Алексей Федорчук
2000 г
Но продавши ту тачку, чтоб не все было забыто,
Мы оставим себе материнку от Abit’а.
Чтобы вспомнив её, ты с улыбкой мог сказать:
Эх, Abit твою, машина, мать!
Вроде как народное
Это рассказ о первой моей машине, не знавшей Windows с самого момента ее сборки. Жива она и по сию пору — побывав некоторое время домашней машиной моего завлаба, превратностью судьбы обратилась она на некоторое время в тачку для моих детей. На которой они впервые авторизовались как пользователи FreeBSD, и набрали свои первые символы в текстовом редакторе joe. А ныне прочно окопалась у меня на службе…
К тому моменту, с которого начинается повествование (сентябрь 2000 г., если память не изменяет) о долгожданном чипсете i815, потенциальном преемнике могучего BX, написано было уже немало. Я же хотел сказать несколько слов о том, как этот чипсет уживается с Linux. Естественно, исходя из собственного опыта, основанного на примере материнской платы Abit SE6, с коей имел счастье пообщаться.
Тактико-технические данные
Эта системная плата основана на модификации i815E и поддерживает, соответственно, ATA/100. Имелся вариант ее и для ATA/66 — Abit SL6, несколько более дешевый (150-160 и 130-140 уев, соответственно — на тот момент).
В коробочном варианте Abit SE6 комплектовалась (помимо собственно материнской платы):
- двумя IDE шлейфами — восьмидесятижильным ATA/66/100 и и сорокажильным ATA/33, визуально различающимися структурой поверхности (первый — практически гладкий) и цветом разъемов (на восьмидесятижильном шлейфе средний разъем серый, концевые — один черный, другой синий);
- всякого рода дополнительными железяками — задней панелью для корпуса, с соответствующими разъемами, выносным разъемом для COM2, температурным датчиком;
- диском с программным обеспечением для Windows всякого рода;
- руководством пользователя.
На самой плате, кроме набора микросхем логики, присутствовали:
- процессорное гнездо Socket 370, поддерживающее процессоры PIII/500-1000 и Celeron/300A-733;
- три DIMM-разъема для памяти PC-100 или PC-133 (66-мегагерцная память не поддерживалась как класс), максимальным объемом 512 Мбайт; при этом, в соответствие со спецификацией чипсета, при заполнении третьего разъема (5-6 банки), частота шины памяти, не зависимо от типа последней, автоматом переходит на 100 мегагерц;
- слот AGP для установки внешней видеокарты соответствующего стандарта или т.н. AIMM-модуля видеокэша объемом 4 Мбайт (опционально, в комплект не входил); впрочем, в руководстве о первом варианте не было сказано ни слова;
- шесть слотов PCI и ни одного — ISA;
- два IDE разъема ATA/100 и разъем для флоппи-дисковода.
Имелся свитч для грубой установки частоты процессорной шины — 66, 100 или 133 Mhz (более точная настройка осуществлялась через BIOS). Имелся также и джампер для сброса CMOS Setup.
На задней стороне платы были смонтированы COM1 и LPT, VGA-разъем для встроенной видеосистемы, разъемы PS/2 для мыши и клавиатуры, два разъема USB, игровой порт и звуковые входы и выходы (Line-in, Line-out, микрофон). Второй COM-порт — выносной, на заглушке в заднюю стенку корпуса, подсоединяется к коннектору на плате (блокируя, понятное дело, один из PCI-слотов).
Это — из главного. Из архитектурных излишеств имели место быть:
- слот VL1 (между AGP и PCI) для дополнительной карты, обеспечивающей подключение второго монитора, телевизора или жидкокристаллической панели; разумеется, он может использоваться только при отсутствии внешней видекарты;
- слот CNR для мифических (или футуристических) программных сетевых карт, возможно — модемов и прочего; насколько я знаю, пока таких устройств никто своими глазами не видел;
- коннектор для второй пары разъемов USB, выводимых на переднюю панель корпуса; впрочем, это опция, самих разъемов в комплекте нет;
- всякого рода коннекторы — для модема и сетевой карты, термодатчиков, дополнительных вентиляторов, инфракрасного порта.
В общем, имелось, как будто, все необходимое. И даже кое-что лишнее. Оставалось посмотреть, как она, эта мама,
В составе готовой системы
Плата была вкручена в корпус In-Win (с 250-ваттным блоком питания), содержащем:
- винчестер IBM-DTLA-307015 о 15 Гбайт (7200 об. мин, ATA/100);
- CD-RW Mitsumi CR-4802TE (запись/перезапись/чтение — 4/2/8);
- флоппи-дисковод.
