Предмет «Архитектура аппаратных средств» Презентация 21


Чтобы посмотреть презентацию с оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов:

Лекция 21 Ресурсо и энергосберегающие технологии использования СВТ. Энергосберегающие технологии В начале 90-х годов компания EPA (Environmental Protection Agency— Агентство по защите окружающей среды) начало проводить кампанию по сертификации энергосберегающих персональных компьютеров и периферийного оборудования. Компьютер или монитор во время продолжительного простоя должен снизить энергопотребление до 30 Вт и более. Система, удовлетворяющая этим требованиям, может получить сертификат Energy Star. В настоящее время в ПК нашли применение следующие энергосберегающие технологии: Стандарт усовершенствованной системы управления питанием (Advanced Power Management—APM) разработан фирмой Intel совместно с Microsoft и определяет ряд интерфейсов между аппаратными средствами управления питанием и операционной системой компьютера. Полностью реализованный стандарт APM позволяет автоматически переключать компьютер между пятью состояниями в зависимости от текущего состояния системы. Каждое последующее состояние в приведенном ниже списке характеризуется уменьшением потребления энергии. Абстрактный уровень, который облегчает связь между различными элементами архитектуры APM. При запуске операционной системы загружается программа — драйвер APM, который связывается с различными прикладными программами и программными функциями. Именно они запускают действия управления питанием, причем все аппаратные средства, совместимые с APM, связываются с системной BIOS. Драйвер APM и BIOS связаны напрямую; именно эту связь использует операционная система для управления режимами аппаратных средств. Таким образом, чтобы функционировали средства APM, необходим стандарт, поддерживаемый схемами, встроенными в конкретные аппаратные устройства системы, системная BIOS и операционная система с драйвером APM. Если хотя бы один из этих компонентов отсутствует, APM работать не будет. Технологии энергосбережения в мобильных ПК Для решения проблемы энергопотребления в корпорации Intel были созданы специальные версии мобильных процессоров, например Intel Pentium III-M, Intel Pentium 4-M и процессор Intel Pentium M для мобильных ПК с поддержкой технологии Intel Centrino. Они отличаются от своих собратьев для стационарных ПК (исключение составляет процессор Intel Pentium M, не имеющий аналога для стационарного ПК) средствами управления энергопотреблением, позволяющими увеличить продолжительность автономной работы ноутбука на мобильном процессоре. К таким средствам относится: технология Enhanced Intel Speed Step; режимы ожидания Deep Sleep и Deeper Sleep; технология Intel Mobile Voltage Positioning (IMVP). Использование мобильных версий процессоров позволяет отчасти решить проблему производительности в совокупности с увеличением времени работы ноутбука от батареи. лучшего соотношения «напряжение/частота» и более эффективного режима функционирования, когда производительность согласуется с рабочей нагрузкой. Крайние рабочие точки процессора задаются аппаратно, а промежуточные точки устанавливаются программно. Управление переходами между различными рабочими точками выполняется только самим процессором и блоком регулятора напряжения (VRM). Для установки требуемого напряжения процессор Intel Pentium M посылает служебные VID-последовательности непосредственно в VRM-модуль. При этом не используются никакие другие компоненты системы при осуществлении перехода между рабочими состояниями процессора. Схема Maximum Performance Mode— это режим по умолчанию работы ноутбука в случае питания от сети (внешнего источника питания). В этом режиме процессор работает на максимальной тактовой частоте, что обеспечивает максимальную производительность. Схема Automatic Mode является схемой по умолчанию при автономной работе ноутбука от аккумуляторной батареи. В данном режиме средствами операционной системы определяется степень загруженности процессора и в зависимости от полученного значения динамически устанавливаются требуемые значения тактовой частоты и напряжения ядра процессора. Тем самым режим Automatic Mode обеспечивает баланс между производительностью ноутбука и временем автономной работы от батареи. Отметим также, что режим Automatic Mode автоматически устанавливается и при выборе схемы Battery- Optimized Performance Mode, если температура процессора превышает допустимый уровень, заданный в настройках BIOS. В результате за счет снижения производительности достигается максимально возможное время автономной работы от аккумуляторной батареи. Данный режим предназначен для тех случаев, когда для Романов В. П. пользователей наиболее критично именно время автономной работы от батареи, даже в ущерб производительности ноутбука. Автоматическое переключение между различными схемами энергопотребления (например, при отключении внешнего питания) происходит незаметно для пользователя, так как для этого требуется менее 0,001 с. Естественно, сам процесс переключения не нарушает режима работы всех запущенных приложений. Кроме того, переключение между различными режимами работы возможно и вручную. При использовании операционной системы Windows XP установка требуемого режима работы осуществляется через настройки схемы питания (Power Schemes) в диалоговом окне Power Options. Режимы Deep Sleep и Deeper Sleep Другими средствами энергосбережения, реализованными