Теория разгона процессора ПК

Рассмотрим некоторые теоретические предпосылки, которые подвигают обычного пользователя ни с того, ни с сего добавить несколько мегагерц своему вновь приобретенному другу - компьютеру.

Предпосылка первая. Она касается оптимистов

Потратив N-ную суму денег в компьютерной фирме и, проходя по дороге домой мимо рекламы на огромном big board, где четко и ясно написано, что ты круглый идиот и запросто мог бы заплатить в полтора раза меньше, а то и просто получить все в кредит, приходит это трудное решение. Разгон, разгон и только разгон. Это сразу поднимет тебя в своих же глазах, и ты окрыленный этой идеей стремишься быстрее приступить к ее реализации.

Предпосылка вторая. Касается пессимистов

На дворе XXI век, компьютеры настолько сложны и имеют столь непонятную архитектуру, что любое вмешательство в хорошо отлаженную и настроенную систему стремит вероятность появления сбоя к единице, то есть к полной или частичной потери информации, времени на ее восстановление, а в худшем случае и на ремонт компьютера. Но ведь все компьютерные издания, именитые сайты в Интернет только о том и трубят, что разгон это правильно, что в этом нет ничего страшного, что это увеличивает производительность, что разогнанная однопроцессорная система лучше, чем двухпроцессорная. Может быть, производитель действительно заложил такие возможности в компьютер. Например, с рекламной целью. От чего же я должен себя обделять. Добавлю пару мегагерц, протестирую, а там посмотрим.

На фоне таких убедительных доводов тихий стон о том, что есть спецификация, которая придумана не для того, чтобы ее нарушать, что тепловые режимы будут нарушены, что компьютер сгорит, и вы потом все равно ко мне придете, звучит очень и очень неубедительно.

Тем не менее, давайте рассмотрим разгон компьютера как некий уже свершившийся факт, как стиль жизни, как модное направление в музыке. Давайте рассмотрим, что происходит при разгоне компьютера, что на что влияет, какого рода неприятности можно ожидать и почему и, самое главное, как сделать этот процесс предсказуемым.

Введем некоторые базовые понятия и постулаты

Постулат Первый. Компьютер должен быть на гарантии, но не опломбирован. В противном случае каждый раз в случае неудачного разгона Вам предстоит путешествие в фирму, продавшую компьютер, где вы со всем присущим Вам актерским мастерством будете доказывать, что компьютер вечером работал, а утром не включился.

Постулат Второй. Имеет смысл предать разгону только самое современное и дорогостоящее решение. Идея разогнать Pentium 75 до состояния Pentium 90 не актуальна!

Постулат Третий. Не все компоненты компьютера подвержены гонению. Обычно поддаются разгону:

- Центральный процессор
- Память
- Видео карта
- Модем

То, что не поддается разгону и часто от него страдает (семья владельца здесь и далее по тексту не упоминается):

- Клавиатура
- Манипулятор "Мышь"
- FDD
- Sound Blaster
- Сетевая карта
- Жесткий диск

Разгон возможен за счет следующих факторов: за счет увеличения частоты, за счет увеличения коэффициента умножения.

Инструментарий

Почему-то никто никогда не задумывается, что нужно для того, чтобы заняться разгоном. Ну, понятно что, компьютер конечно, а что же еще скажет подавляющее большинство. И оно, конечно, будет право. Без компьютера к разгону приступать бессмысленно.

Но, тем не менее, могу сказать точно, что кое-что Вам таки может пригодиться.

Первое, нужно точно знать, где на материнской плате находится переключатель Clear CMOS. Он нужен практически всегда, когда Вы, пытаясь оптимизировать работу компьютера, установили значение параметров в CMOS Setup слишком уж неудачно. Его место расположение всегда можно посмотреть в документации на плату или на WEB сайте производителя в Интернет. Постарайтесь, чтобы доступ к этому переключатель был свободен от кабельного хозяйства, и чтобы выполняя очистку CMOS Вы случайно не сковырнули чего-нибудь полезного на плате. Обычно он расположен недалеко от места установки батарейки, так как именно она и питает CMOS память, в которой хранится большинство настроек компьютера.

