45. Основы теории оверклокинга. Оверклокинг процессора

Обычно разгону подвергаются процессор, видеокарта и оперативная память.

Процессор (Central Processing Unit, CPU) - это один из основных компонентов компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех комплектующих.

Физически процессор представляет собой интегральную схему (тонкую пластину кристаллического кремния прямоугольной формы), на которой размещены электронные схемы, реализующие все его функции. Кристалл-пластинка обычно помещается в плоский керамический или пластмассовый корпус и соединяется золотыми (медными) проводками с металлическими штырьками (выводами, с помощью которых процессор входит в процессорное гнездо на материнской плате компьютера).

Основные характеристики процессора: тактовая частота, разрядность и размеры кэша первого и второго уровней.

Существует два типа тактовой частоты: внутренняя и внешняя.

•Внутренняя тактовая частота — это тактовая частота, на которой функционируют электрические схемы внутри процессора.

• Внешняя тактовая частота (частота системной шины) — это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и оперативной памятью компьютера.

Разрядность процессора определяется разрядностью его регистров.

Компьютер может одновременно оперировать ограниченным набором единиц информации. Этот набор зависит от разрядности внутренних регистров. Разряд — это хранилище единицы информации. За один рабочий такт компьютер способен обработать столько информации, сколько может поместиться в регистрах.

Если регистры могут хранить восемь единиц информации, то они 8-разрядные и процессор 8-разрядный (если регистры 16-разрядные, то и процессор 16-разрядный и т. д.). Чем выше разрядность процессора, тем большее количество информации он сможет обработать за один такт.

На текущий момент применяются 32- и 64-разрядные центральные процессоры.

Поскольку скорость работы центрального процессора отличается на порядок от скорости оперативной памяти, то для более интенсивного обмена данными между ними применяется специальная быстродействующая память, которая называется кэш. Она играет роль своего рода буфера между процессором и оперативной памятью компьютера. Существует два типа кэша: первого и второго уровней.

Объем кэш-памяти первого и второго уровней влияет на производи­тельность процессора (обычно чем больше объем, тем выше производительность).

На сегодняшний день существует несколько типов процессоров, основными из которых являются процессоры Intel и AMD. Стоит также упомянуть о том, что создание процессоров идет по двум направлениям: процессоры для персональных компьютеров и процессоры для переносных устройств (ноутбуки, КПК, PDA и др.).

Процессоры второго направления характеризуются уменьшенным потреблением энергии, что особенно важно для данного типа устройств.

Итак, что же такое разгон, или, более точно, оверклокинг? Оверклокинг (overclocking) — это действие пользователя, направленное на изменение режима работы устройства путем увеличения его производительности. Чаще всего разгон осуществляется за счет повышения напряжения, увеличения частоты работы устройства и охлаждения.

Как ни странно, оверклокинг дарит сам производитель. А получается это следующим образом. После изготовления партии процессоров все они проходят тест на выявление брака или погрешности, результаты которого должны быть не хуже тех показателей, которыми обладает теоретический (эталонный) экземпляр.

Таким образом, в результате проверки отсеиваются те процессоры, которые не смогли показать нужных результатов. Чтобы не допустить излишек производства, производитель не уничтожает такие процессоры, а просто на несколько позиций понижает требования к ним (в результате получаются работоспособные процессоры, но с более низкой тактовой частотой или напряжением). Таким образом, существует две группы процессоров.

• Процессоры, имеющие заявленную высокую тактовую частоту. Разгон таких процессоров также возможен, но на менее высокие показатели.

• Процессоры, имеющие более низкую заявленную тактовую частоту. Они представляют наибольший интерес, поскольку диапазон частот, на котором сохраняется работоспособность процессора, может составлять 200-500 МГц. Поэтому, имея, например, процессор Pentium 4 2,4 ГГц, можно разогнать его до Pentium 4 2,8 ГГц и выше.

В CMOS-памяти находятся параметры, которые инициализируют подключенные к компьютеру устройства и компоненты, а также настройки, используемые этими устройствами в дальнейшей работе. В частности, в BIOS Setup можно настроить скорость работы оперативной памяти, частоту шины процессора, скорость локальных портов компьютера и многое другое. Это означает, что он является тем первым фактором, который непосредственно связан с производительностью компьютера.

