Cara diagnosis dan perbaikan

PEMELIHARAAN SISTEM BERBASIS MIKROKOMPUTER

1. Diagram-blok Mikrokomputer 2. Jenis Kerusakan pada Komputer 3. Cara Diagnosis dan Perbaikan

PERHATIAN!
Sebelum memulai pelacakan kerusakan (mikro) komputer, bacalah manual operasi untuk meyakinkan bahwa prosedur yang kita jalankan adalah benar. Pada buku manual, biasanya terdapat petunjuk cara mengatasi gangguan/kerusakan ringan.

Pemeriksaan fisik

Lakukan juga pemeriksaan secara visual sebagai berikut:

• AC Inter-lock, pada bagian depan dan belakang panel, casis, dsb.
• Semua sekering dan CB.
• Sambungan kabel-kabel konektor pada semua plug.
• Lampu-lampu indikator status.
• Monitor: periksa kontrol kecerahan jika tampilan pada monitor tampak gelap, atau periksa kontrol kontrasnya jika gambar terlihat buram atau tidak fokus. Periksa semua kontrol papan ketik (keyboard) dan lainnya.
• Periksa indikasi kerusakan fisikal, misalnya: adanya keretakan pada bagian motherboard, keyboard, dsb.
• Periksa dengan teliti apakah terdapat percikan atau tumpahan cairan, misalnya: kopi, teh, tinta, dsb dibagian keyboard dan panel-panel kontrol.
• Bukalah semua akses panel, lalu periksa apakah terdapat korosi, kabel penghubung yang terputus, atau rusak isolasinya, ada bagian yang terbakar, retak, atau kerusakan sejenis lainnya.
• Periksa perangkat yang terhubung dengan mikrokomputer, seperti: kabel, printer (roda penggerak untuk kertas, lampu-lampu indikator, dsb).

Jika dari pemeriksaan fisik tidak terlihat gejala kerusakan yang signifikan, maka carilah informasi spesifik dari operator mikro (komputer), dengan menanyakan beberapa hal yang berkaitan dengan pengoperasian komputer tsb. Misalnya dengan mengajukan beberapa pertanyaan berikut:

• Kapan gejala kerusakan diketahui?
• Apa yang terakhir kali dilakukan oleh operator sebelum terjadi kerusakan. Hal ini untuk melacak kronologis kerusakan.
• Jelaskan kerusakannya secara detail. Apakah kerusakan terkait dengan kejadian alam sebelumnya, misalnya: ada petir, banjir, gempa, lonjakan temperatur (ektrem tinggi atau rendah), atau dan sebagainya yang dapat merusak komputer.
• Apakah menggunakan instruksi-instruksi operasi, program print-out atau dokumen aplikasi lainnya untuk melengkapi kinerja komputer pada saat terjadi gangguan?
• Apakah gangguan atau kerusakan sejenis pernah terjadi sebelumnya? Jika ya, kapan dan bagaimana mengatasinya?
• Apakah ada perbaikan bagian tertentu sebelum rusak? Jika ya, kapan dan perbaikan apa yang telah dilakukan? Siapa yang melakukan perbaikan tsb?
• Setelah terjadi gangguan/kerusakan apakah ada perbaikan? Jika ya, apa yang telah dilakukan dan siapa yang melakukannya?

Pemeriksaan dengan alat ukur sederhana

1. Pemeriksaan dengan evm dan osiloskop
   EVM (Electronic Volt Meter) dapat digunakan untuk mencari dan melokalisasi bagian perangkat keras yang rusak. Keuntungan cara ini adalah, alat yang digunakan sederhana dan tidak memerlukan persiapan khusus.
   Kerugian cara ini: memerlukan waktu diagnosis lama. Demikian juga, jika menggunakan osiloskop untuk diagnosis rangkaian digital tidak banyak membantu, karena rangkaian digital hanya bekerja berdasarkan level tegangan tertentu untuk menunjukkan logika 0 dan 1. Untuk sistem berbasis digital, penggunaan osiloskop juga tidak banyak membantu, kecuali jika dicurigai terjadi overshoot (lonjakan tegangan sesaat karena berbagai sebab).


