第2章计算机安全技术

第2章计算机硬件检测与维护,2.1计算机的可靠性2.2计算机故障的分析2.3计算机故障的检测原则及方法2.4计算机硬故障的诊断和排除2.5高级测试工具QAPlus的使用习题,2.1计算机的可靠性,2.1.1计算机的可靠性（RAS技术）计算机的可靠性是可靠性、可维护性、可用性三者的综合，通常称为RAS技术，这一术语是IBM公司在发表IBM-370系统时提出的。它是研究和提高计算机可靠性的一门综合技术，其研究主体是计算机的可靠性，其研究方向有两个：一是避错技术，重点是故障诊断技术；二是容错技术。,1.可靠性计算机的可靠性是指计算机在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。这里的规定条件包括环境条件、作用条件、维护条件和操作技术。环境条件是指计算机的工作环境，如实验室、机房或野外等条件。使用条件指计算机的工作温度、湿度、空气洁净度以及电源电压、电流的干扰情况，此外还包括存储、运输和使用技术水平等。2.可维护性当计算机因故障而失效时，必须维修才能恢复其正常功能。因此可维护性就成为衡量计算机可靠性的另一个重要指标。,3.可用性可用性也是衡量计算机可靠性的一个重要指标。可用性指计算机的各种功能满足需要要求的程度，也就是计算机系统在执行任务的任何时刻能正常工作的概率。2.1.2计算机的安全性计算机安全指计算机系统被保护，即计算机系统的硬件、软件和数据受到保护，不因恶意和偶然的原因而遭受破坏、更改和泄露，确保计算机系统得以连续运行。计算机安全包括实体安全、软件安全、数据安全、网络安全和运行安全等。这里主要介绍实体安全技术。计算机实体安全（computerphysicalsecurity）是指对场地环境、设施、设备和载体、人员采取的安全对策和措施。这是一项最根本的保安手段，具体内容如下：,1.温度与湿度各种系列计算机的技术设备和信息记录介质对环境条件范围都有技术要求。违反规定就会使可靠性降低、寿命缩短。例如温度过高会使元器件和集成电路产生的热量散发不出去从而加快材料的老化，并在内部引起暂时或永久的微观变化。一般情况下，机房的温度控制在1025，相对湿度在40%60%。2.清洁度与采光照明灰尘对触点的接触阻抗有影响，会使键盘输入不正常，还容易损害磁盘、磁带的磁记录表面。磁盘表面上的指纹污点、烟粒或灰尘，将引起磁头损坏、丢失数据，并损坏磁盘。,灰尘过多还会使打印机的打印头不能正常工作。在室内环境中，可通过除尘手段，达到空气洁净的目的。一般认为采用3万级洁净室即可，其粒度不超过0.5(m,每一升空间的尘粒数小于10000粒。只有足够的照度，才能保证操作的准确性和提高工作效率，减少视觉疲劳。机房内距离地板0.8米处的照度应保持200500Lx（勒克斯），室内净高度3米以上、淡色无粉尘墙壁，平均每平方米采用20W日光灯即可达到。一般要求光线均匀、稳定、光色好，光源不产生闪烁、阴影，墙壁、地板不反光，色调明快和谐。3.防静电、电磁干扰及噪声,静电干扰是计算机操作人员和维修人员应该注意的一个问题。安装时必须将计算机外壳及其他设备的金属外壳与建筑物的地线或自行铺设的地线保持良好的接触。机房的位置应远离强电磁场、超声波等辐射源，避免干扰计算机的正常运行。机房内无线电干扰场强度在频率为0.15500MHz时应小于26dB；磁场干扰环境场强应小于800A/m。机房噪声控制主要是降低声源噪声。根据GB2887-82计算机场地条件有关规定，机房噪声标准应控制在64dB以下。4.防火、防水及防震,据国外有关调查，在计算机机房事故中，有52%是由于火灾造成的，因此防火非常重要。机房内外严禁堆放易燃易爆的物品，并要配备足够数量的消防器材，同时需制定必要的防火措施。为了防止潮湿和预防洪水，计算机房设在二层楼以上为宜，机房要防止由于下雨或水管破损造成漏水现象。为确保硬盘、软盘、打印机等设备的正常工作，在确定机房位置时应考虑远离振动源，如冲压设备、剪切设备、振动台等。另外在选用工作台时也应考虑到防震。硬盘损坏常与工作台有关，工作台配有抽屉及工具柜，虽然方便用户，却增加了振动率。许多硬盘的损坏与开关抽屉或碰撞工作台引起的振动有关，因此必须选用稳定可靠的工作台。,5.接地系统计算机系统，尤其是主机，还应妥善接地。接地可以降低由电源和计算机设备产生的噪音；在出现闪电或瞬间高压时，为故障电流提供回路可消除设备的所有高阻抗接地而避免火灾；发生电弧和电击时保障工作人员的人身安全，确保计算机系统设备的抗干扰能力和稳定运行。地线连接应注意：交流地与直流地不能短接或混接，否则会造成严重干扰。安全地系统也需要与交流、直流地系统分开，单独与大地相接。,6.供电系统为了保证计算机正常运行，供电系统的质量和供电的连续性至关重要。(1)对电源电压的要求电源电压为交流电压220V10%，电源频率为50Hz。电源电压及频率过高或过低将直接影响计算机的正常运行，因此必须具备一定的抗干扰能力。电压要相对稳定，因为电压波动将影响计算机的可靠运行。不能突然掉电。在计算机运行过程中，突然掉电有可能会造成文件丢失或损坏，划坏磁头，甚至会损伤磁盘驱动器。,(2)为了防止电源故障而影响计算机系统的可靠性，通常采用以下措施：供电功率留有足够的余量。采用噪扰抑制器对电器噪扰进行衰减，提高抗干扰能力。用UPS不间断电源作为备用电源，防止突然掉电。