計(jì)算機(jī)組成硬件實(shí)驗(yàn)箱故障診斷維護(hù)

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摘要：通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件綜合實(shí)驗(yàn)箱在微程序狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)各指示燈的變化狀態(tài)，結(jié)合微程序代碼表及長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套基于微程序代碼表的維護(hù)方案和故障處置方法。同時(shí)，也舉例說(shuō)明實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的故障處置要點(diǎn)。不但能有效提高設(shè)備完好率，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開(kāi)展，還極大減輕硬件維護(hù)人員的維護(hù)工作量。

關(guān)鍵詞：硬件綜合實(shí)驗(yàn)箱；微程序代碼表；維護(hù)；故障診斷

引言

《計(jì)算機(jī)組成原理》是高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程與管理、軟件工程等多個(gè)專業(yè)的硬件基礎(chǔ)課程，也是計(jì)算機(jī)硬件課程體系中的核心環(huán)節(jié)[1,2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為該課程理論教學(xué)的重要補(bǔ)充，有著至關(guān)重要的作用。該課程實(shí)驗(yàn)的載體——計(jì)算機(jī)硬件綜合實(shí)驗(yàn)箱（清華大學(xué)科教儀器廠生產(chǎn)的TEC-8）使用率高，使用人員多，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于使用人員種種不規(guī)范的操作，及接觸點(diǎn)氧化導(dǎo)致開(kāi)關(guān)接觸不良、靜電影響等，致使該硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的故障處理與維護(hù)相當(dāng)繁雜[3]，維護(hù)工作量大。有部分學(xué)者致力于組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的開(kāi)發(fā)和研究，不過(guò)對(duì)于硬件實(shí)驗(yàn)，虛擬仿真的環(huán)境并不能完全取代真正的硬件環(huán)境，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力還得需要在硬件實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行磨煉與提升[4]。由于硬件實(shí)驗(yàn)箱沒(méi)有還原系統(tǒng)，沒(méi)有開(kāi)機(jī)檢測(cè)功能，也沒(méi)有一套標(biāo)準(zhǔn)的維護(hù)方法，維護(hù)時(shí)只能每臺(tái)通電測(cè)試，由維護(hù)人員做部分計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，然后憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷是否有故障或故障在哪，再不然就郵寄返廠維修。不僅耗時(shí)而且還嚴(yán)重影響設(shè)備完好率，不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開(kāi)展。

1硬件實(shí)驗(yàn)箱維護(hù)與故障診斷

圖1是TEC-8實(shí)驗(yàn)箱面板功能示意圖。

1.1基于微程序代碼表的快速維護(hù)

打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱，編程開(kāi)關(guān)下?lián)艿健罢！保刂妻D(zhuǎn)換處“微程序”，DZ1正常位（短接左、中腳），DP為1，實(shí)驗(yàn)箱接通電源，按復(fù)位按鈕CLR，即表示置當(dāng)前微地址uA5～uA0為00H，后繼微地址NuA5～NuA0為01H，參見(jiàn)該實(shí)驗(yàn)箱對(duì)應(yīng)的微程序代碼表，如表1所示部分微程序代碼表[5]。此時(shí)，P0、NuA0、SEL1、SEL0燈亮（在代碼表中顯示為1即高電平），其余燈滅，表示實(shí)驗(yàn)箱基本正常。不過(guò)維護(hù)過(guò)程中，部分試驗(yàn)箱會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：1）學(xué)生反映控制存儲(chǔ)器代碼有問(wèn)題。是否真有問(wèn)題，那就選取一種操作模式（比如令SWCSWBSWA=100寫(xiě)寄存器），按QD一次，當(dāng)前微地址應(yīng)為09H（uA3和uA0亮），對(duì)照微程序代碼表，后繼地址08H（NuA3亮），SELECT、SEL0、SBUS、STOP、DRW亮。第二次按QD，則當(dāng)前微地址應(yīng)為08H，后繼為0AH……第五次按QD，恢復(fù)到按CLR時(shí)狀態(tài)，即當(dāng)前微地址00H。在這一循環(huán)過(guò)程中，若有指示燈的亮滅狀態(tài)與代碼表不符，則控存代碼確有問(wèn)題，處理方式為重置COM4～COM0，不過(guò)重置時(shí)要注意的是：先關(guān)實(shí)驗(yàn)箱電源，接好串口編程電纜，編程開(kāi)關(guān)要上撥到“編程位”，取下DZ1短路片，再打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱電源進(jìn)行COM口的重置。重置過(guò)程中，觀測(cè)實(shí)驗(yàn)箱微指令燈是否閃爍，若軟件顯示成功，并伴隨微指令燈閃爍，則實(shí)驗(yàn)箱基本恢復(fù)正常。2）按QD后，指示燈沒(méi)反應(yīng)。這種情況下，首先檢查時(shí)序T1～T3有無(wú)波形，該故障一般由Time1芯片壞，或單脈沖旁的兩個(gè)與非門74LS00壞或接觸不良而引起。3）按QD后，COM4～COM0下排燈反應(yīng)正常（表明脈沖輸出正常），而上排燈除SELECT外均不亮。該故障大多由控制轉(zhuǎn)換框內(nèi)的74LS00芯片損壞引起，更換該芯片即可。4）按CLR及QD多次，COM4～COM0下排燈當(dāng)前微地址和后繼微地址按微代碼表亮滅正常（即脈沖輸出正常），不過(guò)SEL3～SEL0全亮不滅且COM4寫(xiě)入失敗。在測(cè)試COM4芯片和對(duì)應(yīng)的74LS245芯片正常后，一般該故障由微程序控制器內(nèi)的OE-WE芯片故障引起。5）按CLR及第一次QD，指示燈按微代碼表反應(yīng)正常，但不論后續(xù)按QD多次，實(shí)驗(yàn)箱指示燈不變且COM4寫(xiě)入失敗。對(duì)應(yīng)的74LS245芯片故障導(dǎo)致寫(xiě)入失敗，更換后可以正常寫(xiě)入，若實(shí)驗(yàn)箱故障現(xiàn)象依舊，則COM1上排的74LS08一般出現(xiàn)故障。在進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)箱維護(hù)時(shí)，選定某種操作模式，按微程序代碼表走一遍，根據(jù)實(shí)驗(yàn)箱指示燈亮滅狀態(tài)即可判斷實(shí)驗(yàn)箱是否正常。若有故障，也可判斷在哪個(gè)區(qū)域或最可能的故障芯片。以上的故障有可能一種，也有可能多種故障并存，需要管理人員多方分析，逐個(gè)排查。

