CARCASA SI SURSA DE ALIMENTARE

Toate calculatoarele sunt dispozitive electrice a caror functionare se bazeaza pe electronii in miscare, adica pe electricitate. Pentru aceasta calculatorul are o sursa de electricitate care sa-l mentina functional. Sursa de alimentare este o componenta importanta a calculatorului, deoarece furnizeaza energie electrica tuturor componentelor sistemului care au nevoie de aceasta. Ea este si una din componentele cu cea mai mare tendinta de defectare din orice sistem de calcul. O sursa de alimentare care functioneaza necorespunzator poate deteriora celelalte componente din calculator prin furnizarea unei tensiuni incorecte sau oscilante.

1. Functionarea si exploatarea surselor de alimentare

Functia de baza a sursei de alimentare este aceea de a converti tipul de energie disponibila la priza retelei electrice intr-un tip de energie pe care il pot utiliza circuitele calculatorului. Intr-un sistem conventional desktop, converteste tensiunea alternativa de 220 de volti in tensiune continua de diferite valori. Circuitele logice din calculatoare moderne opereaza prin comutarea tensiunilor intre doua stari logice diferite, codate ca doua niveluri de tensiune - inalt si jos. Fiecare familie de circuite logice are propriile standarde de tensiune. Cele mai multe PC-uri actuale sunt construite sunt construite pe baza circuitelor TTL (Tranzistor-Tranzistor-Logic), la care "inalt" se refera la tensiuni de peste 3,2 V, iar "jos" la tensiuni mai mici de 1,8 V. Circuitele TTL sunt alimentate de la o sursa de 5V.

De obicei, componentele si circuitele electronice digitale din sistem (placa de baza, placile adaptoare si placile logice ale unitatilor de disc) utilizeaza tensiunea de +3,3 V sau +5 V, iar motoarele unitatilor de disc si ale tuturor ventilatoarelor, tensiunea de + 12 V. Pentru ca sistemul sa poata functiona corect, sursa de alimentare trebuie sa furnizeze o tensiune continua de buna calitate si constanta.

Daca se examineaza caracteristicile tehnice ale unei surse de tensiune tipice pentru un calculator PC, se observa ca aceasta furnizeaza nu numai tensiunile pozitive, dar si cele negative. Aceste tensiuni negative suplimentare nu sunt deloc utilizate in majoritatea sistemelor moderne, dar sunt inca necesare pentru compatibilitatea retroactiva.

Desi tensiunile de -5 V si -12 V sunt furnizate placii de baza prin conectoarele de alimentare, placa de baza utilizeaza numai tensiunea de +5 V.

Majoritatea circuitelor mai noi pentru porturi seriale nu mai utilizeaza circuite driver/receiver de 12 V. In loc de aceasta, in prezent, sunt utilizate circuite care functioneaza numai la +3,3 V sau +5 V. Principala functie a tensiunii de + 12 V este aceea de a actiona motoarele unitatilor de disc. De obicei, este necesar un curent mare, in special in sistemele cu un numar mare de compartimente pentru unitati de disc (cum este la configuratia tower). In afara de motoarele unitatilor de disc, alimentarea cu tensiune de + 12 V este utilizata pentru toate ventilatoarele de racire din sistem care trebuie sa functioneze tot timpul.

In afara de asigurarea energiei electrice pentru sistem, sursa de alimentare este cea care face ca sistemul sa nu functioneze decat atunci cand energia electrica este suficienta pentru functionarea corecta. Cu alte cuvinte, sursa de alimentare impiedica pornirea sau functionarea calculatorului pana cand sunt prezente toate nivelurile corecte de tensiune.

Orice sursa de alimentare efectueaza unele verificari interne inainte de a permite ca sistemul sa functioneze. Daca verificarile se incheie cu succes, sursa de alimentare trimite catre placa de baza un semnal special numit Power _Good. Daca acest semnal nu este prezent in mod continuu, calculatorul nu functioneaza. De aceea, daca tensiunea alternativa scade, iar sursa de alimentare devine supraincarcata sau supraincalzita, semnalul Power _Good scade si face ca sistemul sa se reinitializeze sau sa se opreasca de tot.

Sistemele cu placi de baza care au forme constructive mai noi, cum sunt ATX si LPX, sunt prevazute cu un alt semnal special. Aceasta caracteristica, numita PS_ON, poate fi utilizata pentru a opri alimentarea (si deci sistemul) prin intermediul softului. Ea este cunoscuta, uneori, sub denumirea soft-off. Caracteristica PS_ON este mai evidenta in cazul utilizarii combinate cu un sistem de operare care admite standardul Advanced Power Management (APM), cum este Windows 9x. Daca alegem optiunea Shut Down the Computer din meniul Start, alimentarea se opreste prin intermediul softului - deci Windows opreste calculatorul complet, in mod automat, dupa ce incheie secventa de oprire a sistemului de operare. Un sistem care nu are aceasta caracteristica nu face decat sa afiseze un mesaj care arata ca oprirea calculatorului se poate face in conditii de siguranta.