2. Pemeriksaan dengan instrumen digital
   Instrumen ini dirancang untuk pemeliaraan komputer atau sistem lain yang berbasis digital. Yang termasuk instrumen jenis ini ialah: logic-probe, logic-pulser, dan digital current tracer. Periksa kondisi perubahan level (transisi) logik dari 0 ke 1 atau sebaliknya, dan atau periksa pula duty-cycle pada pin-pin IC yang dicurigai rusak dengan menggunakan logic-probe. Jika perlu memeriksa deretan pulsa, gunakan logic-pulser. Gunakan digital current flow untuk memeriksa kemungkinan adanya input logik yang terhubung-singkat pada bus data atau bus alamat.

Pemeriksaan langkah tunggal (Single stepping)

Metode pemeriksaan ini pada dasarnya ialah membandingkan karakter siklus mesin yang ada dengan siklus mesin dalam kondisi normal. Alat yang digunakan ialah logic analyzer atau dengan data latch.

Hubungkan logic analyzer atau data latch pada bus data dan bus alamat dari sistem yang akan dites. Alat ini akan mengikuti kerja sistem selama mengeksekusi program. Program yang di-ekskusi biasanya adalah program aplikasi atau program kontrol. Metode pelacakan single stepping ini juga dapat dilakukan dengan menggunakan program tes khusus yang dapat melacak tahap demi tahap.

Terdapat dua pendekatan yang dapat dilakukan dengan menggunakan single-stepping ini:

1. Menggunakan instruksi tunggal, atau
2. Menggunakan siklus tunggal.

Jika menggunakan instruksi tunggal: data pada bus digerendel pada akhir setiap siklus op-code yang masuk.
Jika menggunakan siklus tunggal: data pada bus akan digerendel pada setiap akhir dari siklus.

1. Data latch untuk diagnosis kegagalan
   Sebuah data latch merupakan perangkat keras yang berisi sederet flip-flop yang dihubungkan pada bus data dan bus alamat dari sistem yang di-uji. Output latch mengaktifkan tampilan. Tampilan biasanya dalam bentuk biner atau hexa-desimal.
   
   
   
   
   Sebuah jaringan kontrol yang dibangun di dalam data latch akan menentukan kapan data ditempatkan akan stabil pada bus data dan bus alamat. Setelah data di-gerendel pada bus-bus tersebut, maka jaringan kontrol akan menghentikan kerja prosesor. Lalu data dapat dibandingkan, apakah sesuai dengan data yang seharusnya ada.


2. Logic analyzer
   Pelacakan dengan data latch untuk data yang besar, yang di-eksekusi dengan beberapa siklus mesin, tentu memerlukan waktu sangat lama. Sebuah logic analyzer dapat digunakan untuk menangkap informasi dari beberapa siklus mesin didalam memori yang sekaligus dalam satu waktu. Data tersebut akan dibandingkan dengan data yang telah ditentukan oleh pabrik (data ini disebut word trigger). Hasil perbandingan kedua data itu akan ditampilkan. Tampilan dapat berupa angka atau bentuk gelombang.
   Jika isi memori ditampilkan dalam bentuk angka (biner atau hexa), maka logic analyzer disebut sebagai logic state analyzer. Analyzer ini sesuai untuk pendekatan single-step. Jika isi memori ditampilkan dalam bentuk gelombang, maka analyzer ini disebut logic timing analyzer. Saat ini ada logic analyzer yang dapat menampilkan keduanya (angka dan bentuk gelombang).
   Untuk pelacakan kegagalan dengan single-step, sambungkan lead data dari logic analyzer pada bus data dan bus alamat dari komputer yang diuji. Sedangkan lead data ekstra disambungkan pada sinyal kontrol dan status yang sedang diuji.
   
