Zmiana częstotliwości zegara systemowego

Komputer szybszy jest komputerem lepszym. A spośród dwóch komputerów jednakowo szybkich lepszym jest... tańszy, oczywiście. A po czym rozpoznajemy komputer szybszy? Też wiadomo: trzeba porównać, z jaką szybkością pracują procesory. Jeżeli w pierwszym PC jest 700 MHz a w drugim PC jest 800 MHz, to ten drugi jest szybszy- proste.
Wygląda więc na to, że procesor decyduje z jaką szybkością komputer będzie pracował. Zróbmy krok dalej, i spróbujmy przyspieszyć własny PC. Aby otworzyć pokrywę komputera i wyjąć procesor (z jego gniazda w płycie głównej motherboard) nie trzeba być inżynierem, złota rączka wystarczy. Wetknięcie do tego samego gniazda szybszego procesora powinno dać efekt natychmiastowy; PC powinien zacząć biegać szybciej, a może nawet podfruwać. Niestety, jest to prima aprilis. Bo nie procesor decyduje, z jaką szybkością będzie on sobie pracował.
Szybkość procesora nie jest zakodowana, czy zaprogramowana, w samym procesorze. O szybkości, z jaką procesor pracuje w danym komputerze decyduje specjalne urządzenie. Tym urządzeniem jest zegar systemowy (system clock) wbudowany w płytę główną (motherboard). Aby nie było wątpliwości: sama wymiana procesora na szybszy niczego nie załatwi. Nowy procesor będzie pracował dokładnie z taką samą prędkością, z jaką pracował poprzedni procesor. Regulowanie szybkości procesora dokonuje się, bowiem poprzez manipulowanie wspomnianym zegarem systemowym.
Zegar systemowy właściwie w niczym nie przypomina zegara, a każdym razie czasu to on nie pokazuje. Zegar systemowy jest prostym układem elektrycznym, którego jedynym zadaniem jest wysyłanie impulsów. Te impulsy są kierowane do procesora oraz do niektórych innych urządzeń w PC. W przypadku prostego zegara systemowego (system clock) piękna jest regularność z jaką te impulsy są wysyłane. Setki milionów impulsów są generowane przez ten zegar w każdej sekundzie, ale odstępy czasu pomiędzy impulsami są identyczne. Jak w zegarze atomowym; no... prawie tak samo.
Na każdy impuls elektryczny otrzymany od tego niby-zegara procesor reaguje tak jak na szturchnięcie: ty, procesor, nie usypiaj, tylko zrób coś. Po każdym takim szturchnięciu procesor sięga po następne polecenie programu komputerowego; po polecenie na które właśnie przyszła pora. Polecenie jest analizowane, czyli rozszyfrowywane, jaką to operację trzeba tym razem wykonać. Może dzielenie? Jeżeli tak, to jaką liczbę przez jaką? I skąd te liczby wziąć; gdzie są one zapisane? Trzeba się też upewnić że druga z liczb, tak zwany dzielnik, nie jest zerem; bo dzielenie przez zero było by niewykonalne. Po rozszyfrowaniu polecenia zapisanego w programie komputerowym procesor uruchamia mechanizmy PC niezbędne dla wykonania tego polecenia. Może to spowodować przesunięcie jakieś liczby z jednego obszaru pamięci RAM do innego obszaru, może odczytanie czegoś z dysku, a może wydrukowanie. A po wykonaniu polecenia programu procesor zamiera. Dosłownie.
Przez następną chwilę procesor dosłownie nie robi nic. Ta chwila jest zresztą bardzo krótka, ale lenistwo jest pełne. I dopiero wtedy gdy procesor poczuje następny impuls elektryczny przysłany z zegara systemowego, wtedy bierze się za wykonanie następnego polecenia; rozszyfrowuje je, po czym uruchamia urządzenia które wykonają zapisane w programie polecenie. A po wykonaniu procesor znowu zamiera. Impuls, wykonanie polecenia, chwila lenistwa, impuls, wykonanie polecenia, chwila lenistwa, impuls... i tak bez końca. To znaczy dopóki się program nie skończy, albo dopóki PC nie zostanie wyłączony.
, Jest to urządzenie do odczytywania i wykonywania rozkazów zapisanych w programach komputerowych. Można dodać: najszybsze i najbardziej skomplikowane urządzenie zbudowane przez człowieka.
Zwiększamy taktowanie FSB
Wprowadzenie

