2. Налаштування параметрів програми setup BIOS

2.1. Процесор, кеш-пам'ять і системна шина

Головним компонентом комп'ютера, безумовно, є центральний процесор. Він управляє роботою всіх частин комп'ютера, проводить всі обчислення, визначає загальну швидкодію. Як правило, це найбільш високошвидкісний компонент — частота роботи сучасних моделей частенько перевершує 3 ГГц. Втім, швидкодія процесора залежить не стільки від частоти, на якій він працює, а і від його архітектури.

У класичному варіанті взаємодії з пристроями системного блоку процесор здійснює за допомогою системної шини. На жаль, всі компоненти здатні вести обмін даними з швидкостями, помітно меншими, ніж допускає обчислювальна потужність процесора, це і зумовлює набагато нижчу частоту системної шини. Щоб уникнути непродуктивних затримок, в процесорі є високошвидкісна кеш-пам'ять. Вона містить дані і інструкції, що найчастіше використалися за останній час, а також інформацію, яка може бути потрібною найближчим часом. В результаті звернення до інформації, що знаходиться в кеші, дані та інструкції практично не викликають додаткових тактів чекання. І лише якщо необхідна інформація відсутня, вона запрошуються з оперативної пам'яті або від інших пристроїв.

Сучасні процесори AMD (починаючи з Athlon 64), нове сімейство процесорів Intel (Core i7), функціонують трохи інакше — взаємодія з оперативною пам'яттю відбувається безпосередньо, минувши системну шину. Це дозволяє істотно скоротити затримки при зчитуванні і запису даних та інструкцій, але, все одно, без кеш-пам'яті не обійтися.

У більшості масових моделей кеш-пам'ять є дворівневою: надшвидка кеш-пам'ять невеликого об'єму першого рівня і дещо повільніша, але і помітно більшого об'єму, кеш-пам'ять другого рівня. І якщо звернення до першої дійсно відбувається з мінімальними затримками, то зчитування даних або інструкцій з кеш-пам'яті другого рівня пов’язане з невеликими простоями процесора. Але це все одно істотно швидше, ніж зчитувати інформацію з оперативної пам'яті.

Деякі процесори (зокрема, сімейство AMD Phenom, Intel Core i7) оснащені трирівневою кеш-пам'яттю. Кеш-пам'ять третього рівня ще повільніша, ніж кеш-пам'ять другого рівня, але, все одно, вона помітно швидше за оперативну пам'ять. Та і об'єм її часто істотно перевершує об'єм кеш-пам'яті другого рівня.

Ще одним аспектом, що визначає загальну швидкодію процесора, є кількість ядер. Спочатку всі процесори для персональних комп'ютерів були одноядерними, але зараз подібне рішення збереглося лише в бюджетних моделях. Процесори для масового ринку мають, як мінімум, два ядра. По великому рахунку, багатоядерні процесори працюють аналогічно своїм одноядерним «побратимам», лише здатні паралельно виконувати два і більше незалежних потоки інструкцій. Можливі нюанси пов'язані з кеш-пам'яттю другого і третього рівня. Вона може бути як загальною для всіх ядер, так і індивідуальною в кожного ядра. Перший варіант переважно з точки зору продуктивності, зате другий — простіший в реалізації.

Оскільки зв’язок процесор — кеш-пам'ять — системна шина багато в чому визначає швидкодію комп'ютера, при конфігурації BIOS Setup необхідно звернути особливу увагу на ті опції, які дозволяють змінювати частоту системної шини процесора і вибирати режими функціонування кеш-пам'яті. Часто можна вказати і коефіцієнт множення процесора (відношення частоти функціонування процесора до частоти системної шини), але корисність цієї опції залежить від моделі процесора — у більшості процесорів коефіцієнт множення заблокований, або допускається лише зменшення значення.

 

2.2. Чіпсет

Важливу роль в роботі комп'ютера грає набір системних мікросхем материнської плати — чіпсет. Це свого роду інтелектуальний посередник між всіма компонентами.