   
   
   
   Lead clock biasanya dihubungkan pada sebuah sinyal kontrol yang mempunyai transisi ketika isi dari bus data dan alamat telah stabil. Logic analyzer mulai menangkap data, jika kata pemicu (trigger word sebagai test-word) telah ditentukan.
   
   Gambar 10-6 menunjukkan kerja sebuah logic analyzer pada umumnya. Sebuah register dari sebuah memori (RAM) terdiri dari 8 bit (Gambar 10-6 (a)) akan diuji. Data input dapat dimasukkann ke-register secara seri maupun paralel, tetapi output akan selalu paralel. Hasil pengujian ditunjukkan pada Gambar 10-6 (b). Hasil pengujian dari test-word A (dengan LSB atau List Significant Bit bernilai biner 0) menunjukkan bahwa semua outputnya benar, baik untuk input serial maupun paralel.
   
   
   
   
   Sedangkan pada pengujian test-word B (dengan LSB bernilai biner 1) menunjukkan, bahwa terdapat kesalahan pada LSB register pada saat diberikan input secara paralel, tetapi pada saat diberikan input serial, respon register adalah benar. Demikian juga hasil pengujian test-word C, terdapat kesalahan pada saat diberikan.

Diagnosis

Dari contoh pengujian dan analisis logik tersebut diatas dapat disimpulkan, bahwa: kerusakan terjadi pada rangkaian gerbang input paralel dari LSB-nya.
Solusi: ganti register 4 bit (dimana terjadi kerusakan pada LSB-nya) dengan register 4 bit yang baru.

Pengujian sejenis dapat dilakukan untuk bagian lainnya, dan di-diagnosis seperti contoh diatas.
Misalnya: Jika dari RAM terbaca data yang salah (terbaca pada tampilan), tetapi data yang tertulis di dalam RAM benar (ini dapat diperiksa dengan data-latch atau logic-analyzer), maka kemungkinan terjadi kerusakan pada:

• RAM itu sendiri.
• Rangkaian kontrol untuk menulis.
• Rangkaian kontrol untuk membaca.
• Dekoder alamat bagian atas.
• Penggerak bus data.

Jika data yang salah terbaca dari ROM, dan data tertulis di dalam ROM juga salah, maka kemungkinan kerusakan terjadi pada:

• ROM itu sendiri
• Rangkaian decode alamat
• Penggerak bus data

Kadangkala data yang salah dapat terbaca dari ROM maupun RAM, karena untuk alamat digunakan lebih dari satu IC. Data latch atau logic analyzer dapat digunakan untuk mendapatkan informasi lebih detail dari ROM dan RAM.

Jika op-code dan data untuk instruksi dapat terbaca oleh CPU, tetapi instruksi-instruksi tersebut gagal untuk diproses secara benar, maka kerusakan terjadi pada mikro-prosesornya. Dalam hal ini perlu juga diperiksa penggerak bus yang terkait dengan mikroprosesor tersebut.

Keuntungan menggunakan metode langkah tunggal ialah: tidak diperlukan persiapan dalan pemeriksaan atau diagnosis secara khusus.
Kerugian metode ini ialah: diperlukan pengetahuan dasar yang cukup tentang kerja alat dan sistem perangkat keras komputer, memahami semua instruksi mikroprosesor, memahami cara kerja siklus mesin untuk setiap instruksi, serta menguasai berbagai teknik pelacakan kerusakan. Teknisi juga harus mempunyai diagram rangkaian dari sistem yang diperiksanya, serta memeriksa daftar kode mesin dari program pengujian yang digunakan. Program pengujian yang digunakan biasanya berupa program kontrol atau boostrap loader dengan bahasa level tinggi (bahasa yang dimengerti oleh manusia, dan bukan bahasa mesin atau kode-kode biner). Selain itu, metode memerlukan waktu diagnosis lama.

