Phần lớn máy tính có loại chíp đặc biệt kết hợp đồng hồ thời gian thực (RTC: real-time clock) tối thiểu 64 byte (bao gồm 14 byte dữ liệu đồng hồ ) bộ nhớ bất khả biến (NVRAM: nonvolatile RAM). Chip này chính thức được gọi là chip RTC/NVRAM, nhưng nó thường được nhắc đến như chip CMOS hay CMOS RAM do loại chip này được sản xuất dùng quy trình CMOS (complementary metal-oxide semiconductor). Các chip theo thiết kế CMOS được biết đến với điện năng tiêu thụ cực thấp. Loại chip RTC/NVRAM được thiết kế để chạy hết pin trong nhiều năm.

Chip đầu tiên của loại này là Motorala MC 146818 được dùng trong IBM AT từ tháng 8 năm 1984. Mặc dù những chip được dùng ngày nay đến từ nhiều nhà sản xuất và có số linh kiện khác nhau, chúng đều được thiết kế tương thích với thành phần Motorola đầu tiên này. Hầu hết bo mạch chủ hiện đại có RTC/NVRAM tích hợp trong chipset South Bridge hay Trung tâm điều khiển I/O (ICH: I/O Controller Hub) của bo mạch, nghĩa là không cần chip riêng biệt.

Đồng hồ này cho phép phần mềm đọc ngày tháng và thời gian, duy trì dữ liệu ngày tháng và thời gian ngay cả khi hệ thống tắt nguồn hay bị tháo phích cắm điện. Phần NVRAM của chip này có chức năng khác: nó được thiết kế đến lưu trữ cấu hình hệ thống cơ bản, bao gồm số bộ nhớ được lắp đặt, loại ổ đĩa được lắp đặt, cấu hình thiết bị PnP (Plug hay Play), mật khẩu bật nguồn và thông tin khác.

Mặc dù một số chip lưu trữ đến 4KB NVRAM hay nhiều hơn, hầu hết chipset bo mạch chủ với RTC/NVRAM tích hợp kết hợp 256 byte NVRAM, trong đó đồng hồ dùng 14 byte. Hệ thống đọc thông tin này mỗi lần bạn bật nguồn.

Pin bo mạch chủ NVRAM (CMOS RAM) có nhiều hình thức. Hầu hết là thiết kế lithium do vậy chúng kéo dài 2-5 năm hay nhiều hơn. Tôi từng thấy hệ thống có pin kiềm thông thường gắn trong hộp chứa; pin này ít thích hợp bởi vì thường bị hỏng và ngắn thời gian sử dụng. Cũng vậy nó thường bị rò rỉ, nếu pin rò rỉ trên bo mạch, bo này bị hỏng nghiêm trọng. Đến nay, pin được sử dụng thông dụng nhất cho bo mạch là pin dạng đồng xu được gắn trong hộp chứa là thành phần thông dụng nhất cho bo mạch là pin dạng đồng xu được gắn trong hộp chứa là thành phần của bo mạch. Hai loại pin đồng xu chính được dùng, khác nhau về đặc tính hóa học. Phần lớn dùng cực âm dioxide mangan (Mn02), được chỉ định bởi một tiền tố CR trong số part; số khác dùng cực âm carbon monoflouride (CF), được chỉ định bởi một tiền bố BR trong số Part. Loại CR có rất nhiều (và do vậy dễ tìm hơn) và cho công suất hơn cao hơn. Loại BR hữu dụng cho hoạt động ở nhiệt độ cao hơn (trên 60 độ C hay 140 độ F).

Bởi vì CR thì rẻ hơn và dễ kiếm hơn, bạn thường tìm thấy nó trong máy tính. Các số khác trong số part của pin cho biết kích thước vật lý của pin. Cho thí dụ, loại pin đồng xu lithium phổ biến được dùng trong máy tính là CR 2032, đường kính 20mm và dày 3.2mm, dùng cực âm dioxide mangan. Chúng có sẵn tại các cửa hàng cung cấp đồ điện tử, cửa hàng bán máy ảnh và thâm chí trong các hiệu thuốc. Hình 18.39 thể hiện hình cắt trích của pin đồng xu lithium CR2032.

