DIY中的单双魔咒

西瓜 《电脑爱好者》2016年第17期 2017-02-24 15:21专题 标签:DIY

在DIY领域,选单还是成双更加自由,大部分时候只要自己愿意,再购买一个配件安装上去,再经过简单的设置就可以享受到成倍的容量或性能,这些配件包括但不仅包括内存、硬盘、显卡、处理器。

其实除了这种成对使用的方式之外,还有一些配件扩展对性能是否接近并没有要求,但同样能大幅提升使用体验,包括但不限于显示器、音箱等,另外一些高端发烧友还会使用一些特殊的双配件技巧,如双电源组合。

在这些配件扩展方案中,成对扩展是最常见,也是对性能影响最明显的。在这些方案中,既有简易而相对廉价的内存扩展,也有非常专业化且成本高昂的双处理器方案(图1),针对我们读者的实际需求,这里仅介绍内存、硬盘和显卡的扩展方案。

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图1:双处理器不仅升级花费较大,而且主板及相应的机箱价格都相当高

○ 双通道内存

在各种配件中,DIY而最常做,也最简单的应该就是增加内存,构成双通道内存的方案。由于目前内存控制器已经全都集成在处理器内部,AMD和Intel处理器都直接与内存交换数据,对内存速度就很敏感度。特别是在使用两者的内置显示单元时,没有内置显存的处理器,更是需要将大量图形数据置于内存之中,对内存的带宽要求很高。

所谓的双通道内存,实际就是将内存通道的位宽提升至可同时接受两条内存的数据,虽然在只有一条内存时也可正常工作,但因为只利用到了可用位宽的一半,所以带宽自然也会减半,性能大受影响。

● 升级操作

在进行内存扩展时,一般要求使用同频率、同容量,最好是同品牌、同型号的内存,并且按照主板指示的双通道内存安装顺序选择插槽安装(图2)。在安装正确后,电脑的BIOS和操作系统都会自动识别为双通道内存,无需用户手动设置即可使用。需要注意的是,如果内存容量、频率等有差异的话,双通道的总容量是其中低容量内存条的两倍,总带宽则是较低频率内存条的两倍。虽然Intel最新技术已经可将单条或不同容量内存进行智能划分,虚拟双通道内存,但其效果还是不如更好地选择成对的内存构建真正的双通道内存方案。

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图2:内存插槽一般会以颜色、编号等提示用户成对安装的位置和顺序,但各厂商甚至各型号都有差异,最好还是参考说明书的要求

● 升级效果

双通道内存究竟会带来怎样的性能提升呢?我们就以一台使用DDR4内存的电脑为例进行测试。仅以的内存性能测试(图3,4)为例,可以看到组成双通道内存后,内存的读、写、拷贝性能几乎有了成倍的增长,为很多大数据交换应用提供了更好地条件。

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图3,4:注意红圈内数据和内存状态标志

在另外一个数据交换测试WinRAR中(图5,6),双通道内存的更高速度也使测试成绩有了明显提升。另外在图形处理,特别是使用处理器内置显示单元的图形处理应用、大数据载入和计算等应用中,双通道内存也有非常明显的优势,不过因为这些应用涉及到显卡性能、硬盘性能等,速度、性能的提升可能没有前述测试那样明显。

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需要注意的是,在常见电脑中即使插了3条、4条内存,我们得到的也只是更大的内存容量,内存位宽仍然是双通道的,因此并不能进一步提升内存带宽。在消费级电脑中,确实有三通道、四通道内存架构,可以让内存带宽进一步提升,不过支持这一架构的至尊酷睿处理器及其主板的价格非常昂贵,性价比不高。

○ RAID硬盘

目前的主板芯片组都可支持多块硬盘,而其中大部分还可提供磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks,RIAD)运行模式。可以让两块甚至多块硬盘相互配合,获得容量或/及性能的提升,其中对一般用户比较有意义的,主要是RAID 0、RAID 1和RAID 5及其组合RAID模式,不过其他模式大家也很可能会在某些特殊应用中看到(表1)。

表1

RAID 0:没有数据冗余,并不能算是正统的RAID结构。RAID 0连续地以位或字节为单位分割数据并且并行地读/写于多个磁盘上。 因此具有很高的数据传输率。 但RAID 0在提高性能的同时,并没有提供数据可靠性,如果一个磁盘失效,将影响所有数据,而此时磁盘阵列的不可靠性是单块硬盘不可靠性的N次方(N为RAID 0中的硬盘数)。因此RAID 0不能应用于需要高度数据安全性的场合(图7)。

