專利名稱：便攜式計算機實時的功率儲存的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機實時的功率儲存，尤其是在便攜式計算機中央處理機內根據(jù)實時的活動電平減少中央處理機的時鐘時間的一種裝置和方法。
在各種個人計算機開發(fā)階段期間，傳帶式或便攜式計算機已非常普遍。此種便攜式計算機應用了大功率電源及真實地表現(xiàn)為一種小的臺式個人計算機。各種便攜式計算機比起一種臺式個人計算機更小及更輕，允許用戶使用與臺式計算機中所用的同樣軟件。
第一代生產(chǎn)的便攜式計算機僅僅由壁式交流電源工作。由于個人計算機不斷開發(fā)，設計了電池電源計算機。此外，隨著新型顯示技術、較好磁盤存儲器和較輕元件的開發(fā)，便攜性就成為真的可能了。
因而，開發(fā)的軟件用來操作臺式個人計算機，并具有計算機所有特征，而與電源量有限的和使用期較短的電池電源計算機無關。為這些便攜式計算機儲存功率使用，軟件，操作系統(tǒng)(MS-DOS)，基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)或第三者應用軟件都沒特殊考慮過。
隨著開發(fā)了功能愈來愈高的軟件包，臺式計算機用戶由于引進較高計算性能的中央處理機，存儲量提高的儲存器及較快的高性能磁盤驅動裝置，從而提高了性能。
遺憾地，便攜式計算機仍然是僅僅用交流電源或用大而重的電池工作。在跟上臺式計算機的性能要求的嘗試中，為了削減電源要求使用新的軟件和昂貴的元器件。即使如此，笨重的電池依然不會工作很久。這就意味著各種便攜式計算機用戶不得不滿足于交流或非常短的電池工作以便具有從第三者軟件所期望的性能。
便攜式計算機設計者為了減少功耗性能已降至8088-8086型處理器。各種支持電路和中央處理機消耗更少功率來工作。因此就能使用較輕的電池。不幸地，在較舊的，較慢速的8088/8086中央處理機中沒有新軟件所要求80286-型指令故新軟件不會運行。
在企圖設計能儲存功率，因而產(chǎn)生電池較長期地工作，器件更小以及重量更輕的便攜式計算機中，某些便攜式計算機設計者著手在用戶不用計算機時減少便攜式計算機的功耗。例如，在一些預定的無活動周期后設計者通過慢速關掉磁盤驅動器以減少功耗;如果不使用磁盤驅動器，則磁盤驅動器就關掉或簡單地處于備用模式。當用戶準備使用磁盤時，操作者必須等到磁盤驅動器旋轉，在操作者著手工作前，此計算機系統(tǒng)重新準備所用的性能。
其它便攜式計算機設計者在不用鍵盤時，關掉計算機顯示器來儲存功率，因而在通常工作中，計算機是使用滿功率。換句話說，僅當用戶不用該系統(tǒng)中的部件時，靠這種方法儲存功率是行得通的。當不使用時，用戶關掉計算機，這是非常合理的。
盡管如此，當操作者正在使用計算機作重要工作時，基本的功率儲存是必需的。當操作者使用該計算機時，要求所有部件充分工作，在操作者不使用計算機時的間隔期間，無論如何，計算機應關掉或慢速以便保存功耗。保持性能以便確定什么時間關掉或慢速而不中斷用戶工作，不破壞第三者軟件或不擾亂操作系統(tǒng)，直到操作需要，這點是非常重要的。
此外，盡管用戶能等待該磁盤旋轉，如上所述，而應用軟件包不能等待中央處理機“旋轉”而準備好。當應用程序需要計算機時，中央處理機必須要準備好。必須快速完成轉換到全工作狀態(tài)，而且不影響應用程序。這個即該轉變對用戶及當今有效的應用必須是明顯的。各種延遲會使用戶在響應時間、軟件兼容性方面產(chǎn)生問題以及計算機產(chǎn)生一般故障，從而不能精確地執(zhí)行所需程序。
便攜式計算機功率儲存的其它嘗試包括對操作提供“切斷”或“備用模式”。這個問題是在這個期間操作者不能再次使用該計算機。操作者只好關掉裝置的電源開關以便節(jié)省功率。如果操作者忘記關掉電源開關或跑離計算機在一定計劃的時間長度內，這種類型的功率儲存僅允許便攜式計算機關掉從而節(jié)省功率。在一旦關掉/接通電源開關的這種類型的電源儲存的優(yōu)點是很快地返回到全工作狀態(tài)。因而這種方法的功率儲存還不是實時的明智的功率儲存，因為與此同時，計算機仍接通及處理不干擾操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，基本以輸入/輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和計算機上正在運行的第三者應用程序。