DE69630327T2

DE69630327T2 - Energieeinsparungs- und Temperaturverwaltungsanordnungen für Computer

Info

Publication number: DE69630327T2
Application number: DE69630327T
Authority: DE
Inventors: Lavaughn F. Temple Watts
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-26
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2016-02-27
Also published as: EP1361501A3; DE69637817D1; EP1361501A2; US20050223254A1; US20050223257A1; US20050223256A1; EP0730217B1; JPH0922317A; US20020099514A1; US7389438B2; EP1361501B1; EP0730217A1; US20050223255A1; DE69630327D1; US6427211B2; TW307838B; US20010001880A1; US6901524B2; US6158012A; KR960032148A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Einsatzgebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Echtzeit-Wärme-Management und Echtzeit-Leistungseinsparung bei Computern, und im Besonderen auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verminderung und Erhöhung der Taktzeit einer Zentraleinheit (CPU), basierend auf Temperatur- und Echtzeit-Aktivitätspegel in der CPU eines tragbaren Computers.
Beschreibung des verwandten Fachgebiets
Während den Entwicklungsphasen von Personal-Computern ist der transportable oder tragbare Computer sehr beliebt geworden. Ein solcher tragbarer Computer verwendet ein großes Netzteil und stellt in Wirklichkeit einen kleinen Desktop-Personal-Computer dar. Tragbare Computer sind kleiner und leichter als ein Desktop-Personal-Computer und ermöglichen es dem Anwender, dieselbe Software einzusetzen, die auf einem Desktop-Computer verwendet wird.
Die erste Generation „tragbarer" Computer konnte nur durch Wechselstrom aus der Steckdose betrieben werden. Mit fortschreitender Entwicklung der Personal-Computer wurden batteriebetriebene Computer konzipiert. Ferner wurde echte Tragbarkeit durch die Entwicklung einer neuen Anzeigetechnologie, besseren Plattenspeichers und leichterer Komponenten ermöglicht. Leider war die entwickelte Software so konzipiert, dass sie auf Desktop-Computern lief, ohne die batteriebetriebenen tragbaren Computer zu berücksichtigen, die nur begrenzte Leistungskapazitäten für kurze Zeitspannen zur Verfügung hatten. Weder die Software, noch das Betriebssystem (MS-DOS), noch das Basisdatenaustauschsystem (BIOS), noch die Anwendungssoftware anderer Hersteller berücksichtigten im speziellen eine Verringerung des Leistungsverbrauchs für diese tragbaren Computer.
Mit der Entwicklung von immer mehr hochfunktionellen Softwarepaketen erlebten die Anwender von Desktop-Computern eine erhöhte Rechnerleistung durch die Einführung von CPUs mit höherer Rechenfähigkeit, größerem Speicher und schnelleren Hochleistungs-Plattenlaufwerken. Leider konnten tragbare Computer nach wie vor nur durch Wechselstrom oder mit Hilfe von schweren, großen Batterien betrieben werden. In dem Versuch, mit den Leistungsanforderungen der Desktop-Computer und der neuen Software mitzuhalten, wurden teuere Komponenten verwendet, um die Anforderungen an die Leistung herabzusetzen. Trotzdem konnten die schweren Batterien nicht sehr lange Strom liefern. Dies bedeutete, dass die Anwender von tragbaren Computern sich mit Wechselstrombetrieb oder sehr kurzem Batteriebetrieb zufrieden geben mussten, um die von der externen Software erwartete Leistungsfähigkeit zu haben.
Die Entwickler von tragbaren Computern drosselten die Leistung auf das Niveau von 8088er- und 8086er-Prozessoren, um den Leistungsverbrauch herabzusetzen. Die unterstützenden Stromkreise und die CPU benötigten weniger Leistung für den Betrieb, wodurch leichtere Batterien verwendet werden konnten. Leider lief die neue Software, die Anweisungen in der Art eines 80286er-Prozessor benötigte, die in den älteren, langsameren 8088/8086er CPUs nicht vorhanden waren, nicht. In einem Versuch, einen tragbaren Computer zu konzipieren, der Leistung einsparen konnte, und dadurch zu einem längeren Batteriebetrieb, kleineren Geräten und weniger Gewicht führte, gingen einige Entwickler von tragbaren Computern dazu über, den Leistungsverbrauch eines tragbaren Computers zu verringern, während ein Anwender den Computer nicht verwendet. Die Entwickler erreichen zum Beispiel eine Verringerung des Leistungsverbrauchs, indem sie das Plattenlaufwerk nach einer vorher festgelegten Zeitspanne der Inaktivität verlangsamen oder anhalten; wenn das Plattenlaufwerk nicht verwendet wird, wird es abgeschaltet, oder einfach in den Bereitschafts-Modus versetzt. Wenn der Anwender das Laufwerk wieder benötigt, muss die Bedienungsperson warten, bis das Plattenlaufwerk anläuft und das Computersystem wieder für volle Leistungsfähigkeit bereitsteht, bevor die Bedienungsperson mit der Bedienung fortfahren kann.
Andere Hersteller von tragbaren Computern verringern den Leistungsverbrauch, indem sie den Computerbildschirm ausschalten, wenn die Tastatur nicht benutzt wird. Im normalen Betrieb hat der Computer jedoch den vollen Leistungsverbrauch. Anders ausgedrückt ist diese Methode der Leistungseinsparung nur praktisch, wenn der Anwender die Komponenten des Systems nicht verwendet.
Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass der Anwender den Computer ausschaltet, wenn er ihn nicht verwendet. Trotzdem wird eine wesentliche Leistungseinsparung benötigt, während die Bedienungsperson den Computer für wichtige Arbeiten verwendet. Wenn die Bedienungsperson den Computer verwendet, wird der uneingeschränkte Betrieb aller Komponenten benötigt. In den Zeitabschnitten, in denen die Bedienungsperson den Computer nicht verwendet, könnte der Computer jedoch ausgeschaltet oder verlangsamt werden, um den Leistungsverbrauch zu verringern. Es ist kritisch für die Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit, den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der Computer verlangsamt oder abgeschaltet wird, bis er wieder zum Betrieb benötigt wird, ohne die Arbeit des Anwenders zu unterbrechen oder die externe Software oder das Betriebssystem durcheinander zu bringen.
Außerdem, während ein Anwender darauf warten kann, bis das Plattenlaufwerk wie oben beschrieben wieder anläuft, können Anwendungs-Softwarepakete nicht darauf warten, bis die CPU wieder „anläuft" und bereit ist. Die CPU muss dann bereit sein, wenn das Anwendungsprogramm Berechnungen durchführen muss. Das Umschalten auf vollen Betrieb muss schnell abgeschlossen sein, ohne dass das Anwendungsprogramm beeinträchtigt wird. Dieser unmittelbare Übergang muss sowohl für den Anwender als auch für das momentan aktive Anwendungsprogramm transparent sein. Verzögerungen verursachen sowohl Betriebs-Probleme für den Anwender in Hinsicht auf Antwortzeiten und Softwarekompatibilität, als auch allgemeine Fehlfunktionen des Computers bei der exakten Ausführung eines benötigten Programms.
Andere Versuche zur Leistungseinsparung bei tragbaren Computern beinhalten die Bereitstellung eines „Ausschaltmodus" oder „Bereitschaftsmodus" des Betriebes. Das Problem ist wiederum, dass der Computer während dieser Zeitspanne von der Bedienungsperson nicht verwendet werden kann. Die Bedienungsperson könnte genauso gut den Netzschalter des Gerätes betätigen, um das Gerät auszuschalten und dadurch Energie zu sparen. Diese Art der Leistungseinsparung erlaubt es dem tragbaren Computer lediglich, „sich auszuschalten" und dadurch Energie zu sparen, wenn die Bedienungsperson vergisst, den Netzschalter zu betätigen, oder wenn er den Computer für die programmierte Zeitspanne verlässt. Der Vorteil dieser Art der Leistungseinsparung im Vergleich zum Betätigen des Netzschalters liegt in der viel schnelleren Wiederherstellung der vollen Betriebsbereitschaft. Diese Methode der Leistungseinsparung ist jedoch immer noch keine intelligente Art der Leistungseinsparung in Echtzeit während der Computer angeschaltet ist und Daten verarbeitet, die weder das Betriebssystem, noch das BIOS, noch jegliche momentan auf dem Computer laufende externe Softwareprogramme stört.
Ein Versuch, diese Anforderungen zu erfüllen, wurde von den VLSI-Herstellern unternommen, indem sie Schaltkreise zur Verfügung stellten, die entweder die Taktsignale der CPU unterbrachen, wenn der Anwender die Tastatur nicht benutzte, und den Computer bei Bedarf aufweckten, wenn eine Taste gedrückt wurde. Beide dieser Vorgehensweisen verringern den Leistungsverbrauch, aber während dieser Zeitspanne ist der Computer tot (unbenutzbar). Im Hintergrund laufende Vorgänge wie zum Beispiel die Aktualisierung der Systemuhr, der Kommunikationsvorgänge, der Spool-Funktionen u. ä., können nicht ausgeführt werden. Einige verfügbare tragbare Computer setzen diese Schaltkreise ein. Nach einer programmierten Zeitspanne der Nichtbenutzung schaltet sich der Computer selbständig ab. Die Bedienungsperson muss das System wieder einschalten, aber er muss nicht das Betriebssystem und das Anwendungsprogramm erneut hochfahren. Der Vorteil dieser Schaltlogik ist, wie im Falle der bestehenden „Ausschalt-Funktion", eine schnelle Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft, ohne den Computer neu zu starten. Trotzdem verringert diese Methode den Leistungsverbrauch nur, wenn der Anwender den Computer verlässt, und sie führt zu keiner tatsächlichen Verlängerung des Batteriebetriebs.
Die Überhitzung von CPUs und anderen zugehörigen Baugruppen stellt ein weiteres Problem dar, das von den Herstellern tragbarer Computer noch angesprochen werden muss. CPUs sind für den Betrieb innerhalb bestimmter Temperaturbereiche ausgelegt (unterschiedlich, abhängig von CPU-Typ, Hersteller, Qualität usw.). Die Leistung und die Geschwindigkeit von CPUs nehmen ab, wenn die Grenzen der Betriebstemperaturbereiche überschritten werden, besonders der obere Temperaturbereich. Dieses Problem ist besonders bei CPUs akut, die mit CMOS-Technologie hergestellt werden, wo Temperaturen oberhalb des oberen Temperaturbereiches zu verringerter CPU-Leistung und Geschwindigkeit führen. Bestehende Techniken zur Leistungseinsparung verringern zwar den Leistungsverbrauch, aber sie messen und kontrollieren nicht auf intelligente Weise die Temperatur der CPU und/oder die Temperatur verwandter Baugruppen.