Очень часто BIOS Setup используется для разгона комплектующих компьютера (например, процессора и оперативной памяти). Однако с этим нужно вести себя очень осторожно. Не стоит забывать, что нестандартные условия работы устройств могут негативно сказаться на них (уменьшение в несколько раз сроков эксплуатации в результате резкого повышения температуры устройства). Частые сбои и зависания почти однозначно говорят о том, что вы слишком злоупотребили возможностями разгона.

С другой стороны, с помощью настроек в BIOS Setup можно и замедлять работу устройств (довольно часто так необходимо поступать с оперативной памятью). При использовании разных типов памяти «умеренные» параметры позволяют стабилизировать их работу.

Теория и практика оверклокинга

Существует всего несколько способов разгона процессора, которые реально можно применять на практике.

• Повышение напряжения питания процессора.

Повысить напряжение питания процессора можно разными способами, но наиболее безопасный — использовать средства BIOS (если в ней есть такая возможность).

Поскольку незапланированное увеличение напряжения может пагубно сказаться на работе процессора (вплоть до выхода его из строя), то многие производители материнских плат такую возможность блокируют.

Повышать напряжение нужно осторожно и с очень малым шагом, постоянно следя при этом за температурой процессора. Увеличив напряжение на долю вольта, не спешите загружать опера­ционную систему. Подождите несколько минут и убедитесь, что она работает стабильно. Только после этого можно загрузить операционную систему и запустить один из тестов процессора, чтобы проверить его при большей загрузке.

Можно также воспользоваться другими способами повышения производительности процессора, например, повышением тактовой частоты процессора путем изменения частоты FSB материнской платы или изменением коэффициента умножения частоты. Изменение коэффициента умножения частоты. До недавнего времени любой процессор можно было разогнать с помощью коэффициента умножения частоты. Однако сегодня производители блокируют этот коэффициент, поэтому использовать его удается редко. Единственное исключение — процессоры Intel Celeron более раннего выпуска и некоторые процессоры от AMD. Изменить коэффициент умножения частоты можно в BIOS. Например, в случае AwardBIOS или AMIBIOS необходимо войти в секцию параметров Frequency/Voltage Control и в пункте CPU Ratio Selection установить требуемый коэффициент. Хотя на некоторых материнских платах данный пункт в BIOS и присутствует, однако он автоматически блокируется, если соответствующая возможность блокируется самим процессором. Устанавливайте коэффициент с минимальным шагом умножения. При большой частоте FSB установка высокого коэффициента умножения приведет к сильному увеличению внутренней частоты процессора, что может привести к его нестабильной работе, а в худшем случае — перегреву и выходу из строя. Еще один вариант — использование DIP-переключателей на материнской плате, если таковые имеются.

После замены коэффициента умножения перезагрузите компьютер. При загрузке обратите внимание на частоту процессора: если вы изменили коэффициент умножения и частоту FSB не трогали, а реального повышения частоты процессора не произошло, то коэффициент заблокирован производителем. Смиритесь с этим и попробуйте увеличивать частоту процессора путем повышения частоты FSB.

Главный враг такого разгона — повышение температуры процессора (в редких случаях процессор не может работать на выбранной частоте). Поэтому, если после нескольких минут работы компьютер «зависает», нужно организовывать более эффективное охлаждение. Если такой возможности нет, то пробуйте понизить коэффициент умножения частоты или повысить частоту системной шины.

Повышение частоты системной шины. Самый популярный среди пользователей вариант разгона. Такую распространенность он приобрел благодаря простоте и эффективности. Многие материнские платы допускают изменение частоты FSB с шагом 1 МГц, что позволяет очень точно подобрать максимальную «работоспособную» частоту. Кроме того, изменять ее можно и программным путем (с помощью специальных программных продуктов). При этом вы сразу же сможете увидеть результат работы, запустив соответствующий тест.

Современные материнские платы позволяют устанавливать частоту системной шины начиная со 100 МГц и выше. Итак, рассмотрим варианты повышения частоты FSB материнской платы:

• повышение частоты с помощью DIP-переключателей на материнской плате;

• повышение частоты с помощью BIOS;

• повышение частоты с помощью специальных программ. Первый вариант мало распространен, так как редко материнские платы имеют DIP-переключатели. Кроме того, для осуществления задуманного нужно снять крышку системного блока, найти DIP-переключатели (которые зачастую расположены в самом неудобном месте) и постараться их переключить, не отломав при этом близлежащий миниатюрный резистор или конденсатор. Чаще всего используется второй вариант, так как он не требует наличия дополнительных программ, которые нередко отказываются работать с установленной на вашем компьютере операционной системой.

