Сергей

Если через 2-3 часа игры fps падает, значит в системе что-то изменилось.
- температура слишком повысилась
- блок питания немного слабоват
- забилась ОЗУ и начал использоваться файл подкачки
- какие-то программы, утилиты начинают "обслуживание ПК", что занимает ресурсы процессора и HDD

Температура процессора при нагрузке может расти очень медленно 2-3 часа как раз может позволить прибавить ей 10 градусов к тому, что на ваш взгляд выглядит "стабильной температурой", потому проверьте какая температура при 100% нагрузке процессора и смело моете прибавить к ней 10 градусов, именно столько может добавиться через 2-3 часа работы процессора.

Конечно не во всех случаях, но если с этой погрешностью температура ниже 65 градусов - тогда дело не в процессоре.

Когда забивается ОЗУ начинает использоваться файл подкачки, вообще он и без того может использоваться - тут уже нужно читать про него и как лучше настроить, есть много разных мнений, но основной факт в том, что скорость чтения и записи у HDD в разы медленнее чем у ОЗУ, отсюда и падение производительности при переходе на файл подкачки.

Блок питания если слабый, при максимальной нагрузке может греться сильнее чем при минимальной. Вообще любой блок при полной нагрузке будет сильнее греться, тут всё в % нагрузки, а не в количестве Ват, потому лучше всегда оставлять запас на 10-20% от мощности блока, чтобы его температура не сильно повышалась.
Качественные блоки выдерживают и макимальную нагрузку и даже длительную пиковую если повезет с моделью, а не качественные могут выключать ПК, подпалить или в теории привести к нестабильной работе или к примеру недостаче энергии, хотя тут не могу сказать что это 100% может повлиять на FPS, скорее должно выключить ПК или привести к зависанию.

Лично у меня через пару часов игры в FarCray 4 тоже падает FPS.
ОЗУ 8gb, HDD 2шт SATA2, блок 550W, видеокарта R9 270 OC, процессор Core i3-3220.
Термопасты вообще нет!
так что я пока-что склонен к тому, что дело в перегреве процессора.
Думаю у вас тоже самое.

Либо что-то с файлом подкачки или возможно мало места на HDD?

Для начала объясню работу любого охлаждения.

Во первых охлаждение бывает как уже заметили 3-4pin.
4pin - имеет контроллер PWM
3pin - не имеет контроллера, только датчик оборотов кулера.

3pin можно управлять через материнскую плату, если она может понижать напряжение, тогда и обороты будут понижаться.

При запуске ПК все кулера подключенные к материнской плате, в том числе кулер на видеокарте начинают работать на максимальной скорости, затем после того как биос подает им сигнал управления - они снижают свои обороты.

Исключением может быть охлаждение видеокарты и блока питания.
У видеокарты всё контролируетя только самой видеокартой, в редких случаях драйверами через Операционную систему, так что чаще всего "современные" видеокарты сразу работают на 1/3 своих оборотов или на четверть, у блока так же - сразу с настройкой.

Вот и получается что при запуске ПК ваше охлаждение процессора сначала включается на максимум, а затем уже срабатывает управление и понижение оборотов.

В некоторых случаях кулер может вообще не сразу начать крутиться - это в пределах нормы.

Перегрев так быстро не происходит, кроме того, это еще зависит от процессора.
Новые процессоры достаточно технологичны и при запуске ПК на полную мощность не работают, следовательно прегрев не возможен.

Можете даже вообще убрать радиатор и запустить ПК - какое-то время всё будет работать.
Процессор не сгорит - это высокотехнологичное чудо нужно еще постараться спалить.
Максимум что может случиться - включение защитной функции "Троттлинг" что снизит частоту процессора и заставит его тормозить и снижать температуру или выключение материнской платы - это уже зависит от материнской платы.

Теперь на счет температуры что у вас выдает материнская плата.
Тут уже проблему нужно смотреть по вашей модели платы - может кто-то уже обсуждал её на форумах.
- Проверьте включен ли режим "Open Case" то есть с открытым корпусом, без боковой крышки.
- Проверьте какие есть функции "Warning" и попробуйте отключить.
- Попробуйте отключить управление кулером или настроить чтобы он работал на максимуме без понижения оборотов и посмотрите что будет.
- Температуру проверьте уже при запущенном Windows или другой ОС.. Нагрузить процессор лучше программой Prime95 пли какой-то другой, которая загрузит его на 100%. При этом мониторить температуру лучше через программу которая будет показывать график, а не просто цифру, к примеру программа "Speedfan" в последней вкладке позволяет включить график любого датчика и отслеживат, но есть и другие.
- Попробуйте хорошую термопасту или хотя бы отечественную КПТ-8.

Охлаждение у вас нормальное, но даже стандартное рассчитано на максимульную нагрузку процессора и стабильную работу.
На нем некоторые даже умудряются немного разогнать процессор, но конечно тут уже нужна хорошая термопаста и повышенные обороты охлаждения.