EP 0 566 395 offenbart ein Computersystem, bei dem der Adressbus überwacht wird, und, wenn sich wiederholende Zyklen erkannt werden, die Geschwindigkeit des an die CPU gelieferten Taktes herabgesetzt wird. Auch wenn die von einem Sensor angezeigte Temperatur der CPU einen Schwellwert überschreitet, wird die Geschwindigkeit herabgesetzt, unabhängig davon, was die Überwachung des Adressbusses anzeigt.
US 5 189 314 offenbart ein Computersystem, das einen Aktivitätsmonitor, einen Wärmeeinsparungsspeicher und eine Taktfrequenzauswahleinrichtung für die CPU aufweist. Ein Schätzwert von im System erzeugter Wärme wird im Speicher gehalten. Eine hohe Taktfrequenz wird ausgewählt, wenn eine Wärmeeinsparung durch einen früheren Betrieb bei niedrigerer Geschwindigkeit gespeichert wurden, eine normale Taktfrequenz wird ausgewählt, wenn das System aktiv ist, aber keine Wärmeeinsparung gespeichert wurden, und eine niedrige Frequenz wird benutzt, wenn das System inaktiv ist.
US 5 287 292 offenbart ein Computersystem, das einen Schätzwert an erzeugter Wärme speichert, der auf Busaktivität und Taktgeschwindigkeit basiert. Wenn der gespeicherte Wert einen Schwellwert erreicht, dann wird eine Kühlung durch Herabsetzung der Taktgeschwindigkeit ausgelöst.
EP 0 426 410 offenbart ein Computersystem, das die Aktivität überwacht und für die Verringerung des Leistungsverbrauchs das Verhältnis zwischen der Zeit, während der eine niedrige Taktgeschwindigkeit an die CPU angelegt wird (oder während der der Prozessor angehalten wird), und der Zeit, während der eine hohe Taktgeschwindigkeit angelegt wird, verändert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung bereitgestellt, wie sie im unabhängigen Patentanspruch 1 definiert ist.
Im Hinblick auf die oben genannten Probleme, die mit dem verwandten Fachgebiet verbunden sind, ist es auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und Methode für die Leistungseinsparung und Das Wärme-Management für Computersysteme in Echtzeit bereitzustellen, die keine Herabsetzung der Leistungsfähigkeit in Echtzeit mit sich bringt, wobei die Verringerung des Leistungsverbrauchs und das Wärme-Management für den Anwender transparent bleibt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung und Methode für die Vorhersage von Aktivitäts- und Temperaturpegeln der CPU, die für automatische Maßnahmen zur Leistungseinsparung und zur Kontrolle der Temperatur verwendet wird.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung und Methode, die Änderungen an automatischen Vorhersagen bezüglich der Aktivitäts- und Temperaturpegel durch den Anwender zulässt, und diese veränderten Vorhersagen für automatische Maßnahmen zur Leistungseinsparung und zur Kontrolle der Temperatur verwendet.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung und Methode für die Herabsetzung und Wiederherstellung von Taktgeschwindigkeiten in Echtzeit, wodurch die CPU nach einem für Softwareprogramme transparenten Zeitabschnitt der Inaktivität auf volle Verarbeitungsgeschwindigkeit zurückkehrt.
Diese Ziele werden in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung und Methode erreicht, die feststellt, ob eine CPU ruhen darf (inklusive jeglicher PCI Busse, die mit der CPU verbunden sind), und zwar basierend auf CPU-Aktivität und Temperaturpegeln, und die auf Grundlage dieser Feststellung eine Hardwareauswahleinrichtung aktiviert. Wenn die CPU ruhen oder schlafen darf, legt die Hardwareauswahleinrichtung Schwingungen auf Schlaftaktpegel an; wenn die CPU aktiv sein muss, legt die Hardwareauswahleinrichtung Schwingungen auf einem hohen Geschwindigkeitspegel an.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel prüft die vorliegende Erfindung den Status der CPU und der Temperatur, und auch die Aktivität sowohl der Bedienungsperson als auch jeglicher momentan aktiver Anwendungssoftware. Diese Abtastung der Aktivität und der Temperatur wird in Echtzeit ausgeführt, wodurch der Leistungspegel des Computers für die Steuerung der Leistungseinsparung, der CPU Temperatur und der Rechnerleistung angepasst wird. Diese Anpassungen werden innerhalb der CPU-Arbeitstakte ausgeführt und beeinträchtigen nicht die Wahrnehmung des Anwenders in Hinblick auf die Leistungsfähigkeit.
Wenn die Bedienungsperson der externen Software auf dem Betriebssystem/BIOS den Computer nicht verwendet, wird somit die vorliegende Erfindung im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein schnelles Abschalten oder Verlangsamen der CPU auslösen, bis sie wieder benötigt wird, wodurch der Leistungsverbrauch und die CPU-Temperatur verringert werden, und sie wird bei Bedarf sofort die volle CPU-Betriebsbereitschaft wiederherstellen, ohne die wahrgenommene Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Dieses Zurückschalten auf volle Betriebsbereitschaft vom „Langsam-Modus" geschieht, ohne dass der Anwender dies anfordern muss, und ohne jegliche Verzögerung im Betrieb des Computers während darauf gewartet wird, dass der Computer wieder in den „Bereit-Modus" zurückgekehrt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die neuartigen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung angesehen werden, sind in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst jedoch, genau wie ihre anderen Merkmale und Vorteile, können am besten unter Bezug auf die folgende genaue Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu verstanden werden, wobei:
1 ist ein Ablaufdiagramm, das den Selbstabstimmungsaspekt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt.
2a–2d sind Ablaufdiagramme, die die von der vorliegenden Erfindung eingesetzte aktive Überwachung der Leistungseinsparung darstellen.
3 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm, das die mit der aktiven Leistungseinsparung verbundene Hardware darstellt, die von der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
4 ist ein Schema der Schlaf-Hardware für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Schema der Schlaf-Hardware für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Wenn man in einem beliebigen System die Zeitspanne der Computeraktivität untersucht, haben die CPU und die zugehörigen Komponenten einen Nutzungs grad. Wenn der Anwender mit der Tastatur Daten eingibt, dann ist die Zeit zwischen den Tastaturanschlägen sehr lange in Bezug auf den CPU-Arbeitstakt. Während dieser Zeit kann der Computer viele Sachen erledigen, wie z. B. einen Bericht ausdrucken. Sogar während des Druckvorganges eines Berichts bleibt immer noch Zeit für zusätzliche Arbeitsschritte, wie zum Beispiel das Aktualisieren der Uhrzeit-/Kalender-Anzeige im Hintergrund. Trotzdem gibt es fast immer Leerlaufzeit, während denen die CPU nicht verwendet wird. Wenn der Computer während dieser Leerlaufzeit ausgeschaltet oder verlangsamt wird, so wird eine Leistungseinsparung in Echtzeit erreicht. Eine derartige Leistungseinsparung in Echtzeit verlängert die Dauer des Batteriebetriebs und senkt die Temperatur der CPU.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird für die Leistungseinsparung und für eine niedrigere CPU Temperatur unter MS-DOS, aber auch unter anderen Betriebssystemen, wie z. B. OS/2, XENIS und den Betriebssystemen für Apple Computer, eine Kombination aus Hardware und Software benötigt. Da die vorliegende Erfindung in jedem beliebigen System funktioniert, während die Implementierung von System zu System leicht abweichen kann, sollte berücksichtigt werden, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf Computersysteme begrenzt werden darf, die unter MS/DOS betrieben werden.
Das Verlangsamen oder das Anhalten von Komponenten in Computersystemen verringert den Leistungsverbrauch und senkt die Temperatur der CPU, obwohl die Höhe der gesparten Leistung und die Senkung der Temperatur der CPU unterschiedlich sein können. Gemäß der vorliegenden Erfindung senkt daher das Anhalten des Taktes (sofern dies möglich ist, da die Taktgeber bei einigen CPUs nicht angehalten werden können) den Leistungsverbrauch und die Temperatur der CPU in größerem Maße, als das bloße Verlangsamen des Taktes.
Im Allgemeinen kann die Anzahl von Arbeitsschritten (oder Anweisungen) pro Sekunde als ungefähr proportional zum Prozessortakt angesehen werden: Anweisungen/Sekunde = Anweisungen/Arbeitstakt*Arbeitstakte/Sekunde
Wenn man der Einfachheit halber annimmt, dass dieselbe Arbeitsanweisung wiederholt ausgeführt wird, so dass Arbeitsanweisungen/Sekunde konstant ist, kann die Beziehung folgendermaßen ausgedrückt werden: Fq = K1*Clkwobei Fq die Arbeitsanweisungen/Sekunde darstellt, K₁ ist die Konstante Arbeitsanweisungen/Arbeitstakt, und Clk ist gleich der Anzahl an Arbeitstakte/Sekunde. Grob ausgedrückt steigt folglich die Ausführungsgeschwindigkeit mit zunehmender Taktfrequenz der CPU.
Der Leistungsverbrauch zu einem beliebigen Zeitpunkt, hängt auch von der Taktfrequenz der CPU ab, und dadurch von der Ausführungsgeschwindigkeit. Im Allgemeinen kann diese Abhängigkeit folgendermaßen ausgedrückt werden: P = K2 + (K3*Clk)wobei P die Leistung in Watt ist, K₂ ist eine Konstante in Watt, K₃ ist eine Konstante, die die Anzahl der Watt-Sekunden/Arbeitstakt ausdrückt, und Clk ist gleich der Anzahl der Arbeitstakte/Sekunde des CPU-Taktes. Folglich kann auch festgestellt werden, dass der Leistungsverbrauch zu einem beliebigen Zeitpunkt ansteigt, wenn die Taktfrequenz der CPU erhöht wird.
Nehmen wir an, dass eine vorgegebene Zeitspanne T in N Abschnitte unterteilt wird, so dass die Leistung P während jedem Abschnitt konstant ist. Dann wird die Höhe der Energie E, die während T aufgewendet wird folgendermaßen berechnet: E = P(1) delta T1 + P(2) delta T2 ... P(N) delta TN
Nehmen wir weiter an, dass der CPU-Takt „CLK" nur zwei verschiedene Zustände kennt, entweder „AN" oder „AUS". Zum Zwecke dieser Erörterung stellt der Zustand „AN" die höchste Taktfrequenz der CPU dar, während der Zustand „AUS" die niedrigste Taktfrequenz darstellt, bei der die CPU betrieben werden kann (dieser Wert kann für CPUs, deren Taktsignal unterbrochen werden kann, Null betragen). Für den Zustand, in dem die Taktfrequenz der CPU immer auf „AN" steht, ist jedes P(i) in der vorhergehenden Gleichung gleich und die Gesamtenergie beträgt: E(max) = P(an)*(delta T1 + delta T2 ... delta TN) = P(an)*T
Dieser Wert stellt den maximalen Leistungsverbrauch des Computers dar, wenn keinerlei Maßnahmen zur Verringerung des Leistungsverbrauchs angewendet werden. Wenn der CPU-Taktgeber während eines Teils der Abschnitte auf „AUS" steht, dann gibt es zwei mögliche Leistungspegel pro Abschnitt. P(an) entspricht der Leistung, die verbraucht wird, wenn der Taktgeber auf „AN" steht, während P(aus) der Leistung entspricht, die verbraucht wird, wenn der Taktgeber auf „AUS" steht. Wenn alle Zeitabschnitte, in denen der Taktgeber auf „AN" steht, zur Größe „T(an)" zusammenaddiert werden und die „AUS"-Abschnitte zur Größe „T(aus)" zusammenaddiert werden, dann folgt daraus: T = T(an) + T(aus)
Jetzt kann die Energie, die während der Zeitspanne T verbraucht wird, folgendermaßen geschrieben werden: E = [P(an)*T(an)] + [P(aus)*T(aus)]
Unter diesen Bedingungen kann die verbrauchte Gesamtenergie durch eine Erhöhung der T(aus)-Abschnitte verringert werden. Folglich kann die verbrauchte Energiemenge, verrnigert werden, indem man die Zeitabschnitte steuert, während denen der Taktgeber auf „AUS" steht. Wenn die T(aus)-Zeitspanne in eine große Anzahl von Zeitabschnitten während der Zeitspanne T unterteilt wird, dann ist der Energieverbrauch am höchsten, je mehr die Länge jedes Abschnitts gegen Null geht. Umgekehrt verringert sich der Energieverbrauch je länger die T(aus)-Abschnitte werden.