超大規(guī)模集成電路銷售商為了滿足這些需要作了某些嘗試，如提供的電路，它當用戶不在鍵盤上打字時，可關掉到中央處理機的時鐘;或者當打擊鍵盤時，根據(jù)要求，喚醒計算機工作中任何一種這種手段在這個期間都會減少功率而計算機封死(不使用)如像校正該系統(tǒng)時鐘，通訊、打印機，及其它類似工作的后備作業(yè)都不能執(zhí)行。某些現(xiàn)成的便攜式計算機應用這些電路，在無活動的程序周期后，計算機自行關掉，操作者必須再次接通機器電源，而不必重新引導該操作系統(tǒng)和應用程序。這種電路的優(yōu)點如像目前的“切關”操作一樣可快速返回到全工作狀態(tài)而不要重新啟動計算機。然而這種方法僅是當用戶離開機器時，能減少功耗，實際上不能延長電池電荷的工作壽命。
考慮到與有關技術有關的上述各種問題。供給一種計算機系統(tǒng)的實時的功率儲存并且不會產(chǎn)生任何性能實時降級，及此種功率儲存對用戶是很清楚的裝置和方法是本發(fā)明的一個目的。
本發(fā)明的另一個目的是在計算機系統(tǒng)內預測活動電平和使用功率自動儲存的預測的一種裝置和方法。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種允許用戶修改自動預測活動級和使用修改的預測值來進行功率自動儲存的一種裝置和方法。
本發(fā)明的進一步目的就是提供一種實時的降低和恢復時鐘速度，從而使中央處理機從軟件程序明顯是不活動的一個周期返回到全處理速率的一種裝置和方法。
在本發(fā)明的最佳實施例中，這些目的是由一種設備和方法來完成，這種設備和方法確定中央處理機根據(jù)中央處理機活動電平是否可以休息及根據(jù)這個決定是否驅動硬件選擇器。如果中央處理機可以休息或嗜眠，則硬件選擇器在一個嗜眠時鐘電平上施加振蕩;如果中央處理機將是活動狀態(tài)，則硬件選擇器應用高速時鐘電平施加振蕩。
本發(fā)明檢查中央處理機的活動狀態(tài)，及操作者和正在工作的任何應用軟件程序的活動狀態(tài)。這種活動狀態(tài)的抽樣工作是實時進行的，調節(jié)計算機的執(zhí)行電平從而控制功率儲存和計算機功率。這些調節(jié)都是在中央處理機工作周期內完成的不會影響用戶對功能的判別。
因而，當使用操作系統(tǒng)/BIOS的第三者軟件的操作者不使用該計算機時，本發(fā)明將達到對中央處理機快速關掉電源或慢速切斷直到需要時為止，從而減少功耗，當需要時可立即恢復整個中央處理機工作，而不影響預定的功能。當?shù)却嬎銠C回到準備狀態(tài)時，從減速模式返回到全工作狀態(tài)，用戶不必請求，計算機操作中也沒有任何延遲。
對精通這方面的技術人員來說，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點通過以下最佳實施例，結合附圖將是清楚的。


圖1是說明本發(fā)明最佳實施例自調方面的程序圖;
圖2a-2d是描述本發(fā)明所應用的活動功率儲存監(jiān)示器的程序圖;
圖3是表示本發(fā)明所用的硬件的活動功率儲存的簡化示意圖;
圖4是用于本發(fā)明的一個實施例的嗜眠的硬件的示意圖;
圖5是用本發(fā)明另一個實施例的嗜眠的硬件的示意圖。
如果檢定任何給出系統(tǒng)中計算機活動的周期，則中央處理機及有關的部件有一個利用百分率。如果用戶由鍵盤輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)中央處理機的循環(huán)各個擊鍵間的時間是相當長的。計算機能在這個期間可完成許多事情，如打印報告。甚至在打印報告期間此時間對如像時鐘/日歷顯示的背景修改的各種附加工作依然是可用的。即使如此，當中央處理機不用時，幾乎經(jīng)常是有空余時間。如果在這個空余時間計算機關掉電源和低速停止，那么就可獲得實時功耗，這樣的實時功率儲存延長電池工作壽命。
根據(jù)本發(fā)明最佳實施例，為了儲存MS-DOS下功率及其它操作系統(tǒng)如OS/2 XENIX及蘋果操作系統(tǒng)用的那些功率，要求硬件和軟件結合。應該注意，由于本發(fā)明將操作于任何系統(tǒng)中，當在系統(tǒng)接著系統(tǒng)的基礎上執(zhí)行可稍有變化時，本發(fā)明的范圍就不限于在MS/DOS下工作的各計算機系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，緩慢停止或中止計算機系統(tǒng)各部件工作會減少功耗，雖然所節(jié)省的功率量可不相同。因此，根據(jù)本發(fā)明中止時鐘(這兒某些中央處理機可能沒有中止它們的時鐘)剛可比緩慢中止時鐘減少更多的功耗。一般說來，每秒工作(或指令)的次數(shù)字可與處理器時鐘大體上成比例。
