Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 5 
  

Основные характеристики процессоров Intel Core 3-го поколения трех основных линеек, созданных для настольных компьютерных систем, приведены в таблице 1.

Таблица 1.   Основные характеристики
процессоров Intel Core 3-го поколения

Для поддержки процессоров Intel Core 3-го поколения компания Intel предлагает однокомпонентные чипсеты линейки седьмой серии. Эта линейка представлена рядом моделей, среди которых, например, следующие варианты для массовых настольных компьютерных систем:

• Intel Z77,
• Intel H77,
• Intel H61.

Старшим из них является однокомпонентный чипсет Intel Z77. Архитектура компьютерной системы с чипсетом Intel Z77 приведена на рис. 7.

Рис. 7.  Архитектура компьютерной системы с чипсетом Intel Z77

Оценивая все нововведения, реализованные в микроархитектуре процессоров Intel Core 3-го поколения, необходимо отметить, что они отразились и на таком важном для некоторой части пользователей явлении, как оверклокинг.

Здесь следует напомнить, что оверклокинг (от англ. overclocking) — разгон — способность компонентов, в данном случае центрального процессора, работать на повышенных тактовых частотах частотах.

Как и у предшественников, из-за дальнейшего усложнения внутренней микроархитектуры разгон процессоров Intel Core 3-го поколения через увеличение тактовых частот весьма проблематичен. Как показывает практика, он ограничен всего несколькими процентами: прирост рабочей частоты ядер обычно составляет не более 5 процентов.

Для соответствующих энтузиастов оверклокинга компанияIntel приготовила модели, в наименовании которых присутствуют модели с суффиксом «K». Данные модели допускают возможность разгона через изменение величины частотного множителя, связывающего внешнюю тактовую частоту с частотой работы ядер. Данный метод позволяет увеличить рабочую частоту процессорных ядер в ряде случаев на десятки процентов.

Однако и без разгона новые процессоры обеспечивают высокие уровни производительности в настольных и мобильных компьютерных системах.

В следующей части  данной статьи приведены численные оценки производительности настольных и мобильных компьютерных систем с процессорами Intel Core 3-го поколения.
    

>>    Часть 7  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Для обеспечения высокой надежности в архитектуре GA-Z77X-UD5H реализована технология DualBIOS, предусматривающая использование двух микросхем BIOS. При этом одна из двух микросхем играет роль основной, другая — резервной. И в случае повреждения кода BIOS, хранимого в первой микросхеме, восстановление работоспособности компьютера осуществляется с помощью копии, хранимой во второй.

Сетевые функции реализованы с помощью двух микросхем — Intel GbE LAN chip (10/100/1000 Mbit)  и  Atheros GbE LAN chip (10/100/1000 Mbit), формирующих два гигабитных канала.  

Для реализации звуковых возможностей компьютерной системы в архитектуре GA-Z77X-UD5H применен качественный аудиокодек Realtek ALC898 стандарта High Definition Audio. Он поддерживает до восьми звуковых каналов при высоком соотношении сигнал/шум. Обеспечена поддержка технологий X-Fi Xtreme Fidelity и EAX Advanced HD 5.0.

Следует отметить, что функциональность платы находится на очень высоком уровне благодаря большому количеству портов, выведенному на заднюю панель. В частности, здесь представлены видеовыходы DVI-D, HDMI и DisplayPort, и новомодные порты USB 3.0 и eSATA, предназначенные для подключения скоростной периферии. При этом, интерфейс eSATA присутствует у модели GA-Z77X-UD5H благодаря чипсету Intel Z77, а порты USB 3.0 реализованы с помощью дополнительных микросхем.

Энергоснабжение элементов материнской платы GA-Z77X-UD5H осуществляется через систему многоканальных (многофазных) импульсных преобразователей. При этом для улучшения энергоэффективности преобразователя электропитания процессора, направленного на повышение КПД, уменьшение теплообразования и экономию энергии, применяется 12-фазный VRM-модуль. И здесь необходимо отметить, что применение многофазных преобразователей уже стало традицией для Gigabyte, и это характерно не только для старших, но и для младших моделей материнских плат этого производителя.

Отдельные преобразователи энергопитания имеют также подсистемы оперативной памяти и  видео.

Для охлаждения элементов с высоким теплообразованием, к которым относятся микросхема чипсета и элементы VRM, предусмотрены  пассивные кулеры, представленные компактными радиаторами.

За работой различных подсистем наблюдают встроенные средства мониторинга (Hardware Monitor).

В дополнение к аппаратным средствам в GA-Z77X-UD5H традиционно реализован обширный набор фирменных разработок, облегчающих оптимальную настройку и обеспечивающих беспроблемную эксплуатацию компьютерной системы. Указанный набор представлен следующими утилитами:

• EZ Setup,
• LAN Optimizer,
• 3D Power,
• Xpress Recovery2,
• @BIOS,
• EasyTune,
• Q-Flash,
• ON/OFF Charge,
• eXtreme Hard Drive (X.H.D),
• Auto Green,
• Q-Share,
• Xpress Install и др. 

Часть из указанных функций используется в режимах оверклокинга, которые обеспечивают повышение производительности компьютерной системы за счет установки форcированных режимов для комплектующих.

Возможность оптимизации таймингов, установки повышенных частот, изменения коэффициентов умножения и индивидуальное повышение напряжения питания на основных компонентах  позволяет существенно увеличить производительность.

Так, например, компьютер с материнской платой GA-Z77X-UD5H продемонстрировал устойчивую работу с процессором Intel Core i7-2600K, частота работы которого была повышена с 3,4 до 4,8 ГГц.

В результате скорость выполнения тестов Cinebench R11.5 и WinRar Bench возросла в среднем на 20%. 

В заключение следует отметить, что компьютеры, построенные на основе GA-Z77X-UD5H, кроме высокой производительности, выгодно отличает оригинальный дизайн и высокая функциональность, обеспечивающие удобство настройки и эксплуатации настольной компьютерной системы.
    

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Приведенные результаты тестирования свидетельствуют, что материнские платы Gigabyte, созданные на основе чипсета Intel P67, действительно, обеспечивают высокие уровни производительности, особенно в режимах  разгона моделей Sandy Bride c разблокированным множителем (модели с суффиксом «K» в наименовании).

В заключение следует добавить, что в согласно планам компания Intel расширяет список чипсетов для Sandy Bridge. Среди них -  чипсет Intel Z68. Этот чипсет, ориентированный на энтузиастов, в отличие от Intel P67 и Intel H67 допускает одновременный разгон и вычислительных ядер, и графического ядра, что обеспечивает существенный прирост производительности всей компьютерной системы.

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Итак, как отмечалось ранее, разгон (оверклокинг) центрального процессора позволяет существенно повысить показатели производительности компьютерной ситемы. Однако в случае процессора микроархитектуры Sandy Bridge целесообразно использовать модели, в наименовании которых значится суффикс «K».

Ниже представлены некоторые результаты тестирования как в штатном режиме, так и в режиме разгона модели процессора Sandy Bridge. Для сравнения здесь же приведены результаты, полученные на одной из старших моделей  процессора Intel предыдущего поколения.

Здесь следует отметить, что выбранные модели процессоров обладают не только разными микроархитектурами, но и разными рабочими частотами их ядер. Для обеспечения корректного сравнения двух разных процессоров эталонный был разогнан до обеспечения примерного равенства его рабочей частоты со штатной частотой работы ядер выбранной для тестирования модели процессора Sandy Bridge.

Основные параметры тестовых систем представлены в таблице.

Рис. 3.  Параметры систем

Рис. 4.  Результаты PC Mark05-CPU

Рис. 5.  Результаты 3D Mark06-CPU

Рис. 6.  Результаты 3D Mark Vantage-CPU

Следующая часть  — заключительная часть данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Итак, в числе первых вариантов материнских плат, ориентированных на процессоры микроархитектуры Sandy Bridge, компания Gigabyte выпустила на основе чипсета Intel P67 шесть моделей, отличающихся функциональными возможностями. Этими моделями являются:

• GA-P67A-UD3,
• GA-P67A-UD3P,
• GA-P67A-UD3R,
• GA-P67A-UD4,
• GA-P67A-UD5,
• GA-P67A-UD7.

Традиционно старшими и самыми функционально насыщенными являются модели с высокими номерами — UD7, а младшими — с низкими — UD3. При этом старшие модели выпускаются на стеклотекстолите черного цвета, младшие — на синем.

