16+
ComputerPrice
НА ГЛАВНУЮ СТАТЬИ НОВОСТИ О НАС




Яндекс цитирования


Версия для печати

Модуль поиска не установлен.

Реализация скрытых возможностей

10.08.2010

К.т.н. Евгений Рудометов, Виктор Рудометов

Повысить производительность компьютерных систем можно за счет использования форсированных режимов - умеренного разгона с частичной реализацией скрытых резервов комплектующих.

Задачи, решаемые с помощью компьютеров, постепенно усложняются, и каждый пользователь компьютера сталкивается с проблемой недостаточности ресурсов и функциональности. Прежде всего, это касается производительности.

Увеличить производительность можно не только за счет модернизации системы, но и за счет использования форсированных режимов, характеризующихся повышенными частотами для компьютерных компонентов. Это, как правило, позволяет существенно повысить быстродействие каждого из них и соответственно производительность всей системы.

Однако, следует отметить, что иногда все это достигается ценой некоторого снижения надежности работы и сокращения ресурса безаварийной эксплуатации. Тем не менее, во многих случаях это допустимо, т. к. период эксплуатации компьютерных систем весьма краток и весь ресурс все равно не будет выработан. Что же касается возможных сбоев и зависаний, то при корректном выполнении процедуры разгона они крайне редки и в обычных условиях, как правило, не приводят к большим неприятностям.

Следует подчеркнуть, что в последнее время разгон стал популярен и среди обладателей совершенно новых компьютеров.

Оценивая возможности и неприятности разгона, следует напомнить, что эти режимы не являются такой уж новой технологией. Действительно, еще в компьютерах с процессорами типа Intel 8086, 8088 (рис. 1), 286, 386 широко использовался режим TURBO, который, по сути, являлся режимом разгона.

Процессоры Intel 8086, 8088 

Рис. 1. Процессоры Intel 8086, 8088

В последние годы динамическое изменение тактовых частот стали использовать даже производители процессоров. В качестве примеров можно привести технологии Turbo Boost и Turbo Core, которые призваны увеличивать рабочие частоты активных ядер при неполной загрузке процессоров. Не отказались от поддержки формирования и производители ряда компьютерных комплектующих и систем.

Что же касается конечных пользователей, то популярность разгона среди них часто объясняется естественным желанием что-нибудь усовершенствовать в компьютере. И разгон - это простой способ увеличения производительности, тем более, что это обычно не сопровождается значительными расходами.

А еще, осознав, что умеренный разгон не требует фундаментальных знаний, к содружеству оверклокеров примкнуло много молодых людей, считающих разгон бесплатным билетом в элитарный клуб. Тем не менее, занимаясь своим компьютером, многие из них постепенно накапливают знания, что можно только приветствовать.

Оценивая возможности данной технологии, следует признать, что существуют и экономические причины ее популярности. Действительно, при относительно низких затратах и разумном риске можно достичь сравнительно высокой производительности для компьютеров. Рост производительности для процессора может достигать 20-30%, а при более жестких и рискованных режимах - до 50% и более. А если заглянуть в прайс-листы и сравнить уровни цен младших представителей, которые, как правило, хорошо "разгоняются", с ценами средних и старших моделей, то экономия будет очевидной.

Остается добавить, что аналогично в компьютерах можно повысить производительность и модулей памяти, и видеоадаптеров, что положительно сказывается на общей производительности всей системы. Вместе с увеличением производительности процессора все это автоматически переводит компьютер в более высокую категорию. При этом нередко комплектующие начального уровня производительности успешно соперничают с более мощными и дорогими представителями, находящимися на противоположном конце продуктового ряда.

Популярности разгона способствует и появление соответствующих материнских плат и чипсетов, и даже специальных программных средств, осуществляющих управление и контроль за режимами эксплуатации.

Итак, в чем же суть разгона?

Идея разгона, как сравнительно простого и относительно дешевого метода повышения производительности ранее купленного или нового компьютера, довольно проста. В ее основе лежит реальная возможность эксплуатации комплектующих в форсированных частотных режимах. А, как известно, повышение тактовых частот позволяет решать задачи за меньшее время или обрабатывать большие объемы информации за единицу времени. Действительно, производительность и темп выполнения инструкций связаны следующим соотношением:

Производительность = (Количество инструкций) / (Время выполнения)

Это выражение можно переписать в виде произведения количества инструкций, выполняемых за один такт (Instruction Per Clock, IPC), на количество тактов за единицу времени (тактовая частота, F):

Производительность = IPC * F.

