CC BY
32
УДК 681.31
05.00.00 Технические науки
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ
Нестеров Геннадий Дмитриевич
к.т.н., профессор
РИНЦ SPIN код = 5921-3711
Демидовский Артем Сергеевич НАН ЧОУ ВО Академия маркетинга и социально-информационных технологий (ИМСИТ), Краснодар, Россия 350010 Краснодар, ул. Зиповская, 5
Работа посвящена актуальному вопросу повышения производительности компьютера. Она носит экспериментальный характер. Вследствие этого предлагается описание ряда проведенных испытаний и анализ их результатов. Предварительно в статье приведены базовые характеристики модулей компьютера для штатного режима функционирования. Далее описана методика регулирования их параметров в процессе эксперимента. При этом особое внимание уделено соблюдению необходимого теплового режима во избежание нежелательного перегрева центрального процессора. Проверена также работоспособность системы в условиях повышенного энергопотребления. Наиболее ответственным моментом при этом является регулирование центрального процессора. В результате испытания найдены его оптимальное напряжение, частота и задержки чтения данных из памяти. Выполнен анализ стабильности характеристик ОЗУ, в частности, состояние его шин в процессе эксперимента. Поскольку выполненные испытания имели место в пределах стандартного диапазона характеристик модулей, а, следовательно, не был использован заложенный в компьютере запас прочности и потенциал системы, дальнейшие эксперименты были проведены при экстремальном разгоне в условиях воздушного охлаждения. Полученные результаты также приведены в предлагаемой статье
Ключевые слова: МОДУЛЬ, КОМПЬЮТЕР, ЭКСПЕРИМЕНТ, АНАЛИЗ, СТАБИЛЬНОСТЬ, ПЕРЕГРЕВ
UDC 681.31 Technical sciences
OPTIMIZATION OF PARAMETERS OF ELEMENTS COMPUTER SYSTEM
Nesterov Gennadiy Dmitrievich Cand.Tech.Sci., professor RSCI SPIN-code =5921-3711
Demidovskiy Artiom Sergeevich Academy of Marketing and Social-Information Technologies (IMSIT), Krasnodar, Russia 350010 Krasnodar, Zipovskaya, 5
The work is devoted to the topical issue of increasing the productivity of computers. It has an experimental character. Therefore, the description of a number of the carried-out tests and the analysis of their results is offered. Previously basic characteristics of modules of the computer for the regular mode of functioning are provided in the article. Further the technique of regulating their parameters in the course of experiment is described. Thus the special attention is paid to observing the necessary thermal mode in order to avoid an undesirable overheat of the central processor. Also, operability of system in the conditions of the increased energy consumption is checked. The most responsible moment thus is regulating the central processor. As a result of the test its optimum tension, frequency and delays of data reading from memory are found. The analysis of stability of characteristics of the RAM, in particular, a condition of its tires in the course of experiment is made. As the executed tests took place within the standard range of characteristics of modules, and, therefore, the margin of safety put in the computer and capacity of system wasn't used, further experiments were made at extreme dispersal in the conditions of air cooling. The received results are also given in the offered article
Keywords: MODULE, COMPUTER, EXPERIMENT, ANALYSIS, STABILITY, OVERHEAT
Разгон компьютера является одним из известных способов повышения его производительности.
В работе [1,с.63] дан план эксперимента для определения оптимальных параметров разгона, при которых система на базе процессора
Intel увеличивает производительность без потери работоспособности и стабильности функционирования.
Приведены технические характеристики модулей системы, вовлеченных в эксперимент, дополнительное программное обеспечение для считывания показаний датчиков и характеристик модулей и системы в целом.
Настоящая работа посвящена описанию эксперимента и анализу его результатов.
В начале эксперимента определены базовые характеристики модулей в штатном режиме (таблица 1).
Таблица 1 - Характеристики модулей
Наименование модуля Напряжение, В Частота, МГц
Центральный процессор 1.4 2930
Оперативная память 1.8 267.6
Шина FSB 1.2 133
Чипсет 1.5
При нагрузке системы 100% температура материнской платы (motherboard) составляет 50°С, а температура центрального процессора (CPU) 60°С.
Изменение параметров модулей в эксперименте выполнено посредством базового интерфейса ввода - вывода информации (BIOS). На рисунке 1 показана основная вкладка управления используемыми модулями (Jumper free configuration).