На рис. 2 представлены следующие модели материнских плат Gigabyte:

• GA-P67A-UD3,
• GA-P67A-UD4,
• GA-P67A-UD5,
• GA-P67A-UD7.

Рис. 2.  Материнские платы Gigabyte GA-P67A-UD4, GA-P67A-UD5, GA-P67A-UD7

Оценивая все нововведения, реализованные в микроархитектуре процессоров Sandy Bridge, необходимо отметить, что они отразились и на таком важном для некоторой части пользователей явлении, как разгон (от англ. overclocking — оверклокинг — разгон — способность компонентов, в данном случае центрального процессора, работать на повышенных частотах).

Увы, но энтузиасты пока будут разочарованы. Дело в том, что как показывает тестирование, разгон через увеличение внешней тактовой частоты, по крайней мере, в начальный период выпуска первых партий процессоров микроархитектуры Sandy Bridge, ограничивается всего несколькими мегагерцами: от 100 МГц до примерно 105 МГц.

Необходимо отметить, что столь скромные результаты частотного прироста не обеспечивают существенного увеличения производительности компьютерной системы. Поэтому они и не представляют особого интереса у энтузиастов разгона центральных процессоров.

Тем не менее, компьютерные энтузиасты, экспериментирующие с режимами разгона, компанией Intel не забыты и не оставлены без внимания. Именно для них она приготовила специальные модели процессоров, в наименовании которых присутствует суффикс «K». Его наличие означает, что у таких моделей процессоров присутствует разблокированный множитель — коэффициент связывающий частоту работы вычислительного ядра (ядер) процессора с тактовой частотой.

Остается добавить, что такие модели центральных процессоров допускают возможность их разгона через изменение множителя, связывающего внешнюю тактовую частоту с частотой работы ядер. Вот этот метод позволяет значительно увеличивать производительность процессора Sandy Bridge.

Эта возможность в полной мере реализована в материнских платах компании Gigabyte, особенно в ее старших моделях.

Ниже представлены некоторые результаты тестирования как в штатном режиме, так и в режиме разгона модели процессора Sandy Bridge.

Подробности тестирования —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

В своем процессорном бизнесе компания Intel использует стратегию развития полупроводниковых технологий и процессорных микроархитектур под названием Tick-Tock. Эта стратегия предусматривает поэтапное внедрение нового техпроцесса, затем новой архитектуры. При этом каждая микроархитектура перед запуском в массовое производство отрабатывается сначала на текущем техпроцессе, а потом уже новый техпроцесс отлаживается на зрелой микроархитектуре процессорных ядер.

Это стратегия реализуется уже несколько лет. В соответствии с ранее озвученными планами компания Intel выпустила очередную генерацию своих процессоров, известных как Sandy Bridge.

Все они являются «наследниками» Westmere, оснащены 2/4 процессорными ядрами, а также встроенными графическими средствами (встроенной графикой) и встроенным контроллером оперативной памяти.

В названиях моделей сохранились привычные наименования Core i7 / i5 / i3. Но в отличие от предшественников их наименования дополнены соответствующими цифро-буквенными символами.

Рис. 1.  Очередной этап стратегии Tick-Tock

Для поддержки своих процессоров Sandy Bridge компания Intel предлагает несколько чипсетов, которые ориентированы на разные сегменты рынка.

Первыми чипсетами, ориентированными на системы с процессорами Sandy Bridge, стали Intel P67 и Intel H67.

Первый из них — Intel P67, он предназначен для использования в паре с дискретными видеокартами. Он поддерживает распределение 16 линий контроллера PCI Express среди нескольких видеокарт и подойдет для энтузиастов.

Второй из них — Intel H67, он является единственным на момент выпуска первых предcтавителей Sandy Bridge чипсетом, предоставляющим возможности интегрированной графики, это удачный выбор для тех, кто хочет использовать преимущества интегрированного графического ядра.

Оба чипсета поддерживают 14 портов USB 2.0, но не поддерживают USB 3.0. Еще они поддерживают до шести портов SATA, два из которых могут работать со скоростью передачи 6 Гбит/с. И что интересно, ни один из чипсетов не поддерживает традиционную шину PCI.

Необходимо отметить, что новые процессоры в дополнение в своем наименовании Core i7/i5/i3 получили еще и цифру 2 в цифровом индексе.

Обычно настольные варианты лишены буквенного суффикса, тем не менее, в ряде случаев он присутствует:

• «S» — экономичные модели,
• «T» — еще более экономичные модели.

Суффикс «М» — мобильная модель, «QМ» обозначает, что в данной мобильной модели 4 вычислительных ядра, «XМ» — экстремальная (Extreme Edition) мобильная модель, у которой в ущерб тепловыделению достигается максимальные уровни производительности.

Процессоры Sandy Bridge используют новый интерфейс процессора — LGA1155. Он несовместим с LGA1156, используемым с процессорами Lynnfield и Clarkdale (однако, можно использовать прежние кулеры под LGA1156). Как результат, требуется смена материнской платы.

И все основные производители плат не остались в стороне от этого процесса. Среди них и компания Gigabyte, выпустившая под процессоры Sandy Bridge несколько линеек материнских плат, основой которых послужили перечисленные выше чипсеты.

В числе первых своих изделий компания Gigabyte предложила 14 моделей, среди которых на основе чипсета Intel P67 она выпустила 6 моделей, отличающихся функциональными возможностями.

Более подробно о материнских платах —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 8 
  

Итак, производители производителей материнских плат вводят в свои изделия различные средства, повышающие функциональные возможности своих изделий.

Среди таких средств целесообразно отметить фирменные средства автоматического и полуавтоматического разгона (оверклокинга).

Как пример, можно привести программу EasyTune 6 для мониторинга системных параметров и разгона компьютерных компонентов(рис. 9).

Рис. 9.  Пример работы EasyTune 6

Оценивая приведенные средства, необходимо отметить, что, несмотря на многочисленные утилиты автоматического и полуавтоматического разгона, он 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, с особенностями работы которых  можно ознакомиться на фирменных сайтах и у специалистов.

И последнее замечание, каждый пользователь, осуществляя разгон элементов, должен помнить о возможном снижении устойчивости работы компьютерной системы, особенно на предельных тактовых частотах, а также о возможности выхода из строя компьютерных элементов вследствие нарушения температурных и электрических режимов их работы.

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.
    

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 7 
  

Анализируя перечисленный комплекс проблем, необходимо отметить, что высокие частоты, на которых работают элементы и подсистемы, требуют от конструкторов материнских плат разработки специального дизайна. Кроме обеспечения устойчивой работы и высоких уровней производительности, разработчики дизайна матернских плат, предоставляющих возможности разгона (оверклокинга), должны учитывать еще и повышенные уровни энергопотребления элементов и, соответственно, их теплообразования.

Первая проблема обычно решается установкой мощных VRM (Voltage Regulator Module — модуль регулятора напряжения), представленных многофазными решениями, предусматривающими динамическое изменение числа активных фаз (по сути, каналов) в зависимости от вычислительной нагрузки.

Здесь следует напомнить, что мощные источники питания в режимах пониженной нагрузки характеризуются крайне низким кпд (кпд — коэффициент полезного действия).

А вот маломощные варианты, имеющие более высокую энергоэффективность в режимах пониженной нагрузки, как следует из теории и практики, не справляются в моменты пиковой нагрузки, когда от источника энергопитания требуется большая мощность. Особенно сильно это проявляется в режимах разгона (оверклокинга), требующих для работы “разогнанных” элементов повышенных уровней энергопитания.

Эффективным решением данных проблем являются многоканальные системы энергопитания. В результате при высокой нагрузке задействована вся мощь источника питания, а при уменьшении нагрузки уменьшается и число каналов, сохраняя высокий кпд.

У производителей материнских плат такие (многоканальные) решения гордо именуются технологиями.

Дополненные соответствующими программными средствами такие решения снижают и общее энергопотребление.

Здесь уместно отметить, что маркетинговые службы компаний, занимающихся разработкой и производством материнских плат, обычно обращают внимание потенциальных пользователей на экономии электрической энергии, подчеркивая постепенную окупаемость, а также экологичность многоканальных решений.

Вряд ли эти аргументы могут стать доминирующими для поклонников высокопроизводительных и сравнительно недешевых компьютерных систем.

Много важнее то, что многоканальная система обеспечивает за счет подключения дополнительных каналов значительную электрическую мощность в режимах повышенной нагрузки, характерной при оверклокинге.