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RAID 1:通过磁盘数据镜像实现数据冗余,在成对的分离磁盘上产生互为备份的数据。当原始数据繁忙时,可直接从镜像拷贝中读取数据,因此它可以提高读取性能。在个人用户使用的磁盘阵列类型中,RAID 1是单位容量费用最高的(因为其可用容量等于整个RAID 1系统中最小容量硬盘的容量), 但提供了很高的数据安全性和可用性。 当一个磁盘失效,系统可以自动地交换到镜像磁盘上读写, 而不需要重组失效的数据(图8)。

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RAID 2:将数据条块化分布于不同的硬盘上, 条块单位为位或字节。使用称为“加重平均纠错码(海明码)”的编码技术来提供错误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息, 使得RAID 2技术实施更复杂,因此在商业环境中很少使用。

RAID 3:同RAID 2非常类似,都是将数据条块化分布于不同的硬盘上,区别是使用简单的奇偶校验的RAID 3使用单块磁盘存放奇偶校验信息。 如果一块磁盘失效, 奇偶盘及其他数据盘可以重新产生数据。 如果奇偶盘失效,则不影响数据使用。RAID 3对于大量的连续数据可提供很好的传输率, 但对于随机数据, 奇偶校验盘会成为写操作的瓶颈。

RAID 4: RAID 4, RAID 5也同样将数据条块化并分布于不同的磁盘上, 但条块的单位为数据块或记录。 RAID 4使用一块磁盘作为奇偶校验盘, 每次写操作都需要访问奇偶盘, 这时奇偶校验盘会成为写操作的瓶颈。因此RAID 4在商业应用中也很少使用。

RAID 5: RAID 5没有单独指定的奇偶盘, 而是交叉地存取数据及奇偶校验信息于所有磁盘上。在RAID5 上, 读/写指针可同时对阵列设备进行操作, 提供了更高的数据流量。RAID 5更适合于小数据块和随机读写的数据。RAID 3 与RAID 5相比, 重要的区别在于RAID 3每进行一次数据传输,需涉及到所有的阵列盘。而对于RAID 5来说, 大部分数据传输只对一块磁盘操作, 可进行并行操作。在RAID 5中有"写损失", 即每一次写操作,将产生四个实际的读/写操作, 其中两次读旧的数据及奇偶信息, 两次写新的数据及奇偶信息。

RAID 6: RAID 6与RAID 5相比,增加了第二个独立的奇偶校验信息块。 两个独立的奇偶系统使用不同的算法, 数据的可靠性非常高。即使两块磁盘同时失效,也不会影响数据的使用。但需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间, 相对于RAID 5有更大的"写损失"。RAID 6的写性能非常差, 较差的性能和复杂的实施使得RAID 6很少使用。

RAID 7:自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具,可完全独立于主机运行,不占用主机CPU资源。RAID 7可以看作是一种存储计算机(Storage Computer),它与其他RAID标准有明显区别。

除了以上的各种标准外,我们可以如RAID 0+1那样结合多种RAID规范来构筑所需的RAID阵列(图9),例如RAID 5+3(RAID 53)就是一种应用较为广泛的阵列形式。RAID组合模式非常多,一般会按照RAID模式的组成顺序来命名,因此X+Y的顺序常常是不能翻转的,例如RAID 1+0(RAID 10)就和RAID 0+1在特色和性能方面有一定的差别。那些高端的商业用户会通常通过灵活配置磁盘阵列来获得更加符合其要求的磁盘存储系统,常常会有RAID X+Y+Z这样的磁盘阵列。对于个人用户而言,RAID 0+1就是很奢侈的事情了,另外在硬件支持的情况下,还可以考虑RAID 5+1。

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RAID 5+1,即所谓RAID 51,也叫做RAID 1.5,它具有RAID 0+1的特性,但只需要2个硬盘就能实现。从表面上来看,组建RAID 5+1后的磁盘,两个都具有相同的、完全的数据,它也是一种不能完全利用磁盘空间的磁盘阵列模式(可用容量等于一块硬盘的容量),这些都类似RAID 1。RAID 5+1可以让两个磁盘同时以条带的方式记录相同的数据,但需要读取的时候,控制器却可以分辨出需要读取的程序条带,然后分别从不同的硬盘中读取不同的条带,以达到提高性能的RAID 0效果。因此要实现RAID 5+1,磁盘阵列控制芯片要具有教新的高级控制功能。(图10)

