Аппаратный и программный мониторинг состояния компонентов компьютера

Уже много раз в наших статьях была подчёркнута необходимость тщательного отслеживания состояния температуры железа. Это связано с тем, что стабильность работы компьютера в целом, как и долговечность отдельных комплектующих, напрямую зависит от их рабочей температуры. Рабочая температура в свою очередь связана с комплексом характеристик и свойств устройств: их энергопотреблением, тепловыделением, рабочим напряжением, частотой. А увеличение частоты вызывает увеличение тепловыделения.

Помимо сугубо технических характеристик, определяющих номинальные температуры устройства, необходимо учитывать и поправочные коэффициенты на условия эксплуатации. В частности, системы охлаждения загрязняются со временем, термопасты и термоинтерфейсы высыхают, твердеют, теряют теплопроводность. Следствием этого становятся перегревы элементов устройства. Например, процессор, который находится в корпусе, год не чистившимся от пыли, будет больше греться на 5–15 градусов!

Работа вентиляторов играет далеко не последнюю роль в установлении температуры компонентов системного блока. Со временем, подшипники изнашиваются, а радиаторы кулера загрязняются, что ухудшает аэродинамику и теплоотвод. Как следствие — все тот же перегрев охлаждаемых узлов.

Блоки питания, как известно, также имеют номинальную мощность, значительно отличающуюся от реальной. Все устройства в системном блоке питаются от +3,3, +5 и +12 В. При этом по тем каналам, по которым они питаются, они потребляют ток. Ток для каждого устройства свой и зависит от его режима работы — при большей загрузке — больший ток; для некоторых устройств это значение постоянно. Сумма потребляемых токов должна быть не больше, а желательно, меньше максимального тока, выдаваемого блоком питания по каждому из каналов выходных напряжений. Ну а мощность, являясь произведением тока и напряжения, также ограничена. Порой устройства по сумме требуют такую мощность, которую реально блок питания выдать не может. В этом случае начинаются просадки по напряжению каналов. Они же могут проявляться при высыхании конденсаторов в блоках питания по мере их старения.

Отдельно стоит сказать о любителях разгона — оверклокерах. Для них соблюдение температурных режимов эксплуатации — залог здоровья их железа. Так что они в первую очередь должны отслеживать состояние компонентов компьютера. Именно для отслеживания состояния устройств и используются средства мониторинга.

Виды и возможности мониторинга

Итак, мониторинг позволяет отслеживать в реальном времени через лог-файлы и графики:

• температуры (CPU, материнской платы, GPU, HDD, блока питания);
• напряжения питания (материнской платы, памяти RAM, GPU);
• скорости вращения вентиляторов и кулеров (CPU, GPU, Aux, корпусных).

Мониторинг бывает аппаратным и программным. Но, строго говоря, любой программный мониторинг все равно использует параметры состояния железа, поэтому является программно-аппаратным. Программное обеспечение позволяет отобразить состояние мониторинговых величин через чтение регистров состояния соответствующих микросхем мониторинга. В свою очередь, микросхемы мониторинга получают информацию с различных датчиков. Таким образом, программное обеспечение не может отображать информацию без системы датчиков и микросхемы мониторинга, а железо, в свою очередь, не имеет возможности отобразить состояние без программного обеспечения (ПО).

Реализация мониторинга

Общая идея мониторинга такова. Аналоговый сигнал снимается с датчиков и подается на входы микросхемы мониторинга. Датчиков великое множество, но нас интересуют в первую очередь термодатчики, тахометрические и источники постоянного напряжения. В качестве термодатчиков могут выступать терморезисторы, термодиоды, термотранзисторы. В зависимости от того, какой узел системы мы наблюдаем (процессор, мосты, винчестер, графический чип) и применяемых в нем датчиков, точность показаний может сильно отличаться. Далее аналоговый сигнал с помощью встроенного в микросхему мониторинга 8-разрядный АЦП преобразует аналоговые сигналы в цифровой двоичный код с заданной точностью и дискретностью. То есть от возможностей микросхемы мониторинга также многое зависит — как точность, так и количество одновременно отслеживаемых параметров, количество подключаемых источников сигнала. После оцифровки данных, они становятся доступными для чтения в определенном регистре. Именно оттуда данные мониторинга и считывает BIOS и ПО мониторинга. Но так как возможности BIOS по считыванию данных ограничены, то лучше пользоваться специальным системным ПО.