Чтобы повысить частоту с помощью BIOS (например, в случае AwardBIOS или AMIBIOS), необходимо войти в секцию параметров Freqency/Voltage Control и установить пункт CPU Linear Freq, что, в свою очередь, активирует параметр CPU Clock, в котором и нужно указать выбранную частоту.

После этого перезагрузите компьютер и наблюдайте за результатом. Если компьютер «зависает» прямо на инициализации устройств, то вы переборщили и необходимо уменьшить частоту на несколько позиций.

Если компьютер после нескольких минут работы «зависает», то, скорее всего, перегревается процессор. Чтобы этого не происходило, попробуйте уменьшить частоту на один шаг или установить более мощную систему охлаждения.

Если после чрезмерного повышения частоты компьютер зависает прямо после включения, то, скорее всего, в BIOS вы уже не попадете. Поэтому придется сбросить параметры BIOS, кратковременно вытащив питающую ее аккумуляторную батарею. После этого, дав процессору остыть, можно включить компьютер и попробовать установить меньшую частоту.

Разогнанный процессор легко определяется в «нормальной» операционной системе, например в Windows XP Professional. Чтобы в этом убедиться, щелкните правой кнопкой мыши на значке Мой компьютер и выберите пункт Свойства. В нижней части появившегося диалогового окна Свойства системы мож­но увидеть реальную частоту процессора и частоту, на которой он работает в данный момент (в нашем примере процессор работает на частоте 1,99 ГГц, хотя его «родная» частота — 1,7 ГГц).

Программы для разгона процессора

Для разгона процессора существует множество специальных программ. Большая часть из них работает из DOS, однако существуют и такие, которые можно запускать из Windows 98 или Windows XP.

Примерами таких программ являются CPUFSB, EasyTune и др. Многие из них написаны довольно небрежно, поэтому часто не работают при запуске. Однако перечисленные выше стабильно функционируют в операционных системах Windows любой версии.

Основы разгона с помощью средств материнской платы

На материнской плате находится достаточно много функциональных элементов, от действия которых зависит работа всех устанавливаемых плат расширения и подключаемых к компьютеру устройств. К таким элементам относятся: системная шина, AGP- и PCI-шина, набор системной логики (чипсет).

С разгоном системной шины материнской платы (FSB) вы уже сталкивались, когда пытались разогнать свой процессор. При этом некоторые установленные платы расширения начинали работать со сбоями. Чаще всего на повышение частоты FSB реагирует встроенная звуковая карта и отказывается работать вообще. Связан этот эффект с тем, что в большинстве материнских плат частота системной шины напрямую зависит от частоты AGP- и PCI-шины. Поэтому повышение частоты FSB приводит к автоматическому повышению частоты AGP- и PCI-шины.

Чтобы получить возможность распределять частоты на каждую шину отдельно и повышать напряжения на слотах и чипсете, можно попробовать «перепрошить» BIOS ее новой версией. При этом стоит выбрать ту версию, которая предоставляет все описанные возможности.

Если вы являетесь обладателем материнской платы, которая изначально ориентирована на оверклокинг, то у вас практически неограниченные возможности разгона. В этом случае вы получаете полный пакет:

• установка частоты AGP-шины; • установка напряжения на AGP-слоте;• установка частоты PCI-шины;• установка частоты FSB; установка напряжения ядра процессора; установка частоты оперативной памяти; установка напряжения в слоте оперативной памяти; установка расширенных таймингов оперативной памяти; установка напряжения на чипсете.

При этом, как правило, вы можете изменять настройки в следующих диапазонах:

• установка частоты FSB с шагом 1 МГц, начиная с номинальной1 частоты FSB;

• установка частоты AGP-шины с шагом 1 МГц (например, от 66 МГц до 100 МГц и выше);

• установка частоты PCI-шины (например, половина от частоты AGP-шины или другой);

• установка напряжения в AGP-слоте с шагом ОД В (например, с 1,5 В до 3 В и выше);

• установка напряжения процессорного ядра, начиная с 1,4 В и до 1,9 В с шагом 0,01 В;

• установка напряжения в слотах оперативной памяти, начиная с 2,2 В и до 3 В с шагом 0,1 В;

• установка напряжения на чипсете с шагом 0,1 В.