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在构建RAID时,也需要选用同容量、同速度,最好是同厂商同型号的产品,才能充分发挥能力,例如RAID 0的状况就与双通道内存非常相似,当两块硬盘速度不同、容量不同时,其最终组合的速度只能达到其中低速硬盘的两倍,容量则是其中较小硬盘的两倍。

● 升级操作

在RAID组建中,我们仅以普通用户最常使用,对电脑性能提升最明显的RAID 0为例,其他RAID模式组建方法非常类似,只需要在组建过程中选择不一样的RAID模式即可。

首先我们要将原有硬盘上的数据进行备份,因为组成RAID之后多块硬盘会被虚拟成“一块”硬盘,其中的数据当然也不会存在了,这一点对升级为RAID模式的用户尤其重要。

在安装硬盘时无需考虑接驳顺序,但要考虑到实际用途来选择SATA口,如果准备作为系统盘使用,当然应连接在最靠前的SATA 0、1(有些主板为SATA 1、2)口上。硬件安装完毕后,在首次开机时进入BIOS,开启SATA RAID功能(图11),并且要注意开机顺序是否要调整。

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BIOS设置完成以后重启电脑,在硬盘检测和搜索系统进程之间,会增加一个RAID磁盘扫描过程,根据提示按下相应按键(图12)可进入RAID设置。在RAID设置界面选择“Create”创建RAID,选择“Array Mode(阵列模式)”,在选项中选择RAID 0项(图13)。创建RAID 0需要指定作为RIAD组成部分的硬盘(图14)和条带的容量(图15),所谓“条带”即RAID 0分割数据的大小,一般来讲使用默认值就可以了,我们选择的是64KB。最后当然就是选择确定(Y),正式创建RAID 0了。

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再次重启电脑以后我们就可以在屏幕上看到RAID 0已经存在了。由于RAID对于系统是完全透明的,因此可以完全当成一个磁盘来处理,进行初始化、分区及格式化等。需要注意的是,使用RAID硬盘组时,可能需要在系统安装过程中安装相应的IAA驱动,我们要准备好移动存储介质的安装盘。即使是不用于系统盘,将存储盘组成RAID之后可能系统也无法识别,需要用系统备份恢复甚至需要重装系统。

新的Windows操作系统还提供了软Raid模式,包括镜像卷(RAID 1)和RAID 5卷两种(图16)。不过使用软Raid模式对磁盘模式有要求,必须使用动态磁盘模式。当然和使用硬件组建RAID一样,软RAID也需要多块硬盘配合,使用镜像卷和RAID 5卷分别至少需要2块和3块硬盘。

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● 升级效果

我们使用最常见的RAID 0、RAID 1模式和单磁盘状态进行了对比测试,在RAID 0状态下,磁盘持续读写速度有接近成倍的提升,突发读写速度和读写延迟性能虽然没有成倍提升,但也有一定的提高。不过也可以发现其读写的稳定度并不是很好。

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图17,18:HDtech单硬盘读写性能

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图19,20:HDtech RAID 0读写性能

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图21,22:单硬盘与RAID 0传输率测试

RAID 0虽然速度出色,也完全不浪费容量,但将所有数据分割后存储在两块或多块硬盘上,一旦其中一块损坏,数据几乎是完全无法复原的。对数据安全性有要求的用户,还是应该慎选。

在RAID 1状态下,仅就磁盘速度而言,几乎与单硬盘没有什么区别,突发读写速度甚至有一定的降低。不过在传输率测试中,却可以清楚地看到传输曲线变得比单硬盘稳定得多。在移走RAID 1中的一块硬盘后,仍连接在系统中的硬盘上,所有的数据都安然无恙,可以正常使用,甚至在连接一块同样的硬盘后,还能自动重组为RAID 1,使得我们的数据得到了充分的保护。

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图23,24:HDtech单硬盘读写性能

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图25,26:HDtech RAID 1读写性能

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图27,28:单硬盘与RAID 1传输率测试

○ 双/多显卡系统

AMD的CrossFire(交火)和NVIDIA的SLI(Scalable Link Interface,可升级连接接口,官方中文名“速力”),是两种让双显卡甚至多显卡并行处理图像,获得更高图形性能的技术。

很显然,这种显卡并行处理技术,对没有能力购买高端显卡,而又比较在意3D性能的用户非常有用,消费者完全可以购买一块暂时够用的中端显卡,在性能不足后再购置一块相同的显卡组成双显卡系统后,性能可以有很大提升。无论是初始的中端显卡,还是后期购入时已不算新品的中端显卡,价格应该都不及顶级显卡的一半,而两者组合后的性能很可能接近甚至达到顶级显卡的水平。