2. Gestionarea consumului de energie

Pentru a reduce consumul de energie al calculatoarelor personale exista doua posibilitati, una de a proiecta componente de consum mai redus de energie, iar a doua de a dezactiva anumite componente ale sistemului care nu sunt folosite la un moment dat. In acest sens, procesoarele care sunt circuite de consum ridicat de energie, au fost prevazute cu o functie interna prin care procesorul poate functiona in modul numit System Management Mode prin care pot fi incetinite sau oprite circuitele care nu sunt folosite la un moment dat.

Desi prin aplicarea acestor tehnici se pot obtine rezultate foarte bune, a fost dezvoltat un standard numit Advanced Power Management (APM) care are rolul de a oferi control total sistemelor de reducere a consumului de energie.

In ceea ce priveste oprirea completa a sistemului, daca alegem optiunea Shut Down the Computer din meniul Start, alimentarea se opreste prin intermediul soft-ului - deci Windows opreste calculatorul complet, in mod automat, dupa ce incheie secventa de oprire a sistemului de operare. Un sistem care nu are aceasta caracteristica nu face decat sa afiseze un mesaj care arata ca oprirea calculatorului se poate face in conditii de siguranta.

3. Formele constructive ale surselor de alimentare

Profilul si aspectul fizic al unei componente se numeste forma constructiva. Elementele cu aceeasi forma constructiva sunt, de obicei, intersanjabile, cel putin in ceea ce priveste dimensiunile. La proiectarea unui calculator, se poate opta pentru utilizarea unei surse de alimentare cu una din formele constructive standard raspandite sau se poate decide realizarea unei constructii proprii. Prima solutie inseamna ca vor fi disponibile componente de schimb intr-o varietate aproape inepuizabila in ceea ce priveste calitatea si nivelurile de putere. A merge pe o constructie proprie inseamna timp si cheltuieli suplimentare pentru dezvoltare. In plus, sursa de alimentare va fi unica pentru sistemul respectiv si va putea fi procurata numai de la producatorul original.

Din punct de vedere tehnic, sursa de alimentare dintr-un calculator poate fi definita ca o sursa de alimentare cu tensiune constanta, cu conversiune in semipunte si in comutare. Tensiune constanta inseamna ca sursa de alimentare furnizeaza aceeasi tensiune componentelor interne ale calculatorului, indiferent care este tensiunea alternativa de alimentarea sursei sau capacitatea (puterea) sursei. Conversiune in semipunte se refera la conceptia de comutare a sursei si la tehnica de reglare a puterii. Acest tip de sursa de alimentare este cunoscut uneori sub denumirea de sursa in comutare. In comparatie cu alte tipuri de surse de alimentare, aceasta conceptie asigura o alimentare electrica eficienta si genereaza o cantitate minima de caldura. De asemenea, ea mentine dimensiunile si pretul la un nivel redus.

Pe parcursul evolutiei calculatoarelor au existat mai multe forme constructive de surse de alimentare care pot fi numite standard industrial. Aceste forme constructive sunt urmatoarele:

PC/XT LPX

AT/Desk ATX

AT/Tower NLX

Baby AT SFX

Toate aceste tipuri de surse de alimentare sunt disponibile in numeroase configuratii si la niveluri de putere diferite. In prezent, calculatoarele noi existente pe piata folosesc surse de alimentare ATX care vor fi prezentate in continuare.

Sursa ATX

Unul din standardele mai noi existente in prezent in industrie este forma constructiva ATX (figura 2.1). Specificatia ATX defineste o noua forma a placii de baza, precum si o noua forma constructiva a carcasei si a sursei de alimentare. Sursa de alimentare ATX este bazata pe modelul LPX, dar prezinta anumite diferente.