Все эти настройки можно осуществлять в BIOS, выбрав секцию параметров Frequency/Voltage Control (или аналогичную по назначению в BIOS других производителей).

Программы для разгона и тестирования системы

PowerTweak2 / 1473KB Программа, предназначенная для увеличения производительности процессора. Поддерживает основные типы процессоров и chipset`ы (Intel, AMD, Cyrix). Поддержка 3Dfx.

CPUFSB / 2.2.8. / 1698KB Эта утилита позволяет "на лету" менять частоту системной шины, без необходимости перезагрузки компьютера и входа в настройки биоса . Обязательно убедитесь, что утилита поддерживает вашу материнскую плату.

EasyTune / 877KB EasyTune - Утилита для изменения FSB на материнских платах GigaByte.

k6clk / 108KB Программа для программного разгона процессоров AMD K6 2+ и K6 III+ на материнских платах TX.

При проведении операций разгона следует обратить внимание на следующее:

- улучшение охлаждения,

- контроль за состоянием и температурой компонентов,

- оценка увеличения производительности и стабильности работы с помощью различных тестов.

Улучшение охлаждения осуществляется либо заменой, либо добавлением активного или пассивного охлаждения (кулер или радиатор). Иногда бывает достаточно очистки и смазки старого вентилятора, а также улучшения теплоотдачи между радиатором и процессором путем замены термопасты.

В тестах производительности все компьютерные издания используют практически один и тот же софт (с разными вариациями - кто-то, скажем, предпочитает 3DMark 2003, а кто-то - 2005-ую версию этого пакета), результаты которого признаны авторитетными и повторяемыми, но когда речь заходит о тестах стабильности, все это теряет всякий смысл. Чем более нереальные и тяжелые условия для системы создает программа, чем больше железа задействует, тем более адекватный тест стабильности она позволяет провести. Даже сама Windows, которая в процессе загрузки задействует все имеющееся железо, да к тому же весьма интенсивно эксплуатирует процессор и контроллеры северного и южного мостов, является замечательной проверкой на надежность. Однако одной лишь ОС по понятным причинам ограничиваться нельзя.

Отлично помогает проверить надежность работы системы любой архиватор. Неважно, как он называется, главное, чтобы умел сжимать файлы в архив и доставать их оттуда. Создайте набор из гигабайта-другого мелких и крупных файлов и заархивируйте его с максимальной степенью сжатия. Затем разархивируйте. И так пять раз подряд. Система выдержала? Поздравляю, один из самых тяжелых и долгих этапов тестирования пройден успешно. На четвертом цикле вылезла ошибка CRC? Работать на такой системе точно нельзя. Повышайте напряжение, фиксируйте частоты шин, в общем постарайтесь изменить ситуацию.

"Синтетика" вроде 3DMark и Aquamark тоже полезна. Однако ими дело опять-таки не ограничивается: еще не помешает погонять утилиту S&M и другие процессорные прогревальщики. Если разгоняется память, необходимо протестировать стабильность этой подсистемы.

Первое, что вы должны сделать, если решили заняться оверклокингом, - установить себе надежную программу мониторинга состояния системы. Желательно, чтобы программа мониторинга была наглядной, быстро реагировала на изменение ситуации, умела предупреждать о критических состояниях и вести лог-файл наблюдений. Motherboard Monitor почти всегда является отличным выбором, но есть и другие варианты.

Довольно неплохие программы делают сами производители плат, но такие решения, к сожалению, не всегда точны и надежны, и не все они умеют вести логи, а это вам пригодится в процессе тестирования системы, если вы решите не просиживать все это время, глядя в экран, а заняться своими делами, оставив тест крутиться. Вот список параметров, которые обязательно нужно отслеживать: температура процессора, температура чипсета, температуры всех других комплектующих, так или иначе связанных с разгоном, напряжения питания этих железок, напряжения 3,3 В, 5 В, 12 В, а также скорости вращения вентиляторов в системе. Самой важной, пожалуй, является температура процессора.