电源插座专用，不要与其它电器共用电源插座。电源插座最好配有5A的保险，防止因电源短路而损坏计算机内部器件。若没有UPS不间断电源而突然掉电，应立即关闭电源，等电源稳定后方能开机。,2.2计算机故障的分析,所谓故障是指造成计算机功能错误的硬件物理损坏或程序错误、机械故障或人为差错。若同一时间内只有一个故障，称为单故障，否则称为多故障。一个逻辑元件或电路由于某种原因导致其不能完成应用的逻辑功能，则称这个逻辑元件或电路失效。2.2.1计算机故障的分类对计算机中的故障，按物理起因和分析角度的不同，可分为多种类型。1.按影响大小分类,按故障对计算机的影响范围可将其分为局部性故障和全局性故障。按故障的相互影响程度又可将其分为独立型故障和相关型故障两种。局部性故障一般只影响某一个或几个功能，而计算机仍可以完成其它功能。全局性故障则会影响到整个计算机，使其丧失全部功能。例如，浮点运算部件有故障，只会使浮点运算错，打印机有故障只影响计算机输出打印，计算机仍可正常执行其它功能，而电源故障或时钟故障则使计算机不能工作。独立故障是由一个元件自身引起的故障，只影响到计算机的局部，不会导致别的故障。,如IY寄存器某一位损坏会影响到变址操作；扩充板上RAM某一位损坏，只会影响到该位信息的正确性。相关型故障是指一个故障与另外几个故障有关联，它们之间相互影响。例如，加法器故障不仅会使加法器运算出错，还会使加1计数出错，导致程序计数器出错，进而导致变址错，造成程序执行混乱。如DMA控制器故障不仅使软盘驱动器无法工作，也会使硬盘驱动器和磁带机无法工作。2.按持续时间分类计算机的故障按其持续时间可分为暂时性故障、永久性故障和边缘性故障。,暂时性故障占计算机故障的7080%，在有些文献中，暂时性故障常被称为间歇故障或瞬时故障，二者具有相近的含义，但不尽相同。瞬时故障是不可再生的暂时性故障，通常由(粒子辐射、电源波动等引起。它的特点是持续时间很短，时隐时现，往往不需要人工干预就可以自行恢复正常功能，对硬件没有物理损伤。在半导体存储器械中，它是器件故障的主要原因，因此无需修复。对于这种故障，通常采用指令复执或程序卷回重试予以克服。间歇故障是可再生的故障，可以有规律地出现。这种故障往往是由于振动、冲击造成的接触不良，或因环境条件变化，如温度、湿度、灰尘、烟雾等影响使局部有缺陷的元器件功能出错引起的。由于元器件老化、损坏引起的间歇故障，最终将变为永久性故障。,间歇故障是随机性的，因此又叫随机故障。它只能用概率方法来模拟。永久性故障是由于元器件失效、电路短路、开路、机械故障等物理损坏或程序中的错误造成的。这种故障的特点是故障现象可以重复出现，在无校正设备的情况下，只有人为干预才能恢复正常功能。如果对其不采取措施，故障就一直呈现某种状态。如触发器处于固定“1”状态，读出放大器始终输出“0”信号等故障就属于永久性故障。因材料缺陷，如硅片裂纹、表面效应、密封不好、连接不牢（如虚焊、脱焊）等，在某种应力条件下发生衰减畸变故障，或无缺陷而性能正常的元件因受到外界环境条件的影响而造成元件参数变差，并且逐渐损坏的元器件故障，称为边缘故障。,与间歇故障不同，它是元器件性能变差并且逐渐变坏引起的，而间歇故障中元器件往往并未损坏，仅是因某种原因导致功能暂不正常。3.按计算机软、硬件界面分类按界面分类，可将计算机故障分为硬件故障、软件故障、机械故障和人为故障等几类。硬件故障：指元器件、接插件和印刷电路板引起的故障。器件故障现象按其系统功能不同分为电源故障、总线故障、关键性故障和非关键性故障。电源故障是由于电源任何一路无输出信号或“电源好”信号失效而产生的；总线故障是由处理器模块损坏及系统总线故障，扩充总线驱动器及扩充总线故障、总线响应逻辑电路及总线等待逻辑电路故障而产生的；,关键性故障是由于中央处理器芯片或ROMBIOS芯片出错，无动态存储刷新信号、动态存储器基本64KBRAM芯片或行/列地址开关及数据收发器等出错而产生的故障；非差错性故障是由动态存储器高端RAM芯片出错或无同步信号，键盘控制芯片故障、软盘系统出错、系统DMA通道控制故障，RAM校验出错等产生的。(2)机械故障：指外围设备的机械部分所产生的故障，如打印机打印头断针、电机卡死或齿轮啮合不好，磁盘驱动器机械变形移位（磁头定位偏移），键盘按键失效等。(3)人为故障：指机器不符合运行环境条件要求或使用者操作不当而造成的故障。如键盘输入错误、插错电源、不按规则开机和关机，带电插拔扩充卡、电缆等。,(4)软件故障：指系统软件和应用软件本身的缺陷引起的故障，属于先天性设计故障。现代计算机系统和应用软件日趋多样化、复杂化，这种故障只有在软件设计中不断更新和完善，以及在使用中巧妙合理地设置运行环境才能解决。(5)病毒故障：由电脑病毒引起的故障。此故障虽可用硬件手段、杀毒软件和防病毒系统预防和解毒，但由于病毒的隐蔽性和多样性，其发展趋势很难被预测和估计。为了便于分析和处理故障，我们将上述故障统分为两大类：硬故障和软故障。硬故障主要是由于器件、接插件和印刷板的衰老、失效或损坏而引起的；,软故障则是由于用户对计算机内部参数设置、软件所需环境配置不当引起的软件不能正常执行的现象，或是由于病毒感染而使系统及软件遭到破坏的现象，或者是因为用户操作失误，造成对软件或数据的误删除、覆盖等现象。计算机系统故障的分类大体上如图2.1所示。