microbik.ru
  1 2 3

13. Охлаждение процессоров
Неизбежность нагрева
По мере повышения вычислительной производительности процессоров ПК они больше потребляют электропитания и сильнее нагреваются, а следовательно, увеличивается и тепловыделение. Так, например, если для процессора Celeron значение мощности не превышало и 20 Вт, то для Pentium III, Duron это значение выросло до 30 – 40 Вт, а для Pentium IV и Athlon уже составило более 80 Вт. Если не рассеивать выделяемое тепло, то процессор перегревается и отказывается работать. Чтобы избежать этого, необходимо эффективное охлаждение. Можно выделить три технологии охлаждения, применяемые в вычислительной технике.
Воздушное охлаждение
Эта технология получила наибольшее распространение в мире ПК. Для охлаждения процессора на него устанавливается радиатор, а на радиатор – вентилятор. Такая комбинация приборов охлаждения называется кулером.

Основные характеристики радиатора – это материал, из которого он изготовлен, а также чистота контактной поверхности между радиатором и процессором. Увеличение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи достигается подбором материала радиатора. Радиаторы изготавливаются из алюминия и меди (или с добавлением меди).

Из–за микроскопических неровностей между процессором и радиатором неизбежна воздушная прослойка, которая отрицательно сказывается на теплообмене между процессором и радиатором. Для этих целей применяются различные силиконосодержащие термопласты, которые улучшают передачу тепла радиатору.
Типы радиаторов
Самые распространенные – прессованные алюминиевые радиаторы, которые изготавливаются прессованием со сложным профилем поверхности с ребрами жесткости.

«Складчатые» радиаторы изготавливаются из алюминия и меди. На пластине радиатора пайкой или с помощью теплопроводящих паст фиксируется тонкая металлическая лента, свернутая в гармошку.

«Кованые» радиаторы производятся из алюминия холодной прессовкой, что позволяет выполнять поверхность радиатора в форме ребер и в виде стержней.

В «составных» радиаторах поверхность создается раздельными тонкими медными пластинами, припаянными к основе радиатора.

«Точеные» радиаторы производятся прецизионной механической обработкой цельных заготовок из алюминия и меди.

Процессорные вентиляторы и их характеристика
В процессорных кулерах в основном находят применении осевые (аксиальные) вентиляторы. Они создают воздушный поток параллельно оси вращения крыльчатки. Механическая часть вентилятора может быть построена на подшипнике скольжения, на двух подшипниках качения и на комбинированном подшипнике – один подшипник скольжения и один качения. Для вращения крыльчатки вентилятора применяется электродвигатель постоянного тока.

Среди основных характеристик вентиляторов выделяют:

- производительность. Величина, показывающая объемную скорость воздушного потока. Выражается в кубических футах в минуту (cubic feet per minute – CFM);

- скорость вращения крыльчатки. Выражается в об/мин, или rotations per minute – RPM);

- уровень шума. Показывает, насколько шумным будет вентилятор в субъективном восприятии, и выражается в децибелах (дБ).
Электрическое охлаждение
Кулеры Пельтье основаны на явлении Пельтье, суть которого состоит в выделении или поглощении тепла на контакте двух различных проводников в зависимости от направления электрического тока. Этот эффект обнаружил французский физик Жан Пельтье, когда пропустил постоянный ток через полоску висмута, подключенную с помощью двух медных проводков. Он заметил, что соединение «медь – висмут» (ток от меди к висмуту) нагревается, другое соединение – «висмут – медь» (ток от висмута к меди) – охлаждается. Было замечено, что количество выделенной теплоты пропорционально силе тока. Такие элементы впоследствии получили название термопара, или термоэлемент. Элементы Пельтье состоят из последовательных каскадов, реализованных по принципу: горячий полюс одного элемента пластинки к холодному полюсу другого.

Как выяснилось позже, данный эффект в значительной степени усиливается, если вместо металлов использовать разнородные полупроводники. Конструктивно охладитель Пельтье состоит из последовательного соединения чередующихся полупроводников n – и p – типов. При прохождении постоянного тока через такое соединение одна половина контактов n – p нагревается, другая – охлаждается.

