管脚不可能同时插上或拔下,因此不可避免电路中会出现浪涌过电压和过电流,过高的浪涌电压会对芯片内的晶体管造成击穿,而过大的浪涌电流会使芯片内的铝膜引线被熔断,从而导致芯片毁坏型失效。”所以,请您在操作的时候量力而行。

  如果您正巧遇到了这样的问题,而又因为不少计算机书籍中提到了必须采用相同型号主板才能进行热插拔操作而感到苦恼的话,那么我要告诉您,很多时候,主板厂商和图书的作者都非常的保守,不少DIY的技巧还是需要在掌握理论知识的情况下自己进行摸索的,毕竟先人说的好:”尽信书不若无书。”

给超频的人泼点冷水

Written By: dch1 - May• 01•08
给超频的人泼点冷水

超频后果一:CPU功耗增加

  现在所有CPU的芯片都是由CMOS(互补型金属氧化物半导体)工艺制成。CMOS电路的动态功耗计算公式如下:

P=C×V2×f
C是电容负载,V是电源电压,f则是开关频率。

  因为超频带来的CPU频率的增加,会造成动态功耗随频率成正比增长。而在超频的过程中,为了让CPU能够工作在更高频率上,常见的手段之一就是加电压。而这更加快了功耗增长的速度。

  假设一块额定频率为1GHz、额定电压为1.5V的CPU其动态功耗为P0 。经过超频以后,工作电压加压到1.65V,稳定运行在 1.3GHz ,此时其动态功耗为P1。因为CPU制成以后,其电容值C也就基本固定,可以看作常量,也就是说超频前后的电容值C相等。

可以得到:   P0 = 1.5 ×1.5×1 ×C = 2.25C (W)
        P1 = 1.65×1.65×1.3×C = 3.54C (W)
两式相除得到:   P1/P0 = 3.54C / 2.25C = 1.573 

  此式的意义是,这款超频后的CPU较未超频时,其动态功耗增加了57.3% ,因为对CMOS电路来说,静态功耗相对于动态功耗较小。因此其动态功耗的增长率近似为CPU总功耗的增长率。也就是说假设原来的CPU额定功率仅为60W,经加压超频后此时也将达到近95W ! 如果不更换更好的散热设备,将不可避免的引起CPU工作温度的上升。当处理器温度超过最大允许值,轻则无法正常工作,严重则导致CPU烧毁。

超频后果二:电迁徙

  在前些年在提及超频后果的时候,经常会提起电迁徙(有人称为电子迁移)造成的危害。在半导体制造业中,最早的互连金属是铝,而且现在它也是硅片制造业中最普通的互连金属。然而铝有着众所周知的由电迁徙引起的可靠性问题。

  由于传输电流的电子将动量转移,会引起铝原子在导体中发生位移。在大电流密度的情况下,电子不断对铝原子进行冲击,造成铝原子逐渐移动而造成导体自身的不断损耗。在导体中,当过多的铝原子被冲击脱离原来的位置,在相应的位置就会产生坑洼和空洞。轻则造成某部分导线变细变薄而电阻增大,严重的会引起断路。而在导线的另一些部分则会产生铝原子堆积,形成一些小丘,如果堆积过多会造成导线于相邻导线之间发生连接,引起短路。不论集成电路内部断路还是短路,其后果都是灾难性的。电迁徙或许是集成电路中最广泛研究的失效机制问题之一。

电迁徙造成导线损耗

  超频的结果会使通过导线的电流增大,引起的功耗增加也会使芯片温度上升。而电流和温度的增加都会使芯片更容易产生电迁徙,从而对集成电路造成不可逆的损伤。因此长期过度超频可能会造成CPU的永久报废。

  曾经有人这样反映:CPU超频到某个频率后,经过近一年的使用一直都很稳定。但是后来有一天就发现了CPU已经无法在这个频率上继续稳定工作。造成这种现象的原因,很可能是过度超频而散热措施不好,尽管CPU体质不错,在较高的温度下也能超到一个较高的频率。但是恶劣的工作环境和超负荷的工作让CPU内部发生严重的电迁徙。虽然没有造成短路或者断路,但是导线已经严重受到损伤,导线电阻R增大,最终引起布线延时RC(和布线电阻和布线电容有关)增加,导致时序错乱影响CPU正常工作。

  一方面CPU集成的晶体管密度的不断提升,造成芯片中的导线密度不断增加,导线宽度和间距不断减小;另一方面CPU频率不断提升,功率逐渐加大而电压却在减小。CPU运作需要更细的导线去承载更大的电流,铝互连的应用日益受到挑战。因此更低电阻的铜互连将在集成电路的设计和制造中逐步取代原有的铝工艺。

超频后果三:信号变差

  前面说过,CPU是信号处理器,主要功能是对数字信号进行处理,其主要工作单元为由晶体管组成的门电路。下图是CMOS集成电路中的一个最基本电路──反相器,其它复杂的CMOS集成电路大多是由反相器单元组合而成。