2.2.2计算机故障产生的原因计算机故障发生的原因大致可分为以下几种。1.集成电路本身的缺陷计算机使用的集成电路器件，常有封装不严、键合不牢、硅片裂纹、氧化层针孔等缺陷。将有缺陷的集成电路器件装到计算机上，当机器工作环境条件发生变化时，就会出现故障，造成机器出错。,图2.1,2.静电感应使器件击穿失效计算机的MOS器件氧化层很薄，经不起静电的冲击。实践表明，静电是造成计算机损坏的主要原因，当操作人员穿尼龙或丝绸工作服、橡胶鞋走动或长时间工作时，往往会因磨擦产生静电。带静电的工作人员接触计算机或从计算机旁走过时，就会放电，使器件损坏或数据出错。3.电气干扰使机器损坏或数据出错电网电压忽高忽低、电源滤波器性能不佳、或机房电气接触不良，都会使计算机元器件击穿或使信息受到破坏。Intel公司对10000个Intel8080微处理器芯片经1280小时测试，发现8个片子失效，其中5个是因电源电压过高或过流而失效。,Motorola公司对358个微处理器片子经1000小时的测试，测试结果9个失效，大都是因电气干扰造成的。4.环境条件方面的原因温度、湿度过高过低，都会使计算机功能不正常。温度过高，会使电子器件的可靠性降低，导线变脆，还会加速磁介质及绝缘介质老化。湿度过高，会使密封不严的元器件引起腐蚀，使电路漏电；湿度过低，会使存储介质变形、翘曲，产生静电，造成元器件损坏。5.管理不善没有专门的计算机房、使用中又无任何保护措施、没有一定的使用管理制度、没有专人维护和管理，机器长时间放置在空气污浊、高温、高湿、强电磁场干扰的环境中，或长期放置在库房受潮、受腐蚀，或不按章办事滥用机器，随便开、关机器，使用中乱搬乱动设备，随便拔插电源，都会造成机器损坏。,或者机器尚未安装调试好，就开机使用，或使用中乱拉、乱插电源或插件，人为地拉断电线、损伤磁盘，或不按规程操作，扳错开关或用错命令，使机器出错或系统破坏，或因意外情况使软件受到破坏或出错等也会造成机器损坏。,2.3计算机故障的检测原则及方法,2.3.1计算机故障的检测前的准备1.充分了解机器，熟悉机器性能对于所调试、维护的计算机的结构、功能、特点，应通过阅读资料及上机实践搞清楚，弄清什么是正常现象，什么是非正常现象。2.掌握机器器件的主要参数和测试方法对于计算机系统中使用较多的集成电路器件，要熟悉其型号、管脚、电压、电流、清形等参数及测试方法，以便于正确判断片子的好坏。当被测组件损坏时，知道可用什么型号的组件来代替。3.熟悉计算机常用的测试仪器设备及诊断检查程序的功能及作用,在计算机的调试及维护、维修过程中，经常用到一些测试仪器设备和诊断测试软件。对这些测试仪器设备和诊断测试软件的功能、特征、使用方法及特点要搞清楚，熟悉计算机故障信息的输出形式、测试及查错方法。4.准备好一定数量板、卡部件备份，并使其处于完好状态5.认真做好故障记录计算机的故障具有连续性、偶发性等特征。为了便于分析故障的性质，便于检测和定位，应事先认真做好故障记录，并充分利用现有的故障统计软件包，捕捉故障现场信息。对于那些时隐时现的故障，要特别注意跟踪记录。,2.3.2计算机故障的检测原则1.采取先软后硬的原则当机器发生故障时，应先从软件上、操作系统上来分析原因，充分利用软件来为硬件服务，而不要急于去打开机箱。先用手中的检测软件和工具软件，Qaplus、Norton等进行检测，通过检测确定故障点或找到解决方法。如软驱不识别软盘了，则先应检查CMOS的设置是否正确，然后再分析具体是软盘的问题还是软驱的问题。即发生任何故障都应首先排除由软件引起的故障，然后再从硬件上逐步分析故障原因，动手检修硬件。2.采取先外设后主机的原则,当机器发生故障时，应采取先外设后主机、由大到小、逐步压缩、直到找到故障点的原则，仔细观察屏幕给出的错误信息及故障现象。首先应设法判断发生故障的系统部件，如键盘、显示器、鼠标、打印机等，先检查一下电源插好没有、信号线接好没有，端口接的是否正确等外界容易发生故障的地方。因为有些故障是由连接电缆外接插头引起的，可先解决这些外部设备问题，再排除其它设备故障，最后排除主机故障。其次，设法将故障范围压缩到板卡级，更换插件板即可排除故障。3.采取先电源后负载的原则,由于电源故障是全局性故障，因此，检修过程中应先检查电源部分，看看保险丝是否正常，直流电压输出（5V，12V）等是否正常，然后再检查各负载部件。4.采取先一般后特殊的原则故障分析过程中，应先考虑最可能、最常见的原因。如打印机突然不打印了，应先考虑可能是电源插头松动，或打印线缆有问题，尝试更换一条打印线缆；如不认光驱，则检查是否光驱驱动程序加载的不正确，也许很轻而易举地就解决了问题。若还不行，再分析特殊的原因。5.采取先公用后专用的原则,公用性总是往往影响一大片，而专用性问题只影响局部。如总线部分发生故障应先解决，然后设法排除某一局部问题。6.采取先简单后复杂的原则先解决简单容易的故障，再解决难度较大的问题。尤其当我们遇到一台故障较多的计算机时，应先易后难地排除故障。在解决简单故障的过程中，难度嵌套的问题往往也可能变得容易了；或在排除简单故障时受到启发，难题会比较容易地解决。在维修过程中，还应注意在弄清故障原因前，不能贸然加电。否则会造成更多的元器件被烧坏，使维修工作更加困难。,维修中，切忌带电拔、插。长时间查找故障，早已使你晕头转向，突然一个想法涌上心头，如果你不顾当前是开机还是关机状态，上去就拔插卡件，其后果则不堪设想。