指令數(shù)/秒-指令數(shù)/周期×周期數(shù)/秒進行簡化，同樣指令可重復執(zhí)行，所以指令數(shù)/秒為常數(shù);關系式表示如下Fq＝K1×Cik在此，F(xiàn)q是指令數(shù)/秒，K是相等于指令數(shù)/周期的常數(shù)及Cik等于周期數(shù)/秒，于是大體上說，執(zhí)行的速度隨著中央處理機時鐘的頻率而增加。
在任何給定時刻上所用的功率量也是與中央處理機的時鐘頻率和執(zhí)行速度有關，一般說來，這個關系式表示如下
P＝K2+(K3×Cik)在此，P是功率(瓦)，K2是常數(shù)(瓦)，K3是常數(shù)及表示瓦-秒/周期數(shù)，及Cik等于中央處理機量時鐘的周期數(shù)/秒，于是也能說，在任何一定時間上所損耗的功率量隨著中央處理機時鐘頻率提高而增加。假定，一定時間周期T分成N個間隔，結果功率P在每個間隔期是常數(shù)，然后在T期間所消耗的能量E由下式給出。
E P1△T1+P2△T2……+PN△TN進一步假定，中央處理機時鐘“Cik”僅有二個狀態(tài)，是“通”或“關”。為了討論起見，“通”狀態(tài)表示中央處理機時鐘處于最大頻率、而“關”狀態(tài)表示中央處理機能工作的最小時鐘頻率。(對中央處理機這可能是零，致使時鐘中止)，在中央處理機時鐘經(jīng)常是“通”的條件下，在先前方程式中每個P是相等的及總能量為E(mox)P(on)×(△T1+△T2+……+△TN)＝P(on)×T這表示計算機不使用功率儲存措施的最大功耗，如果中央處理機時鐘在間隔的部分期間是“關”，則每個間隔可能有2個功率級。P(on)表示時鐘處于“通”狀態(tài)時所消耗的功率而P(off)表示時鐘處于“關”狀態(tài)時所用的功率。如果將時鐘處“通”狀態(tài)的所有的時間間隔“T(on)”量及“關”間隔“T(off)”相加則有下式T＝T(on)+T(off)現(xiàn)在在T周期間所用的能量能寫成E＝[P(on)×T(on)]+P(off)×T(off)]在這些條件下，總的所消耗的能量可以靠增加時間間隔T(off)而減少。因此用控制時間的周期，使時鐘處于“關”狀態(tài)，所用的能量就可減少，如果在周期T期間T(off)周期被分成許多間隔，則由于每個間隔的寬度到達零，能量消耗處于最大。相反，隨T(off)間隔的寬度增加消耗能量就降低。
如果安排“關”間隔與中央處理機不活動的周期相一致，則用戶在執(zhí)行時不能發(fā)覺功能上任何降級而總的能量消耗從E(max)狀態(tài)降低。為了使T(off)間隔與中央處理機不活動的周期一致，中央處理機活動電平用來確定閉合回路中T(off)間隔的寬度。圖1描繪這種閉合回路。在步驟10確定中央處理機的活動電平。如果這個電平在一個剛才確定的范圍上升高，則本發(fā)明減少T(off)間隔(步驟20)及重返再次確定中央處理機的活動電平。如果另一方面這個活動電平在一個剛才確定的范圍上下降，則本發(fā)明增加了T(off)間隔(步驟30)及進行再次確定中央處理機的活動電平，于是T(off)間隔不斷地被調整到與系統(tǒng)活動電平相匹配。
在任何操作系統(tǒng)中，存在著二個鍵邏輯點在操作系統(tǒng)內部有一個“空閑”，或“空作”回路及一個操作系統(tǒng)請求通道，一般可用于應用軟件所必需的服務。由于設置具有這些邏輯點的邏輯聯(lián)機就能判斷由應用軟件作出的該類活動請求，功率儲存能被激活及片周期被測定。片周期是由活動電平計算的超過時間的T(on)/T(off)數(shù)?？捎靡粋€假設來確定中央處理機活動電平需要使用的軟件程序一般需要附加服務及在各服務請求間的時間周期能用來確定計算機上操作運行的任何應用軟件的活動電平及根據(jù)本發(fā)明為功率儲存提供片數(shù)。