Если подать на пластинку элементов Пельтье сильный ток, то одна ее сторона (на нее выведены нагреваемые контакты) нагреется, а другая – с охлажденными контактами – охладится. Холодную сторону устанавливают на процессор, а горячую соединяют с радиатором.
Водяное охлаждение
Принцип действия водяного (жидкостного) охлаждения подобен системе воздушного охлаждения. Необходимость циркуляции жидкости в охладителе требует наличия в нем таких элементов, как трубовод (как правило, из силикона), по которому течет охлажденная жидкость, и водяного насоса, обеспечивающего ее циркуляцию. Преимуществами такой системы являются высокое качество охлаждения и значительное снижение шума. Но в то же время возникает проблема герметичности контуров охлаждения.
Термопасты
Термопасты создаются на основе порошкообразных материалов, а вязких связующим в них служит силикон. В качестве порошкообразных составляющих выступают оксид цинка, нитрит алюминия и графит. Термопласты эффективно отводят тепло, если их превратить в качественную тонкую прослойку между процессором и кулером. Если придется снимать кулер, то необходимо тщательно удалить старую и нанести новую пасту.
Badong
Для принудительного воздушного охлаждения процессора ПК может применяться Badong в виде шланга. Один конец этого шланга подключается к кулеру на процессоре, а второй – к выдувающему вентилятору. Следует учитывать важную деталь: чтобы процессорному кулеру предоставить внешний воздух, его нужно перевернуть.
14. Разгон процессора
Основания для разгона
Разгон процессора, или overclocking (оверклокинг), - это процесс увеличения скорости работы процессора выше рекомендованной производителем. Что же является основанием для такого повышения производительности процессора? Ответ вытекает из того, как назначается процессору тактовая частота. После производства партии кристаллов – заготовок (обычно не менее 10 000) их подвергают тестированию на общую работоспособность. После этого, для выборки процессоров из оттестированной партии определяют, на какой максимальной тактовой частоте они будут гарантированно устойчиво работать. Если процессоры «не выдерживают» заданную частоту, их тестируют на меньшей. В соответствии с результатами тестов всей партии назначается номинальная частота, которая и указывается в спецификациях, например Celeron 1,7 ГГц или Pentium IV 3,3 ГГц.

Естественно, в тестированной партии процессоров могут оказаться экземпляры, обеспечивающие устойчивую работу и на большей частоте. А учитывая, что температурные условия при тестировании более жесткие, чем при работе в вентилируемом корпусе, при эффективном и интенсивном охлаждении процессора можно обеспечить нормальную работу на частоте выше номинальной.
Способы разгона
Сразу же нужно заметить, что разгон процессора – дело опасное, так как может привести к потере работоспособности отдельных устройств ПК. И, как правило, все, кто рассказывает о разгоне процессоров, делают обязательные приписки о том, что не несут ответственности за выход из системы пользователя строя при ее разгоне. Но в большинстве случаев процессор выходит из строя, потому что пользователь пренебрегает некоторыми общими правилами выполнения этого процесса:

- разгонять процессор нужно постепенно;

- ни в коем случае не пренебрегать охлаждением процессора;

- после разгона процессора необходимо протестировать стабильность работы ПК с различными программами.

Скорость выполнения операций процессора определяется следующим соответствием:

Скорость процессора = скорость (тактовая частота)

системной шины * множитель частоты

Поэтому его совместную тактовую частоту можно повысить тремя способами:

- увеличить множитель частоты;

- увеличить скорость системной шины;

- увеличить и скорость системной шины, и множитель.

Алгоритм разгона.

Рекомендации, выполнив которые можно разогнать процессор до нужной частоты и обеспечить стабильную работу ПК:

- изменяйте частоту системной шины не белее чем на 10 МГц за одну итерацию;

- не изменяйте множитель частоты за одну итерацию на величину, большую единицы;

- после каждого изменения параметров системы перезагружайте ПК и убеждайтесь, что Windows загружается без проблем;

- дойдя до такой скорости, при которой Windows не загружается, вернитесь к предыдущему значению скорости (уменьшение скорости также проводите постепенно);

- определив необходимую скорость работы процессора и, перезагрузив компьютер, проведите тестирование системы на предмет стабильной ее работы.
Аппаратное и программное управление разгоном
Для изменения частоты системной шины и значения множителя на старых материнских платах использовались джамперы, которые были физически реализованными перемычками и/или переключателями. Именно с их помощью осуществлялось аппаратное управление разгоном. Положение перемычек обычно указывалось на платах. Кроме того, эту информацию можно получить и в руководстве по материнской плате.

На современных материнских платах такие джамперы отсутствуют, а для конфигурирования их работы используется BIOS, что позволяет легко определить текущие установки для процессора, а сам разгон провести достаточно точно. Чтобы узнать, имеет ли материнская плата перемычки или нет, войдите в BIOS – Setup, найдите раздел, посвященный CPU, и измените скорость системной шины и/или множитель частоты.