Wenn die „AUS"-Abschnitte so angeordnet werden, dass sie mit den Zeitspannen übereinstimmen, während denen die CPU normalerweise inaktiv ist, dann kann der Anwender keinerlei Verringerung der Leistungsfähigkeit wahrnehmen, und der gesamte Energieverbrauch wird im Vergleich zum E(max)-Zustand verringert. Um die T(aus)-Abstände mit den Zeitspannen der Ruhezustände der CPU zu synchronisieren, werden die Aktivitäts- und Temperaturpegel in der CPU dazu verwendet, die Länge der T(aus)-Abstände in einer endlosen Schleife zu bestimmen. 1 zeigt eine derartige endlose Schleife. Der Aktivitäts-Pegel in der CPU wird in Schritt 10 bestimmt. Wenn dieser Pegel eine Verringerung im Vergleich zu einem direkt davor bestimmten Zustand darstellt (Schritt 22), dann erhöht die vorliegende Erfindung den T(aus)-Abstand (Schritt 20) und fährt fort, den Aktivitätspegel in der CPU zu bestimmen. Wenn andererseits dieser Aktivitätspegel eine Erhöhung im Vergleich zu einem direkt davor bestimmten Zustand darstellt (Schritt 22), wird festgestellt, ob die Temperatur der CPU Besorgnis erregend ist oder nicht (Schritt 24). Wenn die Temperatur der CPU nicht Besorgnis erregend ist, verringert die vorliegende Erfindung den T(aus)-Abstand (Schritt 30) und beginnt erneut damit, den Aktivitätspegel in der CPU zu bestimmen. Wenn andererseits die Temperatur der CPU Besorgnis erregend ist, wird festgestellt, ob die CPU kritische E/A verarbeitet, eine kritische Funktion oder einen kritischen Echtzeitvorgang ausführt oder nicht (Schritt 26). Wenn kritische E/A verarbeitet, eine kritische Funktion oder ein kritischer Echtzeitvorgang ausgeführt wird, verringert die vorliegende Erfindung den T(aus)-Abstand (Schritt 30) und beginnt erneut damit, den Aktivitätspegel in der CPU zu bestimmen. Wenn keine kritische E/A verarbeitet werden, erhöht die vorliegende Erfindung den T(aus)-Abschnitt (Schritt 20) und fährt fort, den Aktivitätspegel in der CPU zu bestimmen. Folglich werden die T(aus)-Abstände kontinuierlich angepasst, um dem System-Aktivitätspegel zu entsprechen und um den Temperaturpegel in der CPU zu kontrollieren.
Das Kontrollieren der CPU-Temperatur (Wärme-Management) ist notwendig, da CPUs für den Betrieb innerhalb bestimmter Temperaturbereiche konzipiert sind. Die Leistungsfähigkeit und die Geschwindigkeit von CPUs nehmen ab, wenn die Obergrenzen der Betriebstemperatur überschritten werden (besonders bei mit CMOS-Technologie hergestellten CPUs, wo Temperaturen über dem oberen Temperaturbereich zu verringerter CPU-Geschwindigkeit führen). Die Wärmeabgabe einer CPU steht in direkter Verbindung mit der Leistung, die von der CPU verbraucht wird, und der Wärme, die sie von sich in unmittelbarer Nähe befindlichen Bauteilen und Schaltkreisen aufnimmt. Der Leistungsverbrauch einer CPU steigt mit zunehmender Taktgeschwindigkeit der CPU und mit zunehmender Anzahl der von der CPU pro Sekunde auszuführenden Anweisungen. Als Folge dessen werden Probleme, die auf Wärme zurückzuführen sind, immer häufiger, je mehr schnellere und komplexere CPUs vorgestellt und in elektronische Geräte eingebunden werden.
In jedem Betriebssystem gibt es zwei Schlüsselpunkte in der Logik: eine LEERLAUF- oder „tu-nichts"-Schleife innerhalb des Betriebssystems und einen Anforderungskanal des Betriebssystems, der normalerweise für die Dienste verfügbar ist, die von der Anwendungssoftware benötigt werden. Indem man die Logik nach diesen Logikpunkten ausrichtet, kann die An der von einer Anwendungssoftware getätigten Aktivitätsanforderung, ausgewertet werden, die Leistungseinsparung und das Wärme-Management können aktiviert werden und Zeitscheiben können festgestellt werden. Eine Zeitscheibe ist das Verhältnis von T(an)- zu T(aus)-Abschnitten im Zeitablauf, das auf Grundlage der Aktivitäts- und Temperaturpegel in der CPU berechnet wurde. Um den Aktivitätspegel in der CPU zu bestimmen, kann man eine Annahme treffen: Softwareprogramme, die Dienste benötigen, benötigen normalerweise auch zusätzliche Dienste, und die Zeitspanne zwischen den Anforderungen der Dienste kann dafür verwendet werden, um den Aktivitätspegel einer beliebigen auf dem Computer ausgeführten Anwendungssoftware festzustellen und dadurch Zeitscheiben für die Leistungseinsparung gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Eine weitere Annahme, die getroffen werden kann, ist die, dass jede CPU einen für diese CPU einzigartigen Wärmekoeffizienten hat – CPU-Temperatur-Anstiegszeit, maximale CPU-Betriebstemperatur, CPU-Temperatur-Abnahmezeit und für das Wärme-Management benötigte Eingriffszeit. Wenn diese Informationen nicht vom Hersteller der CPU bereitgestellt werden, dann muss die verwendete CPU getestet werden (oder eine andere CPU desselben Fabrikats und Ausführungstyps, die unter ähnlichen Bedingungen getestet wurde), um genaue Informationen zu erhalten.
Sobald die CPU während einer Leistungseinsparungs- und Wärme-Management-Scheibe (T(aus)) unterbrochen wird, speichert die CPU den Zustand der unterbrochenen Routinen, bevor sie ihn an die unterbrechende Software vektorisiert. Da die Software für die Leistungseinsparung und Das Wärme-Management während dieses Vorgangs aktiv war, wird natürlich die Kontrolle an die aktive Schleife zur Leistungseinsparung und zum Wärme-Management zurückgegeben (Überwachungsprogramm 40), die einfach den Takt der CPU überwacht, um für den Modus zur Leistungseinsparung und zum Wärme-Management eine Voraussetzung zum Verlassen zu bestimmen, wodurch vom T(aus)-Zustand in den T(an)-Zustand gewechselt wird. Der Abschnitt des nächsten Zustandes der Leistungseinsparung und des Wärme-Managements wird vom Aktivitätspegel-Überwachungsprogramm so angepasst, wie oben in Zusammenhang mit 1 beschrieben. Einige Implementierungen können durch die Hardware-Logik ein automatisches Verlassen des T(aus)-Abschnitts schaffen, wodurch die Schleife zur Leistungseinsparung und zum Wärme-Management automatisch verlassen und ein Abschnitt T(an) ausgeführt wird.
Im speziellen sehen wir uns nun die 2a–2d an, die das aktive Überwachungsprogramm 40 zur Leistungseinsparung und zum Wärme-Management der vorliegenden Erfindung zeigt. Die CPU installiert das Überwachungsprogramm 40 entweder durch ein Programm, das im Festwertspeicher (ROM) der CPU gespeichert ist, oder es lädt sie von einem externen Gerät, das dieses Programm gespeichert hat, in den Arbeitsspeicher (RAM). Sobald die CPU Überwachungsprogramm 40 geladen hat, fährt es bei INIT 50 mit der Initialisierung der System-Unterbrechung, mit dem Anwender-Konfigurations-Setup und der system-/anwendungsspezifischen Initialisierung fort. LEERLAUF Zweig 60 (näher beschrieben in 2b) wird bei einer LEERLAUF- oder „tu-nichts"-Funktion von einer Hardware- oder Software-Unterbrechung ausgeführt. Diese An von Unterbrechung wird von der CPU ausgelöst, wenn sie entweder eine LEERLAUF- oder eine „tu-nichts"-Funktion beginnt. Diese Art von Unterbrechung wird von der CPU ausgelöst, wenn sie entweder eine LEERLAUF- oder eine „tu-nichts"-Schleife (d. h., geplante Inaktivität) beginnt. Der AKTIVITÄT Zweig 70 des Ablaufdiagramms, näher beschrieben unten in Bezug auf 2d, wird auf Grund einer Anforderung des Betriebssystems oder eines E/A-Dienstes, eines Anwendungsprogramms oder einer internen Betriebssystemfunktion, von einer Hardware- oder Software-Unterbrechung ausgeführt. Eine von einem Programm getätigte E/A-Dienstanforderung kann zum Beispiel ein Platten-E/A-Vorgang sein, oder ein Befehl zum lesen, drucken, laden etc. Unabhängig vom ausgewählten Zweig wird die Kontrolle letztendlich wieder zum CPU Betriebssystem bei RÜCKSPRUNG 80 zurückgegeben. Der INIT Zweig 50 dieses Ablaufdiagramms, wie in 2a abgebildet, wird nur einmal ausgeführt, wenn es durch ein Programm in den ROM geladen wurde, oder es wird jedes mal während dem Hochfahren ausgeführt, wenn es von einem externen Gerät in den RAM geladen wurde. Sobald dieser Zweig der aktiven Überwachung des Leistungs- und Wärme-Managements 40 vollständig ausgeführt wurde, wird jedes mal, wenn die Kontrolle vom Betriebssystem an den Modus zur Leistungseinsparung und zum Wärme-Management übergeben wird, entweder der Zweig LEERLAUF 60 oder der Zweig AKTIVITÄT 70 ausgewählt, je nach der Art der CPU-Aktivität: Der Zweig LEERLAUF 60 zur Leistungseinsparung und zum Wärme-Management während geplanter Inaktivität und der Zweig AKTIVITÄT 70 zur Leistungseinsparung und zum Wärme-Management während CPU-Aktivität.