Pemeriksaan dengan program diagnostik-diri

Banyak pabrik komputer yang menyediakan perangkat lunak atau program untuk diagnostik kerusakan. Program ini disebut self-test (diagnostic) program. Program ini digunakan untuk membantu teknisi dalam menentukan lokasi kerusakan di-dalam (mikro) komputer. Beberapa produk komputer telah menginstal self-test program di-dalam komputer produksinya. Tetapi ada juga program yang disediakan dari luar komputer. Program telah dilengkapi dengan instruksi-instruksi pengujian yang dapat dikirim oleh CPU ke bagian-bagian yang akan diuji, misalnya: printer, ROM, atau RAM. Dari pengujian ini akan dapat diketahui bagian yang mengalami gangguan atau kerusakan.

1. Pengujian RAM
   Program pengujian biasanya dilakukan dengan menulis dan membaca sebuah atau beberapa pola dalam RAM. Semua bit, biasanya di-set dan di-reset. Pola-pola yang diujikan, ialah pola yang dapat menunjukkan pola sensitifitas. Gejala yang akan ditunjukkan ialah, RAM dapat merespon satu pola tertentu tetapi menolak pola lainnya. Pola ini dapat dilakukan dengan men-set dan me-reset semua bit. Beberapa pengujian RAM akan dapat mendeteksi bit yang hilang.


2. Pengujian ROM
   Seorang teknisi biasanya tinggal menjalankan program pengujian ROM. Program akan membandingkan checksum isi ROM dengan ROM penguji. Checksum ialah sebuah contoh kode pemeriksaan aritmatik (arithmatic check code), atau modulo arithmatic. Untuk pengujian ROM, biasanya digunakan checksum 16-bit, dimana hasilnya diunduh ke dalam dua register. Checksum dihitung dengan menambahkan isi setiap lokasi memori dalam ROM, dengan mengabaikan kelebihan bit yang mungkin akan terjadi dengan adanya penambahan tersebut. Misalnya: checksum 16-bit akan dihitung. Hasilnya, mungkin lebih dari 16-bit.


3. Pengujian antar-muka (interface)
   Interface biasanya diuji dengan program diagnostik. Input interface berupa papan-ketik (keyboard), dan output interface bisa berupa lampu yang dapat menyala. Data yang dimasukkan oleh teknisi akan ditampilkan pada output interface. Perangkat lunak yang digunakan memungkinkan data yang dibuat oleh teknisi dapat ditampilkan pada output interface. Interface yang input dan outputnya sesuai (compatible), maka dapat diuji secara bersamaan dengan teknik loopback. Misalnya input dan output interface RS-232 akan diuji dengan menghubungkan data-in dan data-out secara bersamaan.
   
   Beberapa program diagnostik canggih dapat melokalisir kerusakan dibagian PC board dan mencetaknya melalui printer. Hal ini tentu dapat mem-permudah dan mem-persingkat pekerjaan pelacakan kerusakan pada komputer. Hal ini dapat dilakukan jika tidak ada masalah dengan pengunduhan (loading) dan eksekusi program. Tetapi jika program tidak dapat diunduh atau tidak dapat dieksekusi, kemungkinan kerusakan terdapat pada terminal I/O, RAM, atau CPU-nya itu sendiri. Oleh karena itu harus digunakan pendekatan atau cara pelacakan yang lainnya.
   Kerusakan yang terjadi pada ROM juga dapat mengakibatkan sistem tidak dapat beroperasi. Jika ini terjadi, maka metode pelacakan sinyal, analisis logika, dan metode substitusi dapat digunakan.