Таким образом, производительность пропорциональна частоте. Правда, в реальности зависимость не является строго линейной, поскольку из-за высоких частот часть переданной информации искажается и поэтому передачи приходится повторять. Кроме того, есть еще и проблема синхронизации работы отдельных узлов и подсистем, что порождает задержки. Тем не менее, с ростом тактовых частот растет и производительность, по крайней мере, пока доля искаженных посылок и суммарный объем задержек не остановят этот рост.

Увеличить разгонный ресурс можно за счет увеличения напряжения питания. К сожалению, увеличение напряжения питания и тактовой частоты увеличивает тепловую мощность.

Для оценки тепловой мощности процессора целесообразно воспользоваться следующей формулой:

где P - тепловая мощность процессора, С - коэффициент, учитывающий взаимную емкость элементов ядра процессора и зависящий от архитектуры его ядра, V - напряжение питания ядра, F - тактовая частота.

Данную формулу можно привести к виду:

где переменные с индексом k обозначают соответствующие параметры разгона, а переменные с нулевым индексом - параметры штатного режима.

Пример оценки ожидаемой тепловой мощности процессора Intel Pentium 4 2ГГц для разных режимов его разгона приведен в таблице 1.

Таблица 1. Оценка тепловой мощности процессоров в разных режимах разгона

ПроцессорPo, ВтFo, ГГцVo, ВFk, ГГцVk, ВPk=, Вт
Intel Pentium 4 2ГГц52,421,52,11,5055,0
2,21,5057,6
2,41,5567,1
2,61,6077,5
AMD Athlon II X2 255653,11,43,21,467.1
3,41,471.3
3,61,586.7
3,81,591.5

Кстати, при снижении тактовой частоты процессора ниже штатной величины, напряжение питания его ядра может быть соответствующим образом снижено без нарушения устойчивости работы системы. Это в соответствии с приведенной формулой позволяет снизить теплообразование процессора. Как пример, подобных решений, выполняемых в автоматическом режиме, можно привести функции защиты процессоров в случаях нарушения тепловых режимов их работы. А еще снижение частоты и напряжения питания являются стандартными для портативных компьютеров. Это возможность предназначена экономить энергию батарей. Однако их можно использовать и для настольных компьютеров. Соответствующую настройку настольных и мобильных систем можно выполнить с помощью, например, утилиты RMClock.

Конечно, в первую очередь разгону подвергаются процессоры. Возможность этого основана на том, что большинство процессоров имеют достаточно большой технологический запас, обеспечивающий гарантированный уровень производительности всей выпущенной серии. Соответствующие технологические резервы производительности часто имеют и элементы видеоадаптеров (видеочипы и микросхемы видеопамяти), оперативной памяти и даже жестких дисков. Этот запас может быть реализован в процессе индивидуального подбора оптимальных режимов эксплуатации разгоняемых элементов.

Необходимо отметить, что отношение к разгону неоднозначное. Тем не менее, фирмы-производители материнских плат в своей конкурентной борьбе за покупателей не смогли проигнорировать это явление. Поэтому функции разгона поддерживаются большинством их изделий. Это касается как мелких фирм, которые только начинают завоевывать компьютерный рынок, так и крупных, имеющих длительную историю, традиции и безупречную репутацию. Часть из них устраивают демонстрации возможностей своих решений (рис. 2), и даже соревнования.

Демонстрация разгонных возможностей материнской платы Gigabyte

Рис. 2. Демонстрация разгонных возможностей материнской платы Gigabyte

Выбирая оптимальную материнскую плату по критерию наличия функций разгона, необходимо оценивать ряд особенностей, обеспечивающих реализацию данных специфических режимов.

Кстати, современные качественные материнские платы, выпущенные производителями верхнего уровня, позволяют оперировать частотами процессора, видеоадаптера и жестких дисков независимо друг от друга. Это повышает гибкость настройки и позволяет оптимизировать работу каждой из подсистем индивидуальным подбором соответствующих параметров.

Изменение частоты и напряжений обычно может осуществляться как с помощью соответствующих переключателей и перемычек в материнских платах предыдущих поколений, так и программно - в BIOS Setup. В последнем случае не требуется даже открывать системный блок компьютера. Все операции по разгону и контролю над установленными параметрами осуществляются в соответствующих пунктах меню BIOS Setup (рис. 3).

Меню BIOS Setup материнской платы Gigabyte

Рис. 3. Меню BIOS Setup материнской платы Gigabyte

Аппаратную поддержку данных возможностей осуществляют специальные цепи, задающие частотные режимы основных подсистем. Одна из схем формирования тактовых частот для основных подсистем компьютера приведена на рис. 3.