因为带电拔插控制卡会产生较强的瞬间反激电压，足以把芯片击毁。同样，带电拔、插键盘或串并口等外部设备电缆，常常造成相应接口损坏。2.3.3计算机故障的一般检测方法下面介绍几种检测和分析故障原因的方法。1.原理分析法按照计算机原理，根据机器安排的顺序关系，从逻辑上分析各点应有的特征，进而找出故障原因，这种方法称为原理分析法。,例如，在某一时刻，某个点应该满足哪些条件，这些条件正确的表现是怎样的，然后测试和观察该点的具体现象，分析和判断故障原因的可能性，缩小范围观察、分析和判断，直至找出故障原因。这是排除故障的基本方法。2.诊断程序测试法诊断程序测试方法简称“诊断法”，是采用一些专门为检查诊断机器而编制的程序来帮助查找故障原因，也是考核计算机性能的重要手段。诊断程序要尽量满足以下条件：第一，能较严格地检查正在进行的计算机的工作情况，考虑各种可能的变化。这样，不仅能检查系统各个部件（如CPU、存储器、键盘、显示器、打印机、软盘、硬盘等）的状况，而且能够检查整个系统的可靠性及系统的工作能力及部件之间的相互干扰。,第二，故障一经暴露，要尽量了解故障范围，范围越小越好，这样便于维修人员寻找故障原因，排除故障。诊断程序测试法包括简易程序测试法、检查诊断测试法和高级诊断法。(1)简易程序测试法：是指针对具体故障，通过编制一些简单而有效的检查程序来帮助测试和检测计算机故障的方法。这种方法依赖于检测者对故障现象的分析和对程序的熟悉程度。(2)检查诊断测试法：是采用系统提供的专用检查诊断程序来帮助寻找故障。这种程序一般具有多个测试功能模块，可对处理器、存储器、显示器、软硬盘、键盘和打印机等进行检测，通过显示错误码标志或发出不同声响，为用户提供故障原因和故障分析。,(3)高级诊断法：是利用厂家和软件供应商提供的诊断程序进行故障诊断，这种程序提供了多种菜单，菜单中又提供了多项选择检测项目。它可以对系统各部分，包括各种接口和适配器以及电缆进行检测，检测后通过反馈问题流程编码，使用户迅速找到故障原因。3.直接观察法直接观察法就是通过看、听、摸、闻等方式检查计算机比较典型或比较明显的故障。如观察计算机是否有异味和烟雾、异常声音、插头及插座松动。电缆损坏、插件板上元件发烫、烧焦、封蜡熔化、元件损坏或管脚断裂、机械损伤、卡死、接触不良、虚焊、断线等现象。,用手摸、眼看、鼻嗅、耳听等方法作辅助检查，一般组件外壳正常温度不超过4050摄氏度，手摸上去有点温，大的组件只有点儿热。如果手摸上去发烫，则该组件内部电路可能有短路现象，电流过大而发热，应将该组件换下来。一般机器内芯片烧毁时，会发出一种臭味，此时应关机检查，不能再加电使用。对电路板要用放大镜仔细观察有无断线、金属线、锡片、螺丝、杂物和虚焊等，发现后应及时处理，观察组件的表面字迹和颜色，有无焦色、龟裂、组件的字迹颜色变黄等现象，如有则更换此组件。耳听一般可听有无异常的声音，特别是驱动器更应仔细听，如果与正常声音不同，则应立即检修。,4.拔插法拔插法是通过将插件板或芯片“拔出”或“插入”来寻找故障原因的方法。此方法虽然简单，但却是一种非常有效的方法。这种方法最适用于诊断“死机”故障及任何显示都没有的故障。如计算机在某时刻出现“死机”或某个部件失灵现象，从理论上分析故障原因很难，甚至不可能，而采用拔插法可以迅速查找到故障原因。一块一块地依次拔出插件板，每拔出一块，即开机测试一下机器状态。一旦拔出某块插件板后机器工作正常了，即可确定故障原因就在这块插件板上，很可能是该插件板上的芯片或相关部分有故障。拔插法不仅适用于插件板，而且也适用于集成电路芯片。,例如：某IBM-PC/AT机开机后，出现故障报警，从现象上看，好像是电流太大引起的。那么故障究竟出现在哪里呢？根据一般经验，电流太大可能是由于短路或负载过大或电源本身的故障引起的。于是，将电源切断，用拔插法进行检查。(1)先将主机与所有外部设备的连接线拔出，再反顺序接通电源开关。若“报警”现象消失，则说明故障出在外部设备及其连线上。(2)若报警现象未消失，则切断电源后，将所有插件板拔下。开机后若报警消失，则关断电源，逐块插上插件板，逐次合上电源开关。若插上某块插件后，出现报警，则说明故障出现在这块插件板上，应仔细检查该插件板，看插件上是否有线路搭接、印制板短路现象，若有将其排除。,(3)若拔下所有插件板后“报警”现象仍然存在，则应仔细检查主板及主机机箱、电源，看有无短路现象。经查是电源插件导致“报警”。然后再用拔插元件的方法，逐一检查该插件上的有关元器件，发现是一滤波电容击穿。更换滤波电容后再试，上述故障现象消失，机器恢复正常。5.交换法交换法是把相同的插件或器件互相交换，以观察故障变化的情况，帮助判断寻找原因的一种方法。计算机内部有不少功能相同的部分，它们是由完全相同的一些插件或器件组成。例如内存储器由相同的插件组成，在外设接口板中串行接口（或并行接口）也是相同的，其它逻辑组件相同的就更多了。,如故障发生在这些部位，用交换法能较迅速地查找到。6.比较法比较法是用正确的参量（如波形、电流、电压等）与有故障机器的波形或电压及电阻值进行比较，检查哪一个组件的波形、电压、电阻与之不符，根据逻辑电路图逐级测量，由逆求源逐点检测，分析后确定故障原因。7.静态芯片测量和动态分析法(1)静态特征测量法就是把计算机暂停在某一特定状态，根据逻辑原理，用万用表等测量所需检测的各点电阻、电平、波形，从而分析判断故障原因的一种方法。