Producenci procesorów z oczywistych względów bronią się przed nadmierną popularnością ich podkręcania. Za skuteczne uznali blokowanie lub ograniczanie możliwości zmiany mnożnika. Jednak, bardziej zaawansowani użytkownicy szybko znaleźli nowy sposób - zmiana częstotliwości FSB (Front Side Bus), czyli głównej magistrali systemowej. Wszystko zaczynało się od "legendarnego" Celerona 300A, gdzie w wyprowadzeniach na slocie wystarczyło zakleić jeden pin, aby procesor pracował z 33 % większą magistralą - 100 MHz. Producenci płyt, najwyraźniej okazali się przychylni overclockerom, udostępniając produkty dające coraz to większą swobodę w manipulowaniu szczegółowymi ustawieniami magistrali oraz pamięci.

Dzisiaj w nawet przeciętnym pececie znajdziemy w biosie płyty różne tego typu ustawienia. Jest to bardzo wygodny i skuteczny sposób na zyskanie dodatkowej wydajności, pod warunkiem, że do całej operacji będziemy przystępować z odpowiednim zapasem wiedzy.
Postaram się wyjaśnić jak podkręcić procesor, jak i cały system nie zmieniając w cale mnożnika.

Czy warto?

Najkrócej - warto! Zależy to jednak od platformy, którą to zamierzamy podkręcać. W przypadku Celeronów i Pentium III, szansa podkręcenia magistrali FSB jest ogromna. Wiąże się to z prostą architekturą szyny danych dla wszystkich tych procesorów, która pracuje z zegarem równym zegarowi głównej magistrali na płycie. Koniec jej możliwości wykracza dużo dalej niż oficjalna, maksymalna specyfikacja, czyli 133 MHz. Teoretycznie jest możliwe o wiele więcej, co osoby zajmujące się podkręcaniem, dosyć ekstremalnie, wykorzystały nawet do osiągnięcia wyników rzędu 180 MHz. Pamiętajmy jednak zawsze, że we wszystkich procesorach Intela mnożnik jest tradycyjnie już zablokowany, jednak dotyczy to także jego ewentualnego obniżania. Jest to ogromnym ograniczeniem w podkręcaniu topowych modeli z danej serii, bo trudno np. w przypadku Celerona 766 MHz z mnożnikiem 11.5 liczyć na wysokie podkręcenie do magistrali 100 MHz i więcej. W takich przypadkach, potencjału bardzo szybko zabraknie wyśrubowanemu rdzeniowi procesora. Bardzo ciekawym polem do zastosowania informacji, które będą przedstawione dalej jest natomiast najświeższa, kolejna już seria Pentium III, czyli nowe procesory z rdzeniem 0.13 mikrona - Tualatin. Pierwsze testy dowodzą, że ma on ogromny potencjał, którego na pewno nie ujawni pierwszy model taktowany 8.5 x 133 MHz, czyli 1 133 MHz. Uzyskanie lepszych rezultatów jest możliwe tylko, tradycyjnie dla Intela, poprzez zwiększanie częstotliwości pracy magistrali.