Может, конечно, оказаться, что на Вашей плате такого переключателя не оказалось. Что же Вам не повезло, производитель платы сэкономил и на этом. Не беда: посмотрите, как снимается батарейка. В случае ошибочной установки параметров снимите ее и закоротите на несколько секунд контакты + и -.

Операцию Clear CMOS обязательно нужно делать при полностью обесточенном компьютере, так как в ATX блоке питания всегда формируется, так называемое StandBy напряжение и если Вы не выключите компьютер из розетки и не подождете секунд 10, то все Ваши манипуляции в области батарейки или переключателя будут безрезультатны.

Второе, что нужно иметь для разгона - это мощный блок питания от хорошего производителя и хорошая система охлаждения. Объясняется это просто, хотя для многих и не всегда очевидно. Все компоненты компьютера рассчитываются на определенную потребляемую мощность и на определенное выделяемое тепло. Когда мы прибавляем в скорости за счет повышения частоты, то мы увеличиваем и потребляемую мощность и соответственно больше греемся. Тут как бы все понятно - ставим хороший мощный вентилятор - нагрев прекращается. Но вот в чем беда. Когда разгон происходит на 5-10 процентов, то в общем дальше и говорить не о чем. Частота повысилась, компьютер немного нагрелся, частота вращения вентилятора немного повысилась и компенсировала этот нагрев. Конечно, потребляемая мощность линейно выросла.

Но вот в чем беда. Начиная с какого-то момента, потребляемая мощность разгоняемой системы начнет расти не линейно, а по экспоненте. VRM на материнской плате, а следом за ним и маломощный блок питания компьютера тоже не готовы выдавать стабилизированное напряжение и в результате этого появляется большая вероятность сбоя в работе таких элементов компьютера, как память, дисковая система.

Кроме того, вентилятор не сможет бесконечно наращивать обороты, а, следовательно, не сможет полностью отбирать выделяемое тепло. Не говоря о том, что практически не существует компьютеров, где бы кроме охлаждения центрального процессора и редко видео карты принудительно охлаждали бы еще и те несколько микросхем и транзисторов, которые формируют различные питающие напряжения на материнской плате. Считается, что разработчик сам позаботился об охлаждении всех узлов платы.

Здесь можно было бы закончить. И действительно, если в Вас не кипит азарт, и Вы просто немного подняли производительность компьютера, то указанных предосторожностей вполне достаточно. Но если у Вас достаточно времени на эксперименты или Вы пишете статью про разгон процессоров, - этого не достаточно.

Человек пытливый всегда хочет докопаться, что же на самом деле мешает его компьютеру работать чуточку быстрее, чем у всех остальных. Может быть память или видео карта или IDE, а может быть дело в питании или охлаждении?

Компьютер для начинающего гонщика, это фактически черный ящик с переключателем Clear CMOS на материнской плате. Современные BIOS даже не пикают в отсутствии памяти или видео карты. Что ж, не нужно отчаиваться. На помощь пришли те же разработчики железа. Причем пришли уже давно, а именно так давно, как существуют IBM совместимые компьютеры. Именно тогда на материнских платах был выделен IO порт для вывода диагностических кодов, сигнализирующих о процессе прохождения процедур POST системного BIOS. Получить эту информацию позволяет, так называемая POST карта - несложное и зачастую недорогое устройство, устанавливаемое в один из свободных ISA, а на современных платах PCI слот и имеющее как минимум семи сегментный индикатор, посредством которого можно достаточно точно определить какой из компонентов компьютера не выдержал испытание скоростью. Список POST кодов постоянно обновляется с появлением новых версий BIOS и его последние реализации и описания обычно можно посмотреть только на специализированных сайтах в Интернете.

