Исследование батарейной КМОП – памяти (CMOS Memory).

Цель работы: Изучить назначение и исследовать режимы работы CMOS Memory.

Hазначение: Батарейная память и часы CMOS Memory and Real Time Clock (RTC) – предназначены для хранения информации о конфигурации компьютерной системы и выполняют функции часов – календаря в АТ- машинах.

1. Стандартное назначение ячеек CMOS RTC.

В РС ХТ конфигурация оборудования (объем памяти, количество и тип дисководов и т. п.) задавались вручную 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 выключении компьютера осуществляется от батарейки. В ту же микросхему поместили и часы календарь, также питающиеся от той же батарейки. Эта память и часы SMOS RTC стали стандартным элементом архитектуры РС. Содержание этой памяти и дату сначала модифицировали с помощью внешней загружаемой утилиты SETUP, а позже эту утилиту встроили в BIOS. Микросхемы CMOS RTC имеют встроеную систему контроля непрерывности питания, отслеживающую и разряд батареи ниже допустимого уровня. Достоверность информации конфигурирования проверяется с помощью контрольной суммы.

Доступ к ячейам 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 необходимы программная задержка, например, командной JMP.

Назначение ячеек CMOS RTC приведено в табл. 1

Таблица 1. Стандартное назначение ячеек CMOS RTC

Индекс	Назначение
00h-09h, 32h, (37h в PC/2)	Я чейки RTC в ВСD – формате 00 – секунды; 01 – секунды будильника; 02 – минуты; 03 – минуты будильника; 04 – часы; 05 – часы будильника; 06 – день недели; 07 – день месяца; 08 – месяц; 09 – год (2младшие цифры года); 32h – век (2старшие цифры года); 37h – век (2 старшие цифры года) в PC/2
0Аh	RTC Status Registr A (статус регистр): Бит 7 – обновление времени: 0 = готов к чтению Биты [6: 4] – делитель частоты, для 32,768 кГц – 010 Биты [3: 0]=0110 – входная частота меандра 1024 Гц
0Вh	RTC Status Registr B (статус – регистр): Бит 7 – остановка часов 0 = нормальный ход Бит 6 – разрешение периодических прерываний: 0 = Запрещено Бит 5 – разрешение прерывания от будильника: 0 = Запрещено Бит 4 – разрешение прерывания по окончании смены времени: 0 = Запрещено Бит 3 – разрешение выходного меандра: 0 = Запрещено Бит 2 – BCD/BIN формат: 0 = BCD Бит 1 – 12 / 24 – часовой режим: 1 = 24 – часовой. Бит 0 - зимнее / летнее время: 0 = Переключение запрещено
0Сh	RTC Status Register C – чтение флагов идентификаторов прерывания: Бит 7 – IRQF – общий запрос прерывания Бит 6 – PF – периодические прерывания Бит 5 – AF – прерывания от будильника Бит 4 – UF – зарезервированы Биты [6:0] - зарезервированы
0Dh	RTC Status Register D: Бит 7 – питание: 1= норма, 0= разряд батареи Биты [6:0] - зарезервированы
0Еh	POST Diagnostik Status Bute: Бит 7 – 1 = Power Lost – терялось питание CMOS Бит 6 – 1 = Checksum Baol – ошибка контрольной суммы CMOS Бит 5 – 1 = Bad config – ошибка контролирования Бит 4 – 1 = RAM Size Error - несоответствие размера ОЗУ, определенного тестом, записи в CMOS Бит 3 – 1 = HDD Error – ошибка при инициализации жесткого диска Бит 2 – 1 = Time Valid – нет формальной ошибки часов – календаря (30 февраля, 25 часов). Биты: [1:0] – зарезервированы
0Fh	Shutdown Code используется POST для определения предыстории останова: 00 = аппаратный или программный сброс; 01 = размер памяти определен; 02 = тест памяти прошел; 03 = тест памяти выявил ошибку; 04 = POST завершен, идет загрузка системы; 05 = JMP FAR [0:467h] с инициализацией контроллера прерываний; 06 = тест защищенного режима прошел; 07 = тест защищенного режима выявил ошибку; 08 = ошибка при определения размера памяти 09 = перемещен блок Extended Memory (INT I5h); 0А – JMP FAR [0:0467h] без инициализации контроллера прерываний; 0В = используется 80386.
10h	Типы HГМД: Биты [7:4] – дисковод А Биты [3:0] – дисковод В 0 = нет, 1 = 360 кБайт; 2 =1,2 Мбайт; 3 = 720 Кбайт; 4 = 1,44 Мбайт
11h	Зарезервировано
12h	Типы НГМД: Биты [7:4] – привод 0; Биты [3:0] – привод 1; 0 = нет, 1-Еh = типы 1 - 14, F = тип в байте 19h (для второго привода) – в 1А h
13h	Зарезервировано
14h	Установленное оборудование: Биты [7:6] - количество НГМД: 00 = 1, 01 = 2 Биты [5:4] - тип первичного видеоадаптера 00 – EGA или VGA 01 – CGA, 40 столбцов 10 – CGA, 80 столбцов 11 – MDA, 80 столбцов Биты [3:2] – зарезервированы Бит 1 -1 = есть математический сопроцессор Бит 0 - 1= есть НГМД
15h – 16h	Размер базовой памяти, Кб (Low / High) 0280 h = 640к
17h – 18h	Размер расширенной памяти, Кб (Low / High)
19h – 1Ah	Расширенный тип диска C,D
1Bh – 2Dh	Зарезервированы
2Eh – 2Fh	Контрольная сумма CMOS c 10h no 20h (Low / High)
30h – 31h	Реальный размер расширенной памяти, Кб (Low / High)
32h – 33h	В PS / 2 контрольная CRC - сумма CMOS c 10h no 31h Кб (Low / High)
33h	Флаги POST: Бит 7 – наличие 128 Кбайт ОЗУ под границей 1Мбайт: 1 = есть, доступна теневая память Бит 6 - флаг SETUP 1 = первая загрузка после выполнения SETUP Обычно установлен 0
34h – 37h	Зарезервированы (можно писать свою информацию для привязки ПО к машине)
38h – 3Fh	В PS / 2 пароль, доступ по несуществующим адресам 78h – 7Fh