Не последнюю роль играет и то, что высокая энергоэффективность многоканального преобразователя энергопитания позволяет снизить общее теплообразование. А это в свою очередь снижает нагрузку на средства охлаждения, что способствует уменьшению акустического шума.

Что же касается второй проблемы, связанной с высокими уровнями теплообразования компонентов материнских плат, особенно в режимах разгона, то она решается с помощью применения специально спроектированных систем охлаждения. В их конструкции часто используются различные радиаторы часто замысловатой конструкции, тепловые трубки и даже элементы водяного охлаждения.

Рис. 8.  Примеры реализации средств охлаждения элементов материнских плат

Кроме того, ряд производителей материнских плат вводят в свои изделия различные средства, повышающие функциональные возможности своих изделий.

Одними из таких нововведений являются различные версии динамического разгона. Некоторые из них  обеспечивают  автоматическое изменение 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.

А еще ряд производителей рекламируют фирменные средства автоматического и поуавтоматического разгона.

О средствах автоматического и полуавтоматического разгона —  в заключительной части  данной статьи.
    

>>    Часть 9 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 6 
  

Как было отмечено выше, аппаратную поддержку данных возможностей осуществляют специально спроектированные электронные цепи, задающие частотные режимы основных подсистем.

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.

Например, 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.

Остается добавить, что на материнской плате PLL используется для формирования нескольких частот, определяющих работу всех элементов материнской платы, а также всех основных подсистем.

Один из примеров реализации и использования PLL, используемый в ряде материнских плат, приведен на рис. 6 и рис. 7.

Рис. 6.  Вариант реализации схемы чипа PLL

Рис. 7.  Вариант схемы с чипом 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, выполняющую функции North Bridge, через которую осуществляется управление скоростными параметрами процессора, а также других компонентов, подключаемых посредством материнской платы.

Остается отметить, что в некоторых случаях используются дополнительно еще и специализированные чипы, расширяющие возможности цепей управления. Как следствие, расширяются и функциональные возможности материнских плат, а через них — и созданных на их основе компьютерных систем.

В следующей части  данной статьи — некоторые особенности дизайна материнских плат, связанные с реализацией режимов разгона (оверклокинга).
    

>>    Часть 8 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 5 
  

Итак, в настоящее время практически все производители материнских плат обеспечивают в своих изделиях поддержку тех или иных возможностей управления производительностью компьютерных подсистем путем изменения их рабочих частот, в частности, поддержку различных режимов разгона (оверклокинга).

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 всех основных подситем, к которым относятся:

• процессор,
• модули оперативной памяти,
• видеоадаптер.

В лучших моделях установка частотных режимов для основных подсистем обычно осуществляется независимо друг от друга.

Подобное можно сказать и об устанавливаемых уровнях напряжения питания.

Все это повышает гибкость настройки и позволяет оптимизировать работу каждой из подсистем индивидуальным подбором соответствующих параметров. Это предоставляет возможность достичь максимальных уровней производительности для выбранных наборов комплектующих.

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 современных моделях материнских плат.

В последнем случае не требуется даже открывать системный блок настольного (десктопного) компьютера. Все операции по разгону и контролю над установленными параметрами осуществляются в соответствующих пунктах меню BIOS Setup (рис. 5).

Рис. 5.  Пример меню BIOS Setup материнской платы

Аппаратную поддержку данных возможностей осуществляют специально спроектированные электронные цепи, задающие частотные режимы основных подсистем.

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.

Например, 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.

Остается добавить, что на материнской плате PLL используется для формирования нескольких частот, определяющих работу всех элементов материнской платы, а также всех основных подсистем.

Пример схемы PLL приведен  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 7 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Приведенную выше формулу зависимости тепловой мощности от напряжения питания и частоты можно легко привести к следующему виду:
   

    
где переменные с индексом f обозначают соответствующие параметры разгона, а переменные с нулевым индексом — параметры штатного режима.

И частный вариант для случая сохранения штатного уровня напряжения питания (Vf=Vo):
     

По сути, эти формулы могут считаться одними из важнейших для оверклокеров, так как они дают прогноз мощности теплообразования в зависимости от установленных значений тактовых частот (F) и уровней напряжения питания (V). А это в свою очередь позволяет оценить требуемые средства энергопитания (блок питания) и средства охлаждения. От их качества зависят степень разгона и устойчивость работы.

Таким образом, оценка с помощью приведенных формул позволяет сразу, исходя из планируемых значений тактовых частот и уровней напряжения, подобрать необходимые средства энергопитания и охлаждения. При этом выбор может осуществляется с минимальным запасом, то есть без переплаты за излишнюю избыточность.

К слову сказать, все формулы и рекомендации относятся не только к процессорам (CPU), но и к чипсетам, и даже к модулям памяти. Сохраняют они свою корректность, конечно, и по отношению к графическим процессорам (GPU), которые являются основой видеоадаптеров. Вообще говоря, это верно и для других микросхем, которые подвергаются оверклокингу.

Необходимо отметить, что в приведенных формулах целесообразно в качестве Po использовать реальное значение тепловой мощности микросхемы (для тех, кто забыл, и процессор, и GPU являются микросхемами). В этом случае, как показывает практика, оценки с очень высокой точностью соответствуют фактическим данным.

При отсутствии информации об уровне реального теплообразования, можно использовать и соответствующее значение TDP (Thermal Design Power — максимальная мощность теплообразования). Значение TDP приводится в сопровождающей технической документации и в справочниках. Как уже отмечалось выше, это относится и к CPU, и к GPU, и к микросхемам чипсетов.    

Здесь следует напомнить, что величина реального теплообразования в штатном режиме всегда меньше значения TDP, устанавливающего максимальный уровень теплообразования. Фактически TDP — это предельное значение теплообразования, приводимое (декларируемое) производителем. Кстати, часто уровень TDP является неизменным для всей линейки изделий. Превышение TDP над реальным значением теплообразования является своеобразным запасом. Он специально введен производителем и рассчитан на некоторый разброс параметров. Этот разброс вызван случайными флуктуациями, связанными с особенностями технологических процессов.

Уровни TDP специально сообщаются проектировщикам и производителям кулеров, материнских плат, блоков питания, корпусов и т. д. Естественно, исходя из значений TDP, они ориентируются на предельные уровни теплообразования (и энергопотребления).

Примеры оценки ожидаемой тепловой мощности процессоров для разных режимов их разгона приведены в таблице 1.

Таблица 1.  Оценка тепловой мощности центральных процессоров
                     в разных режимах разгона 

В следующей части  данной статьи — некоторые выводы и следствия из приведенных формул и выполненных оценок тепловой мощности центральных процессоров при разных частотных режимах их эксплуатации.
    

>>    Часть 5 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Оценивая проблемы, с которыми сталкиваются конструкторы материнских плат, необходимо еще раз отметить, что значения частот сигналов, передаваемых между электронными элементами, в ряде случаев достигают сегодня многих сотен мегагерц. Действительно, достаточно вспомнить о частотах шин процессора, оперативной памяти, видеоадаптера.

На высоких частотах каждая микросхема, каждая ее ножка, каждый миллиметр соединяющих эти микросхемы проводников излучают в окружающее пространство радиоволны. В результате образуются высокочастотные помехи и наводки, влияющие на работу близко расположенных элементов. А еще теряется мощность сигналов, их уровни уменьшаются, форма искажается.

Остается отметить, что материнская плата является многослойной, что означает, что проводники расположены в несколько слоев, расположенных в толще платы (рис. 3). И эти проводники влияют друг на друга, осложняя передачу высокочастотных сигналов.

Рис. 3.  Взаимное влияние соединительных линий с учетом материала платы

На емкостные и индуктивные параметры влияет еще и состав стеклопластика, из которого состоит материнская плата. А этот состав может иметь некоторые флуктуации (случайные отклонения от среднего значения физических величин), что может оказать дополнительное влияние на прохождение сигналов и параметры цепей материнских плат.

В случае сильных искажений, усиливаемых внешними помехами, компьютерным подсистемам приходится повторять передачу информации,

Это приводит к тому, что посылки приходится повторять. Кроме того, есть еще и проблема синхронизации работы отдельных узлов и подсистем, что порождает задержки. Все это самым негативным образом влияет на общую производительность компьютера. Тем не менее, с умеренным ростом тактовых частот производительность, как правило, увеличивается. Этот рост наблюдается до тех пор, пока возрастающая доля искаженных посылок (и суммарный объем задержек) не остановят этот рост. Кстати, с дальнейшим ростом частот в ряде случаев наблюдается даже снижение производительности.

