基于Matlab APP Designer的计算机超频仿真实训软件.pdf
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1、现代计算机Modern Computer第 29 卷 第 13 期2023 年 7 月 10 日基于Matlab APP Designer的计算机超频仿真实训软件胡振*,杨华,周金容,谭鹤毅,代霜春(南充职业技术学院电子信息工程系,南充637131)摘要:高职院校常因设备条件所限而无法进行计算机超频的实机操作,为此开发了计算机超频仿真实训软件。以当前计算机超频的主要技术方法和操作流程为基础,设计了软件功能和用户界面;利用实机超频样本数据构建广义回归神经网络模型进行超频性能预测。软件以Matlab编程实现,并用Matlab APP Designer完成界面制作和功能整合。将该软件集成于计算机组装
2、与维护课程实训工具盘中,学生借以熟悉CPU和内存超频的操作流程、掌握主要参数设置和测试软件使用,收到了预期的实验效果。关键词:计算机超频;仿真实训;Matlab APP Designer;广义回归神经网络文章编号:10071423(2023)13008506DOI:10.3969/j.issn.10071423.2023.13.015收稿日期:20230319修稿日期:20230329基金项目:南充职业技术学院2021年度自然科学重点课题(ZRA202101)作者简介:*通信作者:胡振(1967),男,四川岳池人,本科,教授,主要研究领域为智能优化算法与软件开发等,Email:hu_wen_;
3、杨华(1976),男,四川营山人,本科,副教授,研究方向为 Web 开发技术;周金容(1979),女,四川乐山人,硕士,副教授,研究方向为现代教育技术;谭鹤毅(1980),男,四川南充人,硕士,副教授,研究方向为人工智能、软件开发;代霜春(1985),男,四川渠县人,硕士,助教,研究方向为信息工程0引言在高职院校的计算机组装与维护课程教学中,计算机超频技术是“计算机性能优化”部分的重要内容。但超频操作需要满足较高的硬件条件,而实训所用计算机则通常配置偏低,不能支持实机超频设置;另一方面,计算机超频存在硬件受损的风险,也不宜让学生直接动手尝试。针对这些情况,我们开发了一款计算机超频仿真实训软件,
4、并将其集成到“计算机组装维护实训工具盘”1中,以便学生通过仿真练习,逐渐掌握计算机超频的工作流程、参数设置和测试软件使用,为其实机操作奠定坚实基础。该软件采集实机超频数据为样本,用广义回归神经网络(general regression neural network,GRNN)算法预测超频后的性能测试值,从而实现超频参数设置与性能测试结果的数值模拟;采用Matlab APP Designer设计软件的工作界面,以Matlab编程实现全部功能。为便于安装使用,将其编译、封装成独立运行程序,并将 MatlabRuntime集成到软件安装包中。1计算机超频原理与方法1 1.1 1计算机超频原理计算机超
5、频原理超频(over clocking,OC)是通过调整硬件设置使芯片的主频超过额定频率,从而获得性能提升的技术手段。计算机超频的主要对象是 CPU、内存和显示卡。因 CPU 的工作频率=系统总线频率(外频)倍频系数,故提高外频或倍频系数皆可实现CPU超频。现阶段计算机的时钟发生器整合于 CPU 内部,其基准时钟频率(外频)固定为100 MHz,因此需利用提高倍频系数的方法来实现 CPU 超 频;目 前 的 内 存 则 大 多 支 持 IntelExtreme Memory Profile(XMP)标准,既能轻松实现自动超频,亦可支持用户自定义方式超频2;显示卡超频包括核心频率和显存频率超频两
6、方面,主要用于独立显卡,部分主板与相应CPU 85现代计算机2023年搭配亦可实现核心显卡超频。计算机超频对硬件配置有较高要求,主要包括:采用可超频芯片组的高品质主板3、未锁定倍频的CPU、搭配超频颗粒的内存条、高性能显示卡以及增强的供电与散热设备。1 1.2 2计算机超频的方法和流程计算机超频的方法和流程1 1.2 2.1 1计算机超频的方法计算机超频的方法计算机超频的方法包括UEFI设置法和软件设置法。前者适合专业学习和熟练用户采用,需进入计算机的UEFI设置界面修改相关参数,并进行稳定性测试。该方法无需使用其它软件工具,且设置结果长期有效;后者则是利用硬件厂商或第三方公司提供的专用超频软