1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程中故障排查和處理

學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中反映的故障，一般并非實(shí)驗(yàn)箱本身的硬件故障問(wèn)題。因?yàn)橐话阃度雽?shí)驗(yàn)用的基本通過(guò)了維護(hù)測(cè)試，且本文1.1節(jié)已經(jīng)詳述了維護(hù)的方法，這里主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，闡述故障如何排除和處理。硬件實(shí)驗(yàn)箱故障診斷本著“從簡(jiǎn)單的事情入手，先外后內(nèi)，抓主要問(wèn)題”原則。以《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)一“運(yùn)算器組成實(shí)驗(yàn)”為例，加以分析。圖2為運(yùn)算器組成實(shí)驗(yàn)電路圖[5]。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)寫(xiě)不進(jìn)寄存器，或A7～A0、B7～B0顯示不正確。首先，檢查實(shí)驗(yàn)箱右上角控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是否撥到“獨(dú)立”（實(shí)驗(yàn)一到實(shí)驗(yàn)三均要撥到獨(dú)立）。若在微程序位置，則電平控制信號(hào)開(kāi)關(guān)的高、低電平送不進(jìn)寄存器控制端（如RS0、RS1等），被鉗制住了。這是最容易被人忽視的細(xì)節(jié)，同時(shí)也是最簡(jiǎn)單的處理手段。其次，保證SBUS高電平有效（即允許SD0～SD7開(kāi)關(guān)信號(hào)送到DUBS線上），用邏輯筆檢查連線是否正常。若正常，再看SD0～SD7對(duì)應(yīng)的燈D0～D7是否亮滅，撥上，高電平，燈亮；撥下，低電平，燈滅。從外部入手，檢查連線、開(kāi)關(guān)等是否正常。第三，若以上兩項(xiàng)正常，則檢查SBUS三太門74LS244芯片是否有問(wèn)題或其底座是否有問(wèn)題。這里只是用一個(gè)簡(jiǎn)單的事例闡述了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中故障排查和處理，要根據(jù)故障現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)電路圖及實(shí)驗(yàn)接線表綜合判斷故障所在的大致位置，借助邏輯筆確定故障所在位置。

2結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)硬件綜合實(shí)驗(yàn)箱是高校計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的必備設(shè)備，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的重要武器，其維護(hù)和管理的不當(dāng)會(huì)直接影響設(shè)備完好率，甚至影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開(kāi)展。本文一方面結(jié)合TEC-8硬件實(shí)驗(yàn)箱在微程序狀態(tài)下單拍跟蹤每條微指令的執(zhí)行情況，各指示燈的亮滅狀態(tài)和微程序代碼表，從而快速確認(rèn)實(shí)驗(yàn)箱的好壞，或故障的大致位置及處理方式；另一方面，對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的故障，結(jié)合實(shí)驗(yàn)電路原理圖，實(shí)驗(yàn)接線表和故障現(xiàn)象，本著“從簡(jiǎn)單的事情入手，先外后內(nèi)，抓主要問(wèn)題”原則來(lái)處置故障。從而提高了維護(hù)人員的工作效率，大大減輕實(shí)驗(yàn)管理人員的維護(hù)工作量，保證設(shè)備正常運(yùn)作和實(shí)驗(yàn)教學(xué)正常進(jìn)行。

作者：胡珊 單位：福建師范大學(xué)