Bei näherer Betrachtung des Zweiges INIT 50, nachdem alle System-Unterbrechungen und Variablen initialisiert wurden, fährt die Routine bei Schritt 90 fort und setzt den Leistungs_Pegel gleich dem STANDARD_PEGEL. In Betriebssystemen, bei denen der Anwender eine Eingabesteuerung für den Leistungs_Pegel hat, untersucht das Programm in Schritt 100, ob ein Anwender_Pegel ausgewählt wurde. Wenn der Anwender_Pegel kleiner als Null oder größer als der MAXIMAL_PEGEL ist, verwendet das System den STANDARD_PEGEL. Anderenfalls fährt es mit Schritt 110 fort, wo es den Leistungs_Pegel gleich dem Anwender_Pegel setzt.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung setzt das System in Schritt 120 die Variable Leerlauf_Signal auf Null und die Variable Aktivitäts_Signal auf Null. Bei einer MS/DOS-Implementierung. Leerlauf_Signal bezieht sich auf die Anzahl der Unterbrechungen, die in einer „tu-nichts"-Schleife gezählt wurden. Aktivitäts_Signal bezieht sich auf die Anzahl der Unterbrechungen, die von einer Aktivitätsunterbrechung verursacht wurden, was wiederum den Aktivitätspegel in der CPU bestimmt. Die Signalzahl stellt einen Zeitunterschied für die nächste Unterbrechung dar. Leerlauf_Signal ist ein konstanter Zeitunterschied von einem Signal zu einem anderen (Unterbrechung), sofern es nicht von einer Software-Unterbrechung überschrieben wurde. Eine Software-Unterbrechung kann den Zeitunterschied zwischen den Unterbrechungen umprogrammieren.
Nachdem die Variablen auf Null gesetzt wurden, fährt die Routine mit Setup 130 fort; zu diesem Zeitpunkt erfolgt die Feineinstellung jeglicher anwendungsspezifischer Konfigurationen in Bezug auf systemspezifische Details, und das System wird initialisiert. Als nächstes macht die Routine den Unterbrechungs-E/A (Schritt 140) mit Anweisungen für die Hardware bereit, die anzeigen, dass die Hardware die Kontrolle bei der nächsten Unterbrechung übernehmen kann. Der Zweig INIT 50 gibt dann bei RÜCKSPRUNG 80 an das Betriebssystem zurück oder dahin, von wo ursprünglich die aktive Überwachung des Leistungs- und Wärme-Managements aufgerufen wurde.
Sehen wir uns nun den Zweig LEERLAUF 60 des aktiven Überwachungsprogramms 40 des Leistungs- und Wärme-Managements an, das näher unter 2b beschrieben ist. Als Antwort auf eine geplante Inaktivität der CPU überprüft das Überwachungsprogramm 40 (nicht explizit in dieser Abbildung gezeigt), ob der Zugang zum Zweig LEERLAUF 60 gestattet ist, indem es erst feststellt, ob die Aktivitäts-Unterbrechung momentan tätig ist. Wenn TÄTIG_A gleich TÄTIG_FLAG (Schritt 150) ist, das ein Wiedereintritts-Flag ist, dann ist die CPU tätig und kann jetzt nicht in den Schlafmodus versetzt werden. Deshalb fährt das Überwachungsprogramm 40 sofort mit RÜCKSPRUNG L 160 fort und verlässt die Routine. RÜCKSPRUNG L 160 ist ein indirekter Vektor zur vorhergehenden Betriebssystem-LEERLAUF-Vektor-Unterbrechung für normale Verarbeitung, der vor dem Eintritt von Überwachungsprogramm 40 gespeichert wurde. (D. h., dies verursacht einen Unterbrechungs-Rücksprung zum letzten verketteten Vektor.)
Wenn das TÄTIG_A Unterbrechungs-Flag nicht tätig ist, dann überprüft das Überwachungsprogramm 40, ob das Tätig_Leerlauf Unterbrechungs-Flag, TÄTIG_L, gleich TÄTIG)_FLAG (Schritt 170) ist. In diesem Fall zeigt dies, dass sich das System bereits im Zweig LEERLAUF 60 des Überwachungsprogramms 40 befindet und das System sich daher nicht selbst unterbrechen sollte. Wenn TÄTIG_L = TÄTIG_FLAG ist, verlässt das System die Routine beim indirekten Vektor 160 RÜCKSPRUNG_L.
Wenn jedoch weder Tätig_A Wiedereintritts-Flag, noch TÄTIG_L Wiedereintritts-Flag gesetzt wurden, dann setzt die Routine das TATIG_L-Flag in Schritt 180 auf Wiedereintrittsschutz (TÄTIG_L = TÄTIG_FLAG). In Schritt 190 wird das Leerlauf Signal um eins erhöht. Leerlauf Signal ist die Anzahl von T(an)-Abschnitten vor einem T(off)-Abschnitt und wird von LEERLAUF-Unterbrechungen, Setup-Unterbrechungen und Aktivitäts- und Temperaturpegeln in der CPU bestimmt. Leerlauf_Signal wird um eins erhöht, um die Glättung von Vorgängen zu ermöglichen, wodurch eine kritische E/A-Aktivität die Glättung kontrollieren kann.
In Schritt 200 überprüft das Überwachungsprogramm 40, ob Leerlauf Signal gleich LEERLAUF_MAXSIGNALE ist. LEERLAUF_MAXSIGNALE ist eine der Konstanten, die in Setup 130 des Zweiges INIT 50 initialisiert wurden, sie bleibt für ein System konstant und sie ist verantwortlich für die Selbstabstimmung der Aktivitäts- und Temperaturpegel. Wenn Leerlauf_Signal ungleich LEERLAUF_MAXSIGNALE ist, wird das TÄTIG_L-Flag in Schritt 210 gelöscht und verlässt die Schleife, um beim indirekten Vektor 160 RÜCKSPRUNG L fort zu fahren. Wenn jedoch Leerlauf_Signal gleich LEERLAUF_MAXSIGNALE ist, wird Leerlauf_Signal mit LEERLAUF_AUSGANGS_SIGNALE (Schritt 220) gleichgesetzt. LEERLAUF_AUSGANGS_SIGNALE ist eine Konstante, die Null betragen darf, aber nicht muss (davon abhängig, ob der Takt der betreffenden CPU unterbrochen werden kann). Dieser Schritt stellt die Selbstabstimmung in Bezug darauf fest, wie oft die restlichen Schlaf-Funktionen ausgeführt werden dürfen. Indem man LEERLAUF_AUSGANGS_SIGNALE gleich setzt mit LEERLAUF_MAXSIGNALE minus eins, kann ein kontinuierlicher T(aus)-Abschnitt erreicht werden. In Schritt 230 wird der Leistungs_Pegel überprüft. Wenn er gleich Null ist, löscht das Überwachungsprogramm das TÄTIG_L-Flag (Schritt 210), verlässt die Routine bei RÜCKSPRUNG L 160 und gibt dem Betriebssystem die Kontrolle zurück, damit es damit weitermachen kann, was es ursprünglich getan hat, bevor es in das aktive Leistungs-Überwachungsprogramm 40 eingetreten ist.
Wenn jedoch der Leistungs_Pegel bei Schritt 240 nicht gleich Null ist, stellt die Routine fest, ob eine Unterbrechungs-Maske vorhanden ist. Eine Unterbrechungs-Maske wird von der System/Anwendungssoftware gesetzt und stellt fest, ob für das Überwachungsprogramm 40 Unterbrechungen vorhanden sind. Wenn Unterbrechungen NICHT_VERGÜGBAR sind, wird das TÄTIG_L Wiedereintritts-Flag gelöscht und die Kontrolle dem Betriebssystem zurückgegeben, damit es damit weitermachen kann, was es ursprünglich getan hat, bevor es in das Überwachungsprogramm 40 eingetreten ist. Betriebssysteme, wie auch Anwendungssoftware, können einen T(an)-Abschnitt festsetzen, um einen kontinuierlichen T(an)-Zustand zu haben, indem sie die Unterbrechungsmaske gleich NICHT_VERFÜGBAR setzen.
Nehmen wir an, dass eine Unterbrechung VERFÜGBAR ist, dann fährt das Überwachungsprogramm 40 mit der LEISTUNG EINSPAREN Subroutine 250 fort, die während eines vom Hardware-Zustand ausgelösten T(aus)-Abstandes vollständig durchlaufen wird. (Im bevorzugten Ausführungsbeispiel, zum Beispiel, ist die längstmögliche Zeitspanne 18 ms; das ist die längste Zeit zwischen zwei Signalen oder Unterbrechungen des Echtzeit-Taktes.) Während der LEISTUNG EINSPAREN Subroutine 250 wird der CPU-Takt auf einen Schlaftaktpegel heruntergesetzt.
Sobald ein kritischer E/A-Vorgang die T(an)-Abschnitte erzwingt, tendiert der Zweig LEERLAUF 60 Unterbrechung dazu, für zusätzliche kritische E/A-Anforderungen bereit zu sein. Wenn die CPU mit einem kritischen E/A-Vorgang beschäftigt ist, sind weniger T(aus)-Abstände verfügbar. Umgekehrt sind mehr T(aus)-Abstände verfügbar, wenn die kritischen E/A-Anforderungen abnehmen, und die Zeitabschnitte zwischen ihnen zunehmen. Der Zweig LEERLAUF 60 ist ein sich selbst abstimmendes System, das auf Rückmeldungen von den CPU-Aktivitäts- und Temperatur-Unterbrechungen basiert, und das dazu neigt, mehr T(aus)-Abstände bereit zu stellen, wenn die Aktivitätspegel sinken und/oder die CPU-Temperatur Besorgnis erregend ist. Sobald das Überwachungsprogramm 40 die LEISTUNG EINSPAREN Subroutine 250 vollständig abgeschlossen hat, wie in 2c gezeigt und näher im folgenden beschrieben, wird das TÄTIG_L Wiedereintritts-Flag gelöscht (Schritt 210) und die Kontrolle wird bei RÜCKSPRUNG L 160 an das Betriebssystem zurückgegeben, das ursprünglich das Überwachungsprogramm 40 angefordert hat.