7、件实现,通常比前者更为直观、简便、安全,并能够自动测试超频极限,普通用户亦可借以进行超频尝试,但操作系统损坏或重装会导致其设置失效。1 1.2 2.2 2计算机超频的操作流程计算机超频的操作流程在计算机超频实践中通常按“内存CPU显示卡”的顺序进行设置。下面以华硕ROG系列主板和Intel K系列CPU为例,根据UEFI设置法介绍其操作流程。(1)内存超频。若利用XMP参数自动超频,只需在相应项目选择XMP 或XMP 即可,否则按下列步骤操作:进入UEFI设置界面,设置内存频率目标值;设置DRAM、CPU VCCIO、CPU System Agent 等相关电压值;放宽 CL、tRCD、tRP
8、和tRAS等内存时序值;进行稳定性测试,如果轻松通过可将目标频率逐次提高,若发生无法开机、蓝屏或测试错误,则按步骤降低目标频率、升高电压或放宽时序,直到通过测试;依次将CL和tRCD/tRP逐步减1、tRAS 逐步减 2,每次调整后进行稳定性测试,将内存时序收紧到最佳值;调整 RTL、IOL或IOLoffset参数,并进行稳定性测试。(2)CPU超频:进入UEFI设置界面,设置CPU倍频(CPU Core Ratio)选项为同步全部核心(Sync All Cores),并输入倍频值(Core RatioLimit);设置 CPU 核心电压(CPU Core/CacheVoltage)为手动方式
9、(Manual Mode),并输入电压值(CPU Core Voltage Override);将 CPU 负载线校准(CPU Loadline Calibration)、CPU电流限制(CPU Core/Cache Current Limit Max.)和功率限制(Long Duration Package Power Limit、ShortDuration Package Power Limit)设置为最大值;进行稳定性测试,若通过可增大CPU倍频,反之则减小倍频或提高核心电压,直到获得计算机能稳定运行的CPU倍频极限值。在超频尝试过程中必须进行稳定性测试,目前常用AIDA64或Prime
10、95测试CPU超频的稳定性,而以 RunMemTestPro 或 TestMem5测试内存超频稳定性。超频成功后需进行性能测试,现阶段主要从基本运算、文件处理、物理渲染等方面测试CPU的单线程和多线程性能,其代表性软件包括 CINEBENCH、Fritz Chess Benchmark、7ZIP、x265 Benchmark 和 POVRay 等;内存性能测试则主要用AIDA64进行。2计算机超频仿真实训软件设计2 2.1 1软件功能模块设计软件功能模块设计计算机超频仿真实训软件主要模拟BIOS设置法,其功能模块结构如图1所示。计算机超频仿真实训软件计算机超频知识内存超频模拟训练CPU超频模拟
11、训练计算机超频概述CPU超频内存超频显示卡超频主要参数设置主要参数设置超频稳定性测试内存性能测试超频稳定性测试CPU性能测试图 1计算机超频仿真实训软件功能结构2 2.2 2超频过程模拟和算法设计超频过程模拟和算法设计2 2.2 2.1 1超频过程模拟超频过程模拟在超频实践过程中,用户的主要操作是反复进行参数设置和稳定性测试,直到计算机达到满意的超频幅度并运行正常。如果设置超频参数之后发生无法开机、不能启动操作系统、不能通过稳定性测试(测试软件运行中出错、自动重启或死机)等现象,则为目标频率过高、工作电压偏低、内存时序值太小等原因所致,应 86胡振等:基于Matlab APP Designer