一旦在功率儲存片(T(off))期間中斷中央處理機，則中央處理機裝置將在立即引導到中斷軟件之前，儲備了中斷程序的狀態(tài)，當然，由于功率儲存軟件這片期間工作，控制將回到活動功率儲存回路(監(jiān)示器40)該回路簡單地監(jiān)示中央處理機的時鐘以便確定功率儲存模式的引出條件，在此;由T(off)引到T(on)狀態(tài)。下一個功率儲存狀態(tài)的間隔根據(jù)結合圖1的上面討論由監(jiān)示器的活動電平來調節(jié)，某些實施能由硬件邏輯自動從T(off)引出，從而迫使在功率儲存回路自動處引出狀態(tài)及執(zhí)行一個間隔T(on)。
現(xiàn)在，進一步看圖2a-2d。圖2a-2d敘述本發(fā)明的有源功率儲存監(jiān)示器40，中央處理機通過儲存在中央處理機只讀存儲器中程序裝有監(jiān)示器，或是通過由儲存在隨機存儲器中程序的外部裝置裝有監(jiān)示器40，一旦中央處理機裝有監(jiān)示器40，那么該監(jiān)示器連續(xù)監(jiān)示預置系統(tǒng)中斷的預置器INIT50，用戶配置的建立，和系統(tǒng)/應用特種預置?！翱臻e”支路60(進一步建立于圖2b中的功能)，用由硬件或軟件中斷來執(zhí)行，以達到“空閑”或“空作”中央處理機進入“空閑”或“空作”回路(即計劃的無活動)，產(chǎn)生這種類型的中斷。在下面有關圖2d中更充分說明的程序圖的“活動”支路70，由于一個操作系統(tǒng)或輸入/輸出服務請求，由應用程序或內部操作系統(tǒng)功能執(zhí)行，通過軟件或硬件中斷來執(zhí)行或由程序進行的輸入/輸出使用請求可能是例如磁盤輸入/輸出，讀出打印，負載等。不管所選的支路，控制在回轉支路80上經(jīng)最后返回到中央處理機的操作系統(tǒng)。圖2a所示的初置支路50僅只有它經(jīng)過程序加載入只讀存儲器而執(zhí)行，或只有每當由外部裝置加載并儲存在隨機存儲器中電源建立期間而被執(zhí)行，一旦充分地執(zhí)行活動功率監(jiān)示器40的這個支路，不論何時控制由操作系統(tǒng)置于功率儲存模式而獲得時，空閑60或活動70支路均取決于中央處理機活動類型而加以選擇在計劃的不活動期間功率儲存用空閑支路60及在中央處理機活動期功率儲存用活動支路70。
更仔細地觀察預置支路50，總之系統(tǒng)中斷和各種可變量都是預置的，例行程序連續(xù)至步驟90，從而調節(jié)功率電平與可缺席電平相等，在操作系統(tǒng)中，當用戶輸入為功率電平的控制時，在步驟100上程序核對用戶是否已選好電平。如果用戶電平小于0或大于最大電平，則系統(tǒng)使用缺席電平，否則，這連續(xù)進行至步驟110上，在此，修正電源電平以便相等于用戶電平。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例系統(tǒng)在步驟120調節(jié)可變空閑滴嗒到零及可變活動滴嗒到零。在MS/DOS實施中，空閑滴嗒涉及到“空作”回路中所發(fā)現(xiàn)的中斷數(shù)?；顒拥梧婕暗街鸫未_定中央處理機活動電平的活動中斷所產(chǎn)生的中斷數(shù)。滴嗒數(shù)表示作下一步中斷的Delta時間?？臻e滴嗒是從一次滴嗒到另一個滴嗒(切斷)的恒定Delta時間，除非由軟件中斷改寫掉。一個軟件中斷可在中斷間重編Delta時間的程序。
在調節(jié)可變量到零之后，在準備130上例行程序連續(xù)該時間，任何應用專門配置精調依照系統(tǒng)-專門詳細說明進行處理，預置該系統(tǒng)。下一步該例行程序對中斷的輸入/輸出(步驟140)配上指令送到硬件，表明該硬件能在下一步中斷時采用控制。然后預置支路50引到操作系統(tǒng)的返回程序80上，或諸如原先稱為活動功率監(jiān)示器。現(xiàn)在考慮活動功率監(jiān)示器40的“空閑”支路60，在圖2上更充分說明。根據(jù)中央處理機的一個預定的無活動，監(jiān)示器40(在這幅圖中沒有特別畫出)首先確定活動中斷目前是否有空，再檢查一下是否允許進入“空閑”支路60，如果忙碌A等于忙碌特征位(步驟150)，忙碌特征位是一個再記入特征位，則中央處理機是忙碌的及現(xiàn)在不能被嗜眠。因而;監(jiān)示器40立即進入程序I160及引出該例行程序。返回程序I160是一個在進入監(jiān)示器40之前儲存的正常處理用的原先操作系統(tǒng)“空閑”矢量中斷的間接矢量(即這引起中斷返回到最后鍵接的矢量)。如果;忙碌A中斷特征位不忙，則監(jiān)示器40檢查一下忙碌空閑中斷特征位，忙碌I是否與忙碌特征位(步驟170)相等，如果相等，這就表示系統(tǒng)已處于監(jiān)示器40的空閑支路60狀態(tài)及該系統(tǒng)自身不應中斷。