Однако необходимо отметить, что увеличить разгонный ресурс комплектующих можно за счет увеличения напряжения их питания. К сожалению, увеличение напряжения питания и тактовой частоты увеличивает тепловую мощность.

Для оценки тепловой мощности процессора целесообразно воспользоваться следующей формулой, часто приводимой в документах Intel и хорошо известной специалистам:
   

где

• P — тепловая мощность процессора (фактически равна мощности энергопотребления),
• С — коэффициент, учитывающий потери, в частности, взаимную емкость элементов ядра процессора, зависит от архитектуры ядра,
• V — напряжение питания ядра,
• F — тактовая частота.

К слову сказать, в соответствии с физическими законами предельные значения F зависят от напряжения питания: чем больше напряжение питание, тем выше предельная частота, на которой может работать микросхема. То есть предельная частота является функцией от напряжения питания. Именно поэтому в ряде документов той же компании Intel приводится кубическая зависимость теплообразования от напряжения питания.

В следующей части  данной статьи — несколько простых, но крайне полезных формул для понимания и применения оверклокинга.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Итак, как отмечалось ранее, при корректном выполнении процедуры разгона (оверклокинга) сбои и зависания сравнительно редки. В обычных условиях они, как правило, не приводят к большим неприятностям.

Необходимо отметить, что популярности разгона способствует и появление соответствующих материнских плат, дополненных специальными аппаратно-программными средствами. Эти средства осуществляют полуавтоматическое и даже полностью автоматическое управление и контроль в разных режимах эксплуатации.

Итак, в чем же теоретическая 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 выполнения инструкций.

Здесь следует отметить, что частота выполнения инструкций процессором и тактовая частота внешнего генератора могут и не совпадать. Действительно, в реальных условиях зависимость производительности от частоты внешнего тактового генератора не является строго линейной. Связано это с тем, что часть передаваемой на высоких частотах  информации неизбежно искажается.

Действительно, работа современных элементов, даже в штатных частотных режимах осуществляется на очень высоких частотах. Это обеспечивает высокую производительность, однако накладывает и особые, довольно жесткие требования на архитектуру материнских плат. Прежде всего, это относится к топологии расположения электронных элементов и их многочисленных соединений. Особо затейливые рисунки соединений расположены в области видеоадаптера, модулей памяти и процессорной шины.

Используемые в архитектуре элементы и линии их соединения образуют чрезвычайно сложную систему, обладающую специфическими электромагнитными параметрами, трудно поддающимися точному анализу.

К сожалению, элементы рисунка обладают взаимными емкостями и индуктивностями (рис. 2).

Рис. 2.  Емкостное и индуктивное влияние проводников

Данные паразитные емкости и индуктивности в совокупности с активными составляющими полных сопротивлений проводников играют негативную роль. Они искажают формы высокочастотных импульсных сигналов, передаваемых по этим проводникам от одних элементов к другим.

Остается добавить, что значения частот передаваемых сигналов в ряде случаев достигают сегодня многих сотен мегагерц. Чтобы в этом убедиться, достаточно вспомнить о частотах шин процессора, оперативной памяти, видеоадаптера.

Тема увеличения производительности через увеличения рабочих частот продолжена  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

Оценивая перспективы увеличения производительности компьютеров за счет использования форсированных режимов, необходимо напомнить, что они не являются такой уж новой технологией. Действительно, еще в компьютерах с процессорами типа Intel 8086, 8088 (рис. 1), 286, 386 широко использовался режим TURBO. Часто этот режим запускался специальной кнопкой, по нажатию которой тактовая частота не редко увеличивалась на 50%. Этот режим, по сути, являлся режимом разгона (от англ. overclocking — оверклокинг — частотный разгон — разгон — режимы эксплуатации элементов на повышенных частотах), кстати, не требовавшего ни радиатора на процессоре, ни повышения напряжения его питания.

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 форсирования элементов и производители ряда других компьютерных комплектующих. Так, например, уже можно считать традицией выпуск видеоадаптеров, GPU и память которых работают на повышенных частотах по сравнению с эталонными (референсными) изделиями.

Аналогичным образом поступают и производители модулей памяти, чья продукция по ряду параметров часто обгоняет рекомендации стандартов, как по частотам, так и по таймингам, а рост теплообразования часто компенсируется замысловатыми радиаторами.

Что же касается конечных пользователей, то популярность разгона среди них часто объясняется естественным желанием что-нибудь усовершенствовать в компьютере. И разгон (оверклокинг) — 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, активно занимаясь своим компьютером, многие из них постепенно накапливают знания, что можно только приветствовать.

Оценивая возможности разгона, следует признать, что существуют и экономические причины его 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.

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 часто комплектующие начального уровня производительности успешно соперничают с более мощными и дорогими представителями, находящимися на противоположном конце продуктового ряда.

Конечно, 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.

К слову сказать, о надежности процессоров. Несколько лет назад на специальном семинаре, посвященным вопросам технологий, производства и надежности, ведущий интеловский специалист отметил, что хотя компания не одобряет разгон, она и признает его популярность у части пользователей. Он отметил, что выпускаемые процессоры всегда имеют технологический запас, допускающий некоторое повышение тактовых частот. Еще он добавил, что пока устанавливаемые электрические параметры не выходят за пределы 10% превышения относительно рекомендованных значений (с учетом точности средств энергопитания и средств мониторинга), надежность процессоров остается на высоком уровне: 1% вышедших из строя процессоров за семь лет эксплуатации. Но при этом уровни тепловыделения процессоров не должны превышать установленных для этих процессоров значений TDP (об уровнях тепловыделения и о TDP см. ниже).

Что же касается возможных сбоев и зависаний, то при корректном выполнении процедуры разгона они крайне редки. В обычных условиях они, как правило, не приводят к большим неприятностям.

Проблемы высокочастотной передачи сигналов и некоторые теоретические предпосылки повышения производительности приведены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

В материнской плате GA-880GMA-UD2H, созданной на основе чипсета AMD 880G с интегрированной графикой, используются проводники удвоенной толщины и твердотельные конденсаторы, а в цепях электропитания — транзисторы и ферритовые дроссели с низкими потерями. Это улучшает надежность работы, как в штатных режимах, так и при оверклокинге (overclocking – разгон).

Для обеспечения оптимальных условий работы микросхемы чипсета снабжены небольшими радиаторами.

Материнская плата GA-880GMA-UD2H рассчитана на процессоры AMD линеек AMD Phenom II и Athlon II, включая, например, шестиядерные модели AMD Phenom II X6. Процессоры устанавливаются в разъем стандарта AM3. Такой разъем, расположенный на GA-880GMA-UD2H, представлен на рис. 4.

Рис. 4.  Разъем стандарта AM3

В двухканальной подсистеме памяти могут использоваться до четырех модулей памяти DDR3 1800/1333/1066. Частота 1800 МГц достижима в режимах оверклокинга, при этом успех зависит от используемых модулей памяти и процессора. Здесь необходимо напомнить, что двухканальный контроллер памяти уже несколько поколений процессоров AMD встроен не в состав чипсета, а в полупроводниковый кристалл процессора.

Из особенностей материнской платы GA-880GMA-UD2H следует отметить наличие интегрированных в чипсет видеосредств ATI Radeon 4250 (DirectX10.1). Возможностей данных средств вполне достаточно не только для типичных офисных приложений, но и для мультимедийных задач, например для воспроизведения аудио и видео, включая видеофильмы стандартов HD.

В тех случаях, когда мощности встроенных видеосредств недостаточно для выполнения задач, требовательных к ресурсам, можно расширить возможности видеоподсистемы за счет добавления внешнего видеоадаптера, созданного на основе графического процессора (GPU) и дискретных элементов. Благодаря поддержке интерфейса PCI-Express 2.0 и технологии ATI Hybrid CrossFireX Technology можно объединить вычислительную мощь интегрированного графического ядра и подключенного к плате видеоадаптера на дискретных элементах.

Архитектура материнской платы GA-880GMA-UD2H представлена на рис. 5.

Рис. 5.  Архитектура материнской платы GA-880GMA-UD2H

Некоторые подробности построения видеоподсистемы и другие особенности материнской платы GA-880GMA-UD2H рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Внешний вид материнской платы GA-880GMA-UD2H представлен на рис. 2 и  рис. 3.