В більшості випадків чіпсет складається з двох основних мікросхем: системного контроллера (часто званого північним мостом) і функціонального контроллера (званого південним мостом). Природно, цими двома мікросхемами справа не обмежується, і в чіпсет входить ще безліч дрібніших складових. Просто дві ці мікросхеми — основа чіпсета.

Інколи системний і функціональний контроллери об'єднують в одну мікросхему.

Intel використовує свої позначення. Так, системний контроллер в термінології цієї компанії називається MCH (Memory Controller Hub) або, для рішень з інтегрованим графічним ядром, GMCH (Graphics and Memory Controller Hub). А функціональний контроллер носить ім'я ICH (I/O Controller Hub).

До системного контроллера через системну шину підключається процесор, а через шину пам'яті — оперативна пам'ять (виключення сучасні процесори AMD і нова розробка Intel з інтегрованим в процесор контроллером пам'яті). Відеокарта підключається через свою власну шину — AGP (у старих чіпсетах) або PCI Express 16x (сучасні рішення).

«16x» в позначенні PCI Express означає кількість задіяних ліній цієї шини — в даному випадку їх 16.

Сучасні потужні ігрові системи можуть містити не одну, а дві, три або навіть чотири відеокарти, об'єднані за допомогою технологій CrossFire (відеокарти ATI/AMD) або SLI (продукція NVIDIA). Це дозволяє істотно збільшити швидкодію в іграх, розділивши обробку тривимірних сцен між наявними графічними процесорами. Щоб організувати підключення двох і більше відеокарт, задіюються або повноцінні шини PCI Express 16x, або одна чи дві шини PCI Express 16x діляться між всіма відеокартами, до кожної з яких в режимі CrossFire або SLI підводиться по 8 ліній. Можливі і більш екзотичні реалізації: скажімо, за наявності двох відеокарт, перша завжди задіює 16 ліній шини, а для другої виділяється 8 ліній.

Функціональний контроллер з'єднується з системним за допомогою внутрішньої високошвидкісної шини.

Свого часу для з'єднання системного і функціонального контроллерів часто використовували шину PCI. Це дозволяло спростити чіпсет і зробити його дешевшим. Але на швидкодії даний підхід позначався не кращим чином, і від цієї практики давно відмовилися.

Функціональний контроллер забезпечує управління шинами PCI, ISA (якщо остання є), PCI Express (у сучасних чіпсетах), роботу жорстких дисків, приводів оптичних дисків, дисковода, портів введення-виводу. Окрім цього функціональний контроллер за допомогою BIOS забезпечує ініціалізацію і початкове завантаження комп'ютера після включення живлення або перезавантаження.

Оскільки функції, що виконуються чіпсетом, досить важливі, всіляким налаштуванням його роботи присвячена мало не половина опцій BIOS Setup. Це і порядок функціонування шин ISA, PCI, AGP, PCI Express, це і робота вхідних до складу чіпсета контроллерів IDE і SATA. Помітна кількість налаштувань присвячена і портам введення-виводу.

 

2.3. Оперативна пам'ять

В оперативній пам'яті зберігаються всі дані та інструкції, з якими в даний момент працює процесор. Оперативна пам'ять працює дуже швидко (повільніше за кеш-пам'ять, проте швидше за всі останні пристрої) і в значній мірі визначає загальну швидкодію комп'ютера.

Перш ніж говорити про конкретні налаштування setup BIOS слід мати уявлення про принципи роботи оперативної пам'яті. На жаль, без цих відомостей правильно конфігурувати відповідні опції навряд чи вдасться.

Модулі пам'яті організовані у вигляді матриці, що складається з окремих елементів пам'яті. Із материнською платою модуль з’єднаний за допомогою трьох шин — адресною (використовується для передачі адреси елемента пам’яті, до якого проводиться звернення), даних (дозволяє зчитати і записувати вибрані дані) та командною («пояснює» модулю, що саме знаходиться на перших двох шинах в даний момент). Звернення до конкретного елемента пам'яті можна умовно розбити на декілька етапів:

1. Спочатку на адресну шину подається номер рядка і активізується сигнал RAS (Row Access Strobe — сигнал доступу до рядків пам'яті) командної шини.