如果忙碌I忙碌特征位則系統(tǒng)在返回程序I間接矢量160上引出程序。如果已調節(jié)的不是忙碌A再進入特征位;也不是忙碌I再進入特征位，那么例行程序在步驟180上調節(jié)忙碌I特征位作再進入保護(忙碌I＝忙碌特征位)。在步驟140上空閑滴嗒的增量為1?？臻e滴嗒是在T(off)間隔之前的T(on)數(shù)，并由“空閑”中斷，調置中斷和中央處理機活動電平來確定。空閑滴嗒增量為1從而允許事故平滑，因此允許讓臨界輸入/輸出活動控制得以平滑。在步驟200上監(jiān)示器40檢查看空閑滴嗒是否相等于“空閑”最大滴嗒數(shù)。空閑最大滴嗒數(shù)是初置支路50的步驟130中初置的常數(shù)之一并為系統(tǒng)保持穩(wěn)定，及負責活動電平的自調，如果空閑滴嗒不等于空閑最大滴嗒數(shù)，及忙碌I特征位在步驟210上被清洗及引出進入到返回程序I間接矢量160的回路，如果空閑滴嗒等于空閑最大滴嗒數(shù)，則空閑滴嗒被調到與空閑-開始-滴嗒相等(步驟220)?？臻e-開始-滴嗒是一個常數(shù)，該常數(shù)或為零或不可為零(取決于特定的中央處理機能否使它的時間停止)。這步驟確定了如何經(jīng)常執(zhí)行嗜眠功能其余部分的自調。因為調節(jié)“空閑”-開始-滴嗒等于空閑最大滴嗒數(shù)減去1，所以獲得了一個連續(xù)的T(off)間隔。在步驟230上檢查該功率電平。如果該電平等于零、則監(jiān)示器清洗忙碌I特征位(步驟210)，在返回程序I160上引出程序，及將控制返回至操作系統(tǒng)，它就可連續(xù)在進入到活動功率監(jiān)示器40之前的最初程序。如果功率電平在步驟240上不等于零，則例行程序確定一個中斷表征碼是否適當，中斷表征碼是由系統(tǒng)/應用軟件調節(jié)及確定各中斷是否能用于監(jiān)示器40。如果各中斷不可用，則忙碌I再記入特征位被清洗及控制返回到操作系統(tǒng)以便繼續(xù)在控制進入監(jiān)示器40之前要操作的程序，操作程序及應用軟件能調節(jié)T(on)間隔以便通過調節(jié)中斷表征碼等于“不可用”而產(chǎn)生連續(xù)的T(on)狀態(tài)。假定中斷是“可用的”，監(jiān)示器40進行到保存功率子程序250，該程序250在由硬件狀態(tài)建立的一個T(off)周期期間充分執(zhí)行的(例如在本發(fā)明的最佳實施例中，最長間隔可能為18毫秒，該18毫秒間隔在從實時時鐘輸出的二個滴嗒記號間或中斷間的最長時間)，在保存功率子程序250期間，中央處理機時鐘減速直到嗜眠時鐘電平。一旦臨界的輸入/輸出操作強行轉移T(on)間隔，則空閑支路60中斷趨向于保持準備附加臨界輸入/輸出請求，當中央處理機具有臨界輸入/輸出而變成忙碌時，則少量T(off)間隔是可用的，反之當臨界輸入/輸出請求減少及各請求間的間隔增加，則更多T(off)間隔可用?？臻e支路60是根據(jù)活動中斷反饋而進行自校的系統(tǒng)，及當活動電平轉慢時，空閑支路60有助于提供T(off)間隔。
監(jiān)示器一完成保存功率子程序250，如圖2c所示，下面更詳細說明，忙碌I再進入特征位就被清洗(步驟210)及控制在返回程序I160上到監(jiān)示器40最初請求的任何操作系統(tǒng)。
現(xiàn)在考慮圖2c，該圖是一說明保存功率子程序250的操作流程，監(jiān)示器40確定了輸入/輸出硬件高速時鐘在步驟260處所處的狀態(tài)。它調節(jié)現(xiàn)行時鐘速率等于相關的高速時鐘及保存了這個值，作為帶有多個電平高速時鐘的中央處理機之用，因此如果一個專用的中央處理機有12兆赫和6兆赫高速時鐘，則監(jiān)示器40在監(jiān)示器40減少功率之前必需確定中央處理機處在那個高速時鐘，以便當中央處理機喚醒時，監(jiān)示器40可以在適當?shù)母咚贂r鐘上恢復中央處理機。在步驟270上保存時鐘速率被調到與所確定的現(xiàn)行時鐘速率相等。當中央處理機僅有一個高速時鐘時不使用保存時鐘速率270，現(xiàn)在監(jiān)示器連續(xù)到嗜眠時鐘280，這時一個脈沖被送到硬件選擇器(如圖3所示)以便把中央處理機時鐘處于嗜眠狀態(tài)(即降低或停止它的時鐘頻率)。輸入/輸出部分硬件嗜眠時鐘的振蕩比通常所用的中央處理機時鐘的要低得多。
