ジャンクマザーのバラック起動・BIOS波形観測・メモリテスト

2010年頃のジャンクマザーボード（eMachines EL1350）を基板むき出し（バラック）で起動させ、BIOSが目を覚ます瞬間のチップイネーブル信号をオシロスコープで捕まえ、Memtest86+でメモリを叩くまでの記録。Nand2Tetrisで学んだ「フェッチサイクル」が実シリコン上で動く物理的な証拠を拾う。

実験環境 #

• マザーボード: eMachines EL1350（Acer系OEM / 2010年頃のAMI BIOS）
• CPU: AMD Athlon II X2 215 (2.7GHz, Dual-Core)
• CPUクーラー: Intel用リテール（バラックのためネジ止めせず載せただけ）
• メモリ: DDR3-1333 1GB × 2（計2GB）
• 計測器: OWON SDS1104（100MHz 4ch オシロ）

バラック起動とトラブルシュート #

電源ピンのショート起動 #

フロントパネルヘッダ（RAMスロット右、ブザー横の14ピン）のうち、電源スイッチ(PWR_SW)に対応する隣り合う2ピンを金属ドライバでショートさせて起動する。

ファンは回るが画面が映らない（POSTが走らない） #

原因は白い4ピン角コネクタ（ATX12V CPU電源）の挿し忘れ。24ピンだけではチップセットやファンにしか給電されず、CPUの論理回路駆動用の12Vが来ないためCPUが眠ったまま。4ピンを挿して解消。

ファン浮き（密着不足）での自動停止 #

CPUクーラーがネジ止めされず浮いていると、数十秒〜1分で「バツン」と強制切断される。CPU内部のデジタル温度センサー(DTS)がTjMax（約100〜105℃）を検知した瞬間、最優先のハードウェア割り込み THERMTRIP#（Active-Low）を発し、電源管理ICが物理的にATX電源を落とすため。

BIOSの低レイヤ設定 #

オシロで波形を拾うための下ごしらえ。

• Enable Clock to All DIMM/PCI: Enabled — 空スロットにも常時クロックを流し続ける。波形を拾うのに必須。
• Spread Spectrum: Disabled — 通常はEMI対策でクロックを微妙に揺らす（例: 99.5〜100.5MHz）機能。有効だとオシロ上で波形が左右に震えて（ジッター）ボヤけるので、解析時は無効化して周波数を固定する。

オシロでBIOS目覚めの瞬間（CE#）を捕獲 #

プローブと本体設定 #

• プローブ: 10X（10倍アッテネータ）にし、本体のCH設定も 10X に合わせる。1Xだとプローブの容量で100MHz帯が鈍る、または回路に負荷がかかりフリーズする。
• GND: 黒いワニ口を、ネジ穴の銀フチやUSBポート外枠など巨大なGNDプレーンにガッチリ接続。GNDが浮くと、空間の50Hz交流ノイズをアンテナのように拾い、画面に綺麗なサイン波がウネウネ出る。
• ターゲット: BIOSチップ(SST 25VF080B)の1番ピン（CE# / チップイネーブル）。左下の丸いくぼみのすぐ横の足。

シングルトリガー（待ち伏せ） #

• 縦軸: 1.00〜2.00V/div
• 横軸: 50〜100ms/div（起動直後の通信の塊全体を俯瞰する）
• トリガーエッジ: 立ち下がり(Falling)
• トリガーレベル: 1.5V付近（3.3V→0Vの途中に罠を仕掛ける）
• OWONは Force ボタンで待機。左上が「Wait / Ready」になれば準備完了

捕獲できた波形 #

• 起動前は3.3V(High)の直線
• ショート起動の数ミリ秒後、CPUが最初の機械語をフェッチするためCE#を垂直に0V(Low)へ引きずり下ろす（崖が出現）
• その後データが猛烈に流れ、線が密集して「極太の黄色いブロック」としてフリーズする。Nand2Tetrisのフェッチサイクルがシリコン上で動いた物理的証拠

オシロのUSB保存制限とdiskpart #

オシロの組み込みOSはクセが強い。

• FAT32しか受け付けない（exFAT / NTFS 不可）
• クラスターサイズは4096バイト(4K)でないと弾かれる
• 最新のUSB3.0や大容量（GPT）は古いUSBコントローラと相性が悪く拒絶される
• 最強の解決策: 引き出しの奥の「超昔のUSB2.0小容量メモリ」を使うと一発で認識・保存できる

Windowsで頑固なパーティションを物理レベルで初期化してMBR/FAT32に直す手順（select disk の番号ミスに厳重注意）:

diskpart
list disk
select disk 2      # ← 対象USBの番号。ミスると別ディスクを消すので厳重確認
clean
convert mbr
create partition primary size=4000
format fs=fat32 unit=4096 quick
assign

保存形式は .bin（生のADC電圧データ、公式ソフトで波形再構築）/ .csv（Excel・Pythonで解析）/ .bmp（画面スクショ）。

Memtest86+でベアメタルテスト #

• 現代風のGPTで焼いたUSBは「Missing operating system.」で弾かれる（レガシーBIOSはMBRブートしか読めない）
• 前述の「超昔のUSBメモリ」にMemtest86+を書けば正常ブート
• OSの力を一切借りず、CPUが物理メモリの全アドレスに0/1のテストパターンを書き込み・読み出しして回路の健全性をチェックする。ハードとソフトの境界線を体感できるツール