W przypadku, bardzo ostatnio popularnych procesorów AMD, Athlona i Durona sytuacja jest inna. Obsługiwane są one przez znacznie bardziej nowoczesną szynę EV6, zapożyczoną z procesorów (nawiasem mówiąc kupionej ostatnio przez Intela) firmy Alpha. Charakteryzuje się ona przesyłem po obu zboczach sygnału, czyli w trybie 2x, co ogranicza możliwości podwyższania jej taktowania. Początkowo, wszystkie płyty obsługujące tę szynę maksymalnie pracowały z częstotliwością 100 MHz, a możliwości podkręcania były nieporównywalnie niższe, niż w przypadku Intela. Jeżeli mamy tego typu platformę, to lepiej skorzystać ze znacznie bardziej atrakcyjnej dla procków AMD metody overclockingu, czyli zwiększania mnożnika. Z kolei dla nowszych płyt obsługujących 133-megahercową magistralę w trybie DDR, AMD natychmiast wprowadziło Athlony, które ją wykorzystywały. Kolejną sprawą jest fakt, że obecnie najwyższą wydajność Athlonów uzyskamy przy wykorzystaniu pamięci DDR, te niestety są na razie najczęściej bardzo oporne na zwiększanie ich zegara, dlatego dalej skoncentruję się tylko na platformach SDR. Dla Duronów podkręcanie za pomocą FSB rysuje się już znacznie lepiej. Procesory te pozostają cały czas przy taktowaniu 100 MHz dla magistrali, więc bardzo prosto kupując dobre pamięci SDR i nowoczesną płytę, przeznaczoną raczej pod Athlony, lecz oczywiście cały czas kompatybilną, zmusić je do pracy z charakterystyczną obecnie dla starszego brata magistralą 133 MHz.

Niezależnie, jaką posiadamy platformę, to zawsze ze zwiększenia magistrali będziemy mieli dodatkowe korzyści, ogromnego "kopa" dostaje cały system. W szczególności dotyczy to transferu do pamięci, który w grach, czy też w profesjonalnym renderowaniu skomplikowanej grafiki 3D odgrywa często rolę większą, niż sama szybkość procesora. Transfer do pamięci rośnie niemal proporcjonalnie do wzrostu częstotliwości magistrali, w szczególności dotyczy to rozwiązań pozbawionych buforów pomiędzy szyną procesora i pamięci, jak np. starsze chipsety Intela - BX/ZX/EX itd. Dowodem niech będzie ten wykres, bazujący na wynikach z Sandry 2001te na komputerze z klasyczną płytą na układzie BX.


Dotyczy to nie tylko transferu pomiędzy jednostką stałoprzecinkową (ALU) a pamięcią, ale oczywiście również transferu FPU (jednostka zmiennoprzecinkowa) - pamięć.

Podkręcamy

Podstawową rzeczą o jakiej musimy pamiętać decydując się na podkręcenie procesora zwiększając częstotliwość taktowania magistrali jest fakt, że zwiększamy tym samym wszystkie nominalne częstotliwości pracy innych szyn systemowych, zależnych bezpośrednio od głównej magistrali. Generalnie, im większą kontrolę nad opisywanymi niżej parametrami daje nam płyta główna tym lepiej, jeżeli rzeczywiście mamy zamiar osiągnąć wysoki wynik w podkręcaniu, to wystrzegajmy się konstrukcji automatycznie wybierających standardowy tryb pracy dla procesora (np. firmowe płyty Intel). Prezentowane w poniższej tabelce dzielniki występują we wszystkich nowoczesnych płytach na wszystkie platformy systemowe zarówno AMD, Intela czy też nowego układu VIA - C3. W przypadku Intela pamiętajmy jednak, że wszystkie starsze chipsety, czyli głównie klony popularnego BX'a oficjalnie nie obsługują magistrali 133 MHz, co wiąże się z brakiem dzielnika 1/2 dla magistrali AGP. Zależnie od modelu płyty możemy być także pozbawieni dzielnika 1/4 dla PCI.
FSB AGP PCI
66 MHz 1/1 = 66 MHz 1/2 = 33 MHz
83 MHz 1/1 = 83 MHz 1/2 = 41.5 MHz
100 MHz 2/3 = 66 MHz 1/3 = 33 MHz
1/1 = 100 MHz
124 MHz 2/3 = 82.6 MHz 1/3 = 41.3 MHz
1/4 = 31 MHz
133 MHz 1/2 = 66 MHz 1/4 = 33 MHz
2/3 = 86.6 MHz
143 MHz 2/3 = 95.3 MHz 1/4 = 35.75 MHz
150 MHz 2/3 = 100 MHz 1/4 = 37.5 MHz
1/2 = 75 MHz
155 MHz 2/3 = 103 MHz 1/4 = 38.75 MHz
1/2 = 77.5 MHz
166 MHz 1/2 = 83 MHz 1/4 = 41.5 MHz