В таблице 1 приведены основные  характеристики этой платы.

Рис. 2.  Материнская плата GA-880GMA-UD2H 

Рис. 3.  Разъемы материнской платы GA-880GMA-UD2H 

Таблица 1.  Основные параметры Gigabyte GA-880GMA-UD2H

Некоторые подробности архитектуры, структуры и основных компонентов материнской платы GA-880GMA-UD2H рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 4 
  

Итак, результаты оценки производительности компьютерных систем с материнсками платами GA-D510UD и GA-GC330UD в режимах разгона процессоров Intel D510 и Intel 330 приведены в таблице 4.

Таблица 4.  Результаты выполнения тестов в режимах разгона

Как следует из приведенных результатов тестирования, энергоэффективный процессор Intel D510, хотя и характеризуется сравнительно высокими уровнями производительности, не обладает значительным разгонным потенциалом.

Действительно, возможность увеличить частоту работы его ядер на 3% нельзя назвать выдающимся достижением новой микроархитектуры. Увы, протестированный экземпляр, ставший основой  семпла материнской платы GA-D510UD, существенным запасом по частоте явно не обладает.

На фоне процессора Intel D510 потенциал старого, доброго Intel 330 выглядит значительно лучше.

Но и этом случае возможность прироста процессорной частоты в 12,5% вряд ли поразит воображение потенциальных оверклокеров, привыкших на примерах традиционных настольных моделей к значительно более высоким уровням разгона, часто превышающим 30%, а в ряде случаев – даже и 50%.

Тем не менее, необходимо признать, что разгон Intel 330 обеспечивает ему в вычислительных задачах некоторое преимущество относительно более совершенного и перспективного Intel D510.

Однако в графических приложениях первенство остается все-таки за Intel D510 во всех режимах, что не является удивительным. Правда, далеко не во всех прикладных и системных задачах данное первенство будет реализовываться.

А вот использовать разгон или нет — каждый пользователь должен решать сам, исходя из собственного опыта, а также приведенных выше результатов тестирования. Кроме того, необходимо учитывать опасность потери устойчивости функционирования, а в ряде случаев существует потенциальная возможность фатальной потери работоспособности форсированной компьютерной системы.  

В заключение следует еще раз отметить, что указанные материнские платы могут быть рекомендованы в качестве основы компактных, практически бесшумных компьютеров для решения широкого класса задач, не требующих чрезвычайно высокой производительности и функциональности.
   

   
Материнские платы GA-GC330UD и GA-D510UD были предоставлены московским офисом компании Gigabyte

В статье были использованы материалы книги: Рудометов Е.А. «Современное железо: настольные, мобильные и встраиваемые компьютеры» – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 464с.
    

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Численные оценки производительности компьютерных систем, основой которых послужили материнские платы  GA-D510UD и GA-GC330UD с интегрированными в их состав процессорами Intel Atom D510 и Intel 330, были получены в процессе тестирования.

Конфигурация тестовых компьютерных систем:

• материнская плата 1       — Gigabyte GA-D510UD,
• центральный процессор — встроенный двухъядерный Intel Atom D510,
• оперативная память       — 2 Гбайт DDR2 667 МГц,
• видеоподсистема            — встроенные в процессор Intel Atom D510 средства графики,
• дисковая подсистема      — HDD ST32000641AS (2 Тбайт),
• операционная система   — OS Microsoft Windows XP/2002 Professional (Win32 x86/IA32) с Service Park 2
      
• материнская плата 2       — Gigabyte GA-GC330UD,
• центральный процессор — встроенный двухъядерный Intel Atom 330,
• оперативная память       — 2 Гбайт DDR2 667 МГц,
• видеоподсистема            — встроенные в чипсет Intel 945GC средства графики,
• дисковая подсистема      — HDD ST32000641AS (2 Тбайт),
• операционная система   — OS Microsoft Windows XP/2002 Professional (Win32 x86/IA32) с Service Park 2

Результаты выполнения тестов в штатных частотных режимах работы “атомных” процессоров приведены в таблице 3.

Таблица 3.  Результаты выполнения тестов в штатных режимах

Повысить производительность компьютерных систем с указанными материнскими платами можно частотным форсированием (разгоном) встроенных в их состав процессоров.

Это обеспечивается увеличением выше номинального значения тактовой частоты процессорной шины, а через нее и частоты работы основных компонентов каждой из указанных компьютерных систем:

• вычислительных ядер,
• средств графики,
• памяти.

Однако увеличение значений тактовых частот, обеспечивающих рост производительности, к сожалению, не может быть безграничным.

В процессе разгона предоставленных на тестирование семплов материнских плат, выяснилось, что верхней границей частоты процессорных ядер Intel 330, при которой сохраняется устойчивость работы компьютерной системы, стало значение 1,8 ГГц, а процессорных ядер Intel D510 – 1,71 ГГц.

Результаты оценки производительности указанных компьютерных систем в режимах разгона Intel D510 и Intel 330 приведены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 5 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Архитектурные особенности материнских плат  GA-D510UD  и  GA-GC330UD, основой которых послужили двухъядерные процессоры  Intel Atom D510  и  Intel Atom 330,  представлены на рис. 2.

Рис. 2.  Архитектурные особенности  GA-D510UD  и  GA-GC330UD

Структура и основные компоненты материнских плат  GA-D510UD  и  GA-GC330UD приведены на рис. 3.

Рис. 3.  Структура и основные компоненты  GA-D510UD  и  GA-GC330UD

Как результат, производительность настольных компьютерных систем, созданных на основе  материнских плат GA-GC330UD и GA-D510UD, достаточна не только для выполнения традиционных офисных задач, но для воспроизведения аудио и большинства видеофайлов, включая файлы HD.

Что же касается численных оценок производительности, то они были получены в процессе тестирования компьютров с материнскими платами  GA-GC330UD  и  GA-D510UD  в разных частотных режимах работы их процессоров.

Результаты тестирования материнских плат  GA-GC330UD  и GA-D510UD, созданных и выпущенных компанией Gigabyte, рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Внешний вид материнских плат  GA-D510UD  и  GA-GC330UD  представлен на рис. 1, а их основные характеристики — в таблице 2.

Рис. 1.  Материнские платы  GA-D510UD  и  GA-GC330UD

Таблица 2. Основные параметры  GA-D510UD  и  GA-GC330UD 

Низкие уровни теплообразования процессора и чипсета позволили в конструкции обеих плат обойтись без сложных и шумных средств охлаждения. Однако если в GA-GC330UD миниатюрный вентилятор расположен на радиаторе микросхемы GMCH чипсета Intel 945GC, то в GA-D510UD кулер с вентилятором поддерживает оптимальный температурный режим именно процессора, а микросхема однокомпонентного чипсета обходится только небольшим радиатором.

Для снижения уровней теплообразования и повышения устойчивости работы в условиях эксплуатации в составе компактных корпусов в печатных платах GA-GC330UD и GA-D510UD использованы медные слои удвоенной толщины для шин питания и заземления. В дополнение к этому в составе электронных компонентов применены высококачественные элементы с низкими потерями.

Высокая функциональность GA-GC330UD и GA-D510UD обеспечивается не только возможностями процессоров и чипсетов, но и дополнительными микросхемами.

В архитектуре GA-D510UD использованы следующие дополнительные микросхемы:

• GIGABYTE SATA2 — IDE и 2 SATA 3Gb/s,
• Realtek ALC 888B — Audio HD 2/4/5.1/7.1,
• RTL8111D             — LAN 10/100/1000 Mbit,
• IT 8720                  — COM, LPT, KB/Mouse,
• и др.  

В архитектуре GA-GC330UD использованы следующие дополнительные микросхемы:

• Realtek ALC662  — Audio HD 2/4/5.1,
• RTL8102E           — LAN 10/100 Mbit,
• IT 8718                — COM, LPT, KB/Mouse,
• и др.  

Некторые подробности архитектуры, структуры и основных компонентов материнских плат GA-GC330UD и GA-D510UD рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

Для сверхкомпактных компьютерных систем, обладающих невысокой стоимостью и ориентированных в основном на выполнение сравнительно несложных офисных задач, а также на работу Интернете, компания Intel предлагает одноядерные и двухъядерные энергоэкономичные процессоры упрощенной микроархитектуры.

Такие системы получили наименование неттопов (от англ. Nettop —  Неттор — настольный компьютер для работы в сети), а энергоэкономичные процессоры упрощенной микроархитектуры — Intel Atom.