Sehen wir uns nun 2c an, ein Ablaufdiagramm, das die LEISTUNG EINSPAREN Subroutine 250 abbildet. Das Überwachungsprogramm 40 stellt den Wert des E/A Hardware Hochgeschwindigkeitstaktes in Schritt 260 fest. Es setzt die MOMENTANE_TAKTFREQUENZ gleich mit dem relevanten Hochgeschwindigkeitstakt und speichert diesen Wert, damit er für CPUs mit mehreren Hochgeschwindigkeitstakten verwendet werden kann. Somit, wenn eine bestimmte CPU Hochgeschwindigkeitstakte von 12 MHz und 6 MHz hat, muss das Überwachungsprogramm 40 feststellen, mit welchem Hochgeschwindigkeitstakt die CPU betrieben wird, bevor das Überwachungsprogramm 40 die Leistung reduziert, damit es den richtigen Hochgeschwindigkeitstakt für die CPU wiederherstellen kann, wenn die CPU aufgeweckt wird. In Schritt 270 wird die Gespeicherte_Taktfrequenz mit der festgestellten MOMENTANEN_TAKT-FREQUENZ gleichgesetzt. Gespeicherte_Taktfrequenz 270 wird nicht verwendet, wenn es nur einen Hochgeschwindigkeitstakt für die CPU gibt. Das Überwachungsprogramm 40 fährt nun mit SCHLAFTAKT 280 fort, wo ein Impuls an die Hardwareauswahleinrichtung (abgebildet in 3) gesendet wird, um die CPU in den Schlafzustand zu versetzen (d. h. die Taktfrequenz zu verlangsamen oder zu unterbrechen). Der E/A-Anschluss Hardware-Schlaftakt hat viel niedrigere Schwingungen, als der normalerweise anliegende CPU-Takt.
An diesem Punkt können zwei verschiedene Ereignisse eintreten. Eine System-/Anwendungs-Unterbrechung kann eintreten, oder eine Echtzeit-Taktunterbrechung kann eintreten. Wenn eine System-/Anwendungs-Unterbrechung 290 eintritt, fährt das Überwachungsprogramm 40 mit der Unterbrechungsroutine 300 fort, verarbeitet die Unterbrechung schnellstmöglich, macht die E/A Unterbrechung in Schritt 310 bereit und kehrt dazu zurück, festzustellen, ob es eine Unterbrechung gab (Schritt 320). Da es in diesem Fall eine Unterbrechung gab, wird die Gespeicherte_Taktfrequenz (Schritt 330) dazu verwendet, festzustellen, zu welchem Hochgeschwindigkeitstakt die CPU zurückkehren soll, und die LEISTUNG EINSPAREN Subroutine 250 wird bei RÜCKSPRUNG 340 verlassen. Wenn jedoch keine System-/Anwendungs-Unterbrechung empfangen wird, wird die LEISTUNG EINSPAREN Subroutine 250 so lange warten, bis eine Echtzeit-Taktunterbrechung eingetreten ist (Schritt 320). Sobald eine solche Unterbrechung eintritt, wird die LEISTUNG EINSPAREN Subroutine 250 die Unterbrechungsschleife 320 mehrere Male ausführen. Wenn jedoch die Kontrolle übergeben wird, wenn die Schlaftaktfrequenz Null war, anders ausgedrückt, es gab keinen Takt dann wird die LEISTUNG EINSPAREN Subroutine 250 die Unterbrechungsschleife 320 einmal ausführen, bevor sie den CPU-Takt auf den Wert von Gespeicherte_Taktfrequenz 330 zurücksetzt und die Routine verlässt (Schritt 340).
Sehen wir uns nun 2d an, ein Ablaufdiagramm, das den Zweig AKTIVITÄT 70 zeigt, der von einer Anwendungs-/System-Aktivitätsanforderung durch eine Dienstanforderungsunterbrechung des Betriebssystems ausgelöst wird. Der Zweig AKTIVITÄT 70 beginnt mit einem Wiedereintrittsschutz. Das Überwachungsprogramm 40 stellt in Schritt 350 fest, ob TÄTIG_L auf TÄTIG_FLAG festgesetzt wurde. Wenn ja, dann bedeutet dies, dass das System sich schon im Zweig AKTIVITÄT 70 befindet und nicht unterbrochen werden kann. Wenn TÄTIG_L = TÄTIG_FLAG, dann kehrt das Überwachungsprogramm 40 zu RÜCKSPRUNG L 160 zurück, das ein indirekter Vektor zu einer alten Aktivitäts-Vektor-Unterbrechung für normale Verarbeitung ist, und zwar durch einen Unterbrechungsvektor, nachdem das Betriebssystem den angeforderten Dienst ausgeführt hat.
Wenn jedoch TÄTIG_L nicht gleich TÄTIG_FLAG ist, was bedeutet, dass der Zweig AKTIVITÄT 70 nicht aufgerufen wurde, dann stellt das Überwachungsprogramm 40 in Schritt 360 fest, ob das TÄTIG_A Flag gleich dem TÄTIG_FLAG gesetzt wurde. Wenn ja, dann wird die Kontrolle dem System an diesem Punkt zurückgegeben, da der Zweig AKTIVITÄT 70 schon benutzt wird und nicht unterbrochen werden kann. Wenn das Tätig_A Flag nicht gesetzt wurde, anders ausgedrückt, Tätig_A ist nicht gleich TÄTIG_FLAG, dann setzt das Überwachungsprogramm 40 Tätig_A gleich TÄTIG_FLAG in Schritt 370, damit es nicht während der Ausführung des Zweiges AKTIVITÄT 70 unterbrochen wird. In Schritt 380 wird der Leistungs Pegel festgestellt. Wenn der Leistungs_Pegel gleich Null ist, verlässt das Überwachungsprogramm 40 den Zweig AKTIVITÄT 70, nachdem es das Tätig_A Wiedereintrittsflag gelöscht hat (Schritt 390). Wenn jedoch der Leistungs_Pegel nicht gleich Null ist, wird die MOMENTANE_TAKTFREQUENZ der E/A Hardware als nächstes bestimmt. Wie auch im Falle von Schritt 270 in 2c verwendet Schritt 400 in 2d die MOMENTANE_TAKTFREQUENZ, wenn es bei einer bestimmten CPU mehrere Hochgeschwindigkeitstakte gibt. Sonst ist die MOMENTANE_TAKTFREQUENZ immer gleich dem CPU Hochgeschwindigkeitstakt. Nachdem die MOMENTANE_TAKTFREQUENZ festgestellt wurde (Schritt 400), wird in Schritt 410 Leerlauf Signal gleichgesetzt mit der Konstante AUSGANGS_SIGNALE, die für die vorher bestimmte MOMENTANE_TAKT FREQUENZ festgelegt wurde. T(aus) Abschnitte werden auf Grundlage des momentan aktiven Hochgeschwindigkeitstaktes festgelegt.
Das Überwachungsprogramm 40 stellt als nächsten Schritt fest, dass eine Anforderung vorliegt. Eine Anforderung ist eine Eingabe von einer auf einem Computer laufenden Anwendungssoftware, die auf eine bestimmte Art eines benötigten Dienstes abzielt. In Schritt 420 stellt das Überwachungsprogramm 40 fest, ob die Anforderung ein KRITISCHER E/A ist. Wenn die Anforderung ein KRITISCHER E/A ist, wird es T(an) kontinuierlich dazu bringen, sich zu verlängern, bis die Anzahl von T(an) größer ist als die von T(aus), und das Überwachungsprogramm 40 verlässt den Zweig AKTIVITÄT 70, nachdem es das Tätig_A Wiedereintrittsflag gelöscht hat (Schritt 390). Wenn andererseits die Anforderung kein KRITISCHER E/A ist, dann wird das Aktivitäts Signal in Schritt 430 um eins erhöht. Es wird dann in Schritt 440 festgestellt, ob das Aktivitäts_Signal jetzt gleich AKTIVITÄTS_MAXSIGNALE ist. Schritt 440 erlaubt eine Glättung von einem KRITISCHEN E/A und bereitet das System vor, und zwar von einem anderen KRITISCHEN E/A während den Aktivitäts_Signal-T(an)-Abschnitten. Nehmen wir an, dass Aktivitäts Signal nicht gleich AKTIVITÄTS_MAXSIGNALE ist, dann wird der Zweig AKTIVITÄT 70 verlassen, nachdem das Tätig_A Wiedereintrittsflag gelöscht wurde (Schritt 390). Wenn andererseits das Aktivitäts Signal gleich der Konstante AKTIVITÄTS_MAXSIGNALE ist, dann wird das Aktivitäts_Signal in Schritt 450 mit der Konstante PEGEL_MAXSIGNALE gleichgesetzt, die für den betroffenen Leistungs_Pegel in Schritt 380 festgelegt wurde.
Jetzt stellt das Überwachungsprogramm 40 fest, ob eine Unterbrechungsmaske existiert (Schritt 460). Eine Unterbrechungsmaske wird von der System/Anwendungssoftware gesetzt. Wenn es auf NICHT_VERFÜGBAR gesetzt wird, wird ein kontinuierlicher T(an)-Status geschaffen. Wenn die Unterbrechungsmaske gleich NICHT_VERFÜGBAR ist, sind zu diesem Zeitpunkt keine Unterbrechungen verfügbar und das Überwachungsprogramm 40 verlässt den Zweig AKTIVITÄT 70, nachdem es das Tätig_A Wiedereintrittsflag gelöscht hat (Schritt 390). Wenn jedoch eine Unterbrechung VERFÜGBAR ist, stellt das Überwachungsprogramm 40 in Schritt 470 fest, ob die in Schritt 420 identifizierte Anforderung eine LANGSAME E/A_UNTERBRECHUNG forderte. Langsame E/A-Anforderungen können eine Verzögerung haben, bis das E/A-Gerät „bereit" ist. Während dem „Bereitmachungs"-Vorgang, kann ein kontinuierlicher T(aus) Abschnitt festgesetzt und ausgeführt werden, um Leistung einzusparen. Folglich, wenn die Anforderung keine LANGSAME E/A_UNTERBRECHUNG ist, wird der Zweig AKTIVITÄT 70 verlassen, nachdem das Tätig_A Wiedereintrittsflag gelöscht wurde (Schritt 390). Wenn jedoch die Anforderung eine LANGSAME E/A_UNTERBRECHUNG ist, und wenn noch Zeit vorhanden ist, bevor das E/A-Gerät „bereit" ist, stellt das Überwachungsprogramm 40 dann in Schritt 480 fest, ob die E/A-Anfrage KOMPLETT ist (d. h. ist das E/A-Gerät bereit?). Wenn das E/A-Gerät nicht bereit ist, dann bringt das Überwachungsprogramm 40 T(aus) kontinuierlich dazu, sich zu verlängern, wodurch die CPU gezwungen wird, zu warten oder zu schlafen, bis das LANGSAME E/A-Gerät bereit ist. Zu diesem Punkt hat es Zeit, Leistung einzusparen und der Zweig AKTIVITÄT 70 tritt in die LEISTUNG EINSPAREN Subroutine 250 ein, die vorhergehend in Verbindung mit 2c beschrieben wurde. Wenn jedoch die E/A-Anforderung KOMPLETT ist, wird dem Betriebssystem die Kontrolle zurückgegeben, sobald das Überwachungsprogramm 40 den Zweig AKTIVITÄT 70 verlassen hat, nachdem es das Tätig_A Wiedereintrittsflag gelöscht hat (Schritt 390).