Jak widać, we wszystkich przypadkach overclockingu zegar PCI oraz AGP wzrasta. Jeżeli chodzi o AGP, to przetaktowanie będzie w 100 % nieszkodliwe dla wszystkich, w miarę nowoczesnych, kart graficznych. Problemy ze stabilnością niektórych urządzeń możemy spotkać jedynie w okolicach 100 MHz, gdzie pomocne może być obniżenie trybu transferu, odpowiednio z 4x na 2x lub, dla kart 2x, na jednokrotny mnożnik. Oznaczać to będzie ograniczenie przepustowości tejże magistrali, jednak czasami taka jest cena stabilności przy wyśrubowanych ustawieniach. Można tego dokonać z poziomu, w niektórych płytach, BIOS lub karty graficznej albo też odpowiedniego narzędzia. Warto też dodać parę słów o magistrali PCI. Osiągnięcie około 40 lub więcej MHz dla tej magistrali może oznaczać śmiertelne niebezpieczeństwo dla urządzeń na niej pracujących. Stosunkowo niewrażliwe pozostają karty rozszerzeń, jednak pamiętajmy, że w ogromnej większości płyt kontroler ATA dysków twardych obsługiwany jest właśnie przez PCI. Jest wielce prawdopodobne, że praca w tym przypadku z częstotliwościami wyróżnionymi w tabeli na czerwono zakończy się utratą danych i koniecznością ponownego spartycjonowania dysku, a w skrajnym przypadku nawet uszkodzeniem HDD lub kontrolera. Nie warto tutaj eksperymentować, a taką możliwość dają niektóre płyty główne, np. SoftMenu "overclockerskich" konstrukcji ABIT'a, czy też wszystkie modele, gdzie parametry te ustawiamy ręcznie na zworkach. Przykład takiego menu widoczny jest na zdjęciu poniżej, wszystkie parametry są prawidłowo skonfigurowane dla magistrali 150.


Ta niekorzystna sytuacja zmienia się przy płytach, gdzie za obsługę kontrolera dysku nie odpowiada już magistrala PCI, tylko kolejny, oprócz klasycznych mostków północnych i południowych, układ jak, np. w nowych konstrukcjach Intela z serii 815. Bazując na tego typu płycie możemy teoretycznie stworzyć nawet system zdolny do zniesienia taktowania 166 MHz, jeżeli tylko pozwolą na to urządzenia na szynie PCI, ale z reguły nie ma z nimi takich problemów jak z kontrolerem dysku.

Pamięć

Trzeba koniecznie zadbać o odpowiednie pamięci, ponieważ bez tego nasz wynik będzie mógł być ewentualnie zrzutem ekranu z WCPUID, ale na pewno nie osiągniemy stabilnej pracy. Najbardziej podatne na zwiększanie taktowania są uznane za "przestarzałe", ale wciąż bardzo atrakcyjne, szczególnie cenowo, moduły SDR.


Jeżeli płyta główna nie umożliwia nam asynchronicznego taktowania pamięci względem FSB, to jesteśmy zmuszeni do dostosowania parametrów posiadanej pamięci do zegara magistrali. Taktowanie asynchroniczne jest przy podkręcaniu niezwykle przydatne, o ile umożliwia ograniczenie, a nie tylko zwiększenie częstotliwości pracy pamięci. Możemy wtedy zastosować wysokie FSB, np. 166, ale przy proporcji FSB/pamięć 133:100, pamięci pozostaną na pewnym i bezpiecznym dla PC133 pułapie 124 MHz. Oczywiście, będzie oznaczać to ograniczenie transferu do pamięci, ale pozostanie korzyść z wydatnego podkręcenia procesora. Więc, jeżeli posiadamy płytę, która ma dostępną taką możliwość i niezbyt szybkie pamięci, będzie to najlepszym rozwiązaniem. Jeżeli, jednak nasza płyta obsługuje tylko synchroniczny transfer lub po prostu zależy nam na zwiększeniu wydajności, to jesteśmy zmuszeni zadbać o odpowiednie moduły DIMM. Posiadanie modułów wyposażonych w kości oznaczone jako PC133, jeżeli podkręcamy procesor, który wyjściowo działa na takiej magistrali, nie będzie wystarczające. Często też oznaczenie to okazuje się nieadekwatne do rzeczywistych możliwości modułów. Tak więc, w wyborze odpowiedniej pamięci najlepiej kierować się czasem dostępu, który to wyznacza maksymalne częstotliwości pracy.
czas dostępu [ns] 8 7.5 7 6.5 6
opóźnienie CAS2 100 MHz 100 MHz 125 MHz 133 MHz 144 MHz
opóźnienie CAS3 125 MHz 133 MHz 143 MHz 154 MHz 166 MHz