Dự kiến tuổi thọ pin được tính bằng cách chia công suất pin cho dòng điện chuẩn mực cần thiết. Cho thí dụ, một pin CR2032 định mức 220 mAh (milliamp hours) và mạch RTC/NVRAM trong hầu hết chipset bo mạch kéo 5μA (microamps) điện năng từ pin. Do đó tuổi thọ pin được tính như sau:

220.000μAh÷ 5μA = 44.000 hours = 5 năm.

Nếu một pin mỏng hơn (công suất thấp hơn) như CR2025 được dùng, tuổi thọ pin sẽ ngắn hơn:

165.000μAh ÷5 μA = 33.000 hours = 3.7 năm

Tuổi thọ pin được tính khi hệ thống được rắp láp đầu tiên, vài tháng trước khi mua hệ thống nếu nó mới. Cũng vậy, pin có thể bị xả một phần trước khi lắp đặt vào hệ thống; nhiệt độ cao hơn trong sự lưu trữ và trong hệ thống góp phần làm giảm tuổi thọ pin. Tất cả lý do này và nhiều hơn đều làm tuổi thọ pin ngắn hơn số liệu được tính tóan.

Khi pin cạn, điện áp đầu ra giảm xuống phần nào. Điện áp pin thấp hơn làm giảm sự chính xác của RTC. Hầu hết pin đồng xu lithium được quy định 3V; tuy nhiên đọc trên pin mới thường cao hơn. Nếu đồng hồ hệ thống dường như không chính xác (thí dụ chạy chậm), kiểm tra điện áp trên pin CMOS. Sự chính xác cao nhất đạt được nếu điện thế pin được duy trì ở 3.0V hay cao hơn. Pin Lithium thường duy trì điện áp khá ổn định cho đến khi gần như xả đầy đủ, từ đó nhanh chóng giảm điện áp. Nếu kiểm tra điện áp pin và thấy nó dưới 3.0V, xem xét việc thay pin, thậm chí trước thời gina thay pin dự kiến.

Mặc dù phần lớn hệ thống hiện đại dùng pin đồng xu 3.0V, hệ thống cũ hơn dùng các loại pin và điện áp khác nhau qua nhiều năm. Cho thí dụ, một số hệ thống cũ dùng loại 3.6V, 4.5V và 6V. Nếu thay thế pin trong máy cũ hơn, hay chắc là thay thế cái có cùng điện áp như cái cũ mà bạn đã tháo ra khỏi hệ thống. Một số bo mạch dùng được nhiều pin có điện áp khác nhau và bạn sử dụng một cầu nhảy hay mạch chuyển để chọn các thiết lập khác nhau. Nếu bạn cho rằng bo mạch của bạn có tính năng đó, tham khảo tài liệu cho sự hướng dẫn thay đổi thiết lập. Tất nhiên điều dễ nhất để làm là thay pin cũ với pin mới cùng loại.

Một số hệ thống qua nhiều năm dùng một loại chip chuyên dụng có gắn pin bên trong. Vài công ty chế tạo chip này, như Dallas Semiconductor và Benchmarq.

Những chip này nổi tiếng về tuổi thọ dài. Theo điều kiện bình thường, pin hoạt động 10 năm – tất nhiên dài hơn tuổi thọ hữu dụng của hệ thống. Nếu hệ thống dùng một trong sản phẩm của Dallars hay Benchmarq, pin và chip phải được thay như một bộ bởi vì chúng là một tổng thể.

Hầu hết thời gian, kết hợp chip/pin này được lắp đặt vào một lỗ trên bo mạch chỉ trừ trường hợp cần thay cái cũ do sự cố. Bạn có thể mua bộ kết hợp này mới từ nhà sản xuất giá $18 hay ít hơn, rất mắc hơn pin lithium hình đồng xu trong phần lớn hệ thống hiện đại. Thực tế, do chi phí và hầu hết nhà sản xuất chipset bo mạch đã tích hợp chức năng RTC/NVRAM trong chipset bo mạch, chỉ một ít máy tính dùng bộ chip/pin này.