,元器件故障大部分能用测量法来检查，但有的用这种方法，不能找出故障的原因，因为有的组件是一个脉冲或脉冲序列，无法用测量法来检查。况且有些故障在静态时不出现，只有在连续工作的动态情况下才出现，才能说明器件的某种动态参数有问题，引起了计算机的故障。(2)动态分析法就是设置某些条件或编制一些程序，让计算机运行，用仪器观察有关组件的波形或记录脉冲个数，并与正常情况相比较而找出故障。按照所测量的特征参量的不同，又可分为电阻测量法、电压测量法、电流测量法、波形测量法等。,8.升温法和降温法有时，计算机工作很长时间或环境温度升高以后会出现故障，而关机检查时却是正常的，再开机工作一段时间后又出现故障，这时可用加温法或降温法来确定故障。升温法，就是人为地将环境温度升高，用来加速高温参数较差的器件“故障发作”，来帮助查找故障原因的方法；降温法，是对怀疑有故障的部分元件逐一蘸点酒精进行降温处理。当某一元件降温后故障消失，说明该元件热稳定性差，是引起故障的根源。更换该元件可消除故障。,对同一故障而言，采用升温法和降温法效果相同。在确定了故障大致范围后，使用这种方法，简单、方便、易行。在故障检测与维修中，除以上这些方法外，还有电源拉偏法和综合法等。电源拉偏法是人为地将电源电压在器件允许范围内提高或降低，形成恶劣的工作环境，让故障暴露出来，从而进一步确定故障原因。在拉偏电源时应特别注意在电源允许范围内进行，以免电压过高造成其它元件的损坏，5V电压应在内4.8V5.2V之间进行观察。综合法是在采用某一种方法不能找出故障点时，可同时综合采用上述几种方法来检测和查找故障。它无疑是检测和维修计算机最强有力的手段。运用这两种方法一定要慎重。,2.4计算机硬故障的诊断和排除,2.4.1计算机硬故障的诊断及分析技巧计算机故障的发作大多是在机器启动过程中发出异常提示或信息的。那么，了解机器的正常启动过程是十分必要的。一旦启动过程中发现异常，便可根据现象判断故障所在。1.计算机正常启动过程计算机接通电源后，首先检查CPU，初始化CPU中的寄存器和ROMBIOS，以确保CPU正确读ROMBIOS程序；其次POST例程，检查计数器、刷新定时器和基本16KROM，检查显示缓存器、视屏信号、中断控制器和定时器，检查键盘功能、有关扩展I/O测试、先ROM，,图2.2,检查显示缓存器、视屏信号、中断控制器和定时器，检查键盘功能、有关扩展I/O测试、先ROM，再检查软盘子系统复位和寻道功能；最后是启动DOS操作系统（或Windows系统），将引导程序装入内存，由引导程序将DOS的三个主要文件装入内存，运行AUTOEXEC.BAT进入DOS。2.计算机硬故障诊断分析在计算机的启动过程之中，以初始化显示器为界，在这之前出现的故障称为关键性故障，在这之后出现的故障称非关键性故障。出现关键性故障时系统不能继续启动，整个机器处于“死机”状态，而出现非关键性故障时能将故障信息显示在屏幕上，根据屏幕提示可以继续整个启动过程。,(1)对于非关键性故障，一般比较容易处理，可采用简单的硬件技术、CMOS设置及各种工具软件技术来进行修复。如在分区及高级格式化已作好的机器上，开机后屏幕显示“Diskbootfailure，Insertsystemdiskandpressenter”，可能是硬盘类型错误。解决此类问题可以运行HardDiskUtility硬盘实用程序，让硬盘自行检测其所属类型，然后重新写入CMOS设置中，如果问题还没有解决，则采用杀毒软件对整个系统彻底清毒，若问题依然存在，则可能硬盘原始数据已丢失，需要重新对硬盘分区、格式化。若在启动过程中，屏幕提示“Keyboardnotinstall”，则应关闭机器，检查键盘与主机接口是否正常，如果连接正常但问题依然存在，则应检查键盘接口针是否完好，观察是否出现断针现象。,(2)对于关键性故障的解决则相对比较复杂，屏幕上往往没有任何故障提示，只有根据平时积累的经验，通过机器启动自检过程中报告错误时所发出的“嘟嘟”声的长短来判断，下面给出机器报错时所发“嘟”声次数及所对应的故障原因，如表2.1所示，仅供参考。(3)当计算机出现上述关键性故障及非关键性故障时，应根据计算机启动自检过程中的屏幕提示错误信息及所发出的“嘟”声次数，仔细观察，认真分析，及时确定故障原因，运用前面介绍过的各种故障分析方法，准确有效地排除故障。2.4.2主机板及其维护1.主机板,主机板又称系统板或母板，简称主板。是计算机的核心部分，其上装有CPU（centralprocessingunit，即中央处理单元）、ROMBIOS、RAM、输入/输出控制电路、扩充插槽、键盘接口、面板控制开关、直流电源供电接插件、与指示灯相连的插件等等。计算机的质量与主板的设计和工艺有很大关系，而计算机的运行速度快慢取决于四个方面：处理器的运行速度、硬盘的存取速度、时钟频率和数据总线的传输速度。因此，自计算机诞生至今，无论是生产厂家还是用户，都十分注重主板的体系结构和加工水平。2.主板的分类,国内外的主板有SUPER、ETEA、AIC、OPTI、UMC、SIS、MB、HT、海洋、大众、INTEL、联想、联讯等。按所配用的CPU来分类，可以分为XT主板、286主板、386主板、486主板、Pentium（586）主板、P6（686）主板等类型。