В семействе “атомных” процессоров компанией Intel были выпущены как одноядерные, так и двухъядерные модели Intel Atom.

Каждая из выпущенных моделей обладает своими достоинствами. Однако с учетом растущей популярности мультимедиа, наиболее перспективными для настольных систем в настоящее время являются все-таки двухъядерные модели, обеспечивающие приемлемые уровни производительности в обработке видеоинформации.

Двухъядерные процессоры Intel Atom представлены моделями первого (Diamondville) и второго (Pineview) поколений.

Примерами таких процессоров могут служить модели Intel 330 (2008 г.) и Intel D510 (2010 г.). Их основные параметры представлены в таблице 1.

Таблица 1.  Основные параметры Intel Atom моделей 330, D510 

Двухъядерные модели первого и второго поколения “атомных” процессоров отличаются не только внутренней микроархитектурой, но и требуют разных чипов окружения. Центральную роль среди них играют микросхемы системной логики — чипсеты.

Учитывая эти особенности, конструкторы выпустили разные варианты материнских плат.

В качестве примера можно привести платы Gigabyte GA-GC330UD (GA-GC330UD) и Gigabyte GA-D510UD (GA-D510UD), построенные на основе Intel 330 и Intel D510.

При этом следует обратить внимание, что первая из них — GA-GC330UD построена на основе трехчипового дизайна, предусматривающего   использование процессора и двух микросхем чипсета: Intel 330 + GMCH + ICH7.

Вторая плата — GA-D510UD построена на основе двухчипового дизайна. В этом варианте используются  процессор и всего одна микросхема поддержки: Intel D510 + NM10.   

Конечно, модель процессора второго поколения — Intel D510 обладает более совершенной микроархитектурой, возможности которой существенно расширились за счет переноса основных контроллеров из чипсета в состав процессора. 

Это обеспечивает не только большее удобство для конструкторов, но и большую производительность, которой, к слову сказать, в ряде случаев бывает недостаточно.

Однако, как показывает опыт, часто недостаток производительности можно компенсировать за счет использования оверклокинга (разгона), увеличив тактовую частоту процессорной шины выше номинального значения.

Это обычно доступно во всех материнских платах. И упомянутые платы не являются исключением из этого правила. На основе этих плат была проверена  реальность и целесообразность разгона систем, построенных на основе «атомных» процессоров. Кроме того, разгон позволил оценить и сравнить текущие частотные потенциалы двух поколений микроархитектур, а также выявить сильные и слабые их стороны.

А вот насколько это реально можно проверить на основе указанных плат  GA-GC330UD  и  GA-D510UD.

Внешний вид и основные параметрв материнских плат GA-GC330UD и GA-D510UD, созданных и выпущенных компанией Gigabyte, рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

В материнской плате GA-870A-UD3 (Rev. 2.0) традиционно используются проводники удвоенной толщины и твердотельные конденсаторы, а в цепях электропитания — транзисторы с пониженным сопротивлением каналов и ферритовые дроссели с низкими потерями. Все это обеспечивает существенное снижение рабочей температуры компьютера, повышение энергоэффективности и улучшение стабильности работы системы, как в штатных режимах, так и в условиях разгона.

Материнская плата GA-870A-UD3 ориентирована на процессоры AMD линеек Phenom II и Athlon II. Обеспечена поддержка моделей, как начального уровня, так и верхнего. К последним относятся и высокопроизводительные шестиядерные процессоры, например, такие как AMD Phenom II X6 1090T (технология — 45 нм, число ядер — 6, частота — 3,2 ГГц, L3 — 6 Мбайт, L2 — 6 x 512 Кбайт).

В двухканальной подсистеме памяти могут использоваться до четырех модулей памяти DDR3-1866/1333/1066 (1866 МГц — в режимах оверклокинга). Здесь следует напомнить, что контроллеры памяти уже много лет являются атрибутами процессоров AMD, а не микросхем North Bridge, чья структура в результате данного перемещения стала существенно проще.

Кстати, для охлаждения микросхем чипсета AMD 870 применены лишь небольшие радиаторы. Это стало  возможным благодаря низкими значениями их теплообразования, что связано не только с технологией их производства, но и с особенностями их внутренней микроархитектуры.

Необходимо отметить, что микросхема North Bridge чипсета AMD 870 согласно его спецификациям предусматривает использование только одного слота видеоадаптера.

Однако в архитектуре материнской платы GA-870A-UD3, как во многих других изделиях этого производителя, присутствуют два видеослота (видеоразъемов) конструктива PCI Express x16. Достигается это за счет использования линий слотов PCI Express x1. 

Один из реализованных в GA-870A-UD3 видеослотов рассчитан на режим PCI Express x16, второй — PCI Express x4 (рис. 3).

Рис. 3.  Реализация двух видеослотов

Наличие двух видеослотов обеспечивает поддержку режима ATi CrossFireX для высокой производительности графической подсистемы.

Остается добавить, что второй видеослот делит четыре линии PCI Express x1 с двумя слотами PCI Express x1. Поэтому использование второй видеокарты в режиме работы PCI Express x4 блокирует работу слотов PCI Express x1.

Из особенностей архитектуры GA-870A-UD3 следует отметить поддержку как традиционных интерфейсов PCI, PCI Express, USB и SATA, так и новых разработок. Часть из них связана с микросхемами чипсета, другая — с дополнительными чипами.

Благодаря компоненте AMD SB850 в материнской плате, кроме традиционных функций, реализовано 6 портов нового интерфейса SATA3 с пропускной способностью 6 Гбит/с и поддержкой RAID 0, 1, 5, 10. А еще этой микросхемой реализована поддержка 12 портов USB 2.0/1.1.

В дополнение к чипсету в составе GA-870A-UD3 используется ряд специализированных микросхем. Например, с их помощью реализуются функции:

• аудио (Realtek ALC892),
• сети (Realtek RTL8111D),
• IDE и SATA 3Gbit/s (GIGABYTE SATA2),
• eSATA 3Gbit/s (JMicron JMB362),
• USB 3.0 (NEC D720200F1),
• FireWire (TSB43AB23).

Используемый в составе GA-870A-UD3 контроллер NEC SuperSpeed USB 3.0 обеспечивает очень высокую пропускной способностью — до 5 Гбит/с. При этом функция GIGABYTE 3x USB Power Boost призвана обеспечить максимальную совместимость, энергоэффективность и стабильность USB-соединения, в том числе для устройств, которые отличает повышенное энергопотребление. 

Дополнительные подробности архитектуры материнской платы GA-870A-UD3, созданной и выпущенной компанией Gigabyte, представлены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

Для недорогих, сверхкомпактных компьютеров, ориентированных на выполнение несложных задач, компания Intel разработала и выпустила специальные энергоэкономичные процессоры упрощенной микроархитектуры. Данные процессоры, получившие наименование Intel Atom, выпущены в виде одноядерных и двухъядерных вариантов. Учитывая растущую популярность мультимедиа, особенно в части обработки видеоинформации, двухъядерные процессоры являются наиболее перспективными. Они представлены моделями первого (Diamondville) и второго (Pineview) поколений.

Краткие параметры двухъядерных моделей Intel 330 (2008 г.) и Intel D510 (2010 г.), ориентированных на настольные системы, приведены в таблице 1.

Таблица 1.  Основные параметры Intel Atom моделей 330, D510

Процессоры второго поколения, представленные моделями Pineview, обладают более совершенной микроархитектурой. В отличие от представителей предыдущего поколения они к вычислительным ядрам приобрели еще и контроллер памяти и встроенные видеосредства.

Это позволило упразднить микросхему GMCH (северный мост) и перейти от трехчиповой структуры компьютерной платформы к двухчиповой (рис. 1).

Рис. 1.  Трех- и двухчиповые платформы с Intel Atom

Необходимо отметить, что обычно модели процессоров с более совершенной микроархитектурой обеспечивают компьютерным системам большие уровни производительности.

Однако, как показывает опыт, часто недостаток производительности систем предыдущих поколений можно компенсировать за счет оверклокинга (от англ. overclocking — разгон — эксплуатация элементов на повышенных частотах), увеличив тактовую частоту процессорной шины выше номинального значения. При этом в ряде случаях возможности хорошо отлаженной микроархитектуры могут обеспечивать лучшие разгонные возможности.