В плату были вставлены:
- процессор P-III/733EB (не правда ли, опять на Лопе де Вега похоже?) — C-Mine, FSB 133 Mhz, 256 кэша L2 на частоте процессора;
- память 128 Мбайт PC-133 производства Micron, вроде бы 8 нс;
- видеокарта ASUS AGP-V3800Magic (на Riva TNT-2 M64) с 16 Мбайт памяти SDRAM;
- звуковая карта PCI неизвестного генезиса на чипе ESS1869;
- плата видеозахвата Fly Video на чипе Brooktree Corporation Bt848, та, что без телетюнера.
К соответствующим разъемам системного блока были прикручены монитор Acer 76i (17 дюймов), 3-кнопочная мышь Logitech PS/2, клавиши Mitsumi с тем же разъемом, принтер HP DJ 840, колонки и микрофон неизвестной родословной.
Все это богачество не без успеха питалось от сети очень переменного тока через бесперебойник APC Back-UPS 300. Что и было доказано благополучным включением машины и запуском BIOS Setup.
BIOS платы — Award’овского происхождения. Подробно о нем говорить не буду. Остановившись только на наиболее важных моментах. Из которых первым по праву (да и по порядку) является фирменная (хотя на этот счет существуют противоречивые мнения) технология Soft Menu, имеющая номер II.
А в ней первым пунктом идет определение процессора. Штатно можно выставить частоты от 300 мегагерц (при 66 на шине) до 933 (при 133 FSB). Имеется также и частота в 1 гигагерц, но частота шины при этом не указана. Ну и, естественно, есть User Define для установки произвольной частоты.
При штатных частотах процессора и системной шины частота шины памяти могла принимать значения 100, 133 Mhz и Auto. Последнее в моем случае правильно определило мою PC-133 память.
При выборе пользовательского определения частоты процессора активизируется опция ручного подбора частоты FSB. В сцепке с ней в различных сочетаниях меняются частоты шин памяти и PCI. Что имеет вид, например, 133Mhz (4:4:1) — для FSB, SDRAM и PCI, соответственно. В моем случае это отвечало 733 Mhz внутренней частоты процессора, по 133 Mhz на шинах системной и памяти. Из чего можно заключить, что за единицу принята частота PCI (33 Mhz).
Диапазон значений FSB — 66-153 Mhz, шаг — 3-5 Mhz. В интервале от 66 до 125 Mhz FSB шина памяти коэффициент умножения шины памяти зафиксирован на 3 (то есть 100 Mhz, 66-мегагерцная память, как уже говорилось, не поддерживается). Начиная со 125 Mhz FSB память можно тактировать и на 133 Mhz. А вот обратный вариант — использование 133 Mhz на шине памяти при частоте FSB в 100 Mhz, — не реализован.
Следует заметить, что по умолчанию выставлена частота шины памяти в 100 Mhz. Что, как будет показано ниже, не есть мудро при памяти PC-133.
Имелась в меню возможность изменения множителя шины FSB. Впрочем, как всем понятно, чисто теоретическая: «камни» от Intel с нефиксированным коэффициентом умножения уже тогда давно стали достоянием истории.
Имеется и опция изменения напряжения на ядре процессора. Каковой, впрочем, никогда не пользовался, и другим не советую: ведь ее применение заведомо требует отсутствия азарта (увлекшись, можно и запах жареного почувствовать). А оверклокер без азарта — «так это ж пьянка без вина»… Хотя при экстремальном разгоне без этого не обойтись.
Из других (в общем, более-менее обычных для Award’а) пунктов BIOS Setup мое внимание привлекла возможность определения трех загрузочных устройство последовательно: 1-го, 2-го и 3-го. Каждое из которых может быть любым диском (от HDD0 до HDD-не помню сколько), SCSI, CD ROM, ZIP, LS-120, FDD. Или — быть отключенным как класс.
Долго искал в BIOS’е возможность отключения встроенного видео. Безуспешно. В пункте, повествующем о встроенной периферии, есть только опция переключения 1-го дисплея — Onboard/AGP или PCI. Здесь, конечно, интересней было бы два «ИЛИ». Но, как показала практика, встроенное видео отключается просто фактом установки видеокарты в слот AGP.