按使用的总线方式分类，可分为ISA总线主板、ESIA总线主板、VESA局部总线主板（VL总线主板）、PCI局部总线主板等类型。按主板的结构特点分类，可分为基于CPU的主板、基于适配电路的主板、一体化主板等类型。按制作电路板的工艺分类，可分为双层结构板、四层结构板、六层结构板等。按元件安装及焊接工艺分类又有表面安装焊接工艺板和DIP传统工艺。,3.主板的识别识别PCI主板的方法是：传统的ISA扩充槽只有四五个，其它则为白色的PCI扩充槽，长度与VESA扩充槽一样。这种接口是Intel为发挥Pentium的性能而设计的。识别VESA主板的方法是看ISA扩充槽的下面是否设有两个或三个长约8公分咖啡色的VESA扩充槽，有VESA扩充槽者便是VESA主机板。主板的具体识别可以通过“看”、“听”、“测”三种方法来完成。“看”是指观察主板的质量、产品标记、检验标记，并阅读使用说明书（用户手册）等；“听”是指注意了解产品的销售和实际使用情况，即了解产品的使用效果、测试情况、可靠性、兼容性等；,“测”是指对主板进行检验测试，目前主要采用的方法是软件测试。通过软件测试，尽可能地了解所配备的机器及相关外设（键盘、鼠标、电源、软盘驱动器、硬盘驱动器等）的具体性能。具体测试方法有两种：(1)用专门的测试软件进行测试。目前比较好的测试软件有Qaplus、PCBench、WinBench、Winstone等。这种方法简便、易行。(2)选几种实用软件进行实际工作测试，观察这些软件是否能正常工作，测试主板对各种软件的兼容性如何。此方法不够全面，可靠性差。4.主板的安装主板的安装比较简单，一般都是平放在机箱的下面，用螺钉将其固定。,安装过程中的关键环节是跳线和接线。安装跳线时一般根据用户使用说明书的具体条款进行。接线时，插不进去的地方不可以强行插入，因为插头和插座是配对的，不同的插头不能插在不对应的插座上。其次，不可以错位插，如果插头有4个接点，一定要对应插在插座的插孔中，不能3个接点插在插孔内，1个接点插在插孔外。5.主板上的插槽与连线在了解了主板的组成、分类及安装之后，还应了解一下主板上的各种插槽及连线，这在故障分析过程中也是必不可少的。主板上的插槽及连线主要可分为扩展槽、键盘插槽、电源插槽及部分其它连线。(1)扩展槽,主板上的总线平行地与扩展槽相连，数据、地址及各种控制信号均由主板通过扩展槽送到选件板，再传送到与计算机相连的外部设备。总线是CPU与存储器、处理器及外部设备通信的地址线、控制线等信号线的集合。控制总线用于传送各种控制信号；地址总线为寻址的总线；数据总线则为CPU与存储器和CPU与I/O接口之间双向传送数据。一般常见总线类型可分为ISA、MAC、EISA、VESA及PCI等，每种总线均有各自类型的扩展槽。ISA（IndustryStandardArchitecture，工业标准体系结构）总线,ISA扩展槽在主板上的颜色为黑色，有8位及16位之分，8位的卡可插在16位扩展槽内，但16位卡只能插在16位扩展槽上，否则将不能正常工作，其传输速率为8MB/S。MCA（MicroChannelArchitecture，微通道体系结构）总线MCA总线的传输速率为40MB/S，大大提高了CPU的处理速度。EISA（ExtensionIndustryStandardArchitecture，扩展工业标准体系结构）总线ESIA扩展槽在主板上的颜色为咖啡色，其高度、长度、外型均与ISA总线相同，但深度ISA总线要大。EISA扩展槽既可插ISA卡也可接EISA卡，其传输速率为33MB/S。,VESA（VideoElectronicsStandardAssociation，视频电子标准协会）总线VESA扩展槽颜色为咖啡色，位于16位ISA扩展槽下面，其传输速率为132MB/S。PCI（PeripheralComponentInterconnect，外设部件互连）总线PCI扩展槽颜色为白色，位置与ISA扩展槽平行，只可插PCI接口卡，其传输速率为132MB/S。(2)电源插槽所有接口卡、主板、键盘都是由电源插槽供电的，PC-XT电源插槽有两条可连接，编号为P8、P9，具体端口含义如表2.2所示。,(3)键盘插槽键盘插槽外型为圆形，插座和插头都是5针接口，其各端口的具体含义为：1-键盘时钟；2-键盘数据输入与输出；3-保留；4-接地；5-+5V电源。6.主机板的常见故障分析根据前面介绍的方法，采取先软后硬的方法。先查由CMOS设置不当及病毒导致的故障，然后再检查硬件故障。排除了软件故障以后，才可打开主机箱。首先检查电源是否完好，用万用表测量输出电压（5V，12V）是否正常。若正常，再看电源输出的POWERGOOD（电源好）信号（此信号是用来复位CPU并启动运行BIOS中的程序的）。若“电源好”信号正常，则可采用拔插法来减少I/O设备，进一步缩小故障范围。,方法是从主板上逐个取下I/O插槽中的各种控制卡及各种I/O设备插头，拔插控制卡的顺序是：先取下内存卡，然后依次取下串行/并行接口卡、硬盘控制卡、软盘控制卡、显示卡。每取下一块卡后，将机器加电重新启动一次，观察故障现象是否消除或变化。若取下某块卡故障消失了，则可初步确定故障出在刚刚取下的这块卡上。再继续对该卡进行检查，若全部取下控制卡后故障仍存在，则可拔下键盘和显示器插头。若仍无任何反应，则可确定是系统板故障，最后检查主板故障。