в мобильных процессорах, являются технологии Deep Sleep (глубокий сон) и ее усовершенствованная версия Deeper Sleep (еще более глубокий сон). Технология Deep Sleep известна также как режим C3 ACPI, а технология Deeper Sleep — как режим C4 ACPI. Эти технологии позволяют процессору динамически переключаться в режим минимально возможного энергопотребления. Так, для процессоров семейства Intel Pentium M в режиме Deeper Sleep напряжение питания ядра составляет от 0,705 до 0,785 В. Чипсеты для мобильных процессоров Для реализации всех технологий энергосбережения (Enhanced Intel Speed Step, Deeper Sleep, IMVP), заложенных в мобильных версиях процессоров, необходима соответствующая поддержка со стороны чипсета, то есть мобильные процессоры можно использовать только в совокупности с соответствующими мобильными чипсетами. Так, для процессора Intel Pentium III-M — это мобильный чипсет Intel 830, для процессора Intel Pentium 4-M — мобильная версия чипсета Intel 845, а для нового процессора Intel Pentium M — семейство мобильных чипсетов Intel 855. Все мобильные чипсеты должны удовлетворять определенным требованиям, к которым относятся: Поддержка интерфейса ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) версии 2.0; поддержка стандарта AMP (Advanced Power Management) версии 1.2, в котором определяются режимы нормального и пониженного энергопотребления процессора; возможность динамического управления частотой чипсета для снижения энергопотребления в периоды неактивности чипсета; поддержка режимов низкого энергопотребления чипсета; управление питанием AGP-порта. В наборе микросхем Intel 855 также используются следующие средства оптимизации энергопотребления: сниженное до 1,2 В (вместо 1,5 В) напряжение Vcc ядра процессора; управление питанием памяти; управление питанием блока ввода-вывода Intel 855 DDR I/O; управление блоком FSB I/O; поддержка технологии DDR Read Throttling с помощью внешнего датчика температуры; управление вводом-выводом DDR I/O; сокращение питания в C3. Управление питанием памяти DDR подразумевает отключение питания при любой возможности и использование оптимизированного метода управления страницами, при котором количество одновременно открытых страниц (что само по себе ведет к увеличению энергопотребления) сводится к минимуму. Управление питанием блока ввода-вывода Intel 855 DDR I/O заключается в использовании сигналов управления с тремя дискретными состояниями, в неполном запуске сигналов управления (во время циклов ожидания), а также в сокращении числа переключений линий управления. Управление блоком FSB I/O состоит в уменьшении до 1,05 В (вместо 1,5 В) напряжения Vccp (перепад PSB) и в аппаратном стробировании для отключения. FullOn. Система полностью включена. APM Enabled. Система работает, некоторые устройства являются объектами управления для системы управления питанием. Неиспользуемые устройства могут быть выключены, может быть также остановлена или замедлена (т.е. снижена тактовая частота) работа тактового генератора центрального процессора. APM Standby (резервный режим). Система не работает, большинство устройств находятся в состоянии потребления малой мощности. Работа тактового генератора центрального процессора может быть замедлена или остановлена, но необходимые параметры функционирования хранятся в памяти. Пользователь или операционная система могут запустить компьютер из этого состояния почти мгновенно. APM Suspend (режим приостановки). Система не работает, большинство устройств пассивны. Тактовый генератор центрального процессора остановлен, а параметры функционирования хранятся на диске и при необходимости могут быть считаны в память для восстановления работы системы. Чтобы запустить систему из этого состояния, требуется некоторое время. Off (система отключена). Система не работает. Источник питания выключен.  Для реализации режимов APM требуются аппаратные средства и программное обеспечение. Источниками питания ATX можно управлять с помощью сигнала Power_On и факультативного разъема питания с шестью контактами. (Необходимые для этого команды выдаются программой.) Изготовители также встраивают подобные устройства управления в другие элементы системы, например в системные платы, мониторы и дисководы. Операционные системы (такие как Windows), которые поддерживают APM, при наступлении соответствующих событий запускают программы управления питанием, ―наблюдая‖ за действиями пользователя и прикладных программ. Однако операционная система непосредственно не посылает сигналы управления питанием аппаратным средствам. Система может иметь множество различных аппаратных устройств и программных функций, используемых при выполнении функций APM. Чтобы разрешить проблему сопряжения этих средств в операционной системе и аппаратных средствах предусмотрен специальный Романов В. П. Усовершенствованная конфигурация и интерфейс питания (Advanced Configurationand PowerInterface— ACPI) впервые реализованы в современных BIOS и операционных системах Windows 98 и более поздних. Если BIOS компьютера поддерживает систему ACPI, то все управление питанием передается операционной системе. Это упрощает конфигурирование параметров, все они находятся в одном месте— в операционной системе. Теперь для конфигурирования параметров системы управления питанием не нужно устанавливать соответствующие параметры в BIOS. Система ACPI реализована только в самых новых компьютерах. Стандарт DPMS (Display Power Management Signaling - система