2. Отримавши сигнал RAS модуль пам'яті прочитує з адресної шини номер рядка і зберігає його у внутрішньому регістрі.

3. Вказаний рядок повністю прочитується в буферний підсилювач.

4. Через певний час, що визначається характеристиками модуля пам'яті, на адресній шині виставляється номер елемента пам’яті у вибраному рядку (фактично, адреса стовпця), після чого активізується сигнал CAS (Column Access Strobe — сигнал доступу до стовпців пам'яті). Затримка між сигналами RAS і CAS позначається як RAS to CAS Delay або tRCD.

5. Отримавши сигнал CAS, а з ним і номер елемента пам’яті, модуль пам'яті передає вміст вказаного елемента з буферного підсилювача на шину даних. На це, природно, потрібний час, який називається CAS Latency або tCL.

Якщо замість читання даних необхідно здійснити їх запис, на командній шині встановлюється активний сигнал WE (Write Enable — дозвіл запису). Тоді на даному етапі модуль пам'яті записує значення з шини даних у вказаний елемент пам’яті буферного підсилювача.

При пакетному читанні на шину даних послідовно подається вміст декількох, що йдуть підряд елементів пам'яті з одного рядка. З урахуванням того, що в більшості випадків при зверненні до пам'яті потрібно зчитати або записати послідовний блок даних, істотне скорочення затримок при зверненні елементів пам’яті позитивно позначається на загальній швидкодії.

6. Відсутність сигналу CAS говорить про те, всі операції зчутування-запису закінчені.

7. Відсутність сигналу RAS вказує, що припинена робота з рядком даних, що знаходиться в буферному підсилювачі. Цей рядок записується назад у відповідні елементи пам'яті. Час виконання даної операції називається часом попереднього заряду по сигналу RAS, позначається як RAS Precharge Time або tRP.

8. По закінченню всіх попередніх операцій модуль пам'яті готовий до наступного циклу читання-запису.

Мінімальний час, протягом якого активний сигнал RAS, тобто мінімальний час активності рядка даних позначається як Row Active Time або tRAS.

Щоб розібратись, яка команда поступила в даний момент, модулю потрібний певний часовий інтервал. Мінімальний час декодування команди позначається як Command Rate або tCR.

За своєю будовою елементи пам’яті в модулі оперативної пам'яті є звичайними конденсаторами, а значить, з часом їм властиво розряджатися. Щоб уникнути втрати даних, вміст елементів пам'яті необхідний через певний період регенерувати, тобто прочитувати значення, що знаходяться там, в буферний підсилювач, а потім записувати їх назад. Зчитування і запис елементів пам’яті при регенерації відбуваються цілими рядками (так швидше).

Щоб забезпечити можливість одночасної роботи з різними ділянками модуля пам'яті, підвищивши таким чином швидкодію, використовується архітектура з декількома логічними банками (масивами пам'яті), здатними працювати незалежно. Наприклад, дані можна прочитувати з першого банку і одночасно записувати в другий. Залежно від типу модулів, кількість банків коливається від одного (стара пам'ять типів FPM або EDO) до восьми (сучасні модулі DDR3 SDRAM).

Модулі SDRAM об'ємом, що не перевищує 32 Мбайта, в більшості випадків є двохбанковими, більше даного об'єму — чотирьохбанковими. Чотири логічні банки характерні і для більшості модулів DDR SDRAM і DDR2 SDRAM. Для сучасних модулів DDR3 SDRAM, як вже говорилося, типовою є наявність восьми логічних банків.

Застаріла пам'ять типа FPM або EDO, що працює асихронно, характеризується часом доступу. Можливі значення — 80, 70 або 60 нс. Чим менше, тим краще.

Починаючи з SDRAM для виключення непотрібних затримок, пам'ять працює синхронно з шиною. При цьому для SDRAM за один такт шини передається одна порція даних, тобто ефективна частота обміну даних збігається з тактовою частотою.