主板上大多数芯片都是焊死的，但也有一些芯片装在芯片插座上，可以拔下来（如CPU、RAM、ROM等），可通过静态或动态测试法来确定故障芯片，更换这些芯片后即可排除故障。,静态测试一般分为目测、测电阻和测电压等几种方法。(1)目测当维修有故障的主板时，首先检查该主板插头是否松动，用手按压管座的活动芯片，是否存在接触不良，然后检查主板的元器件间是否因掉进异物而造成短路，再检查主板上是否有烧焦的地方，印刷电路板上的线路是否断裂等等。并随时用万表测量故障点，以证实自己的判断。在整个维修过程中，目测是十分关键的。(2)电阻值的测量,目测若没有发现疑点或已将疑点排除，可采用加电测试。为防止意外，加电前应先测量主板上的电源+5V与地之间的电阻值，即测量芯片电源的引脚与地之间的电阻值，未插入电源插头时，该电阻值一般应为300，最低不应低于100。如果阻值过低甚至为0，说明有短路发生。再用小刀刻断某些引脚，以缩小故障范围，直至找到短路元件。(3)电压的测量若上述方法均未见效，则可加电测量电源的5V和12V。若发现某电压值偏离标准值太远时，可通过分隔法或刻断某些引线或拔下某些芯片的方法再测电压。当刻断某条引线或拔下某块芯片后电压变为正常，则该引线引出的元器件或拔下的芯片发生了故障。,例如：一台CPU为Cyrix6X86-P150的计算机，运行Windows95时，突然莫名其妙地重新启动，两分钟后又死机了，而且关机后再开机，又出现类似现象。故障分析：首先运用各种杀毒软件排除病毒原因。然后打开机箱，开机，发现CPU风扇不转，散热片烫手，用手转动风扇可以转动，但有摩擦声，并在某处停止。判断是风扇外壳变形卡住扇叶，因CPU不能及时散热而温度骤升，导致上述故障。将风扇壳校正，开机后故障消失。小结：Pentium以上计算机工作时，内部温度很高，对CPU风扇依赖很强，因此一定要注意风扇质量，选择正方形外壳，金属扇叶转动流畅的，以免因小失大毁坏昂贵的主板。,7.主机的使用与维护主机是计算机系统的核心，约占总体价值的40%，包括系统板、电源、多功能卡等，因此在使用过程中，要注意加以维护。具体维护有以下几方面内容：(1)开机后，切记不可带电拔插主机与其它设备的连接线以及扩展槽上的硬件，一定要在断电后拔插。(2)严格遵守开关机规程，开机时，先开外设后开主机，关机时，先关主机再关外设。(3)在开机状态下，绝对不允许搬运主机。(4)主机不宜频繁启动、关闭。开关主机应有10秒钟以上间隔，切记引导过程中关机，关机时应注意先将软件逐层关闭，再退到DOS或Windows系统下关闭，正常退出可以避免丢失数据或引起软故障。此外，热启动的电流冲击比冷启动小，因此要尽可能减少冷启动的次数。,(5)不可随意打开机箱，更不可在运行时去摸元件或电路板，那可能烧毁电路板卡。(6)不要将装有任何液体的容器放在主机箱上，以免引起机内短路。(7)开机后，机箱内有电源的小风扇轻微而均匀的转动声。若声音异常或风扇停转，要立即关机。风扇停止转动，会使内部散热困难，时间长了会烧毁电路。(8)定期对主机箱进行除尘，保持主机内清洁。2.4.3中央处理单元（CPU）1.CPUCPU是计算机的心脏，主要功能是执行程序指令，完成各种运算和控制功能。IBM及兼容PC机选用Intel公司的微处理器芯片，具有良好的兼容性，且功能在不断增强。,不同类型的CPU需要相应的芯片组配合，因此，主机板也因CPU的不同需要不同的线路设计，以匹配所采用的芯片组。换句话说，386DX的主板只适合于386DX的CPU，486的主板只能适合486的CPU。由于386与486的特性相差不大，于是有的厂商推出能同时适合386与486CPU使用的芯片组，即所谓386/486主板，通过几个跨接线的调整，可决定芯片组支持哪一种CPU。2.CPU的种类(1)了解目前不同厂家的CPU生产CPU的厂家有Intel、AMD、Cyrix、TI等等，计算机市场上286、386、486、Pentium、PentiumII、PentiumIII等，实质上指的就是CPU。,CPU的主流产品是Intel的86系列，IBM自从选定Intel86系列为其个人电脑的CPU以来，个人电脑的演变就相当于86系列的进化史。86系列的演变如表2.3所示。(2)SX与DX不同点SX和DX在不同型号中代表的含义不同，386不含FPU，SX外部16位，DX内外都32位；486全32位，SX不含FPU，DX含FPU。型号后面的数字表示时钟频率，数字越大，时钟频率越高，CPU速度越快。DX比同类SX价格高，SX一般称为准多少位，如486SX称准32位CPU，586为准64位CPU。3.CPU的测试,对CPU的测试主要测试速度，看其各项指标是否与标定的相同。目前测试CPU的软件较多，下面简要介绍较为流行的美国Landmark公司研制的CPU测试软件。(1)测试说明CPU/FPU测试，屏幕所显示的CPU和FPU速度是相当于装有80287协处理器的IBMAT工作在6MHz的相对速度，这个速度不是实际CPU/FPU时钟频率。CPU测试CPU处理器显示指令缓存的效率。FPU测试准确地反映了CPU-FPU配对系统结构的高性能。屏幕修改程序同时执行CPU和FPU测试程序，每4秒钟修改显示1次。,时钟速度/多任务，不影响实际CPU时钟速度，但会降低测试软件的运行速度。