А вот встроенный аудиокодек, при использовании внешней звуковой карты, нужно отключить явно.В том же пункте о встроенной периферии. Иначе работать внешняя карта не будет.
Операционная система и тесты
Покопавшись с BIOS’ом, я перешел к установке системы. Для этого на диске создаются разделы:
- primary partirion в 2,5 Гбайт под ext2fs;
- swap-раздел размером 128 Мбайт;
- два extended-раздела (под ext2fs) — /usr/local и /home, 1 и 11 Гбайт, соответственно.
Устанавливался Linux Mandrake 7.0/RE, содержащий ядро 2.2.14, glibc 2.1.2, XFree86 3.3.6. SVGA-сервер — из комплекта, хотя есть и сервер NVIDIA, специально предназначенный для видеокарт на чипе TNT (2). В X Window было выставлено разрешение 1024*768 при 16-битной глубине цвета.
Тут наступило время подумать, на чем мерять быстродействие всего этого хозяйства. На сей предмет мною было изготовлено несколько кустарных теста, опробованных на паре предыдущих машин.
В первую голову это серия глубоко вложенных подкаталогов, содержащих небольшие файлы (HTML, GIF, JPEG, PNG, DjVu); которые посредством скрипта в консольном режиме копируются с места на место. Как ни странно, это, в первую очередь, нагрузка не на диск, а на процессор (включая кэш и системную память). Поскольку в Linux’е дисковые операции кэшируются в оперативной памяти. Кто не верит — смотрите внимательно на индикатор активности винта при копировании кучи мелких файлов под Linux (суммарный объем их может достигать многих мегабайтов): редко когда загорится красный огонек…
Далее, изготовляется геологическая карта размером 2560*1586 и экспортируется в некомпрессированный TIFF. Что дает файл размером 11,6 Мбайт. Этот файл в GIMP’е (под WindowMaker’ом)
- поворачивается на фиксированный (90 градусов) угол;
- вращается на произвольный (для определенности и единообразия — 52 градуса) угол;
- подвергается гауссовому размытию с радиусом 10 пикселей.
В чем физический смысл этих, в общем достаточно элементарных, манипуляций? В первую очередь это пересчет пикселей, то есть скорость его их определяется быстродействием процессорной (в широком смысле слова, включая кэш и системную память) подсистемы. При повороте на произвольный угол (и, в меньшей степени, при размытии) на это накладывается еще и быстродействие видеоподсистемы — изрядную долю времени занимает просто перерисовка экрана. Но при одной и той же видеокарте определяющей является процессорная составляющая. А размер файла подобран (методом ползучего эмпиризма) таким образом, чтобы обеспечить достаточную длительность процесса. И при этом свести к минимуму влияние дисковой подсистемы (при данном объеме оперативной памяти индикатор жесткого диска активности не проявляет).
Я не настаиваю на строго количественном характере своих тестов. Но уверен, что качественную оценку чистого быстродействия конкретного железа в реальной работе они дают. Ничуть не менее значимую, чем кадры в секунду при игре в Quacke. Хотя бы потому, что под последний все, кому ни лень, оптимизируют и железо, и драйверы к нему. А вот до оптимизации такой под Linux-программы мы пока не дожили…
К сожалению, пришлось отказаться от использования в качестве тестовой системы StarOffice (к сожалению — потому что это мог бы быть инструмент межплатформенного сравнения, ведь он существует и под Linux, и под Windows, и под Solaris обоего рода). Дело в том, что измерения посредством его оказались практически невоспроизводимы: скорость загрузки его самого, открытия любого документа или манипуляции с последним, как оказалось, могут различаться буквально на порядки — в зависимости от того, обращаетесь ли вы к этому файлу и операции впервые за сеанс (Linux’а. не X Window!) или повторно. Вероятно, опять же вследствие кэширования. Для чистоты экспреимента это потребовало бы полной перезагрузки системы после каждого действия. А согласитесь, перезагружать Linux по несколько десятков раз на дню — занятие не из самых веселых и здоровых…
Результаты
В то время мне не были известны результаты тестирования аналогичных (или хотя бы близких) конфигураций под Linux’ом. Поэтому никаких внешних объектов для сравнения у не имелось. Так что оставалось прибегнуть к сравнению за счет внутренних ресурсов. То есть — к разгону.