Проверить это можно в процессе тестирования материнских плат, созданных на основе двух поколений микроархитектуры Intel Atom. В качестве объектов исследования могут быть использованы материнские платы Gigabyte GA-GC330UD (GA-GC330UD) и Gigabyte GA-D510UD (GA-D510UD), построенные на основе “атомных” процессоров Intel 330 и Intel D510.

Внешний вид и основные параметры материнских плат GA-GC330UD и GA-D510UD, созданных и выпущенных компанией Gigabyte, рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Архитектура материнской платы GA-870A-UD3, созданной и выпущенной компанией Gigabyte, представлена на рис. 3.

Рис. 3.  Архитектура материнской платы GA-870A-UD3

В дополнение к аппаратным средствам в GA-870A-UD3 традиционно реализованы фирменные разработки, включая фирменную DualBIOS — защиту от отказа BIOS из-за сбоев и вирусных атак.

Реализованные в GA-870A-UD3 специальные аппаратно-программные средства позволяют управлять производительностью компьютерной системы за счет использования режимов разгона (оверклокинга).

В дополнение к этому благодаря средствам, поддерживающим технологию Auto Unlock, у пользователей появляется возможность, как обещают конструкторы материнской платы GA-870A-UD3, «снять блокировку с полной производительности процессора». Это означает в ряде случаев имеется возможность разблокировки скрытых, отключенных, процессорных ядер.

В заключение необходимо отметить, что современные материнские платы, выпущенные лидерами рынка на основе одинаковых моделей чипсетов, как правило, демонстрируют весьма близкие между собой результаты. Эти результаты, как правило, отличаются всего-навсего на единицы процентов даже у первых экземпляров, а после доработки моделей и выпуска обновленнных версий BIOS они становятся часто пректически одинаковыми.

Таким образом, учитывая архитектурные особенности современных процессоров и дискретных видеоадаптеров, можно утверждать, что производительность компьютерной системы в значительной степени зависит именно от этих элементов.

Все это означает, что, что, выбирая оптимальную для планируемых задач материнскую плату, следует в первую очередь оценивать функциональные возможности. А у Gigabyte GA-870A-UD3 они находятся на очень высоком уровне.

Материнская плата GA-870A-UD3 была предоставлена московским офисом компании Gigabyte

В статье были использованы материалы книги: Рудометов Е.А. «Современное железо: настольные, мобильные и встраиваемые компьютеры» – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 464с.
    

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

В материнской плате GA-870A-UD3, созданной и выпущенной компанией Gigabyte, для повышения надежности и уменьшения теплообразования используются проводники удвоенной толщины и твердотельные конденсаторы. В цепях электропитания — транзисторы с пониженным сопротивлением каналов и ферритовые дроссели с низкими потерями. Все это обеспечивает существенное снижение рабочей температуры компьютера, повышение энергоэффективности и улучшение стабильности работы системы, как в штатных режимах, так и в условиях разгона.

Микросхемы чипсета AMD 870 снабжены лишь небольшими радиаторами, что вполне достаточно для обеспечения нормальной работы.

Материнская плата GA-870A-UD3 рассчитана на процессоры AMD линеек AMD Phenom II и Athlon II, включая топовые модели. В их число входят и высокопроизводительные шестиядерные процессоры, например, такие как AMD Phenom II X6 1090T. Основными характеристиками данной модели являются: полупроводниковая технология — 45 нм, число процессорных ядер — 6, частота работы процессорных ядер — 3,2 ГГц, объем кэш-памяти третьего уровня (L3) — 6 Мбайт, объем кэш-памяти второго уровня (L2) — 6 x 512 Кбайт.

Перечисленные модели процессоров AMD могут быть установлены в соответствующий разъем (сокет) стандарта AM3 (рис. 2).

Здесь следует отметить, что в конструктиве своих процессоров компания AMD для их подключения продолжает использовать традиционные решения, предусматривающие «ножки», а не контактные площадки, используемые основным конкурентом данной компании в области разработки и выпуска процессоров. Остается добавить, что каждое из указанных решений обладает своими достоинствами и, конечно, недостатками.  

Рис. 2.  Процессорный разъем платы GA-870A-UD3

В двухканальной подсистеме памяти могут использоваться до четырех модулей памяти. Конструкторы GA-870A-UD3 рекомендуют использовать модули DDR3-1866/1333/1066 (модули памяти на частоте 1866 МГц — в режимах оверклокинга).

В архитектуре материнской платы присутствуют два видеослота конструктива PCI Express x16. При этом один из них рассчитан на режим PCI Express x16, второй — PCI Express x4.

Из особенностей архитектуры GA-870A-UD3 следует отметить, что микросхемы чипсета традиционно поддерживают интерфейсы PCI, PCI Express, USB и SATA.

В дополнение к чипсету в составе Gigabyte GA-870A-UD3 используется ряд специализированных микросхем. Например, с их помощью реализуются функции: аудио, сети, IDE, SATA 3Gbit/s, eSATA 3Gbit/s, FireWire, USB 3.0.

Энергопитание осуществляется через довольно сложную систему импульсных многофазных преобразователей с изменением числа активных фаз в зависимости от загрузки процессора (технология Dynamic Energy Saver 2). Это уменьшает энергопотребление, а, следовательно, и теплообразование.

Остается добавить, что в системе энергопитания применена 8+2-фазная схема.

Дополнительные подробности архитектуры материнской платы GA-870A-UD3, созданной и выпущенной компанией Gigabyte, представлены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

В материнской плате GA-H55M-UD2H (Rev. 1.0), созданной и выпущенной компанией Gigabyte, традиционно используются  проводники удвоенной толщины для обеспечения лучшего электропитания. Для повышения надежности использованы твердотельные конденсаторы. В цепях питания применены транзисторы с пониженным сопротивлением каналов и ферритовые дроссели с низкими потерями.

Учитывая незначительный уровень теплообразования, единственная микросхема чипсета Intel H55 снабжена лишь небольшим радиатором. Кстати, он является единственным на данной материнской плате.

Материнская плата GA-H55M-UD2H рассчитана на процессоры Intel линеек Core i7 серии 800, а также Core i5 и Core i3.

В конструкции платы реализовано четыре модуля памяти: по два в каждом канале. Конструкторы Gigabyte рекомендуют использовать модули DDR3-1666/1333/1066/800 (1666 МГц — в режимах оверклокинга), а при использовании процессоров без интегрированного видеоядра они утверждают, что можно использовать модули — до DDR3-2000.

Остается добавить, что контроллеры памяти встроены непосредственно в состав процессора Intel, разработчики которого рекомендуют ограничиться модулями DDR3-1333.

В архитектуре материнской платы присутствуют два видеослота конструктива PCI Express x16. При этом один рассчитан на режим PCI Express x16, второй – PCI Express x4.

На рис. 4 приведена реализация двух разъемов видео в материнской плате GA-H55M-UD2H.

Рис. 4.  Два разъема видео в GA-H55M-UD2H

Наличие двух видеослотов обеспечивает поддержку режима ATi CrossFireX для высокой производительности графической подсистемы за счет одновременной обработки видеопотока двумя видеоадаптерами.

Видеоконтроллеры интегрированы в состав процессора и чипсета. А в ряде процессоров средства  графики встроены непосредственно в процессоры. За  формирование видеинформации в этом случае будет отвечать графическое ядро процессора — Intel HD Graphics, а за вывод на монитор по физическим интерфейсам — DVI/HDMI/DisplayPort — чипсет Intel H55. При использовании процессоров без встроенных видеосредств пользователям придется ограничиться только графикой внешних видеоадаптеров, созданных на дискретных элементах.

Здесь необходимо отметить, что в ряде процессоров интегрированная графика встроена непосредственно в процессоры. В этом случае в GA-H55M-UD2H за формирование видеинформации будет отвечать графическое ядро процессора — Intel HD Graphics. Вывод же на монитор осуществляется с помощью средств чипсета Intel H55: DVI/HDMI/DisplayPort.

При использовании процессоров без встроенных видеосредств пользователям придется ограничиться только графическими возможностями видеоадаптеров.

Из особенностей архитектуры GA-H55M-UD2H следует отметить, что микросхема чипсета чипсета поддерживает традиционные интерфейсы PCI, PCI Express, USB и SATA.

В дополнение к чипсету в составе GA-H55M-UD2H используется ряд специализированных микросхем, реализующих функции аудио (Realtek ALC889), сети (Realtek RTL8111D), устройств IDE (JMicron JMB368), FireWire (TSB43AB23).