Analisis signature

Sebuah analisis signature pada dasarnya merupakan sebuah program tes yang dijalankan melalui sebuah lup (loop). Bentuk gelombang atau signature dari setiap node atau titik sambungan dalam sistem diukur. Signature akan dibandingkan dengan signature yang diukur pada saat sistem bekerja dengan benar. Signature-signature tersebut biasanya direkam dalam tabel. Signature yang rusak akan dilacak kembali untuk menentukan komponen yang rusak. Pengujian signature dilakukan dengan signature analyzer.
Biasanya terdapat dua program uji: pertama adalah free-run atau kernel test. Pengujian free-run diimplementasikan dengan perangkat keras. Pengujian kedua, adalah merupakan pengujian perangkat lunak dari sistem saat berhenti bekerja.
Lead Start-and-stop pada signature analyzer digunakan untuk menentukan kapan analyzer mulai dan berhenti bekerja. Lead clock akan memberi tanda/perintah pada analyzer untuk men-cuplik data atau mengukur signature.

1. Free-run atau kernel test
   Dalam pengujian ini sambungan bus data dengan mikroprosesor akan diputus oleh instruksi NOP (No Operation). Mikroprosesor akan menghitung alamat dari 0 hingga tertinggi. Jalur alamat akan berfungsi sebagai output pencacah, dan itu menunjukkan kondisi rangkaian. Pengujian free-run sesuai untuk menguji jalur alamat, dekoder alamat atas, beberapa kontrol logik dari sistem, dan CPU. Free-run juga dapat digunakan untuk memeriksa ROM di dalam sistem.


2. Pengujian kedua
   Pengujian kedua akan memeriksa sistem saat tidak bekerja. Pola-pola akan ditulis dan dibaca dari RAM, bagian (port) output diberi stimulasi, input port dibaca. Loopback dijalankan pada port input dan output yang bersesuaian. Program tidak akan merespon jika pola terbaca dengan benar. Signature analyzer akan menyorot data yang salah.

Hasil Pengujian:
Paling tidak terdapat dua tabel hasil pengujian:

1. tabel-baca yang berisi daftar signature yang terbaca.
2. tabel-tulis yang berisi daftar signature yang tertulis (jika pola tidak tertulis secara benar dalam RAM dan chip I/O).

Tabel-baca biasanya mempunyai beberapa sub-tabel untuk signature bus data. Jika data bus terdiri dari dua atau lebih chip, dan dalam waktu yang bersamaan data didorong ke dalam tabel-baca, maka akan sulit untuk menentukan chip mana yang mengalami kerusakan. Oleh karena itu, biasanya tersedia saklar untuk memilih chip RAM dan peripheral yang ada. Saklar di dalam chip yang menghasilkan signature yang salah akan meng-isolasi chip yang rusak tersebut.

Keuntungan:
Keuntungan utama penggunaan analisis signature ialah, dengan keterampilan teknisi yang relatif rendah dapat melacak kerusakan chip. Peralatan tambahan, seperti: logic pulser, atau digital current tracer dapat digunakan untuk melacak kerusakan pada node, dimana chip yang rusak itu berada.

Kerugian:

• Relatif lambat dalam mengisolasi area kerusakan, tetapi sekali kerusakan tersebut dapat diidentifikasi, maka kerusakan node dan chip dapat di-isolasi.
• Diperlukan keterampilan dan pengetahuan yang tinggi di bidang perangkat keras, arsitektur komputer, dan perangkat lunak pada level kode assembly untuk menentukan sambungan signature analyzer dan perangkat uji (program) yang tertulis.
• Semua program pengujian dan signature harus telah tersedia sebelum pemeliharaan & perbaikan dilakukan pada sistem.
• Analisis signature, lebih sulit dibandingkan dengan self-test program.
• Program signature tidak bisa digunakan untuk meng-identifikasi kegagalan restart, kecuali telah disiapkan sebelumnya.
• Diperlukan waktu relatif lama untuk menyiapkan semua dokumen yang diperlukan untuk analisis signature. Perangkat uji harus ditulis dan di-debug. Signature untuk semua tes harus diukur, di-dokumentasikan, diperiksa, dan dicocokkan.