Возможные ситуации после разгона:

Итак, операционная система или вовсе не грузится, или грузится, но работает нестабильно. Чем в этом случае мы можем ей помочь? Во-первых, следует убедиться, не возникает ли сбой из-за перегрева. Вот где пригодится мониторинг системы и лог-файлы. Допустим, вы запускаете MBM и видите, что температура процессора даже без нагрузки достигает 60 градусов или больше. А значит, под нагрузкой она, скорее всего, вырастет градусов до девяноста, и тогда сбои неизбежны. Учтите, кстати, что программы редко показывают реальную температуру ядра. В зависимости от того, какой именно датчик используется, реальная температура в центре кристалла может быть больше отображаемой на 3-20 градусов, а то и больше. И никогда она не будет меньше, чем то значение, которое вы видите на экране.

Другой вариант: температура в режиме простоя нормальная, но любой серьезный тест минут через десять после запуска вылетает с синим экраном. В этом случае полезно заглянуть в лог-файл, который программа мониторинга исправно вела даже тогда, когда на экране были монстры из тысяч полигонов: возможно, под нагрузкой процессор прогрелся сильнее, чем вы рассчитывали, и вызвал сбой.

Если сбой происходит из-за температуры (а это возможно уже тогда, когда на экране в окошке CPU temp вы видите безобидные 80 градусов; помните про разницу между реальной и отображаемой температурой!), единственное, чем вы можете помочь системе, - улучшить охлаждение. Здесь вариантов много, вплоть до полной смены кулера вместе с корпусом, но сначала проверьте, надежен ли тепловой контакт между процессором и радиатором. Итак, мониторинг кричит вам о 80 градусах, а радиатор даже у самого основания холодный? Вывод простой: вам стоит задуматься об улучшении теплового моста между основанием и кристаллом (точнее, его крышкой). Термопаста, полировка основания, хорошее прижатие и надежное крепление - вот залог успеха.

Но даже если вы не видите ни в окошке, ни в лог-файле никаких огромных температур, то это еще не значит, что перегрева на самом деле нет. Бывают случаи, когда датчик просто не прижимается к ядру процессора. Возможны и другие накладки, результатом которых будет некорректное отображение температуры. Периодически сверяйте тактильные ощущения с температурой, которую выдает вам программа мониторинга. Если радиатор у основания горячий настолько, что палец долго держать нельзя, а программа мониторинга сообщает о 50 градусах, - у вашей системы проблемы!

Если же перегрева нет, а система все равно не слишком стабильна, вам на помощь придут опции повышения напряжения питания железок. Самая важная для оверклокера настройка - возможность повышения напряжения питания процессора. Называться она может по-разному, но чаще всего ее обозначают как CPU Voltage. По умолчанию, разумеется, процессор питается ровно тем напряжением, на которорассчитан, но даже слегка повысив этот показатель, мы серьезно повлияем на стабильность работы системы, причем повлияем в нужную нам сторону. Для начала увеличивать напряжение - процентов на пять. Иногда значения параметра CPU Voltage не абсолютны, а относительны: скажем, +5%, +10% и т. д. Но чаще всего справа от надписи - цифры, а не проценты, и тут уж придется считать. Каковы пределы, в которых можно без особого риска повышать напряжение питания процессора? Точных данных на этот счет нет. Наверняка существуют системы, в которых напряжение питания камня в полтора раза выше стандартного, но там и охлаждение такое, какое нам с вами даже не снилось. Дело в том, что процессор - такое же электрическое устройство, как и любое другое, оно так же подчиняется закону Ома, и повышение напряжения всегда ведет к росту мощности устройства и, как следствие, к увеличению количества рассеиваемого тепла. Мало того, при серьезном росте напряжения в ядре возможны самые разные явления, о которых нам с вами лучше не знать. К тому же дальше повышать напряжение питания процессора нет смысла - к увеличению стабильности это не приведет, и если при 120% система по-прежнему нестабильна, нужно использовать другие средства. К ним, разумеется, относится изменение напряжения питания чипсета и напряжения питания памяти (кстати, я уже сказал о том, что частоту ее работы и тайминги на время разгона надо жестко зафиксировать на стандартном уровне или даже ниже, чтобы память не мешала разгонять процессор?).

Если же повышение напряжения питания всего, чего угодно, так и не привело к стабильной работе системы, ничего не поделаешь - частоту придется сбрасывать. Отступите на полшага и попробуйте снова. Вполне может быть, что камню еще далеко до технологического предела, но вот стабилизатор питания платы уже "не тянет". Или БП слабоват… А может, охлаждения не хватает. Так или иначе, для повышения разгоняемости придется что-то делать с железом.