Для начала были опробованы установки по умолчанию — FSB 133 Mhz, шина памяти 100 Mhz, внутренняя частота процессора 733 Mhz. Значения производительности (в секундах) при этих параметрах сравнивались с нормальными рабочими установками — то же, плюс шина памяти на 133 Mhz. Результаты оказались весьма неожиданными (таблицы 1 и 2 — конечно, я понимаю, что интерес они нынче представляют разве что исторический:-)).
Таблица 1. Абсолютная производительность, с
| Configuration | Copy files | Rotation for 90 | Free rotation | Gaussian Blur |
| 704-128-133 | 6.97 | 8.53 | 28.13 | 19.72 |
| 715-130-133 | 6.53 | 8.50 | 27.07 | 19.68 |
| 733-133-100 | 7.19 | 9.78 | 27.94 | 19.81 |
| 733-133-133 | 5.69 | 8.29 | 24.71 | 18.37 |
| 754-137-100 | 4.60 | 8.81 | 27.32 | 19.19 |
| 754-137-133 | Не загрузилось ядро | |||
| 770-140-100 | 4.34 | 9.19 | 27.63 | 19.05 |
| 770-140-133 | Машина не запустилась | |||
| 800-145-100 | 6.58 | 9.28 | 26.40 | 18.50 |
| 825-150-100 | 6.59 | 8.50 | 26.63 | 17.97 |
| 842-153-100 | 6.97 | 9.72 | 25.81 | 17.88 |
Таблица 2. Производительность относительно P-733/133/133, %%
| Configuration | Copy files | Rotation for 90 | Free rotation | Gaussian Blur |
| 704-128-133 | 122 | 103 | 114 | 107 |
| 715-130-133 | 115 | 103 | 110 | 107 |
| 733-133-100 | 126 | 118 | 113 | 108 |
| 733-133-133 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 754-137-100 | 81 | 106 | 111 | 104 |
| 770-140-100 | 76 | 111 | 112 | 104 |
| 800-145-100 | 116 | 112 | 107 | 101 |
| 825-150-100 | 116 | 103 | 108 | 98 |
| 842-153-100 | 122 | 117 | 104 | 97 |
Примечание к табл. 1 и 2: меньшие значения, естественно, соответствуют лучшему результату.
Как можно видеть из таблиц, увеличение чистого быстродействия памяти на 1/3 дает прирост производительности от 8 до 26%. При этом он максимален для теста копирования файлов, где быстродействие подсистемы процессор-кэш-системная память не осложняется влиянием графического режима. Для тестов GIMP различия сглаживаются, как уже говорилось, за счет нивелирующего влияния видеоподсистемы.
Идея дальнейшего исследования состояла в плавном изменении частоты системной шины (с минимально возможным шагом, 3-5 Mhz) и соответственно, внутренней частоты процессора при обоих возможных значениях шины памяти. К сожалению, осуществить ее не удалось. Уже при частоте FSB 137 Mhz установка частоты памяти 133 Mhz вызвала сообщение о невозможности загрузить ядро Linux. А при частотах FSB и памяти 140 и 133 Mhz, соответственно, система отказалась грузиться вообще.
Тем не менее, при частоте шины памяти 100 Mhz удалось достигнуть максимально возможной частоты FSB — 153 Mhz. Однако радости это принесло мало.
Так, скорость копирования файлов плавно возрастала до внутренней частоты 770 Mhz (до 25%, см. табл.2). А затем упала на 16% при частоте 800 Mhz и на 22% — при максимально возможной частоте 842 Mhz.
В тестах вращения (как на фиксированный, так и на произвольный угол) ни при какой частоте FSB понижение частоты шины памяти давало снижение быстродействия на 5-10%, не зависимо от частоты FSB. И только гауссианово размытие еле заметно ускорилось при частотах FSB 150-153 Mhz.
Повторяю, я далек от того, чтобы абсолютизировать полученные цифры. Однако, на мой взгляд, тенденцию они безусловно отражают. А именно: снижение частоты шины памяти (и, соответственно, ее абсолютного быстродействия) приводит к ощутимому снижению быстродействия на реальных приложениях Linux. Которое не только не компенсируется увеличением частоты FSB и внутренней частоты процессора, но в ряде случаев даже усугубляется ими.
Для пущей проверки этой тенденции я решил прибегнуть, если так можно выразиться, к ловерклокингу. То есть, сохранив частоту шины памяти 133 Mhz, стал плавно понижать частоту FSB — сначала до 130 Mhz, затем — до 128. К сожалению, при более низких частотах FSB частота памяти автоматически устанавливается на 100 Mhz — проверить вариант с FSB на 100 Mhz и памятью на 133 не удалось.