Свободные ячейки CMOS RTC иногда используют для привязки ПО к конкретному компьютеру (системной плате). Эта привязка выполняется в процессе инсталляции ПО, и если не сохранить образ СМОS на диске, то при разрушении информации в СМОS (например из-за разряда батарейки) пользователь потеряет право на использование ПО. По этой причине такой способ привязки нельзя считать корректным, поскольку изготовитель ПО на себя ответственность за батарейку, естественно, не берет.

В преддверии 2000 года с его проблемой «двух нулей» обратим внимание на формат представления даты: первоначально под год отводился лишь байт 09 (две младшие цифры), старшие подразумевались равными 19. Впоследствии (386-е и старше) добавили еще один байт для века (32h или 37h), однако он автоматически (аппаратно схемой RTС) при переходе от 1999 до 2000 года инкрементируется не всеми таймерами. В таком случае после Нового 2000 - го года его можно установить и вручную (до инкремента в 2099 году эти компьютеры вряд ли доживут). Однако и здесь возможен подвох – не во всех версиях BIOS на XXI век правильный календарь- дни недели, указанные в календаре BIOS SETUP могут не совпадать с реальными. Дни недели календаря BIOS используются только при ручной установке даты – ОС использует свои календари. А вот неверный отсчет високосных годов может исказить дату.

2. Питание и обнуление CMOS.

Для питания энергонезависимой памяти конфигурации компьютера (CMOS) на системной плате устанавливается литиевая батарейка. Она имеет нормальный срок жизни в несколько лет. О необходимости ее замены говорит сообщение “ CMOS Battery State Low” или “CMOS CHECK Sum Error” во время выполнения POST, обычно появляющегося после длительного (несколько дней) перерыва в работе машины. Первым признаком необходимости ее замены может быть и остановка внутренних часов – календаря при выключении машины. Иногда установки SETUP из-за разряда батареи теряются и без диагностических сообщений.

Новую батарейку можно подключить к контактам разъема внешней батареи (Ext.Bat)

Имеющегося на большинстве системных плат (рис 1).

а) б) в)

+

3 В

_

Рис.1. Подключение внешней батарейки и обнуление CMOS: а – работа от внутренней батарейки; б – от внешней; в – обнуление CMOS.

Назначение контактов приведено в таблице 2.

Таблица 2. Разъем питания CMOS

Контакт	Сигнал
	+ Ext.Bat + Int. Bat + UCMOS + GND

Перемычка:

2-3 – нормальная работа от внутренней батарейки;

3-4 – стирание информации CMOS.

1-4 – подключение внешней батарейки.

Разъем подключения внешней батарейки используется и для обнуления CMOS. Такая необходимость может возникнуть, например, при утере входного пароля, заданного в BIOS SETUP (или необходимости его «взлома»). Теоретически для этого достаточно при выключенном компьютере на несколько минут переставить перемычку в положение, показанное на рисунке 1,в.

Иногда для сброса пароля предназначен отдельный джампер или переключатель (применяется если пароль хранится не в CMOS, а в NVRAM). В этом случае, переключив джампер, компьютер необходимо включить – только тогда пароль будет сброшен, после чего вернуть в исходное состояние.