Основна перевага DDR SDRAM — подвоєна, в порівнянні з SDRAM швидкість обміну даними. Тепер за один такт шини передаються дві порції даних, інакше кажучи, ефективна частота обміну даними в два рази вище за частоту шини пам'яті.

Аналогічним чином працює і пам'ять типа DDR2 SDRAM. Лише тут зроблено все, щоб досягти набагато вищих частот, ніж це можливо для звичайної DDR SDRAM, а також, зменшено енергоспоживання.

Подальший розвиток цієї ідеї отримали в пам'яті типу DDR3 SDRAM, при цьому принцип роботи залишився тим самим.

Побічним наслідком переходу від SDRAM до DDR SDRAM став той факт, що тепер за один цикл читання або запису передаються дані як мінімум двох елементів пам’яті, що йдуть підряд. Для DDR2 SDRAM мінімум складає вже чотири елемента пам’яті, а для DDR3 SDRAM — вісім що йдуть підряд.

Основний параметр SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM і DDR3 SDRAM — стандарт пам'яті (інколи говорять, тип модуля), що фактично визначає частоту, на якій працює даний модуль.

 

 

Крім стандарту, пам'ять характеризується ще і часом доступу (званим також діаграмою або формулою доступу). Оскільки всі різновиди SDRAM працюють синхронно з шиною пам'яті, той час доступу характеризується кількістю циклів, що витрачаються на ту або іншу операцію. Наприклад, це може виглядати так: 2.5-3-3.

Оскільки пам'ять RDRAM так і не набула широкого поширення, тут йдеться лише про SDRAM у всіх її різновидах (SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM).

Перше значення в цьому списку — CAS Latency (або, скорочено, tCL). Це, напевно, найважливіший параметр модуля пам'яті, після його стандарту (інакше кажучи, частоти, на якій працює модуль). CAS Latency робить досить великий вплив на загальну швидкодію комп'ютера. Про важливість цього параметру говорить той факт, що частенько в параметрах модуля вказуються лише його стандарт і величина CAS Latency (наприклад, PC3200, CL2.5).

Друге значення в цій формулі — RAS to CAS Delay (скорочено tRCD). Цей параметр, звичайно, теж важливий, але він дещо менше впливає на загальну продуктивність підсистеми пам'яті.

Третє значення — RAS Precharge Time (скорочено tRP).

У тимчасових характеристиках модуля інколи вказуються не три, а чотири або навіть п'ять параметрів. В разі чотирьох значень, перші три традиційно відповідають CAS Latency, RAS to CAS Delay і RAS Precharge Time, а четверте — Row Active Time (скорочено tRAS). Наприклад, це може виглядати так: 2.5-3-3-7. При п'яти значеннях до них додається параметр Command Rate (скорочено tCR). Разом, повна діаграма модуля пам'яті може бути представлена як: 2.5-3-3-7-1.

Переважну більшість сучасних чіпсетів підтримують двоканальний режим роботи з пам'яттю. Таким чином, встановлюючи модулі пам'яті парами, можна помітно підняти швидкість обміну даними між пам'яттю іншими пристроями.

BIOS Setup дозволяє вказати затримки між видачею тих або інших сигналів при зверненні до пам'яті і її регенерації, часто можна вказати і частоту шини пам'яті та інші параметри. Оскільки модулі пам'яті (SDRAM, RDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM) мають в своєму складі мікросхему SPD (Serial Presence Detect — інтерфейс послідовного детектування), що містить інформацію про тип модуля і можливі режими його роботи, то це завдання багато в чому спрощується. Проте якщо хотіти добитися від комп'ютера максимальної продуктивності, багато опцій краще встановлювати самостійно, не покладаючись на автоматичне налаштування. Але важливо не перестаратися. Якщо встановити значення, при яких модулі пам'яті не здатні нормально функціонувати, стабільність роботи комп'ютера помітно знизиться, постійно почнуть з'являтися повідомлення про помилки. Нестабільна робота комп'ютера можлива і при використанні низькоякісної пам'яті.