● 升级操作

升级双/多显卡系统的升级操作比较简单,但有一点需要注意,那就是在选择主板时要注意,最好是在最常用的PCI-E ×16插槽外,有一条电气结构相同,拥有PCI-E ×8通道的插槽。有些低端芯片组或低端主板,很可能只有一条PCI-E ×16插槽供显卡使用(图29),没有另一条可供显卡使用的插槽,或者因为PCI-E通道数量的限制,另一个显卡插槽实际上只有PCI-E ×4通道,会严重影响显卡与主板,以及显卡间的通信速度。

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无论是A卡还是N卡,升级第二块显卡的过程都比较类似,我们需要将第二块显卡插在最靠近原显卡的PCI-E长插槽上,之后用连接器连接靠近两块显卡顶部,靠近输出面板的扩展插槽即可(图30),有些中端显卡甚至不需要安装CrossFire/SLI连接器,而是直接用高带宽的PCI-E 3.0通道传输同步数据。在选择升级显卡时,也最好选择GPU、显存相同,最好同品牌同型号的显卡,目前的多显卡系统虽然允许不同性能的显卡搭配,并根据显卡性能和画面复杂度灵活分配任务,但性能相差太大的话还是会影响性能的提升幅度,甚至出现低性能显卡拖后腿的问题。

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硬件安装完成后进入操作系统,可在驱动系统中选择启用SLI或CrossFire(图31),这一功能的位置在各版本驱动中有所不同,不过对原有驱动熟悉的话,应该会很容易地发现驱动中多出了这一选项。在选择了相应功能后,大部分游戏和测试中应该都会都表现出与之前完全不一样的图形处理速度了,但双显卡配置与前述的双通道内存和RAID不同,并非对系统透明,所以也会有一些游戏或测试因为不能利用多显卡配合处理,因而在SLI、CrossFire系统中速度并不会有提升。

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在双显卡系统中也有一些比较特殊的方案,首先是最新的DirectX 12直接支持多GPU,理论上讲无需进行设置,只要系统中有多个GPU,游戏就可自行利用其性能。其次在使用较新型号APU的系统中,可以使用AMD的混合交火技术,使用Radeon R7显卡与APU内置“单显”配合,构成多GPU系统(图32)。

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针对近期的热点,我们还有两个要提醒大家注意的,第一是关于AMD双Radeon RX 480与NVIDIA旗舰级显卡GTX 1080的对比,虽然两者在一些支持双显卡的游戏和测试中确实性能接近,但有很多应用和游戏对多显卡的支持并不是很好,因此并不能说双RX 480可以和GTX 1080全面对抗,而且双RX 480的功耗更是远超过GTX 1080,对供电等部分的压力要大得多。第二是从很多方面的反馈看,出于种种原因,NVIDIA彻底屏蔽了GTX 1060的SLI功能,不仅驱动不支持,甚至连DirectX 12应用识别出了两块GTX 1060之后,也不能让双显卡协同工作。

● 升级效果

作为第一款新架构的“甜点级”价位显卡,Radeon RX 480的表现最受关注是很自然的,而在其同价位竞争对手不支持双显卡架构的情况下,它当然也就是目前最热的双显卡系统。 _(:зゝ∠)_

表2

从简单的测试可以看出,在组建CrossFire之后,仅售3998元的两块RX 480显卡确实能获得接近GTX 1080单卡的性能,而后者售价在5000元以上。

总结:从效果上看,上述配件成双成对后对性能的提升,让这些方案成为我们升级系统的很好选择,远比去直接采购更高端配件更划算,这就是电脑升级或配置时的单双魔咒吧。

PS:在开头的介绍中,大家是否对双电源最感兴趣呢?其实双电源配置非常简单,唯一的难点就在于让双电源同时启动供电。让电源启动供电的信号是一个很简单的电平变化,而这一变化可以通过短接主板供电接口的唯一绿线和其他任意黑线来实现(图33:),在一般电脑中,机箱上的电源键也正是通过一次短暂的短接来让电脑启动的,所以我们只需要将机箱电源连线的两条电线各练出一根延长线,连接第二台电源的绿线和任一黑线接口,就可以用机箱电源键同时控制两台电源了。

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图33:短接电源主板供电接口的绿线(图中PS_ON)和任一黑线(图中COM)接口,即可通知电源的开关