Jak widać w tabeli, pamięci o tym samym czasie dostępu mogą pracować z różnymi częstotliwościami. Wynika to z faktu dostępności w większości BIOS'ów płyt głównych dodatkowych opcji, dostępnych najczęściej z poziomu menu kontrującego pracę chipsetu płyty. Podawany tutaj parametr wewnętrznego opóźnienia CAS określa po ilu cyklach zegarowych od wyznaczenia odpowiedniej kolumny pamięci poprzez chwilowe przyłożenie wysokiego poziomu napięcia, informacje zostaną przesłane z pamięci na szynę. Warto mieć nad tymi opcjami manualną kontrolę, gdyż jak widać jeżeli zależy nam na zwiększeniu FSB ustawienie CAS na 3 daje najlepsze rezultaty. Niektóre płyty główne umożliwiają jeszcze bardziej głęboką ingerencję w wewnętrzne opóźnienia na modułach pamięci. I tak, zwiększając częstotliwość taktowania ustawmy CAS to RAS latency na 3 oraz RAS latency również na 3 cykle zegarowe.


W przypadku, kiedy możemy dostosować opóźnienie pomiędzy poszczególnymi operacjami odczytu i zapisu, wybierzmy maksymalne wartości (R (read) - 7, W (write) - 9). Wszystko to spowoduje ograniczenie szybkości transferu o kilka procent, ale za to umożliwi zwiększenie częstotliwości pracy pamięci. Możemy też spróbować zwiększyć napięcie I/O na płycie (o ile oczywiście jest taka opcja w naszym BIOS'ie) z 3.3V do MAKSYMALNIE 3.6 V. Większość SDR'ów wytrzyma takie napięcie zasilające, a jest szansa, że stabilność ulegnie poprawie.


Kolejnym faktem, który warto podkreślić jest to, że nie powinniśmy sztywno trzymać się powyższej tabelki i koniecznie szukać modułów 6 ns, gdyż w Polsce ich znalezienie graniczy się niemal z cudem, ale już 7 ns moduły przy niektórych konfiguracjach będą mogły pracować stabilnie przy częstotliwości 150 MHz przy zwiększonym napięciu. Przewagę mają też płyty wyposażone w różnego rodzaju, choćby najmniejsze bufory, nad rozwiązaniami typowo synchronicznymi. Taki sam moduł DIMM najczęściej wytrzyma dużo więcej np. przy asynchronicznym układzie i8xx, czy modeli VIA, niż prostych, lecz za zarazem wymagających pod tym względem, Intelach z serii BX. Jedyną drogą na otrzymanie doskonałych rezultatów jest eksperymentowanie, ale jeżeli chcemy osiągnąć dużo to trzeba zapomnieć i modułach 8 ns, a tym bardziej wolniejszych. Przy obecnych cenach zdecydowanie warto wymienić takie kości na lepsze. W wielu, szczególnie zachodnich sklepach internetowych, producenci markowych modułów rozumieją wymagania overclockerów i dostarczają bardzo dobre moduły PC150 czy nawet PC166 po stosunkowo niskich, w porównaniu z modułami DDR, a tym bardziej Rambus, cenach. Dla przykładu, doskonały produkt firmy Kingmax w nowatorskiej, niskoprofilowej obudowie TinyBGA.


A to już najbardziej doskonały moduł DIMM: czas dostępu 6 ns, a przy CAS3 7/9, zdolne są nawet do stabilnego przekroczenia 170 MHz!!!


Źródla:
-http://www.kurierplus.com/issues/2000/k305/komputer.htm
-HOGA.pl – serwis hardware