Микросхемы мониторинга

Как уже было сказано, специальные микросхемы мониторинга обеспечивают все большую точность и новые возможности с выпуском каждой новой модификации. Когда-то средства мониторинга встраивались в южный мост чипсетов VIA, таких как VT82C686B, но они обладали небольшими возможностями. Чипсеты Intel такой возможности не имели, поэтому они использовали внешние микросхемы мониторинга LM78 и LM79 фирмы National Semiconductor, W83781D/W83782D/W83783S/W83784R фирмы Winbond.

Сейчас на абсолютном большинстве плат функции мониторинга исполняет микросхема Super IO/Multi IO, которая одновременно реализует функции последовательных и параллельных портов и управление вентиляторами, поэтому она и называется мультиконтроллером. К этой же микросхеме подключается и BIOS EEPROM.
 

В настоящее время чаще всего встречаются «мультики» Windond W83627THF, W83627EHG; ITE8705F, 8712 °F; Fintek F71882FG. Надо сказать, что некоторые брендовые фирмы типа ASUS иногда используют специальные заказные чипы мониторинга, которые имеют соответствующую маркировку и заточены под конкретные платы.
Рассмотрим часто встречающуюся микросхему ITE8712F.
 

Она содержит 3 входа от термодатчиков, 8 входов измерения напряжений, вход измерения напряжения батарейки (Vbat), 5 входов с тахометров; встроенный ШИМ-контроллер для управления скоростью вращения вентиляторов с 5 программируемыми выходами. Эта микросхема автоматически определяет аварийные ситуации с остановкой вентиляторов и обеспечивает служебный звук об этом в системный динамик.
 

По совместительству эта же микросхема содержит в себе два последовательных UART-порта, 1 параллельный порт, контроллер мыши и клавиатуры, а также контроллер floppy-дисковода, GAME-порт и сторожевой таймер. Подключена микросхема через шину LPC, на которую также посажен BIOS ROM.

Мониторинг температур

В первую очередь следует подумать над тем, как снимаются показания температуры с процессора (CPU) и графического процессора. Именно перегрев процессора или срабатывание защиты от перегрева чаще всего вызывает нестабильность работы ПК, в результате чего компьютер выключается. Почти все ноутбуки страдают от перегрева графического чипа. В результате перегрева графический чип со временем выходит из строя, что влечет за собой ремонт ноутбука.
В кристалл чипов встраиваются термодиоды, которые с заданной дискретностью опрашиваются на предмет изменения температуры, но такая система имеют задержку в реагировании. Кстати, в многоядерных процессорах каждое ядро имеет свой термодиод. Графические чипы также имеют встроенный термодиод.

В процессорах предусмотрена защита от перегрева. Для этого в CPU Intel используется сигнал THERMTRIP#. Когда он становится активным (температура превышает TCASEMAX на 20 градусов), то напряжение питания ядра VCC убирается.

Также начиная с Pentium 4 был введен новый сигнал PROCHOT#, который позволяет контролировать достижение максимальной рабочей температуры кристаллом процессора. Это значение откалибровано для каждого блока процессора отдельно в зависимости от их мощности рассеивания и загрузки. Такая дополнительная аналоговая система контроля с отдельным датчиком названа Thermal Monitor, которая действует постоянно, а не с заданной дискретностью. Когда выдается сигнал PROCHOT#, Thermal Monitor задействует механизм модуляции тактовой частоты: в линию тактирования вносятся холостые такты, когда тактовые импульсы не подаются, то есть процессор простаивает. Это позволяет остудить нагретый CPU при большой нагрузке за счет потери производительности. Пороговую температуру, при которой запускается и выключается Thermal Monitor, как правило, можно задать в BIOS CMOS Setup. Графические чипы автоматической защиты от перегрева не имеют. Отслеживать температуру жестких дисков сейчас не менее актуально — чем выше температура его работы, тем скорее он начнет «сыпаться». Узнать температуру HDD можно, считав его SMART-атрибуты. Подробнее о SMART было написано в статье Неисправности жестких дисков и их диагностика.
 