  理论上,CMOS门电路输出的数字信号(也是下一级门电路的输入信号)理想波形的上、下沿都是严格垂直的,从高电平跳变到低电平是突变的,不需要时间。

  但是,实际上任何实物集成电路最终的性能都不可能完全达到理论指标。CMOS门电路输出波形也不是严格理论上的”方波”,在电压跳变的过程中,不但输出电压不是严格垂直,而且还需要耗费一定的时间。

  图中的Δt是指从高电平到低电平所需要的时间。这是因为CMOS门电路中几乎无处不在的寄生电容和寄生电阻。而电容器件最重要的一个特性就是,不允许电容器两端的电压突变,而必须有个上升或者下降的过程。只要有寄生电容的存在,Δt的存在就不可避免。通常,寄生电容的主要有以下几种:1)作为输出的晶体管的结电容;2)作为上级负载的下一级输入的晶体管的结电容;3)传输导线之间和晶体管之间的电容。

  寄生电阻和寄生电容越小,高低电平的转换时间Δt在整个信号中占据的百分比越小,实际输出的波形也就越接近于理想波形,集成电路的电气性能就更优秀。它们只能通过制造工艺的提高去减小,而不可能完全消失。高k栅介质(High K gate Dielectric)、SOI工艺绝缘体上硅芯片技术(Silicon On Insulator)、“Low-k”低介电常数绝缘体技术等技术都是为了减小CPU中寄生电容采用的方法,而铜互连则有效减小了CPU中寄生电阻。然而不容乐观的是,随着集成密度的提高,线宽越来越窄,导线之间和晶体管之间的距离越来越近,晶体管栅极层厚度越来越薄,这几年CPU寄生电容和电阻的增加已经成为CPU制造技术中最难又最亟待解决的问题。

  超频的CPU会使信号波形变的更差。因为CPU成品以后,其电容和电阻值都为常数,晶体管的各项参数也已经固定。在信号电压值不变的情况下, 信号高低电平的跳变所需要的时间也不变。但是频率的提高会使信号宽度 (占用的时间)变短,最终造成波形进一步恶化。

  可以看见,超频以后的信号更加“非理想化”,电平电压不变的时间ΔT逐渐减小,给信号的辨认造成困难。当频率增加过高.门电路还未达到最高电平和最低电平的电压要求值就开始“跳变”。波形严重失真,并且可能造成信号达不到下一级门电路的触发电压而使整个CPU无法工作。通常,这种过度超频会造成电脑根本无法启动、黑屏等故障。
超频后果三:抗干扰能力减弱

  对于大多数超频使用者来说,会有一个理智超频的过程,所以很少会超频到电脑无法启动或者黑屏,更常见的超频后果是造成系统不稳定。CPU在工作过程中死机,重新启动,或者运算出错等等都是不稳定的表现。

  既然能够开机工作,说明至少信号波形还没有达到下级电路无法识别的地步,为什么不能够稳定运行呢?这就牵扯到抗干扰能力的问题。

  如果CPU在超频以后能够顺利启动,如果在没有外界的干扰,那么做好散热以后,它就能稳定工作。但是CPU是工作在一个不断变化的环境中,有很多来自于外界电子噪声的影响。CPU在超频以后,更高频的信号周期时间更短,超频之前影响不大的干扰信号,在CPU工作在更高频率的时候,可能会变成CPU无法正常工作的罪魁祸首。

超频后果五:制造干扰

  工作在高频率的时候,CPU、主板等等配件上的导线和元件不仅是干扰信号的接收者,同样也是干扰信号的发射者。存在电流环路的导线就会有辐射产生,简单的电路电流环路发出的辐射发射可用如下等式描述:

E(μV/m)=1.316×A×I×F2/D×S

E──电场(μV/m);
A──环路面积(cm2);
I──环路电流(A);
F──频率(MHz);
D──分隔距离(m);
S──屏蔽比率。

  从这个关系可以看出,辐射的电场强度(E)以频率的平方增加。同样CPU经过超频以后,其辐射电场强度(电子噪声)会以频率提高速度的平方增加。

  另外,CPU超频的直接结果是功耗增加,温度升高。大多数半导体器件,包括CPU内部晶体管对温度相当敏感,温度升高会使器件热噪声指数倍增加,性能变差。在超频当中,最常使用的手段之一就是降温,为的就是减少电子器件的热噪声。当使用干冰或液氮制冷的时候,CPU工作在零下上百度的环境中,最大限度的减少了晶体管热噪而使得极限频率得以实现。在CPU超频过程中,很有趣的现象就是,当温度越高,漏电流就越大;反过来又使温度更高,工作状态会急剧恶化;这是典型的恶性循环。因此温度造成的影响会受到人们极大重视。

  其次,超频后CPU对电流的需求更大,因为CPU供电电路和主机电源的动态电阻影响,会造成最终CPU和其它电脑配件两端电压的下降。另外, CPU电流的急剧变化也会造成供电电压的跳变,产生突变信号干扰。也正因为以上原因,很多CPU超频后出错或死机,大多总是在任务最繁重、对电流需求最大的时候。