Кроме информации SETUP в CMOS может быть записан ключ привязки какого-либо прикладного ПО к конкрентной системной плате, и при обнулении CMOS ключ будет утерян. Так, например, легко «убить» легальную копию пакета «1С – Бухгалтерия». Для страховки от подобных неприятностей, после установки подобных защищенных продуктов следует сохранить в файле содержимое CMOS. Это позволяет сделать, например, тестовый пакет QAPLuS.

Однако бывают случаи, когда этими штатными способами пароль не сбросить. Тогда есть еще способ – закоротить выводы микросхемы CMOS памяти при отключенном питании и отключенной батарейке. Для этого кусочек фольги прикладывается сверху к микросхеме и аккуратно приглаживается к выводам по периметру корпуса.

3. Причины разрушения информации CMOS, и способы их поиска

Периодическое разрушение информации CMOS при включении питания может быть вызвано вовсе и не батарейкой, а недостаточной задержкой сигнала Power Good относительно момента установления питающего напряжения или, наоборот, излишней задержкой этого сигнала после выключения источника. Определить причину можно таким образом, Если перед включением питания удержать нажатой кнопку RESET и отпустить ее только через несколько секунд, этим в большинстве случаев имитируется увеличение задержки сигнала Power Good. Если при таком способе включения данные CMOS сохраняются, дело в малой задержке при включении. Если данные CMOS все равно теряются, нужно проверить версию задержки при отключении. Для этого кнопку RESET следует нажимать перед выключением питания и удерживать еще несколько секунд – этим имитируется ускорение снятия сигнала Power Good. Если при таком способе выключения данные CMOS сохраняются, дело в большой задержке при выключении. В обоих случаях требуется замена или ремонт (подстройка) блока питания.

Варианты индивидуальных заданий к работе «Исследование батарейной КМОП – памяти.

Вариант	Индексы ячеек	Контрольный вопрос	Признак неисправности
	00h-09h,32h 0Fh,11h 14h 0Eh 0Ah
	0Bh 0Ch 0Dh 0Eh 0Fh
	33h 17h-18h 15h-16h 10h 12h
	19h,1A 13h,14h 2Eh-2Fh,11h 0Ah,13h 0Bh
	0Eh 0Dh,11h 0Fh 17h-18h 19h,1Ah

В соответствии с индивидуальным заданием необходимо:

- По заданному индексу ячейки привести формат, назначение бит, составить программу доступа к ячейке, просмотреть ее содержимое и прокомментировать.

- По контрольному вопросу ответить письменно на заданный вариант.

- По признаку неисправности описать причину и способы устранения. Варианты признака неисправности: 1 – проблема представления даты в 2000 году; 2 – сообщение «CMOS Battery State Low»; 3 – останов часов – календаря при выключении ПК; 4 – утеря входного пароля; 5 – разрушение информации CMOS при включении питания; 6 – разрушение информации CMOS при выключении питания.

Порядок выполнения работы

1. При домашней подготовке изучить назначение CMOS RTC, стандартное назначение ячеек и способы доступа к ней.

2. Составить программу чтения / записи содержимого CMOS RTC согласно индивидуального задания.

3. Выключить компьютерную систему, показать работу программы.

Содержание отчета

1. Результаты выполнения индивидуального задания

2. Тип микросхемы CMOS RTC, используемой в ПК и ее емкость.

Контрольные вопросы

1. Назначение CMOS RTC

2. Объясните механизм контроля непрерывности питания CMOS и достоверности информации конфигурирования

3. Перечислите ячейки RTC и как к ним осуществляется доступ?

4. Объясните проблему «двух нулей» представления даты в преддверии 2000 года.

5. Объясните признаки необходимости замены батарейки питания CMOS RTC и как подключить новую батарейку?

6. Когда возникает необходимость и как осуществить обнуление CMOS RTC?

7. Объясните возможные причины разрушения информации CMOS, как они отыскиваются и устраняются?

8. Перечислите ячейки CMOS, используемые программой POST и как к ним осуществляется доступ?

9. Сведения о каком оборудовании ПК заносятся в CMOS?

10. С какой целью и как могут использоваться свободные ячейки CMOS RTC?

Литература

1. Борзенко А.Е. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. – 2-е изд.,перераб. И доп.-М: ТОО фирма «Компьютер Пресс», 1997.-344с., с100-106.

2. Гук М. Аппаратные средства IBM PC, второе издание – СПб.: Питер, 1997.-228с., с-81-85.

3. Гук М. Аппаратные средства РС. Энциклопедия.- СПб: Питер КОМ, 1998.-816с. 89-92, 177-179.

Дата добавления: 2015-07-11