Pemeriksaan kegagalan restart

Kerusakan pada salah satu kontrol atau jalur status ke CPU, RAM, ROM, atau CPU itu sendiri dapat menyebabkan kegagalan restart. Pendekatan konvensional hingga paket analisis signature dapat digunakan untuk mendeteksi kerusakan chip.
Logic probe dan osiloskop dapat digunakan untuk memeriksa aktifitas bus-bus data dan alamat, output chip select dari jaringan dekode alamat atas, rangkaian refresh RAM, konsol dari interface, atau dan sebagainya. Dan perlu juga dilakukan pemeriksaan sebagai berikut:

• Catu daya: Pastikan tegangan yang dihasilkan sesuai dengan yang diperlukan. Catu daya yang tidak sesuai, dapat menyebabkan komputer tidak dapat di-restart.
• Clock: Periksa clock pada memori dan programmable peripheral chip di dalam sistem. Gunakan logic probe atau osiloskop untuk memeriksa clock dan kontrol lain atau jalur status. Perubahan frekuensi kristal dapat menyebabkan kegagalan restart.
• Jalur Reset: Tekan tombol reset sambil mengamati input reset pada mikroprosesor. Ulangi prosedur ini dengan programmable peripheral chip yang dipasangkan pada jalur reset. Jika chip ini tidak reset dengan baik, sistem tidak akan restart. Beberapa mikroprosesor memerlukan waktu beberapa detik agar bisa restart, khususnya saat kenaikan daya. Jika kenaikan daya sistem yang diuji tidak sesuai, tetapi terjadi restart dengan tombol reset, maka periksa rangkaian penunda pada jalur reset.
• Ready atau Wait Line: Ini merupakan sebuah kontrol untuk memperlambat prosesor, memori, dan chip I/O. Jika jalur kontrol ini diaktifkan, maka prosesor akan berada pada state menunggu (wait state). Prosesor akan terus menunggu jika jalur ini hang dalam kondisi aktif. Periksalah jalur pada mikrprosesor. Cari sumber kerusakan disekitar memori dan chip I/O.
• Jalur Halt atau Hold: Jika jalur kontrol ini diaktifkan, maka prosesor akan menyelesaikan instruksi yang sedang berjalan lalu berhenti. Biasanya bus data dan alamt menjadi mengambang (float). Jalur ini lalu digunakan oleh prosesor lain seperti DMA (Direct Memory Access) untuk mempercepat operasi disk atau me-refresh kontrol monitor, atau untuk memperkuat kontrol memori. Jika jalur ini hang dalam state aktif, maka prosesor tidak dapat mengambil instruksi. Periksa jalur pada mikroprosesor dan lacak sumber kerusakannya.
• Jalur Interrupt: Semua mikroprosesor, minimal mempunyai sebuah jalur interrupt. Periksa, dan pastikan jalur ini tidak aktif selama restart. Jika jalur ini hang, maka mikroprosesor akan selalu melayani interrupt, baik selama maupun sesudah menjalankan rutin restart.

Kerusakan perangkat lunak

Kerusakan yang terjadi pada perangkat lunak mikrokomputer sangat jarang terjadi. Tetapi ada hal-hal yang menyebabkan program di dalam memori menjadi rusak, antara lain karena:

• Memori (di dalam EPROM) terkena sinar-x
• Terjadi kerusakan fisk pada IC memori (retak, korosi, kaki patah, terkena benda cair, terkena panas yang lebih, atau dan sebagainya)

Kerusakan yang terjadi karena virus, trojan, dan lain-lain jarang terjadi. Ini karena mikrokomputer jarang digunakan untuk komunikasi dengan komputer lain. Program yang disimpan di dalam mikrokomputer biasanya bersifat permanen, dan digunakan untuk menjalankan pekerjaan tertentu. Mikrokomputer biasanya digunakan untuk program-program khusus, misalnya: mainan anak-anak, sistem mesin di mobil, sistem pengapian, proses industri.