无任务时,3.3V系统电压表现稳定

运行superPI时,3.3V系统电压整体下降并有较大波动

  加电压也是超频中常见手段之一。加电压不但有利于提高信噪比(S/N = 信号电压/噪声电压),而且也会在一定程度补偿因为大电流需求造成的电压下降。但是常常会遇见的问题是,当电压增加到一定程度以后,再加电压就没用了。这是因为加电压会让CPU温度快速增加,当热噪声带来的负面影响大于电压增长带来的好处的时候,再加电压就不管用了。

  在这里再提一个和电压有关的超频话题──降压超频。很多人提到过一个问题,降压超频会不会造成CPU损坏? 实际上,更低的工作电压不但是人们一直追求的结果,也是制造工艺提高所带来的必然后果。往往都是制造工艺更好的CPU才能工作在更低的电压下,这也是移动版的CPU会比桌面版的成品率低的原因,也是移动版CPU价格昂贵的主要原因之一(还一个主要原因是规模效应)。但是,从来没有见过intel或者AMD宣称过移动版CPU的寿命会比桌面版的低,也从来没有媒体曝光过低压版CPU更容易损坏。

  通常CMOS最高允许工作电压是为了保障集成电路不会因为击穿或过热而烧毁,而最低允许工作电压的意义是为了保障集成电路能够正常运行。事实上,对于CPU内的电子元件来说, 不论是二极管,三极管,电阻,电容等等,两端加的电压比额定电压小是绝对不会损伤这些器件的。唯一需要考虑的是他们是否能够得到足够的电压和电流去正常工作。只要能够满足降压以后CPU能够稳定运行,那么就不会对其造成额外的硬件损伤。相反,更低的温度反而有利于寿命的延长。

超频 适可而止最重要   作为个人如何对待超频行为同样也是因人而异。有的人从来没有进行过超频,出于一种对新事物的好奇和尝试,至少对他们来说是很有意义的;有的人则将超频当成深入了解计算机的途径,以兴趣为指导去获得更多的硬件知识;有的人则将超频作为一个动手动脑的锻炼机会,运用用自己的知识和动手能力去加强协调能力;有的人则是将超频作为一种自我挑战,利于现有的条件或者去创造条件,最大限度的发挥自己的才能去让计算机工作在最有效率的状态。不管是对他们自己,还是对硬件,他们的态度都是:物尽其用……也许有多少种人,就会有多少种对待超频的态度。

  需要注意的问题是,并不是每种态度都是正确、必要的,超频应该适可而止。不是每个人都有大量的时间、精力和金钱来投入到超频行为中。至少不要为了超频严重影响了学习和工作的积极性,甚至引起经济损失而引发其它问题。超频也要讲究方法,需要一定的经验和理论指导。最好不要盲目进行或者无限制无常识的去超频,暴敛天物和浪费资源是可耻的。最后祝大家超频愉快

教你如何清洗主板

Written By: dch1 - May• 01•08
板卡出厂前一般都要经过清洗的程序,一般都是用专门的洗板水,将板卡清洗烘干后焕然一新再包装出厂。这样的洗板水经过去离子和去静电处理,不会腐蚀和击穿电路板。

  其实,我们自己也可以动手清洗主板,讲究一点的话就去买专用的洗板水,否则就用不导电的二次蒸馏水,以确保清洗的水不带静电离子。注意最好不要用我们常喝的矿泉水(含太多离子杂质),也不要用自来水,这样的水经常呈弱酸或弱碱性,容易腐蚀电路板。

  假如没有把握完全烘干,清洗前最好拔下板卡上的电池、集成块等,总之拔下能拔下的所有东西。在清洗的过程中要使用比较软的刷子,并注意不要碰坏零件和焊点、电容等。

  一般来说,CPU插槽、AGP槽、PCI槽、南桥和北桥芯片底下、每个集成电路IC芯片的底下、内存槽旁边的金属触点旁边,还有BIOS芯片底下,都是不容易清理的和烘干的地方。洗刷的时候还可以使用超声波清洗仪(眼镜店一般都有)来清洗很难洗刷或者看不见的污垢,但是同时也可能对元件造成损伤。

  烘干前,我们可以通过在主板上刷酒精以加快水分蒸发。烘干主板可以使用家用的电吹风,也可以拿到修车店用高压气泵吹干。烘干机最好用风流量比较大的,这样可以把不容易烘干的地方的水强制吹出来。烘干的时候一定要彻底,不然会导致局部短路,那样报废的可能就不仅仅是主板了。另外,主板烘干后要再晾一段时间,最好使用烘灯(或家用台灯)再烤24小时,以保证加电时不会有水蒸气存在。

  按照这个原则,电脑主机里的CPU、板卡、内存甚至硬盘的电路板都可以拿出来清洗。必须要注意的是,如果确认不是由于灰尘太多造成故障的,或者不是到了万不得已的时候,最好不要单纯为了好看而清洗配件,毕竟这样做的风险相当大。