Разгон процессора

Сердцем компьютера, как известно, является процессор. Как бы он ни назывался Intel, AMD, Cyrix или еще как-нибудь, это правнук дедушки Интел 8086. Сразу после включения питания он настраивает свои регистры и начинает выполнять стартовую микропрограмму, которая носит всем известную аббревиатуру BIOS. Настраивая свои регистры, процессор устанавливает наиболее мягкие режимы работы, например, устанавливается режим RealMode, запрещается работа с кэш второго уровня L2. Это позволяет процессору стартовать в большом диапазоне рабочих частот, значительно отличающемуся от стандартной частоты, которая обычно заранее известна при покупке. Естественно, что эксплуатировать процессор в минимальном режиме никто и никогда не собирается, поэтому, начиная с первых команд, в BIOS идет тонкая настройка кэш, сегментных регистров процессора, что уже несколько снижает его скоростные качества. Зачастую тонкая настройка процессора происходит еще до вывода первого POST кода. Если Вы наблюдаете такую ситуацию, знайте, Вы хотите выжать из процессора все соки, даже те которые он дать не в состоянии. Умерьте свое рвение, и мы сможем пойти дальше в процессе изучения основ разгона.

Рассмотрим вкратце, что представляет из себя процессор и почему до настройки его скоростные качества выше.

Минуя длительные объяснения про слои проводников, полупроводников и диэлектриков, про микроны и тип материала подложки можно сказать, что фактически процессор представляет собой ASIC (Application Specified Integrated Circuit), - матрицу, наполненную логическими элементами, связанными определенными зависимостями. В идеале вся эта конструкция должна работать синхронно с чип сетом, тогда все переданные команды и данные будут адекватно обработаны, и в определенное время произойдет заранее известное событие. Практически так и было до тех пор, пока производители процессоров с целью ускорить этот предсказуемый поток команд и данных не стали добавлять в процессор такие функции как кэш, много потоковую конвейерную обработку и прочие вкусности. Безусловно, с точки зрения программиста, сидящего за клавиатурой практически ничего не изменилось. Только привычный Windows 3.11 вдруг сменился современным Windows 2000. Но с точки зрения разгона произошло следующее. Часть процессора, которая имеет достаточно синхронную структуру, с повышением частоты работает весьма устойчиво, что и можно наблюдать по POST карте в момент начального старта до инициализации расширенных ресурсов процессора. В момент же инициализации или спустя несколько тактов после нее, когда к работе подключаются дополнительные блоки процессора, процесс выполнения команд останавливается, о чем тоже свидетельствуют данные на POST карте. И действительно, после инициализации кэш и подсистемы расширенной адресации синхронность работы процессора уменьшается и с повышением частоты всегда возможен случай, когда данные или команды поступят либо не вовремя, либо не по назначению. В результате происходит сбой и остановка выполнения команд из BIOS.

Естественно, дальнейшее повышение частоты приведет к полному нестарту процессора.

Таким образом, можно определить физическую граничную частоту работы процессора, ну и естественно компьютера в целом.

Известен также способ разгона процессора за счет принудительного изменения коэффициента умножения внутренней частоты процессора. Но обычно этот способ всегда связан с модернизацией либо процессора, либо материнской платы и в случае успеха сильно влияет на гарантийные обязательства, предоставляемые фирмой-продавцом компьютера, а в случае поражения влияет только на запас денег в Вашем кошельке.

Кроме того, зачастую фиксированный коэффициент умножения обусловлен не недоверием производителя процессора к Вам как к специалисту, а невозможностью разместить дополнительную логику внутри FPGA матрицы из соображений свободного места и цены. Соответственно к таким процессорам подобный подход не применим. Осталось только точно узнать, к каким именно процессорам он применим. Но, к счастью, на сей предмет уже существует масса статей в компьютерной прессе.

1999