12、的计算机超频仿真实训软件第13期根据具体情况对相应参数进行调整,然后再做稳定性测试。在计算机超频仿真实训软件中,模拟这个过程的设计思路为:首先设定内存或CPU的超频上限为10%50%范围内的随机值;然后以样本数据为参考,将目标频率对应的工作电压和内存时序等参数值划分为四个区间,分别对应超频设置后的四种可能结果超频成功、不能通过稳定性测试、不能启动操作系统和无法开机。软件运行时,则根据用户实际设置的超频参数值转向相应的处理过程,提示用户应进行参数调整、稳定性测试或下一步工作。2 2.2 2.2 2性能测试结果预测算法性能测试结果预测算法(1)GRNN算法模型。在计算机超频仿真实训软件中,超频成功
13、后的性能测试结果用GRNN算法预测得到。GRNN是一种基于非线性回归理论的前馈式神经网络模型,以样本数据为后验条件,执行 Parzen非参数估计,依据最大概率原则计算网络输出4;该模型以径向基函数神经网络为基础,具有很强的非线性映射能力和学习速度,且对小样本和不稳定数据的处理效果较好5。GRNN模型由输入层、模式层、求和层与输出层构成,应用于内存超频性能测试结果预测时,以内存的时钟频率和三个时序值(tRCD=tRP)为输入,以读取、写入和复制的速度为输出,相应拓扑结构如图2所示。ClockCLtRCDtRPtRASReadWriteCopy1 2n 1 2 n 输入层模式层求和层输出层图 2内
14、存超频性能测试结果预测的GRNN模型(2)GRNN模型构建。可直接利用Matlab神经网络工具箱函数 newgrnn()构建 GRNN 模型,其调用格式为net=newgrnn(P,T,Spread)(1)式中:P为k 组输入向量组成的m k维矩阵;T为 k 组输出向量组成的n k维矩阵;Spread为径向基函数的扩展速度,该值大则曲线更平滑、值小则能更精确地逼近训练样本点,默认值为1.06。将该 GRNN 算法模型用于内存超频性能预测时,样本数据为 k 组,每组样本包括 Clock、CL、tRCD&tRP、tRAS 四 项 参 数 值 和 Read、Write、Copy三项性能值,故以样本数
15、据分别构成4 k矩阵P、3 k矩阵T,即可调用newgrnn()函数建立相应 GRNN模型。因计算机超频仿真实训软件对预测精度的要求不高,故无需进行模型参数优化。CPU 超频的性能测试结果预测 GRNN 模型设计和构建与此类似,不再赘述。2 2.3 3用户操作界面设计用户操作界面设计计算机超频仿真实训软件的用户界面采用Matlab APP Desinger 设计。Matlab APP Desinger是Matlab R2016a及其后版本内置的GUI设计工具,与GUIDE的用法基本一致,但其工作界面更为现代、美观,代码框架更简洁、清晰,运行稳定性和流畅性也有所提升。在设计制作软件界面时,控件生
16、成代码由APP Designer以面向对象语法自动完成,用户只需修改控件属性、添加全局变量和回调函数即可78。2 2.3 3.1 1软件主界面设计软件主界面设计根据软件的功能模块结构,本着简洁直观、操作方便的原则,将整个软件的主界面设计为选项卡组(TabGroup),包括三个选项卡(Tab),分别用于“计算机超频知识”“内存超频模拟练习”和“CPU超频模拟练习”功能模块。2 2.3 3.2 2“计算机超频知识计算机超频知识”模块界面设计模块界面设计该 模 块 所 在 选 项 卡 分 成 左 右 两 个 面 板(Panel),左面板放置目录树(Tree),分层列出“计算机超频概述”“CPU超频”
17、“内存超频”和“显示卡超频”等部分的各级知识点;右面板为文本区域(TextArea),显示对应于目录树中当前知识点的具体内容。2 2.3 3.3 3“超频模拟练习超频模拟练习”模块界面设计模块界面设计“内存超频模拟练习”和“CPU超频模拟练习”功能模块的界面设计基本相同,其所在选项卡均分为左右两个面板。左边为超频参数设置面板,用于设置内存或CPU超频的主要硬件 87现代计算机2023年参数,项目名称和操作控件皆与华硕ROG系列主板UEFI界面中基本一致。右边为过程图示与结果显示面板,其上半部分为图示区,用1个图像控件(Image)实现,可在超频参数设置和稳定性测试过程中显示实机操作或软件运行画
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