Una din diferente consta in faptul ca specificatia ATX a cerut pentru prima data ca ventilatorul sa fie montat pe fata laterala a sursei, in interiorul carcasei, de unde sufla aerul transversal pe placa de baza si il aspira din exteriorul carcasei, prin partea posterioara. Acest flux de aer se deplaseaza in sens opus fata de cel creat de majoritatea surselor standard, care refuleaza aerul in exterior prin partea posterioara, printr-un gol in carcasa in care patrunde ventilatorul. Racirea cu flux invers de aer asigurata de conceptia ATX impinge aerul peste componentele cele mai calde de pe placa, cum sunt procesorul, modulele de memorie si conectoarele de extensie, care sunt amplasate astfel incat sa obtina un avantaj maxim din partea fluxului de aer. Aceasta elimina necesitatea mai multor ventilatoare in sistem - inclusiv a ventilatoarelor pentru procesor, care sunt obisnuite azi in multe sisteme - reduce zgomotul produs de sistem si diminueaza necesarul de energie electrica pentru functionarea sistemului.

FIG. 2.1. Sursa de alimentare ATX

Un alt avantaj al racirii prin flux invers este acela ca sistemul se mentine mai curat, lipsit de praf si de murdarie. Carcasa este de fapt presurizata, astfel incat aerul este evacuat continuu prin fantele carcasei - invers decat se intampla la modelele precedente. Din acest motiv, racirea cu flux invers este adeseori denumita ventilatie cu presiune pozitiva (suprapresiune). Pentru sistemele care functioneaza in conditii deosebit de grele, aspiratia ventilatorului poate fi prevazuta cu un filtru, pentru a asigura in continuare ca tot aerul care intra in sistem este curat si lipsit de praf.

Desi acest mod de ventilare a unui sistem pare foarte bun, un sistem cu suprapresiune necesita utilizarea unui ventilator mai puternic pentru a aspira debitul necesar de aer printr-un filtru. De asemenea, filtrul necesita o intretinere periodica in functie de conditiile de lucru.

Deoarece procesoarele mai noi genereaza din ce in ce mai multa caldura, capacitatea de racire a fluxului de aer devine critica. In practica obisnuita, utilizarea unui sistem standard cu presiune negativa, cu un ventilator de evacuare pe sursa de alimentare si un ventilator de buna calitate pentru racirea procesorului, este cea mai buna solutie.

Specificatia ATX a fost lansata pentru prima data de catre firma Intel in 1995. In 1996, ea a devenit din ce in ce mai raspandita in calculatoarele Pentium si Pentium Pro, cucerind 18% din piata calculatoarelor PC.

Forma constructiva ATX se adreseaza unora dintre problemele legate de formele constructive Baby AT si Mini. Persista doua probleme legate de sursa de alimentare. Una este aceea ca sursa de alimentare PC traditionala are doua conectoare care se cupleaza la placa de baza. Daca se introduc aceste conectoare in pozitie inversa sau in ordine inversa, se va distruge placa de baza. Majoritatea producatorilor de sisteme prevad "chei" la conectoarele placii de baza si ale sursei de alimentare, astfel incat sa se impiedice instalarea lor in pozitie sau in ordine inversa. Totusi, unii distribuitori de sisteme mai ieftine nu prevad aceste chei la placile sau sursele pe care le folosesc.

Forma constructiva ATX include un nou tip de conector de alimentare pentru placa de baza, pentru a preveni cuplarea incorecta de catre utilizatori a sursei de alimentare. Acest nou conector are 20 de pini si o singura cheie. Aceasta face practic imposibila introducerea in pozitie inversa. Deoarece exista un singur conector in loc de doua conectoare aproape identice, este imposibila cuplarea lor in ordine inversa. De asemenea, noul conector furnizeaza tensiunea de +3,3 V, eliminand necesitatea regulatoarelor de tensiune de pe placa de baza pentru alimentarea procesoarelor si a altor circuite care folosesc aceasta tensiune.

In afara de noile semnale de +3,3 V, sursa de alimentare ATX furnizeaza si un alt set de semnale, care nu exista la sursele de alimentare standard. Setul consta in semnalele Power_On (PS_On) si 5V_Standby (5VSB), cunoscute sub denumirea colectiva "Soft Power". Power_On este un semnal pentru placa de baza pe care sistemele de operare cum este Windows 9x il utilizeaza pentru oprirea sistemului prin intermediul softului.

Aceste semnale pot permite, de asemenea, folosirea optionala a tastaturii pentru repornirea sistemului. Semnalul 5V_Standby este activ in permanenta, oferind placii de baza o sursa limitata de energie chiar daca sistemul este oprit.

O alta problema pe care o sursa de alimentare ATX cu flux invers de aer de racire o rezolva este aceea a racirii actualelor procesoare din sistem. Dar acest lucru este valabil numai in aplicatiile industriale, in care o sursa de alimentare de tip industrial a fost proiectata in mod corespunzator pentru incarcarea termica prevazuta pentru sistemul respectiv si la care se asigura o intretinere continua. In prezent, firma Intel si alti producatori monteaza ventilatorul in mod permanent pe procesor.