Selbstabstimmung ist innerhalb des Kontrollsystems von kontinuierlichen Rückführkreisen inhärent. Die Software der vorliegenden Erfindung kann feststellen, wann die Aktivität der CPU niedrig und/oder die Temperatur der CPU so hoch ist, dass sie Besorgnis erregend ist, und dadurch, wann der Aspekt der Leistungseinsparung und des Wärme-Managements der vorliegenden Erfindung zu aktivieren sind. Um festzustellen, wann die Temperatur der CPU so hoch ist, dass sie Besorgnis erregend ist, überwacht die Leistungs- und Wärme-Management-Software einen Thermistor, der sich neben der CPU auf der PWB-Platine befindet (oder direkt auf oder in der CPU befestigt ist, wenn die CPU einen Thermistor aufweist). In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung überwacht die Software den Thermistor 18 mal pro Sekunde durch einen A/D-Wandler. Wenn keine Leistung eingespart wird und die Temperatur des Thermistors innerhalb akzeptabler Parameter liegt, dann wird die Überwachung mit derselben Geschwindigkeit fortgesetzt. Wenn jedoch die Temperatur des Thermistors ansteigt, wird ein Alarmsignal ausgelöst, um dem System mitzuteilen, dass die Temperatur der CPU auf mögliche Wärme-Management-Maßnahmen verfolgt wird. Jede CPU hat einen Temperatur-Koeffizienten, der eindeutig für diese bestimmte CPU ist. Informationen darüber, wie lange es dauert, die Temperatur anzuheben, und an welchem Punkt eingegriffen werden muss, um eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit zu verhindern, muss von der Information abgeleitet werden, die mit der CPU geliefert wurde oder von Tests.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in die Hardware ein Zähler gesetzt, um eine Ad-hoc-Unterbrechung zu liefern (der Zähler basiert auf dem Koeffizienten des Temperaturanstiegs). Das Wärme-Management-System muss wissen, wie lange es dauert, bis die Temperatur der CPU abfällt, um den Temperatur-Effekt zu minimieren. Wenn der Zähler rückwärts zählt und eine aktive Leistungsunterbrechung empfängt, wird die Ad-hoc-Unterbrechung abgeschaltet, weil die Kontrolle durch das aktive Leistungs- und Wärme-Management wiedererlangt wurde. Das Ergebnis ist eine unbemerkte praktisch ausführbare Leistungseinsparung. Die Ad-hoc-Unterbrechung k ann aufgehoben oder abgeändert werden, und zwar durch die aktive Leistungsunterbrechung, die die Art der Steigung, d. h. nach oben oder nach unten, und die Zählung überprüft, und die das Ad-hoc-Verfahren des Hoch- und Hinunterzählens in Echtzeit auf der Basis dessen anpassen kann, womit die CPU gerade beschäftigt ist. Wenn es keine Echtzeit-Unterbrechungen gibt, dann übernimmt der Zeitgeber-Abschnitt kontinuierlich die Aufgabe, den allmählichen Temperaturanstieg zu überwachen, und er wird den Ad-hoc-Zähler nach oben oder unten anpassen, wie es gerade benötigt wird. Das Ergebnis ist ein dynamisches Feedback des aktiven Leistungs- und Wärme-Managements zum Ad-hoc-Zähler, wobei diese Information mit der dynamischen Anpassung abgeglichen wird, basierend auf dem Anstieg oder Absinken der Temperatur zu einem beliebigen Zeitpunkt und basierend darauf, wie lange es dauert, bis diese Temperatur durch den Gefahrenpunkt gefallen oder gestiegen ist. Dies ist ein anderes Konzept, als lediglich einen Ad-hoc-Zeitgeber einzusetzen und ihn laufen zu lassen.
Nehmen wir zum Beispiel an, dass die eingesetzte CPU eine maximale sichere Betriebstemperatur von 95 Grad C hat (basierend auf dem Datenblatt der CPU oder auf tatsächlichen Tests). Nehmen wir weiter an, dass sich ein Thermistor neben der CPU befindet, und dass wenn das Gehäuse der CPU eine Temperatur von 95 Grad C hat, der Thermistor eine niedrigere Temperatur haben kann, da er mit einem Zwischenraum von der CPU angeordnet ist (wie z. B. 57 Grad C). Es sollte herausgefunden werden, wie lange die CPU gebraucht hat, bis sie 95 Grad erreichte. Wenn es eine Stunde gedauert hat, kann das System entscheiden, den Thermistor alle 45 Minuten abzutasten. Sobald die CPU bei 95 Grad ist, muss die Temperatur der CPU eventuell jede Minute abgetastet werden, um sicher zu stellen, dass die Temperatur absinkt, sonst könnte die Temperatur zunehmen, d. h. auf 96 Grad. Wenn es 5 Minuten dauert, um die Temperatur der CPU von 95 auf 96 Grad zu erhöhen, dann muss das Abtasten der Temperatur der CPU in einem Abstand von weniger als 5 Minuten geschehen – d. h. alle 3 Minuten oder jede Minute. Wenn die Temperatur nicht absinkt, dann sollte die Dauer der restlichen Zyklen erhöht werden. Eine kontinuierliche Auswertung der abgelesenen Wärmekonstante ist der Schlüssel dazu, um zu wissen, wann die Temperatur der CPU zum Problem wird, wann ein Eingriff des Wärme-Managements angebracht ist, und wie viel Zeit anderen Vorgängen im System bewilligt werden kann. Diese Entscheidung muss gefällt werden, bevor die Zieltemperatur erreicht wird. Sobald die Temperatur der CPU anfängt, zu sinken, ist es in Ordnung, zur normalen Wärmekonstantezahl zurückzukehren, da 1) der richtige Scheiben-Abschnitt gewählt wurde oder 2) der aktive Leistungsanteil des aktiven Leistungs- und Wärme-Managements übernommen hat, und somit die Abtastfrequenz verringert werden kann.
Beispiele für Quellcode, der im ROM der CPU oder in einem externen RAM-Gerät gespeichert werden kann, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind unter dem Kapitel COMPUTERPROGRAMME AUFLISTUNG aufgelistet unter: 1) Unterbrechung 8 Zeitgeber-Unterbrechungsdienst-aufgelistet auf Seiten 37 bis 42; 2) CPU Schlafroutine – aufgelistet auf Seite 43; 3) FILE=FORCE5.ASM – aufgelistet auf Seiten 44 bis 48; und 4) FILE=Thermal.EQU – aufgelistet auf Seite 49.
Unter Verwendung des o. a. Quellcodes und unter der Annahme, dass Unterbrechung 8 Zeitgeber-Unterbrechungsdient die Unterbrechungsmaske ist, die in Schritt 240 der Schleife LEERLAUF 60 oder in Schritt 460 der Schleife AKTIVITÄT 70 aufgerufen wird, ist das Verfahren zum Wärme-Management nach dem Motto „wende Wärme-Management bei Bedarf an" aufgebaut, nach dem das System entscheiden muss, ob genug Zeit für das Wärme-Management vorhanden ist „Zeit für Wärme-Management?". Wenn Zeit für das Wärme-Management vorhanden ist, ruft das System die Datei „force_sleep" auf sofern Zeit zum Schlafen vorhanden ist (was auch jeden PCI-Bus, der an die CPU gekoppelt ist, schlafen schickt), oder es kann alternativ einen STI Leerbefehl und einen Stopp ausführen – was einen alternativen Weg darstellt und keine PCI-Bauteile beeinflusst, und auch keinen Rückführkreis von den Systemen zum Leistungs- und Wärme-Management aufweist. Die Datei „force_sleep" erhält Feedback von den anderen Leistungssystemen. Force_sleep springt zu force5.asm, welches das PCI Mehrfach-Schlafprogramm ist. Sind Lautsprecher im System in Gebrauch? Gehen andere Dinge im System vor, die aus der Perspektive der Leistungskontrolle her von Bedeutung sind? Sind DMAs im System in Gebrauch? Der Schlafzustand ist möglicherweise während eines Klangablaufs nicht gewünscht. Die Leistungskontrolle muss wissen, was im System vor sich geht, um einen intelligenten Schlafmodus auszuführen. Das Wärme-Management kümmert sich um die CPU und um alle anderen betroffenen Bauteile, da jedes von ihnen im Zusammenspiel Wärme erzeugt.
Es gibt einige Gleichungen in dem Programm, die funktionieren – andere können funktionieren, müssen aber nicht. „tk" ist die Anzahl von abgetasteten Unterbrechungen pro Sekunde multipliziert mit dem Zeitabstand der Abtastung. „it" stellt eine Wärmeabtastkonstante dar, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 5 beträgt. In dem Quellcode wird die Wärmeabtastkonstante später in Abhängigkeit von der Temperatur dynamisch angepasst. Folglich ist dies der Ausgangszeitabschnitt der Wärmeabtastung, aber mit zunehmender Temperatur sollte der Wert öfter abgelesen werden, und wenn die Temperatur niedriger ist, sollte der Wert weniger häufig als alle 5 Minuten abgelesen werden – z. B. alle 10 Minuten. Die Wärmeabtastkonstante wird sich anpassen. TP1 oder TP2 stellen dar, mit welchem Prozentsatz der CPU-Takte abgetastet werden soll – zum Beispiel TP7 festgesetzt auf 50 = die Anzahl von Unterbrechungen, die während eines Zeitabschnittes auftreten müssen, so dass diese Zahl darstellt, wie viele Taktzyklen vergehen, bevor wir die Abtastung vornehmen und die CPU in den Schlafmodus versetzen. Diese Gleichungen sind variabel. Andere Gleichungen können auch verwendet werden.
Folglich ist ein Konzept der vorliegenden Erfindung, dass es verschiedene Temperaturpegel gibt, die in Bezug auf den wärmsten zu kontrollierenden Punkt untersucht werden müssen. Der Abtastungs-Zeitabschnitt wird sich je nach Temperatur und aktivem Feedback ändern. Aktives Feedback kann auch dann benötigt werden, wenn das Wärme-Management festgestellt hat, dass die Temperatur der CPU zu hoch ist und verringert werden sollte (durch Verlangsamung oder Unterbrechung des CPU Taktes). Die Taktgeschwindigkeit der CPU wird möglicherweise nicht verringert, da andere Vorgänge im System ablaufen – das Ergebnis ist intelligentes Feedback. Die Systeme zur Leistungseinsparung und zum Wärme-Management stellen der CPU Fragen, wie z. B. bist du gerade mit etwas beschäftigt, dass ich nicht übernehmen kann? Wenn nicht, gehe bitte schlafen. Wenn ja, schlafe nicht und komme zu mir zurück, damit ich meinen Zähler auf Null zurücksetzen kann. Das Ergebnis ist ein abgestufter Aufwärtseffekt und ein abgestufter Abwärtseffekt, und die Zeitspanne der Wärmeabtastkonstante passt sich in Abhängigkeit der Temperatur der CPU selbst an. Die Leistungsfähigkeit, die dem Anwender während der Kontrolle durch die Leistungseinsparung und das Wärme-Management entzogen wird, wird gegen kritische E/A-Vorgänge, die im System ablaufen, abgewogen.