Тестирование стабильности работы
Добившись того, что Windows нормально загружается при определенной скорости работы процессора, необходимо убедиться, что при данной скорости разогнанный процессор и материнская плата работают стабильно. Для тестирования стабильной работы процессора можно использовать, например, программу CPU Stability Test. С ее помощью можно «нагрузить» процессор на 95% и поддерживать такую нагрузку в течение длительного времени.

Чтобы проверить стабильность всей системы в целом, рекомендуется использовать 3D – приложение, например демо-версию Unreal, поскольку эта игровая программа «серьезно нагрузит» всю систему. Также можно воспользоваться тестом 3DMark2000, который не сложен в настройке, но достаточно эффективен.
Особенности разгона процессоров AMD и INTEL
Запас по повышению частоты системной шины на платах, поддерживающих процессоры AMD, отсутствует, а множитель частоты зафиксирован производителем. Но так называемые «мостики», вынесенные на поверхность корпуса процессора, позволяют изменять множитель и напряжение ядра. Именно пережиганием «мостиков» в определенной комбинации производитель задает частоту процессора, а также напряжение питания ядра.

Теоретически все просто, но на деле же предстоит ювелирная работа. Первый способ – использование автоматического карандаша с твердо – мягким графитовым стержнем толщиной 0,5 мм. Второй способ предусматривает использование специального капиллярного карандаша с токопроводящими серебряными чернилами. Третий способ предполагает рисование проводящих дорожек («мостиков») пером, изготовленным из тонкого припоя. «Рисовать» нужно очень аккуратно, так как размыкание «мостиков» придется выполнять скальпелем.

С некоторого времени компания Intel перестала разрешать пользователям использовать множитель, оставив единственную возможность разгона через изменение частоты системной шины. Как известно, только с Celeron 800 частота системной шины достигла значения 100 МГц, во всех предыдущих моделях она была 66 МГц. Так, например, для Celeron 600 с множителем 9, подняв частоту системной шины с 66 до 100 МГц, можно получить Celeron 900. при разгоне Pentium III и Celeron необходимо, чтобы BIOS «знала» о процессорах Intel с ядром Coppermine, а на материнской плате был регулятор, поддерживающий напряжение питания ядра Vcore 1,5 – 1,6 В.
Измерение температуры
Повышение температуры процессора – главная проблема при увеличении тактовой частоты, поэтому особенно важно обеспечить его качественное охлаждение. Чтобы исключить выход процессора из строя из-за перегрева, необходимо уменьшить его тактовую частоту. При этом температура снижается до безопасного значения, а процессор не прекращает своей работы.

Для определения температуры применяются специальные датчики, например LM75 от компании National Semiconductor, которые размещаются под процессором или рядом с ним. (Это реализовано только в новых материнских платах). В основу работы этих датчиков положено свойство некоторых металлов изменять электрическую проводимость при изменении температуры.

Но если процессор нагружается не полностью, то специальные утилиты, такие как CPUIdle, Rain или Waterfall, могут переводить неиспользуемые части процессора в режим экономии энергии. Понижая таким способом энергопотребление, можно достичь того, что процессор значительно дольше не будет нагреваться.

Программы контроля, такие как Motheboard Monitor, Hardware Monitor или CP Monitor, отображают в маленьких окнах строки состояния или панели задач текущую температуру процессора, его напряжение и частоту вращения вентиляторов внутри компьютера. Пользователь может также задать предельные значения, о достижении которых сигнализирует программа.
Список использованной литературы:


  1. С.Э. Зелинский «ПК. Устройства, периферия, комплектующие». – 2005 г.

  2. А.Г. Кушниренко, Г.В. Лебедев, Р.А. Сворень «Основы информатики и вычислительной техники». – 1911 г

  3. С.В. Глушаков, А.С. Сурядный «Персональный компьютер». – 2002 г.

  4. «Комп’ютерний словник».

  5. В.Э. Фролов «IBM PC для пользователя. Краткий курс». – 1998 г.

  6. О. Вудз, Д. Фурлонг, С.Е. Роу «Язык программирования». – 1989 г.

  7. С.В. Глушаков, В.Н. Зорянский, С.Н. Хоменко «Turbo Pascal 7.0». – 2005г.

  8. В.М. Португал «Пятое поколение». – 1988 г.

  9. Т.А. Павловская «Паскаль. Программирование на языке высокого уровня». – 2004 г.



<< предыдущая страница