在這一點二個事件的任何一個都能發(fā)生。一個系統(tǒng)/應用中斷可能發(fā)生或一個實時時鐘中斷可能發(fā)生。如果一個系統(tǒng)/應用中斷290發(fā)生，監(jiān)示示器40進行到中斷程序300，從而盡可能快的處理該中斷，在步驟310中配備中斷輸入/輸出，及返回來確定是否有一個中斷(步驟320)。由于在這種情況中有一個中斷，使用保存時鐘速率(步驟330)確定中央處理機回到那個高速時鐘及保存功率子程序250在返回340上引出。如果沒有接收到一個系統(tǒng)/應用中斷則保存功率子程序250將繼續(xù)等待，直到出現(xiàn)一個“實時”時鐘中斷(步驟320)為止。一旦出現(xiàn)這種中斷保存功率子程序250以儲存的保存時鐘速率重建中央處理機。如果嗜眠時鐘速率沒有停止，則換言之，這嗜眠時鐘速率不是零，控制以慢速通過，及保存功率子程序250將幾次執(zhí)行中斷回路300。如果當嗜眠時鐘速率是零時，控制通過，換句話說，沒有時鐘，一旦當中央處理機時鐘回到保存時鐘速率330和引出(步驟340)之前，該保存功率子程序250將執(zhí)行中斷回路320。
現(xiàn)在考慮圖2d，該圖示出經(jīng)一操作系統(tǒng)使用請求中斷由一應用/系統(tǒng)活動請求起動的活動支路70的程序圖?；顒又?0隨再記入保護裝置一道開始。不管忙碌I是否已被置于忙碌特征位，監(jiān)示器40在步驟350上確定。如果它有，意味著該系統(tǒng)已處于空閑支路60，則不能被中斷。如果忙碌I＝忙碌特征位，則監(jiān)示器40引出到返回程序I160，在操作系統(tǒng)執(zhí)行請求服務后，它通過中斷矢量，對舊的活動矢量中斷來說，是一個間接矢量，可作正常處理。
如果但是，忙碌I特征位不等于忙碌特征位，則表示空閑支路60不通，則監(jiān)示器在步驟360上確定忙碌A特征位是否已被調節(jié)到與忙碌特征位相等。如果相等，控制將在這點上返回到該系統(tǒng)，這是因為活動支路70已正在使用同時不可能被中斷。如果忙碌A特征位還沒調節(jié)，換句話說，忙碌A不等于忙碌特征位，則監(jiān)示器40在步驟370上調節(jié)忙碌A等于忙碌特征位，以便在活動支路70執(zhí)行期間不被中斷。在步驟380上確定了功率電平。如果功率電平等于零，則該監(jiān)示器40在請洗忙碌A再進入特征位(步驟390)后引出活動支路70。然而如果功率電平不等于零，則輸入/輸出硬件的“現(xiàn)行”時鐘速率下一步不確定。根據(jù)圖2c的步驟270是正確的，如果有一給定的中央處理機用的多個電平高速時鐘那么圖2d的步驟400使用了該現(xiàn)行時鐘速率。換句話說，現(xiàn)行時鐘速率經(jīng)常等于該中央處理機高速葉鐘。在現(xiàn)行時鐘速率被確定(步驟400)后，在步驟410上空閑滴嗒調到與為原先的確定的現(xiàn)行時鐘，速率所建立的常數(shù)啟動滴嗒數(shù)相等。T(off)間隔根據(jù)目前活動的高速時鐘來建立。
監(jiān)示器40下一步確定一個請求已被提出。一個請求是靠運行在計算機上的應用軟件的一個輸入，滿足特別類型使用所需。在步驟420上，監(jiān)示器40確定該請求是否是一個臨界輸入/輸出。如果該請求是一個臨界輸入/輸出，則它將不斷地迫使T(on)加長直到T(on)大于T(off)為止，及在清洗忙碌A再進入特征位(步驟390)后監(jiān)示器40將引出活動支路70。如果，另一方面，請求不是一個臨界輸入/輸出，則活動滴嗒在步驟430上增加1。然后在步驟440上確定活動滴嗒現(xiàn)在是否等于活動最大滴嗒數(shù)。步驟440允許平滑來自臨界輸入/輸出，及使系統(tǒng)在活動滴嗒T(on)間隔期間由另一個臨界輸入/輸出來做準備。假定活動滴嗒不等于活動最大滴嗒數(shù)，則活動支路70在清洗忙碌A再進入特征位(步驟390)后被引出，如果;另一方面，該活動滴嗒等于恒定的活動最大滴嗒則在步驟450上活動滴嗒被置于由步驟380上所確定的專門功率電平用所建立的該恒定電平最大滴嗒數(shù)。