Das aktive Leistungs- und Wärme-Management arbeitet mit dem standardmäßigen Powermanagement der CPU zusammen, so dass, wenn das standardmäßige Powermanagement eine Möglichkeit zur Übernahme der Kontrolle erhält, damit begonnen werden kann, das aktive Feedback langsam abzubauen, obwohl die Temperatur noch nicht gesunken ist. Bestehende Systeme des Leistungs/Wänne-Management schalten sich ein und bleiben aktiv, bis die Temperatur sinkt. Unglücklicherweise kommt dies anderen Dingen im System zuvor. Dies ist im Umfeld der vorliegenden Erfindung nicht der Fall. Derselbe Schlafzustand-Manager arbeitet in Verbindung mit der Leistungseinsparung und dem Wärme-Management – der Schlafzustand-Manager verfügt über umfassende Kontrolle. Zum Beispiel: Wenn die Temperatur in der CPU ansteigt oder schon auf einen Besorgnis erregenden Pegel angestiegen ist, verarbeitet das System eventuell einen kritischen E/A-Vorgang, wie z. B. das Abspielen einer Wave-Datei. Bei kritischen E/A-Vorgängen fährt das System der vorliegenden Erfindung damit fort, die Wave-Datei ohne Unterbrechung abzuspielen, obwohl das Ergebnis eine erhöhte Temperatur der CPU sein kann. Normalerweise überhitzen CPUs nicht ganz plötzlich. Es gibt einen Temperaturzunahme-Gradienten. Das System der vorliegenden Erfindung nutzt den Temperaturzunahme-Gradienten dazu, dem Anwender Dinge bereit zu stellen, die die Anwender-Zeitscheibe beeinflussen, und ihm diese Dinge wegzunehmen, wenn die Zeitscheibe nicht beeinflusst wird.
Wärme-Management kann auch erreicht werden, indem man einen Vorhersagemodus anwendet. Der Vorhersagemodus verwendet keine Sensoren oder Thermistoren, und auch keine Erkenntnisse über die tatsächliche Temperatur in der CPU. Der Vorhersagemodus verwendet eine Schätzung – das heißt, dass das System die Ad-hoc-Unterbrechung einmal pro 5 Sekunden oder 50 mal pro Sekunde (=Konstante) benötigt, und diese dann erhöhen oder verringern kann, je nach dem was das System mit dem aktiven Leistungs- und Wärme-Management macht. Die Vorhersagetheorie kann auch mit einer tatsächlichen Überwachung der Temperatur in der CPU kombiniert werden.
Sobald die Leistungseinsparungs- und Wärme-Management-Überwachung aktiviert ist, ist eine plötzliche Rückkehr zur vollen Betriebsgeschwindigkeit des CPU-Taktes innerhalb des Zeitabschnittes möglich, so dass die Leistungsfähigkeit des Computers nicht verschlechtert wird. Um diese plötzliche Rückkehr zur vollen Betriebsgeschwindigkeit des CPU-Taktes zu ermöglichen, verwendet das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einige zugehörige Hardwarekomponenten.
Wenden wir uns nun 3 zu, die eine vereinfachte schematische Darstellung der zugehörigen Hardware zeigt, die von der vorliegenden Erfindung für aktive Leistungseinsparung und Wärme-Management verwendet wird. Wenn das Überwachungsprogramm 40 (nicht abgebildet) feststellt, dass die CPU bereit ist, in den Schlafzustand zu wechseln, schreibt es auf einen E/A-Anschluss (nicht abgebildet), der einen Impuls auf der SCHLAF Leitung auslöst. Die Anstiegsflanke dieses Impulses auf der SCHLAF Leitung veranlasst die Kippschaltung 500 dazu, ein Hoch an Q zu registrieren und ein Tief an Q_. Dies veranlasst die UND/ODER Logik (UND Gatter 510, 520, ODER Gatter 530) dazu, die Impulse, die auf der SCHLAFTAKT Leitung vom SCHLAFTAKT Oszillator 540 wandern, auszuwählen und an den CPU TAKT gesendet und dort verwendet zu werden. Der SCHLAFTAKT Oszillator 540 ist ein langsamerer Takt, als der CPU-Takt, der während normaler CPU-Aktivität verwendet wird. Das Hoch, das vom Q der Kippschaltung 500 kommt, unter Anwendung der UND-Funktion (510) auf die Impulse, die vom SCHLAFTAKT Oszillator 540 kommen, unter Anwendung der ODER-Funktion (530) auf das Ergebnis des Tiefs an Q_ der Kippschaltung 500, und unter Anwendung der UND-Funktion (520) auf den Impuls, der entlang der HOCHGESCHWINDIGKEITSTAKT Leitung vom HOCHGESCHWINDIG-KEITSTAKT Oszillator 550 erzeugt wird, ergibt den CPU TAKT. Wenn der E/A-Anschluss den SCHLAFTAKT bestimmt, dann ist der CPU TAKT gleich dem Wert des SCHLAFTAKT Oszillators 540. Wenn andererseits eine Unterbrechung eintritt, löscht ein Unterbrechungswert die Kippschaltung 500, wodurch die UND/ODER Auswahleinrichtung (die 510, 520 und 530 umfasst) dazu gezwungen wird, den Wert HOCHGESCHWINDIGKEITSTAKT auszuwählen, und er setzt den Wert CPU TAKT zurück auf den Wert der vom HOCHGESCHWINDIGKEITSTAKT Oszillator 550 kommt. Daher wird die Feststellung einer beliebigen Unterbrechung im System während irgendeiner Operation zur Leistungseinsparung und/oder zum Wärme-Management den Betrieb der CPU bei voller Geschwindigkeit wiederherstellen, bevor die Unterbrechung vektorisiert und verarbeitet wird.
Es sollte beachtet werden, dass die benötigte zugehörige Hardware, extern zu jeder CPU für jedes beliebige System, unterschiedlich sein kann, und zwar abhängig vom verwendetem Betriebssystem oder davon, ob die CPU unterbrochen werden kann usw. Trotzdem sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht begrenzt sein durch systemspezifische Änderungen, die eventuell benötigt werden, um es der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, aktiv Leistung einzusparen und die Temperatur der CPU in den zahlreichen verfügbaren tragbaren Computersystemen zu kontrollieren. Als Beispiel sind zwei aktuelle Implementierungen in den 4 und 5 abgebildet, wie unten beschrieben.
Viele VSLI-Konzepte heutzutage erlauben es, eine Änderung der Taktgeschwindigkeit der CPU vorzunehmen. Die Logik, von einem unterbrochenen oder langsamen Takt auf einen hohen Takt zu schalten, folgt derselben Logik, die es dem Anwender erlaubt, die Geschwindigkeit durch ein Tastaturkommando zu ändern. Die hinzugefügte Logik des Überwachungsprogramms 40, das eine solche Umschaltlogik anwendet, verursacht eine sofortige Rückkehr zu einem schnellen Takt, sobald eine Unterbrechung festgestellt wird. Diese einfache Logik ist der Schlüssel zur benötigten Unterstützung durch die Hardware, um die CPU zu unterbrechen, und dadurch die Verarbeitung der Unterbrechung bei voller Geschwindigkeit zuzulassen.
Das Verfahren, um den Leistungsverbrauch unter MS-DOS zu verringern, verwendet die Signalfalle der MS-DOS LEERLAUF Schleife, um Zugriff auf die „tu-nichts"-Schleife zu erhalten. Die LEERLAUF Schleife gewährt speziellen Zugriff auf Anwendungssoftware und Betriebssystem-Abläufe, die sich in einem Zustand von LEERLAUF oder geringer Aktivität befinden. Eine genaue Untersuchung wird benötigt, um den Aktivitätspegel an irgendeinem Punkt innerhalb des Systems festzustellen. Feedbackschleifen von der Dienstanforderung der Unterbrechung 21H werden verwendet, um den Aktivitätspegel festzustellen. Die Vorhersage des Aktivitätspegels wird auf Grund der Anforderungen der Unterbrechung 21H getroffen, durch die die vorliegende Erfindung die Zeitscheiben für den „Schlafzustand" (Verlangsamung oder Unterbrechung) der CPU festsetzt. Ein zusätzliches Feature erlaubt es dem Anwender, die Scheibe je nach Aktivitätslevel der Unterbrechung 21H zu ändern. Das Verfahren, eine Leistungseinsparung unter WINDOWS zu erreichen, setzt reale und abgesicherte Modi ein, um die Leistungsunterbrechung zu speichern, die vom Betriebssystem jedes Mal aufgerufen wird, wenn WINDOWS nichts zu tun hat.
Sehen wir uns nun 4 an, die eine schematische Darstellung einer tatsächlichen Implementierung einer Schlafzustands-Hardware für ein System, wie den Intel 80386 zeigt (der Takt der CPU kann nicht unterbrochen werden). Adressenanhängungsbus 600 und Adressbus 610 versorgen den Demultiplexer 620 mit CPU-Input. Der Output von Demultiplexer 620 wird entlang der Leitung SCHLAFCS- gesendet und als Input für die ODER Gatter 630, 640 bereitgestellt. Der andere Input an die ODER Gatter 630, 640 ist jeweils die E/A Schreibkontrollleitung und die E/A Lesekontrollleitung. Der Output dieser Gatter, zusätzlich zum NOR Gatter 650, werden an D der Kippschaltung 660 angelegt, um den Anschluss zu dekodieren. „UNTR" ist der Input der Unterbrechung vom E/A-Anschluss (Peripheriegeräte) in das NOR Gatter 650, was die Hardwarelogik dazu veranlasst, zurück auf den Hochgeschwindigkeitstakt zu schalten. Der Output von Kippschaltung 660 wird dann zusammen mit dem Output vom ODER Gatter 630 zum Puffer 670, der drei Zustände kennt, geleitet, um diesem zu ermöglichen, die Informationen am Anschluss abzurufen. Die komplette oben identifizierte Hardware wird vom lese/schreib E/A-Anschluss (Peripheriegeräte) dazu verwendet, um die leistungseinsparende „Schlaff"-Operation auszuwählen. Der Output „LANGSAM_" entspricht „SCHLAF" in 2 und wird in die Kippschaltung 680 eingegeben, wie später beschrieben.
Der Output von SCHLAFTAKT Oszillator 690 wird von D der Kippschaltungen 700, 710 in zwei langsamere Takte geteilt. In dieser bestimmten in 4 abgebildeten Implementierung wird der 16 MHz Schlaftakt-Oszillator 690 in Takte von 4 MHz und 8 MHz aufgeteilt. Jumper J1 wählt aus, welcher Takt der „SCHLAFTAKT" sein soll.