Рисунок 1 - BIOS Доступно управление (рисунок 2) частотой ЦП, ОЗУ, шины PCI, производительностью системы охлаждения, напряжением ОЗУ, чипсета, ЦП, шины FSB.
Рисунок 2 -JumperFree Configuration Изменение параметров начато с варьирования напряжения второстепенных модулей (шина FSB и чипсет), так как они не будут перегреваться, а для корректной работы при "разгоне" необходим запас питания модуля.
Повышенное энергопотребление для шины FSB установлено во вкладке - FSB Termination Voltage (рисунок 3).
Performance Mode
PCI Express Frequency PCI Clock Synchronization ft Spread Spectrum ftewory Uoltage Chipset Core Uoltage CPU UCore Uoltage
[ftutol
Options
1.20U 1.40U Auto
Рисунок 3 - Напряжение шины FSB Уставка напряжения для указанного модуля равна 1.40В (базовое значение 1.20В). Изменение напряжение для чипсета проведено во вкладке - Chipset Core Voltage (рисунок 4).
Performance Node [Auto]
PCI Express Frequency PCI Clock Synchronization M Spread Spectrum Memory Uoltage
CPU UCore Uoltage __
FSB Terwination Uo1tage [Auto]
— Options -
1.50U
1.60U
Auto
Рисунок 4 - Напряжение чипсета Значение напряжения для указанного модуля установлено на уровне 1.60В (базовое значение 1.50В)
Далее выполнена проверка работоспособности системы, измерены температуры ЦП и материнской платы в новых режимах программ CPU-Z и AIDA64 Extreme Edition (таблица 2).
Таблица 2 - Результаты испытаний
Модуль Нагрузка системы, % Время испытания, мин Температура, °С
Материнская плата 100 30-40 52
ЦП 100 30-40 60
Зафиксировано повышение температуры материнской платы на 2°С. Следующий шаг заключался в повышении напряжения ОЗУ (рисунок 5).
Performance Node
PCI Express Frequency PCI Clock Synchronization h Spread Spectrum
Chipset Core Uoltage CPU UCore Uoltage FSB Termination Uoltage
Рисунок 5 - Напряжение ОЗУ Установленное значение 2.0В. Таким образом вся система кроме центрального процессора работает стабильно при повышенных параметрах энергопотребления. Далее была проведена работа с центральным процессором.
Изменять характеристики центрального процессора следовало так, чтобы не вывести систему из строя. Поэтому все измененные ранее параметры были приведены к первоначальным значениям. После чего последовательно, начиная со стандартной величины в 1.4 В, проведены испытания ЦП с шагом 0.05 В. Отметим, что диапазон напряжения ЦП достаточно широк . от 1.3 до 1.7 В (рисунок 6), причем, диапазон опытного ЦП от 1.25 до 1.4 В. Значит напряжение свыше 1.55 - 1.6 В фатальное и даже, если модуль будет работать, запас его прочности сильно снизится.
AI Ouerclocking CPU Frequency DRAM Frequency
Performance Mode PCI Express Frequency PCI Clock Synchronization M Spread Spectrum Memory Uoltage Chipset Core Uoltage
FSB Termination Uoltage
AiBooster Support
Upt ioiiî:
Auto
1.7000U 1 6B75U 1.6750U 1.6625U 1.6500U 1 6375U 1.6250U 1.6125U 1.6000U 1.5875U 1.5750U 1.5625U 1.550GU 1.5375U 1.5250U
Рисунок 6 - Доступный диапазон напряжения ЦП Результаты испытания даны в таблице 3. Таблица 10 - Испытания ЦП.
Напряжение, В Температура,°С Предупреждение BIOS
Нагрузка 15% Нагрузка 100%
1.4 40 нет
1.45 55 нет
1.5 60 нет
1.55 50 62 нет
1.6 52 65 да
1.65 54 69 да
Как и предполагалось, после значения в 1.6 вольт, BIOS стал предупреждать об опасности повреждения модуля. При напряжении 1.55 В, ко-
гда нагрузка составляла 15%, температура 50°С достаточно высокая. Поэтому в дальнейшем было принято напряжение ЦП, равное 1.5 В
Далее, не изменяя установленных ранее параметров модулей и продолжая эксперимент подобным образом, определили частоту центрального
процессора (рисунок 7), при которой модуль работает стабильно.