Một số hệ thống không dùng pin. Cho thí dụ, Hewlett-Packard dùng tụ điện đặc biệt trong một số hệ thống của họ, tự động nạp bất kỳ khi nào hệ thống được cắm nguồn. Hệ thống này không vận hành cho tụ điện này sạc; chỉ cần cắm điện thôi. Nếu hệ thống không được cắm nguồn, tụ điện này cung cấp điện cho chip RTC/NVRAM một tuần hay nhiều hơn. Nếu hệ thống vẫn không được cắm nguồn trong thời gian dài hơn thời gian quy định, thông tin NVRAM bị mất. Trong trường hợp này, hệ thống tải lại NVRAM từ sao lưu dự phòng trong chip flash ROM trên bo mạch. Những thông tin thực sự mất khi bạn cấp lại nguồn hệ thống là ngày tháng và thời gian, phải đăng ký lại. Bằng cách dùng tự điện phối hợp với một sao lưu.

NVRA trong flash ROM, hệ thống này có phương thức sử dụng nguồn điện đáng tin cậy kéo dài vô hạn.

Nhiều hệ thống cũ dùng pin rời qua một cáp hay được hàn trực tiếp vào bo mạch (hầu hết là hệ thống cũ đã lỗi thời). Đối với hệ thống với pin được hàn bên trong, đầu nối pin dự trữ thường có trên bo mạch để bạn cắm bộ pin thông thường (plug-in battery) nếu pin cũ hư.

Khắc phục sự cố pin CMOS

Triệu chứng cho biết về pin bao gồm không thiết lập lại đồng hồ trên máy tính mỗi lần tắt hệ thống (đặc biệt sau khi xê dịch nó) và các sự cố trong suốt kỳ POST của hệ thống, như là khó khăn phát hiện ổ đĩa. Nếu đã có kinh nghiệm với các sự cố như vậy bạn nên ghi chép các thiết lập CMOS hệ thống và thay pin ngay khi có thể.

Lưu ý

Khi thay pin máy tính, nên chắc là bạn đặt pin đúng cực; nếu không bạn sẽ làm tổn hại chip RTC/RAM (CMOS), thường được tích hợp vào chipset bo mạch. Do chip này được hàn vào bo mạch nên đây sẽ là lỗi đắt giá! Lỗ giữ pin đồng xu trên bo mạch thường được thiết kế sao cho cực dương của pin ngửa lên. Bo mạch cũ dùng bộ pin cắm, đầu nối pin thường có khóa chốt.

Khi thay pin, hầu hết trường hợp dữ liệu trong NVRAM bị mất. Tuy nhiên đôi khi dữ liệu này vẫn giữ nguyên trong vòng vài phút (tôi đã quan sát NVRAM lưu trữ thông tin khi không có nguồn điện trong một giờ hay nhiều hơn), vì thế nếu thực hiện sự thay pin nhanh, thông tin trong NVRAM có thể còn. Để chắc chắn, tôi đề nghị bạn ghi lại tất cả thiết lập cấu hình hệ thống trong NVRAM bằng chương trình Setup của hệ thống. Trong phần lớn trường hợp, bạn nên chạy chương trình BIOS Setup và sao lưu hay in ra toàn bộ các thiết lập mà màn hình thể hiện. Một số chương trình Setup cho khả năng lưu dữ liệu NVRAM vào một tệp tin cho sự hồi phục sau này khi cần thiết.

Lời khuyên

Nếu BIOS hệ thống bị khóa mật khẩu và bạn quên mật khẩu, chri một cách là tháo pin vài phút rồi đặt lại nó. Điều này đưa BIOS về thiết lập mặc định, gỡ bỏ bảo vệ bằng mật khẩu.

Sau khi thay pin, bật nguồn hệ thống và dùng chương trình setup để kiểm tra thiết lập ngày tháng, thời gian và bất kỳ dữ liệu khác đã được lưu trữ trong NVRAM.