сигналов управления питанием монитора) ассоциации VESA определяет состав сигналов, передаваемых компьютером в монитор, при вхождении системы от состояния простоя в режимы пониженного потребления энергии. В этих системных процедурах контроль берет на себя драйвер, посылающий соответствующие сигналы через графическую карту. При нажатии клавиши на клавиатуре или движении "мыши" монитор переходит в нормальный режим работы. Технология Enhanced Intel Speed StepУлучшенная технология Speed Step (EnhancedIntel Speed Step) дает пользователям возможность увеличить время автономной работы от батареи за счет динамического изменения напряжения ядра процессора и его тактовой частоты. Изменение условий работы процессора зависит от его загрузки (степени утилизации), от температурного режима, а также от установленных пользователем предпочтений через задания схемы энергопотребления (Power Schemes) в настройках операционной системы. В отличие от предыдущей версии технологии Intel Speed Step, предусматривающей возможность работы мобильного процессора лишь на двух тактовых частотах, улучшенная технология Enhanced Intel Speed Step определяет использование нескольких возможных напряжений питания и частот (в совокупности — рабочих точек), что позволяет достичь Романов В. Переход между различными рабочими точками процессора, характеризующимися напряжением и частотой, происходит таким образом, чтобы обеспечивать работоспособность процессора в процессе самого перехода (который не может осуществляться мгновенно). Для того чтобы осуществить переход на более высокую тактовую частоту, сначала до требуемого уровня меняется напряжение процессора. Процесс изменения напряжения длится порядка 100 мкс, то есть является достаточно длительным. Чтобы сохранить работоспособность процессора при изменении напряжения, частота процессора при этом не меняется. Когда же напряжение изменится и достигнет требуемого уровня, происходит скачкообразное увеличение частоты процессора, которое длится порядка 10 мкс. Если требуется осуществить переход к меньшей частоте, сначала происходит практически мгновенное изменение частоты (в течение 10 мкс), а после этого постепенно уменьшается напряжение самого процессора — уже при неизменной частоте. Всего в технологии Enhanced Intel Speed Step рассматриваются четыре схемы энергопотребления: Maximum Performance Mode; Automatic Mode; Battery-Optimized Performance Mode; Maximum Battery Mode. Battery-Optimized Performance Mode— это режим работы ноутбука, устанавливаемый программным способом средствами операционной системы (Windows XP/ Me/ 2000) через настройки схемы энергопотребления (Power Schemes). В данном режиме работы тактовая частота и напряжение процессора при выполнении им многих нересурсоемких задач понижаются до минимального значения, что позволяет существенно снизить энергопотребление (и соответственно увеличить время автономной работы от батареи) по сравнению с режимом работы процессора на номинальной тактовой частоте. Maximum Battery Mode. Данный режим, так же как и режим Battery-Optimized Performance Mode, устанавливается программным способом. При его выборе тактовая частота и напряжение процессора понижаются до минимального значения, что позволяет значительно снизить энергопотребление. Следует отметить, что в данном режиме процессор работает на пониженной тактовой частоте при любой степени загрузки. Технология Intel Mobile Voltage Positioning (IMVP) Intel Mobile Voltage Positioning (IMVP) — это технология интеллектуального регулирования напряжения (smart voltageregulation), позволяющая снижать напряжение ядра процессора при одновременном повышении питающего тока, что дает возможность поддерживать требуемый уровень производительности при одновременном снижении энергопотребления, а также обеспечивать условия, необходимые для режимов Deep Sleep и Deeper Sleep. Технология IMVP также оказывает влияние на тепловыделение процессора (Thermal Design Power, TDP), которое должно поддерживаться в заданных пределах. Снижение TDP позволяет производителям ноутбуков использовать более мощные процессоры в тонких и компактных ноутбуках. Не так давно корпорация Intel представила улучшенную версию технологии IMVP, которая называется IMVP-IV. В технологии IMVP-IV применяются инновационные методы, позволяющие еще больше снизить требования по энергопотреблению и TDP процессоров. Новую технологию поддерживают мобильные процессоры Intel Pentium 4-M и Intel Pentium M. Технология CentrinoГоворя о технологиях энергосбережения для мобильных ПК, нельзя не упомянуть о новом поколении ноутбуков, поддерживающих технологию Intel Centrino. Эта технология представляет собой сочетание трех основополагающих компонентов: процессора Intel Pentium M, ранее известного под кодовым названием Banias, чипсета Intel 855 с прежним кодовым названием Odem (а также чипсета 855GМ, чье кодовое название было Montara-GM) и интегрированного беспроводного решения Intel PRO/Wireless net work connection. При этом в новой платформе впервые реализован комплексный подход, позволяющий объединить производительности, жизнеспособность батарей, форм фактор и возможность установления связи. Основное преимущество новой платформы заключается в том, что ноутбуки с поддержкой технологии Intel Centrino сочетают в себе высокую производительность наряду с рекордно долгим временем автономной работы от батареи.

Приложенные файлы

  • pptx arh21
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 2