Для целей гибкого управления производительностью конструкторы создают различные варианты, позволяющие изменять коэффициенты, задающие соотношение частот шин процессора, памяти и, возможно, видеоадаптера. Изменение частотных режимов осуществляется с помощью встроенных в архитектуру материнских плат специальных средств. К их числу относятся чипы PLL (Phase-Locked Loop), реализующие в своем составе управляемые током или напряжением генераторы (VCO - Voltage Controlled Oscillator), которые осуществляют постоянное отслеживание фазы входного сигнала. Такие генераторы используются для управления частотой. На материнской плате PLL используется для формирования нескольких частот. Один из примеров реализации PLL, используемый в ряде материнских плат Gigabyte, приведен на рис. 4.

Вариант реализации схемы чипа PLL

Рис. 4. Вариант реализации схемы чипа PLL

Электронные цепи с аппаратно-программным изменением частот, подаваемых на основные подсистемы компьютера, обеспечивают широкие возможности для управления производительностью и энергопотреблением. Изменяемые по частоте тактовые сигналы подаются на компоненту чипсета, выполняющкю функции North Bridge, через которую осуществляется управление скоростными параметрами процессора, модулей оперативной памяти, видеоадаптера. Аналогичные решения используются и в ряде моделей других производителей. Остается отметить, что в некоторых случаях используются еще и специализированные чипы, расширяющие возможности цепей управления.

Конечно, высокие частоты требуют от конструкторов материнских плат разработки специального дизайна, учитывающего повышенные уровни энергопотребления элементов и, соответственно, их теплообразования. Первая проблема обычно решается установкой мощных VRM, представленных многофазными решениями, предусматривающими динамическое изменение числа активных фаз в зависимости от вычислительной нагрузки. Вторая - использованием специально спроектированных систем охлаждения (рис. 5), в конструкции которых используются различные радиаторы, тепловые трубки и даже элементы водяного охлаждения.

Примеры реализации систем охлаждения элементов материнских плат

Рис. 5. Примеры реализации систем охлаждения элементов материнских плат

Кроме того, ряд производителей материнских плат вводят в свои изделия различные средства, повышающие функциональные возможности своих изделий. Одним из таких нововведений является динамический разгон, связанный с автоматическим изменением тактовых частот в зависимости от изменения вычислительной нагрузки. Такие средства обеспечивают рост тактовых частот при увеличении нагрузки и уменьшение - при ее снижении, что улучшает тепловые режимы эксплуатации комплектующих. В качестве примера можно привести технологии от Gigabyte, например, C.I.A. 2, M.I.B. 2, EasyTune и др.

C.I.A. 2 (CPU Intelligent Accelerator) осуществляет динамическое изменение частоты процессора (точнее, FSB) и напряжения питания в зависимости от текущей загрузки. Возможен выбор одного из режимов разгона: Disable, Cruise, Sports, Racing, Turbo, Full Thrust. Каждый из режимов определяет диапазон прироста тактовой частоты.

Еще одним инструментом повышения производительности компьютера являются фирменные средства улучшения работы подсистемы памяти. В качестве примера может рассматриваться технология M.I.B. 2 (Memory Intelligent Booster) от Gigabyte, позволяющая оптимизировать работу с оперативной памятью за счет учета характеристик известных чипов/модулей.

Остается добавить, что указанные технологии дополняет набор фирменных утилит от того же производителя материнских плат. В их состав входят программа EasyTune 5 для мониторинга системных параметров и разгона (рис. 6).

Выбор параметров C.I.A. 2 и пример работы EasyTune 5

Рис. 6. Выбор параметров C.I.A. 2 и пример работы EasyTune 5

Выпущен и более совершенный вариант программы, получивший наименование EasyTune 6 (рис. 7).

Пример работы EasyTune 6

Рис. 7. Пример работы EasyTune 6

Оценивая приведенные возможности, необходимо отметить, разгон в значительной степени является процессом творческим, основанным на знании основ работы основных компьютерных компонентов и функциональных возможностей материнских плат.

В заключение следует в очередной раз напомнить, что выбор оптимальной материнской платы является очень важным этапом. Именно на этом этапе нередко закладываются возможности будущего компьютера. И в их расширении могут существенно помочь фирменные аппаратные и программные средства.

И последнее, каждый пользователь, осуществляя разгон элементов, должен помнить о возможности выхода их из строя вследствие нарушения температурных и электрических режимов.

В статье использованы материалы книг:

  1. Рудометов Е. А. "Современное железо: настольные, мобильные и встраиваемые компьютеры" - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. - 464с.
  2. Рудометов В. Е., Рудометов Е. А. "PC: настройка, оптимизация и разгон. 3-е изд." - СПб.: БХВ-Петербург. 2003. - 496с.
  3. Рудометов В. Е., Рудометов Е. А. "Форсирование аппаратных средств PC" - СПб.: БХВ-Петербург. 2003. - 512с.


статьи
статьи
 / 
новости
новости
 / 
контакты
контакты