Рисунок 7 - Параметр частоты ЦП. Результаты испытаний сведены в таблицу 11. Таблица 11 - Результаты испытаний
Частота, Шины ББ, МГц Величина множителя частоты ЦП Частота, процессора, ГГц Температура ЦП в режиме простоя, °С Температура ЦП в режиме 100% нагрузки, °С
133 22 2.93 51 60 °
138 22 3.04 51 ° 62 °
143 22 3.15 51 ° 62 °
148 22 3.26 51 ° 62 °
153 22 3.37 52 ° 63 °
158 22 3.48 54 ° 65 °
163 22 3.6 56 ° 71 °
168 22 3.7 61 ° 74 °
Оптимальное значение частоты BS равно 148 МГц, потому что температура ЦП не выходит за рамки технических характеристик процессора. Однако, при этом прирост производительности невелик около 10% - 12%.
Все выполненные манипуляции имели место в пределах стандартных характеристик модулей, то есть в "рамках дозволенного", а значит, не использовали заложенный запас прочности и потенциал всей системы.
Поэтому дальнейшие испытания для установления соотношения частоты ОЗУ к шине BIOS были выполнены при экстремальный разгоне в условиях воздушного охлаждения при BS равном 163 МГц.
Результаты даны в таблице 12.
Таблица 12- Испытания при разных режимах
Наименование Напряжение, В Частота, МГц
модуля
BS = 148 МГц
Центральный 1.5 3250
процессор
Оперативная 2 296.6
память
Шина FSB 1.4 148
Чипсет 1.6
BS = 163 МГц
Центральный 1.5 3600
процессор
Оперативная 2 326.6
память
Шина FSB 1.4 163
Чипсет 1.6
В эксперименте выполнен анализ стабильности работы модулей системы.
Данные для ОЗУ представлены в таблице 13.
Таблица 14 - Характеристики ОЗУ до и после эксперимента.
Б8, МГц Частота, МГц Тайминг, нс Напряжение, В
133 267.6 12 1.8
148 296.6 15 2
163 326.6 15 2
Изменение характеристик оперативной памяти отражено на рисунке 8.
Шина памяти
■ МГц
до промежуток после
Рисунок 8 - Состояние шины ОЗУ Характеристики ЦП даны в таблице 15.
Таблица 15 - спецификации ЦП до и после эксперимента.
ББ, МГц Частот,а ГГц Напряжение, В Задержка чтения из кэша, нс температура ЦП-
1го уровня 2го уровня при нагрузке 100%,°С
133 2.95 1.4 3.7 8.8 60
148 3.25 1.5 1.2 8.1 62
163 3.6 1.5 1.1 7.4 71
На рисунках 9 - 11 построены диаграммы частот и задержек ЦП.
Рисунок 9 - Диаграмма частоты ЦП.
Рисунок 10 - Задержка чтения/записи данных из кэша первого уровня
Задержка чтения из памяти кэша ЦП второго уровня
133 148 163
Рисунок 11 - Задержка чтения/записи данных из кэша второго уровня Следует отметить, что в результате изменения характеристик ЦП существенно повысилась температура как самого процессора, так и других модулей, а именно: при нагрузке системы 100% для базовой величины (BS = 133МГц) температура ЦП составила 60°С, при BS = 148 163 МГц - соответственно 62°С и 71 °С. Однако, эти температуры приемлемы и при должном охлаждении система будет работать стабильно. Значительно сократилась задержка чтения/записи данных из кэша первого и второго уровней, что весьма существенно для процессора данной модели, в связи с тем, что кэш третьего уровня у него отсутствует, а кэш второго уровня составляет лишь 1 Мб.
Список литературы
1. Демидовский А.С.,. Нестеров Г.Д. Планирование эксперимента по разгону компьютера для оптимизации параметров элементов компьютерной системы/ А.С. Демидовский, Г.Д. Нестеров Вестник ИМСИТ. 2015.- №4. С.63-65
List of references
1. Demidovskiy A.S.,. Nesterov G.D. Planirovanie eksperimenta po razgonu kompyutera dlya optimizatsii parametrov elementov kompyuternoy sistemyi/ A.S. Demidovskiy, G.D. Nesterov Vestnik IMSIT. 2015.№ 4.-63-66