In dieser bestimmten Implementierung ist der Hochgeschwindigkeits-Oszillator 720 ein 32 MHz Oszillator, obwohl diese bestimmte Geschwindigkeit keine Voraussetzung für die vorliegende Erfindung ist. Der 32 MHz Oszillator wird mit einem Widerstand (33 Ohm für die gezeigte Implementierung) in Reihe geschalten, der in Reihe mit zwei parallelen Kondensatoren (10 pF) geschalten ist. Das Ergebnis solcher Oszillationen ist mit den Takten von D der Kippschaltungen 730, 740 verknüpft.
D der Kippschaltungen 680, 730, 740 sind synchronisierende Kippschaltungen; 680, 730 wurden in der vereinfachten Schlafzustands-Hardware der 2 nicht gezeigt. Diese Kippschaltungen werden verwendet, um sicher zu gehen, dass das Umschalten des Taktes nur am Ende eines Taktes erfolgt. Wie 4 entnommen werden kann, genau wie mit Kippschaltung 500 in 2, aktiviert der Output von Kippschaltung 740 entweder das ODER Gatter 750 oder das ODER Gatter 760, je nach dem, ob die CPU schlafen („ERHÖHEN_") oder aufwachen („VERLANGSAMEN_") soll.
Die ODER Gatter 750, 760 und das UND Gatter 770 sind die zweckmäßigen Entsprechungen zu den UND/ODER Auswahleinrichtungen in 2. Sie sind dafür verantwortlich, entweder den „langstkt" (langsamer Takt, auch bekannt als SCHLAFTAKT) oder den Hochgeschwindigkeitstakt (auf der Eingangsleitung als 32 MHz bestimmt). In dieser Implementierung beträgt der langsame Takt entweder 4 MHz oder 8 MHz, je nach Jumper J1, und der Hochgeschwindigkeitstakt beträgt 32 MHz. Der Output des UND Gatters 770 (ATUTKT) setzt die Taktrate der CPU fest und entspricht CPU TAKT in 2. (Wenn das Gerät einen PCI-Bus hat, kann der Output des UND Gatters 770 auch mit dem PCI-Bus gekoppelt werden, wenn dieser das Taktsignal verwenden soll.)
Sehen wir uns nun 5 an, die eine schematische Darstellung einer weiteren tatsächlichen Implementierung einer Schlafzustands-Hardware für ein System, wie den Intel 80286 zeigt (der Takt der CPU kann unterbrochen werden). Der Western Digital FE3600 VLSI wird für das Umschalten der Geschwindigkeit mit einem speziellen externen PAL 780 verwendet, um die Unterbrechungssteuerung zu kontrollieren, die die CPU bei jeder Unterbrechung aufweckt. Die Leistungseinsparungssoftware gemäß der vorliegenden Erfindung überwacht die Annahme von Unterbrechungen und aktiviert den nächsten P(i)deltaTi Abschnitt nach der Unterbrechung.
Jegliche Unterbrechungs-Anforderung an die CPU lässt das System in den normalen Betriebszustand zurückkehren. Eine Unterbrechungs-Anforderung („INTRQ") an die CPU veranlasst den PAL dazu, ein Wecksignal auf der RESCPU Leitung an den FE3001 (nicht abgebildet) abzugeben, was es wiederum der CPU und dem DMA Taktgeber ermöglicht, das System zurück zum normalen Zustand zu bringen. Dies ist die Entsprechung zu „INterrupt_" in 2. Die Unterbrechungs-Anforderung wird synchronisiert, um zu vermeiden, dass der Status des Systems verwechselt wird, so dass eine Unterbrechung (INT-DET) nur erkannt wird, wenn der Zyklus aktiviert ist. Die Anstiegsflanke von RESCPU weckt den FE3001 auf, was wiederum das komplette System vom Schlafzustands-Modus befreit.
Die Implementierung für den 386SX unterscheidet sich nur in der externen Hardware- und Software-Leistungseinsparungsschleife. Die Softwareschleife bestimmt, dass die externe Hardware bei Unterbrechung auf Hochgeschwindigkeitstakt schaltet, bevor sie die Unterbrechung vektorisiert. Sobald auf die Leistungseinsparungssoftware zurückgekehrt wurde, wird der Hochgeschwindig keitstaktzyklus entdeckt, und die Hardware wird auf volle Betriebsgeschwindigkeit zurückgesetzt.
Die Implementierung für OS/2 verwendet die „tu-nichts"-Schleife programmiert als ein THREAD, der als Hintergrundvorgang mit niedriger Priorität läuft. Sobald der THREAD aktiviert wird, wird die Schlaf- oder Niedrigtakt-Operation der CPU aktiviert, bis eine Unterbrechung stattfindet, wodurch die CPU auf die ursprüngliche Taktgeschwindigkeit zurückgesetzt wird.
Obwohl im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Unterbrechungen verwendet wurden, um die CPU aufzuwecken, sollte erkannt werden, dass jede periodische Aktivität innerhalb des Systems, oder von außen angelegt, ebenso für dieselbe Funktion verwendet werden könnte.
Obwohl mehrere Implementierungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung aufgezeigt und beschrieben wurden, wird der Fachmann verschiedene Abwandlungen und alternative Ausführungsbeispiele erkennen. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich im Hinblick auf die angehängten Patentansprüche beschränkt wird.
COMPUTERPROGRAMME AUFLISTUNG

1) Unterbrechung 8 Zeitgeber-Unterbrechungsdienst -Seite 37 bis 42. Unterbrechung 8 Zeitgeber-Unterbrechungsdienst wird in den ROM der CPU oder auf einen externen RAM geladen, und er ist eine Unterbrechungsmaske, die in Schritt 240 der Schleife LEERLAUF 60 oder in Schritt 460 der Schleife AKTIVITÄT 70 aufgerufen werden kann.
2) CPU Schlafroutine – Seite 43. CPU Schlafroutine wird in den ROM der CPU oder auf einen externen RAM geladen, und sie ist eine Datei, die in Schritt 250 der Schleife LEERLAUF 60 oder der Schleife AKTIVITÄT 70 aufgerufen werden kann.
3) FILE=FORCE5.ASM -Seite 44 bis 48. FILE=FORCE5.ASM ist ein PCI Mehrfach-Schlafprogramm, das in den ROM der CPU oder auf einen externen RAM geladen wird, und es ist eine Datei, die in Schritt 250 der Schleife LEERLAUF 60 oder der Schleife AKTIVITÄT 70 aufgerufen werden kann.
4) FILE=Therma1.EQU – Seite 49. FILE=Therma1.EQU wird in den ROM der CPU oder auf einen externen RAM geladen, und sie ist eine Datei, die in Schritt 240 der Schleife LEERLAUF 60 oder in Schritt 460 der Schleife AKTIVITÄT 70 aufgerufen werden kann.

Claims

Vorrichtung, mit einer Zentraleinheit (CPU); CPU-Aktivitäts- und CPU-Temperaturdetektormitteln (10); und einem CPU-Schlafzustand-Manager (20, 30), der so beschaffen ist, daß er die erfaßte CPU-Aktivität und die erfaßte CPU-Temperatur von den CPU-Aktivitäts- und CPU-Temperaturdetektormitteln empfängt und Taktsignale, die an die Zentraleinheit (CPU) geschickt werden, auf der Grundlage der Echtzeit-Aktivitäts- und Echtzeit-Temperaturpegel in der Zentraleinheit (CPU) wahlweise unterbricht oder abwandelt, wobei die Unterbrechung oder Abwandlung der Taktsignale den Leistungsverbrauch der Zentraleinheit steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der CPU-Schlafzustand-Manager feststellt, wenn die Temperatur der Zentraleinheit besorgniserregend ist und ob eine kritische Operation ausgeführt wird, und in Reaktion darauf die Taktsignale abwandelt oder unterbricht, um den Leistungsverbrauch der CPU zu verringern, falls die Temperatur der Zentraleinheit besorgniserregend ist, jedoch die Taktsignale nicht abwandelt oder unterbricht, um den Leistungsverbrauch zu verringern, falls eine kritische Operation ausgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine kritische Operation, für die der Leistungsverbrauch nicht verringert wird, eine kritische Eingabe/Ausgabe-Operation ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der eine kritische Operation, für die der Leistungsverbrauch nicht verringert wird, ein kritisches Echtzeit-Ereignis ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Zentraleinheit (CPU) entweder ein erstes Taktsignal mit einer ersten Rate oder ein zweites Taktsignal mit einer zweiten Rate empfängt; und der CPU-Schlafzustand-Manager (20, 30) so beschaffen ist, daß er angibt, welches der ersten und zweiten Taktsignale die Zentraleinheit (CPU) empfängt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der CPU-Schlafzustand-Manager die Taktrate der Zentraleinheit (CPU) in Reaktion auf einen verringerten Echtzeit-Aktivitätspegel in der Zentraleinheit (CPU) verringert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der CPU-Schlafzustand-Manager die Taktrate der Zentraleinheit (CPU) in Reaktion auf einen erhöhten Echtzeit-Aktivitätspegel und eine hohe CPU-Temperatur in der Zentraleinheit (CPU) verringert.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Zentraleinheit (CPU) ein Teil eines Computers ist.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der der Schlafzustand-Manager Zeitspannen steuert, in denen der Takt in einem AUS-Zustand ist, so daß die Länge dieser Zeitspannen, in denen der Takt in einem AUS-Zustand ist, an den Nutzungsgrad angepaßt ist.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der der Schlafzustand-Manager Zeitspannen steuert, in denen der Takt in einem AUS-Zustand ist, so daß die Länge dieser Zeitspannen, in denen der Takt in einem AUS-Zustand ist, erhöht wird, um die CPU-Temperatur zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei der die Zeitspannen, in denen der Takt in einem AUS-Zustand ist, kontinuierlich eingestellt werden, um den Nutzungsgrad anzupassen oder die Temperatur zu steuern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, bei der der AUS-Zustand die minimale Taktrate, bei der die Zentraleinheit arbeiten kann, oder null für jene Zentraleinheiten, deren Takte unterbrochen werden können, repräsentiert.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der der CPU-Schlafzustand-Manager ferner einen mit der Anordnung gekoppelten Bus steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der CPU-Schlafzustand-Manager ferner irgendwelche anderen CPUs, die an den Bus angeschlossen sind, in den Schlafzustand versetzt.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der der Schlafzustand-Manager eine Hardware-Taktauswahleinrichtung steuert.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die CPU-Aktivitäts- und CPU-Temperaturüberwachungsmittel Mittel zum Vorhersagen der Aktivität und der Temperatur enthalten.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der der Schlafzustand-Manager ein schnelles Verlangsamen des Betriebs der Zentraleinheit (CPU) ausführt, wenn die Bedienungsperson oder eine externe Software oder das Betriebssystem/BIOS den Computer nicht verwendet, wodurch der Leistungsverbrauch und die CPU-Temperatur verringert werden, und den CPU-Betrieb mit voller Geschwindigkeit umgehend wiederherstellt, wenn dies erforderlich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Schlafzustand-Manager die Wiederherstellung ohne Anwendereingriff ausführt.