現(xiàn)在監(jiān)示器40確定了一個中斷表征碼是否存在(步驟460)。中斷表征碼是由系統(tǒng)/應用軟件設置。將表征碼置于不可用狀態(tài)就會產(chǎn)生一個連續(xù)T(on)狀態(tài)。如果中斷表征碼等于不可用，則在這個時間上沒有中斷可用同時監(jiān)示器在清洗忙碌A再進入特征位(步驟390)以后引出活動支路70。如果一個中斷是可用，則監(jiān)示器40在步驟470上確定步驟430上標明的請求是否是作慢速輸入/輸出中斷。慢速輸入/輸出請求可以有延遲直到該輸入/輸出成“準備”狀態(tài)為止。在該“作準備”操作期間，可建立一個連續(xù)的T(off)并增加執(zhí)行以儲存功率。于是，如果請求不是一個慢速輸入/輸出，則在清洗該忙碌A再進入特征位(步驟390)以后引出活動支路70。如果，請求是一個慢速輸入/輸出中斷，及在輸入/輸出變成“準備”狀態(tài)之前時間還有，則監(jiān)示器在步驟480上確定輸入/輸出請求是否完整(即是不是輸入/輸出已準備好？)。如果該輸入/輸出沒有準備好，則監(jiān)示器40迫使T(off)加長，從而迫使該中央處理機等待或嗜眠直到慢速輸入/輸出準備為止。在這點上就有時間保存功率及活動支路70進入到有關圖2c所描繪的各保存功率子程序250。如果輸入/輸出請求是完整的，則控制在清洗忙碌A再進入特征位(步驟390)之后接著被返回到操作系統(tǒng)以便監(jiān)示器40引出活動支路70。
自調是在連續(xù)反饋回路的控制系統(tǒng)之內固有的。本發(fā)明的軟件能檢查什么時候中央處理機活動處于低狀態(tài)，從此什么時候本發(fā)明的功率儲存范圍可以活動，一旦功率儲存監(jiān)示器是活動狀態(tài)，則間隔內就能獲得即刻回到全速中央處理機時鐘操作以便不使計算機性能降級。為了獲得這個即刻返回到全速中央處理機時鐘操作，本發(fā)明的最佳實施例使用一些有關硬件。
現(xiàn)在看圖3，圖3示出本發(fā)明作活動功率儲存用的有關硬件的簡化方塊圖。當監(jiān)示器40(沒畫出)確定了中央處理機準備嗜眠時，它就寫入一個輸入/輸出口(未畫出)。該出入口在嗜眠線上產(chǎn)生一個脈沖。在嗜眠線上的這個脈沖的上沿使觸發(fā)電路500計時一個高為Q、低為Q-。這產(chǎn)生了和/或邏輯(和門510、520;或門530)從而從嗜眠時鐘振蕩器540選擇行進在嗜眠時鐘線的脈沖并傳送到中央處理機時鐘并由該時鐘使用。嗜眠時鐘振蕩器540時鐘在正常中央處理機活動期間比中央處理機時鐘更慢。來自觸發(fā)器500的高Q和來自嗜眠時鐘振蕩器540相與并和由觸發(fā)器500的低Q-和沿著高速時鐘線產(chǎn)生的脈沖相與的結果進行相或，以產(chǎn)生中央處理機時鐘。當輸入/輸出出入口設定為嗜眠時鐘時，中央處理機相等于嗜眠時鐘振蕩器540的值。如果，另一方面，中斷發(fā)生，則一個中斷值清洗了觸發(fā)器500，從而迫使和/或選擇器(包含510，520和530)選擇高速時鐘值及使中央處理機時鐘值返回到來自高速時鐘振蕩器550的值。因此，在中央處理機上任何功率儲存工作期間，在系統(tǒng)內部檢出任何中斷將在引導和處理中斷之前恢復該中央處理機全時鐘速率工作。
應該注意不管中央處理機能否停機等等，每個任何給定系統(tǒng)用的中央處理機的外部所需的有關硬件根據(jù)所用的操作系統(tǒng)可以是不同的。盡管如此，本發(fā)明的范圍不受可能的所需的系統(tǒng)專門改進限制，以便使本發(fā)明能在多種可用的便攜式計算機系統(tǒng)中有效地儲存功率。例如如圖4和5所示下面討論的二個實際實施方法。
當前許多VSLI設計允許時鐘轉換中央處理機速度。從一個零時鐘或慢時鐘到快速時鐘邏輯的邏輯轉換是與允許用戶用鍵盤指令改變速度的邏輯中同樣的。和這種轉換邏輯一起工作的監(jiān)示器40的和邏輯在檢出任何中斷上產(chǎn)生一個即刻返回到快速時鐘。這個簡單邏輯對必需硬件支持來中斷中央處理機是關鍵，從而允許全速中斷處理。
在MS-DOS情況下降低功耗的方法使用了MS-DOS空閑回路俘獲以進入到“不工作”回路?？臻e回路給應用軟件和處空間或低速活動的狀態(tài)的操作系統(tǒng)提供專門進入口。要求仔細檢查，以便確定系統(tǒng)內任何給定點上活動電平。反饋回路是根據(jù)中斷21H使用請求加上使用以便確定該活動電平?；顒与娖降念A測是由中斷21H請求來確定，本發(fā)明根據(jù)該預測建立使中央處理機嗜眠的片周期(慢速下降或停止)另一個附加特征允許用戶根據(jù)中斷21H的活動電平修正片周期。