Тема аппаратно-программных особенностей материнской платы GA-H55M-UD2H продолжена  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов

 >>  Часть 3

На рис. 5 приведены структура и основные элементы материнской платы GA-D510UD, созданной и выпущенной компанией Gigabyte.

Рис. 5.  Структура и основные элементы GA-D510UD

Энергоснабжение элементов материнской платы GA-D510UD осуществляется через систему компактных импульсных преобразователей.

Встроенные в архитектуру Gigabyte GA-D510UD средства мониторинга  предоставляют возможность контроля основных параметров.

Данными встроенными средствами осуществляется контроль следующих важных параметров:

• контроль скорости вращения CPU вентилятора,
• определение скорости вращения вентиляторов CPU / Системного,
• мониторинг значений напряжения питания для компонентов системы,
• определение температуры CPU.

И конечно, в составе аппаратно-программных компонентов присутствуют средства оверклокинга (разгона).  

Настройку и эксплуатацию компьютерной системы, созданной на основе материнской платы GA-D510UD, облегчают реализованные фирменные аппаратно-программные средства:

• Auto Green,
• Smart Recovery, 
• Q-Share, 
• @ BIOS, 
• EasyTune, 
• Xpress Recovery 2,
• Xpress Install, 
• Download Center, 
• Q-Flash и др.

Часть из данных средств функционируют и в режимах разгона.

Оценивая аппаратно-программные средства, необходимо отметить, что осуществлена еще и фирменная поддержка технологии DualBIOS, обеспечивающей работоспособность компьютерной системы при нарушениях программного кода BIOS вирусными атаками и некорректным его обновлением.   

Остается добавить, что в качестве операционной системы могут быть использованы Microsoft Windows XP/Vista/7.

Что же касается производительности системы, созданной на основе материнской платы Gigabyte GA-D510UD, то она была оценена в процессе тестирования.

Состав тестовой компьютерной системы, созданной на основе материнской платы GA-D510UD, а также результаты тестирования и их анализ представлены  в следующей части  данной статьи.
      

>> Часть 5

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Еще большей производительности можно достичь за счет увеличения тактовой частоты процессорной шины выше номинального значения, например, с тактовой частоты 133 до 150 ГГц (соответственно частоты передачи данных 533 и 600 МГц). Это привело к росту частоты работы ядра с 1,6 до 1,8 ГГц (рис. 3).

Рис. 3.  Процессор и чипсет тестовой системы

Тестовая система:

• материнская плата   — Gigabyte GA-GC330UD,
• оперативная память  — 2 Гбайт DDR2 667 МГц,
• подсистема видео     — встроенные в чипсет Intel 945GS средства графики,
• дисковая подсистема — HDD ST31500341AS 1,5 Tбайт.

Результаты тестирования в штатном режиме и режимах разгона приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты выполнения тестов PCMark04 и SiSoft Sandra 2004

Как следует из приведенных результатов тестирования, компьютерная система, построенная на основе материнской платы Gigabyte GA-GC330UD, в режиме разгона процессора до частоты его ядра 1,8 ГГц продемонстрировала прирост производительности более 12%. Это, кстати, больше приведенной выше оценки.

В заключение следует еще раз отметить, что материнская плата Gigabyte GA-GC330UD может быть рекомендована в качестве основы компактного, практически бесшумного компьютера для решения задач, не требующих чрезвычайно высокой производительности и функциональности.

Материнская плата GA-GC330UD была предоставлена московским офисом компании Gigabyte

В статье были использованы материалы книги: Рудометов Е.А. «Современное железо: настольные, мобильные и встраиваемые компьютеры» – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 464с.
    

>>    Часть 1 
    

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Благодаря низким уровням теплообразования процессора и чипсета в конструкции GA-GC330UD для процессора и микросхем чипсета применяются компактные средсва охлаждения. При этом для процессора Intel Atom 330 и компоненты ввода/вывода ICH7 чипсета Intel 945GS используются только одиночные радиаторы, а для компоненты GMCH данного чипсета — сравнительно небольшой радиатор с миниатюрным вентилятором.

Важной особенностью материнской платы GA-GC330UD является  использование в ее печатной плате медных слоев удвоенной толщины для шин питания и заземления.

А еще в составе электронных компонентов применены высококачественные элементы с низкими потерями. К таким элементам относятся, в частности, твердотельные конденсаторы, мощные транзисторы MOSFET, высокочастотные дроссели с ферритовыми сердечниками.

Все это обеспечило высокие уровни надежности и энергоэффективности компьютерных систем, созданных на основе GA-GC330UD.

Остается добавить, что производительности настольного компьютера, созданного на основе  материнской платы GA-GC330UD, достаточно не только для выполнения традиционных офисных задач, но для воспроизведения аудио и широкой гаммы разнообразных видеофайлов. Последнее касается и видеофайлов стандартов HD.

В качестве иллюстрации мультимедийных возможностей следует отметить, что при тестовом воспроизведении видеофайлов стандарта HD 720p загрузка центрального процессора составила менее 35%.

Успешным в процессе тестирования оказался и просмотр ряда фильмов стандарта HD 1080p умеренных значений битрейтов. Загрузка центрального процессора составила 70-100%.

Указанные мультимедийные возможности связаны с наличием в архитектуре процессора Intel Atom 330 двух физических ядер, а также с дополнительной реализацией технологии Hyper-Threading.

Здесь следует напомнить, что данная технология, впервые появившаяся в микроархитектуре NetBurst процессоров Intel Pentium 4, обеспечивает аппаратную поддержку многопоточности в обработке информации.

Остается добавить, что в результате указанных микроархитектурных особенностей центральный процессор Intel Atom 330, интегрированный в состав материнской платы GA-GC330UD, воспринимается операционной системой как четырехъядерный.

И эта модель, действительно, работает во многих задачах именно как четырехъядерный процессор (рис. 2), у которого два физических ядра, но четыре логических.

Рис. 2.  Работа процессора Intel Atom 330 

Особенности тестовой системы, созданной на основе материнской платы GA-GC330UD, и оценка результатов разгона рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
    

Евгений Рудометов 
 

Для недорогих компьютеров, ориентированных на работу в Интернете, а также на выполнение сравнительно несложных офисных задач, не требующих от компьютерной системы высокой производительности, компания Intel разработала и выпустила специальные процессоры упрощенной архитектуры.

Линейка данных недорогих, компактных и энергоэкономичных процессоров получила наименование Intel Atom. Модели этой линейки стали основой большого числа популярных моделей мобильных и настольных компьютеров.

Закрепляя достигнутый успех, компания Intel спустя некоторое время на основе накопленного опыта представила более совершенный вариант процессоров линейки Intel Atom, потребовавший существенной переработки всей компьютерной платформы.

Для настольных систем новой платформы были выпущены одноядерный Intel Atom D410 и двухъядерный Intel Atom D510.

Здесь следует отметить, что новые разработки по сравнению со своими предшественниками являются более совершенными и более перспективными. Как результат, они  обеспечивают еще и большую производительность компьютерным системам: примерно на 5-10% при равных частотах.

Однако, несмотря на все преимущества, отказываться от систем, созданных на основе материнской платы с набором микросхем системной логики (chipset — чипсет) Intel 945GC и интегрированным центральным процессором Intel Atom 330, имеющим два вычислительных ядра, вряд ли целесообразно.

Дело в том, что существует сравнительно простой способ увеличения производительности, как минимум, на те же 5-10%. Достичь этого можно за счет реализации оверклокинга (overclocking — разгон), увеличив тактовую частоту процессорной шины выше номинального значения.

Данную возможность и результаты увеличения производительности компьютера за счет разгона двухъдерного процессора модели 330 линейки Intel Atom можно продемонстрировать на примере системы, построенной с помощью материнской платы Gigabyte GA-GC330UD (GA-GC330UD).

Основой данной материнской платы послужили интегрированные в ее состав процессор Intel Atom 330 и чипсет Intel 945GС Express, состоящий из двух микросхем известных как компоненты GMCH и ICH7.

Внешний вид материнской платы GA-GC330UD представлен на рис. 1, а ее основные характеристики — в таблице 1.

Рис. 1.  Материнская плата GA-GC330UD с интегрированным Intel Atom 330

Таблица 1.  Основные параметры материнской платы GA-GC330UD

В следующей части  данной статьи рассмотрены некоторые особенности материнской платы GA-GC330UD и встроенного процессора, а также оценка производительности компьютерной системы, созданной на основе данной платы, в штатных режимах.     

>>    Часть 2