阅读结果变动，测试过程中，应注意CPU和FPUMHz值的微弱变化。视频测试，检查CPU往视频内存传送数据的速率，显示的数字是数据被读或显示的最大速度。视频测试检测视频适配卡类型、显示类型和厂商名称。若不能决定厂商名称，将显示通用类型，如CGA，EGA，VGA等。视频/系统设计，视频适配器设计、CPU速度和系统板设计都会影响视频测试结果。在低速系统中，视频适配器的功能难以发挥。另一方面，低速适配器在显示强度大的应用系统中影响快速系统性能。,视频BIOS测试并不显示BIOS显示速度，因为流行的直接写屏技术并不使用BIOS，大多数VGA适配器所使用的程序都是将显示BIOS程序装入系统RAM以最快速度运行。所有的测试结果都显示在变化的刻度上，缺省刻度对每种CPU均有效，缺省速度光条是以黄色显示。该程序可将系统性能和CPU型号的极限速度进行比较。(2)测试注意事项运行该测试程序时，谨防激活病毒，否则将直接影响所测试的速度值。在DOS平台中，改变CONFIG.SYS中BUFFERS的数值，可改变SPEED装入内存的地址，这也将影响测试的速度值。,该测试方法是基于16位PC的，在测试386、486机器时，所测试速度与机器的内存管理方式和该测试软件在内存中的存放位置有关。因此，在同一台PC上，在不同使用情况下，所测出的速度值可能会有差异。为测试指令真实的最高速度，测试时不应驻留任何程序和设备驱动程序（如HIMEM.SYS和EMM386.EXE等）。因为这些程序在后台执行，影响测试软件运行。4.CPU的安装目前，CPU的功能越来越强，尺寸也越来越大，Pentium的芯片上面还有1个风扇。CPU芯片都是拔插式的，芯片的接脚有100多个，采用ZIF（zeroinsertionforce）CPUSOCKET插槽。,ZIFCPUSOCKET有大小之分，既有专用的，也有486、586共用的。当插槽比CPU大时，四边留空要一致。将CPU放进插槽后，将拉杆向下压紧，CPU的安装过程即告完成了。2.4.4存储器主板上的存储器有多种形式，如：基本输入输出系统、键盘输入输出系统、静态存储器、动态存储器、CMOS等。(1)RAMRAM（randomaccessmemory）是随机存储器，通常讲的PC机内存就是指RAM，它为操作系统、应用程序及用户数据提供内存。RAM既可读也可写，但是一旦电源关闭，存于其中的数据将会全部丢失。,RAM有四类：即DRAM、SRAM、CMOSRAM、VRAM。DRAM（dynamicrandomaccessmemory，即动态RAM）优点是价格低廉，缺点是占用系统时间。它的基本单元为电容单元（识别0或者1），而电容不能长久保持它的电荷，因此DRAM必须定期刷新，否则会丢失数据。SRAM（straticrandomaccessmemory，即静态RAM）不需要定期刷新，比DRAM速度快得多，但价格贵。CMOSRAM（互补金属氧化物半导体RAM）消耗能量少，目前大多数PC机都用电池供电的CMOSRAM来存储配置信息。,VRAM（视频RAM）是双端口的，允许双向同时从中存取数据。(2)ROMBIOSROM（readonlymemory）是只读存储器，用来存储机器的基本输入/输出程序（通常称为ROMBIOS程序）。这些程序包括：开机自检程序POST（power-onselftest），载入引导程序，外部设备（显示器、键盘、磁盘驱动器、打印机和异步通信接口等）驱动程序和日历时钟控制程序。这些程序永久地保留在ROM芯片中，关机或掉电都不会使其中的内容丢失。ROMBIOS又称为SYSTEMBIOS。,在主板上可以看到ROMBIOS芯片，因为该芯片上面印有BIOS字样。由于在ROM中执行程序比在DRAM中更费时间，因此BIOS提供了将本身的程序代码拷贝到DRAM上执行的功能，称为SHADOWRAM（影子RAM）。(3)键盘输入/输出系统除了SYSTEMBIOS外，键盘也有自己的KEYBOARDBIOS。不过该BIOS并不是ROM，而是一块芯片，它有自己的CPU。KEYBOARDBIOS除了接收来自键盘的信息外，还负责A20地址线的切换。CPU从实模式切换到保护模式便是通过A20地址线实现的。A20为0时，CPU工作于实模式，当A20切换为1时，便可进入保护模式。,(4)静态存储器静态存储器就是一般所说的外部高速缓存（ExternalCache），它的速度约为DRAM的3倍。现在的主板大多设定了外部高速缓存，利用SRAM比DRAM快的特点，把DRAM中常用到的内容保留在SRAM内让CPU读取，自然可以提高整体效率。一般地，无论386或486，只要有64KCache，速度即可提高50%，由此可见Cache的重要性。外部Cache由Tag（标识）与DATA（数据）组成，它们都使用SRAM。当CPU由低向高升级的时候，一个重要的问题是检查原来的SRAM速度是否能适应高速CPU，若SRAM不匹配，则会出现死机现象。,(5)CMOSCMOS是一种耗电少的存储器，计算机中CMOS常用来存储日期、时间、系统参数等。在CMOS中有一个SETUP程序，它可以设置和修改系统日期、时间、系统参数，若CMOS中的内容丢失，则机器不能启动。CMOS一般是靠电池供电。2.4.5电源的使用和维护1.计算机电源工作原理计算机电源的功能是向计算机系统提供直流电源。通常，计算机所需的直流电压分为四类：即+5V、+12V