В последнее время производительность шин чипсета стала высокой, но она не сильно уступает по частоте шине процессора. В частности, это касается частоты шины памяти. Именно из-за высоких частот и нагревается северный мост чипсета, который отвечает за работу с контроллером памяти. Если чипсеты Intel обходятся большими радиаторами, то чипсеты nVidia более критичны к нагреву и требуют уже активного охлаждения. Именно поэтому теперь большинство систем мониторинга позволяют контролировать температуру чипсета материнской платы.

Не следует пренебрегать этими значениями, поскольку многие материнские платы MSI (и не только) на чипсетах nForce  выходили из строя именно о перегрева мостов чипсета. Температура работающего процессора должна быть в диапазоне от 30 до 60 градусов в зависимости от модели, чипсета — от 25 до 50, а графического чипа — от 40 до 70.

Мониторинг напряжений

Соблюдение номиналов напряжений, питающих узлы платы — залог стабильной работы. Зачастую некачественные блоки питания под нагрузкой выдают номиналы, меньше требуемых, что приводит к зависанию ПК. Чтобы проконтролировать эти номиналы, они заводятся на входы напряжений микросхемы Super IO. Как правило, диапазон работы встроенного АЦП составляет 0–4,096 В, а шаг квантования — 16 мВ (4,096 В / 256). Для обработки напряжений 5 и 12 В резисторные делители, номиналы элементов которых зависят от контролируемых уровней. Для корректного определения значений от датчиков требуется согласование входных сопротивлений микросхемы мониторинга в зависимости от выходных сопротивлений датчиков с помощью дополнительных последовательных резисторов и схем-повторителей сигнала. Это позволяет достичь максимального соотношения сигнал/шум. Номиналы согласующих резисторов влияют на точность измерения значений напряжений. Зачастую именно из-за такой неправильной схемы включения, пользователь и получает искаженные данные мониторинга.

Обязательно контролируйте напряжения питания: просадка более чем на 0,2–0,3 В может существенно сказаться на стабильности работы.

Мониторинг скоростей вращения вентиляторов

Этот мониторинг жизненно важен: при остановке кулера микросхемы могут просто сгореть от перегрева. Именно поэтому контролируйте данные о вращении всех вентиляторов системы. Помните, что вы увидите только данные о тех вентиляторах и кулерах, которые подключены к материнской плате! Принцип подключения показан на рисунке — для этого требуется 3 контакта. Желтый провод — питание +12 В, подаваемое на вентилятор, красный — данные мониторинга (Fan Out), черный — заземление (GND).

Если вентилятор имеет двухконтактный разъем, то контролировать его скорость вращения невозможно. Если же он имеет 4 контакта для подключения к материнской плате, то он позволяет еще и управлять скоростью его вращения через 4-й провод — коричневый. Обратите внимание, что 3 и 4-контактные разъемы взаимозаменяемы и совместимы, что позволяет подключать как новые, так и старые кулеры.

Программная составляющая мониторинга

Для того, чтобы Вы увидели данные мониторинга, необходимо использовать какое-либо ПО, которое сможет считать эти данные из микросхемы Super IO и представить их в доступном пользователю виде. При этом разные программы работают с разным количеством датчиков и микросхем мониторинга и обладают разной точностью и дискретностью вывода данных в реальном времени.

Вы можете воспользоваться фирменными утилитами, прилагаемыми к материнской плате или видеокарте для мониторинга. Как правило, они позволяют еще и установить пороговые значения параметров, по достижении которых программа будет «бить тревогу». Иногда они точнее всего отображают данные мониторинга с учетом фирменных особенностей конкретной платы.

Рекомендуем использовать бесплатную программу SpeedFan. Программа корректно работает с большинством современных микросхем мониторинга, и кроме того, отслеживает SMART-параметры. Она быстро и достаточно точно, по сравнению с другими программами типа Everest, отображает изменение параметров. Реализована возможность задать способы реагирования на достижение пороговых значений любых параметров и атрибутов: можно послать звук на системный динамик, открыть или закрыть любое приложение, Windows, отослать e-mail или сообщение по локальной сети.