Результаты подтвердили мои предположения: даже в сочетании 704-128-133 быстродействие системы (хотя и несколько падало относительно варианта 733-133-133) оставалось чуть выше, чем при установках 733-133-100. А иногда оказывалось выше, чем при нештатных повышенных частотах. Опят-таки, в абсолютных значениях разница не велика, но тенденция — налицо.
Выводы
В чем причина этого явления? Рискну высказать предположение.
Повышение быстродействия процессора и системной шины без адекватного ускорения работы памяти вызывает увеличение задержек при обращении к последней. В результате суммарное быстродействие системы на реальных задачах не только не растет, но в ряде случаем может падать, и весьма ощутимо.
Это особенно выражено для консольных задач, скорость исполнения которых определяется исключительно взаимодействием процессор-кэш-память. В графическом режиме закономерность выражена несколько меньше. Так как в этом случае параллельно с частотой FSB растет и частота шины AGP, несколько увеличивая скорость вывода графики (если, разумеется. выдерживает видеокарта).
Хочу подчеркнуть, что цифровые результаты тестов полностью согласуются с субъективными оценками быстродействия при реальной работе. Так, торможение консольных приложений при переходе к предельным частотам FSB (150-153 Mhz) ощущаешь просто физически. Так же как и замедление программ графического режима, едва только переключаешь частоту шины памяти на 100 Mhz. Собственно, именно эти субъективные ощущения и подвигли меня на проведение квазиколичественных оценок…
Каковы практические следствия проведенного исследования? Их несколько. По крайней мере, при работе в Linux — на Windows я свои выводы распространить бы не рискнул.
Во-первых, с точки зрения цена/производительность сочетание относительно дешевого процессора со 100-мегагерцной шиной (речь идет только о продукции Intel) и памяти PC-133 может дать больший эффект, чем более дорогого 133-мегагерцного процессора и памяти PC-100. разумеется, если чипсет допускает асинхронную работу памяти.
Во-вторых, и это ставит в заведомо невыгодное положение чипсет i815 — в нем первое сочетание, разумеется. возможно, но уж больно велик числитель дроби из предыдущего абзаца. Тогда как применение новых чипсетов VIA способно снизить этот числитель до предела (разница в цене мам на VIA и i815 — практически двухкратная, сами знаете, в чью пользу).
В третьих, можно поставить под сомнение целесообразность разгона. Не сочтите меня беспринципным ренегатом. Ведь всегда ратовал за разгон, а тут… Так вот, хоть и мысль изреченная банальна, изрекаю:
На современном этапе процессорострительства разгон (если не играть в Quacke, конечно) никакого практического смысла не имеет. Тем более — под Linux, и еще тем болей — если выполняется некая практическая работа. Прирост производительности — сомнителен (а иногда — урост просто несомненен). Последствия же могут быть печальными. Ведь это в Windows при мертвом висе нажал Reset — и после принудительного лечения (ScanDisk’ом, то есть) все более-менее приходит в норму… В Linux же это грозит разрушением файловой системы и прочими приятными развлечениями. Одно утешает — как показал мой (пока ограниченный) опыт, Linux — не дурак, если что не так, он просто не загрузится…
Рассуждая теоретически, можно предположить: максимальный выигрыш от разгона можно получить на старом добром BX-чипсете. На тех его мамах, которые (полу-) штатно поддерживают 133 Mhz на FSB. Ведь здесь пропорционально скорости последней, будет возрастать и быстродействие памяти. Если последняя сдюжит, конечно…
Правда, предварительные результаты этого, как будто, не подтверждают: P-733 на i815 дал просто научно-фантастический выигрыш по сравнению с P-533 на разогнанном BX. Однако: ведь речь шла о сравнении процессоров двух разных архитектур (C-Mine и Katmai, соответственно). Так что, возможно, основной вклад в этот прирост был обусловлен не двустами лишними мегагерцами процессора, а трехкратным ускорением кэша второго уровня? В свете влияния подсистемы памяти на суммарное быстродействие под Linux, такой вывод представляется вполне обоснованным.
В этой связи было бы интересно исследовать T-Bird с его сумасшедшим кэшем первого уровня, большим его суммарным эффективным объемом и быстродействием кэша L2. Теоретически рассуждая, это может быть самая эффективная система для использования под Linux’ом…