現(xiàn)在看圖4，圖4描繪如Intel 80386(中央處理機不能使它的時鐘中止)系統(tǒng)之用的一個實際嗜眠硬件實施的方塊圖。地址賦能總線600和地址總線610提供中央處理機輸入信號到多路分配器620。多路分配器620的輸出沿LEED S傳送及提供或門630，640的輸入?；蜷T630，640的另處輸入分別為輸入/輸出寫入控制線和輸入/輸出讀出控制線。除了非門650之外這些門的輸出都被加到D觸發(fā)器660以便對進出口解碼?！癐NTR”是由輸入/輸出進入口(外部設備)到非門650中的中斷輸入，該非門650使邏輯硬件啟回到高速時鐘。然后觸發(fā)器660的輸出、與或門630輸出一起饋送到三態(tài)緩沖器670從而使其回讀進入口上的數(shù)據(jù)。所有上述硬件都是用讀/寫、輸入/輸出進出口(外部設備)來使用以便選擇功率保存“嗜眠”操作。輸出“慢”是與圖2中“嗜眠”等同及被輸入到以后討論的觸發(fā)器680。
嗜眠時鐘振蕩器690的輸出由D觸發(fā)器700，710分成為二個較慢時鐘。在圖4中所示的專門實施中，16兆赫嗜眠時鐘振蕩器690分成4兆赫和8兆赫時鐘。轉移器J1選擇那個時鐘是處于“嗜眠時鐘”狀態(tài)。
在此專門實施中，高速時鐘振蕩器720是一個32兆赫振蕩器，不過這個專門速度不是本發(fā)明的要求。該32兆赫振蕩器與電阻(實施中所示為33歐姆)串聯(lián)，該電阻與二個并聯(lián)電容(10微微法)串聯(lián)。結果是這樣的振蕩器聯(lián)接到D觸發(fā)器730，740的時鐘。
D觸發(fā)器680，730，740是同步觸發(fā)器;680，730在圖2中簡化的嗜眠硬件中未被畫出。這些觸發(fā)器用來確保只在時鐘邊沿上發(fā)生時鐘轉換。正如圖4中所示，由于使用圖2的觸發(fā)器500、觸發(fā)器740的輸出不是激化或門750就是或門760，這取決于中央處理機是處嗜眠(加速)狀態(tài)還是處于蘇醒(變慢)狀態(tài)。
或門750，760和和門770是與圖2中與/或門選擇器的功能等效。它們負責選擇慢時鐘(慢速時鐘，也是周知的嗜眠時鐘)或高速時鐘(在進入線上指定為32兆赫)。在這種實施中，慢速時鐘是4兆赫，或8兆赫，這取決于轉移器J及高速時鐘是32兆赫。與門770(ATU時鐘)的輸出產(chǎn)生中央處理機的速率，及等效于圖2中的中央處理機時鐘。
現(xiàn)在考慮圖5，圖5描繪如Intel80286系統(tǒng)(中央處理機能使時鐘停止)用的另一個實用的嗜眠硬件實施的方塊圖。
西部數(shù)字設備公司制FE3600ULSI芯片用來加速和一個專門外部可編程陳列邏輯(PAL)相轉換以便控制中斷選通，該中斷選通可喚醒任何中斷狀態(tài)的中央處理機。根據(jù)本發(fā)明的軟件功率儲存監(jiān)示了該中斷的接收以及激活了中斷后的下一個Pi△Ti間隔。
對中央處理機的任何請求將使系統(tǒng)返回到正常工作。對中央處理機的一個中斷請求(“INTRQ”)使PAL(可編程陳列邏輯電路)在RESCPU線上發(fā)出一喚醒信號給FE3001(未畫出)，該FE3001依次賦能與中央處理機和DMA時鐘，使系統(tǒng)回到正常狀態(tài)。
386 SX的實施僅是在外部硬件和軟件功率儲存回路中不同。軟件回路將調節(jié)外部硬件在引導中斷前在中斷狀態(tài)時轉換到高速時鐘。一經(jīng)返回到功率儲存軟件，則將檢出高速時鐘循環(huán)及硬件將立即恢復為全時鐘操作狀態(tài)。
OS/2的實施采用可編程的“空作”回種作為一種“線索”以優(yōu)先的低速在準備操作中運行。一旦“線索”被激活，“空做”回路則中央處理機嗜眠或低速時鐘的操作將被激活，直到中斷發(fā)生，把中央處理機回置到最初時鐘速率。
僅管各種中斷方法已被用來喚醒在本發(fā)明的最佳實施例中的中央處理機，但是應認為、系統(tǒng)內或加到系統(tǒng)上的任何周期性活動都能用作同樣的功能。
當本發(fā)明的最佳實施例中的幾種實施方法已被圖示和說明時，各種修改和替換實施便對在本技術領域中熟練人員來說將會發(fā)生的。因此，本文設想本發(fā)明僅限于附錄的權利要求范圍內。
權利要求
1.一種至少具有一臺中央處理機，并由操作系統(tǒng)控制的便攜式計算機的實時的功率儲存方法，其特征在于下列幾個步驟(a)接受上述操作系統(tǒng)的控制；(b)確定上述的至少有一個中央處理機是否能處于嗜眠狀態(tài)；(c)確定上述的至少為一個的每個中央處理機用的現(xiàn)行時鐘速率；(d)保存等于上述已確定的現(xiàn)行時鐘速率的一個值；(e)指示一個硬件選擇器使上述的至少為一個的中央處理機嗜眠；(f)確定是否發(fā)生中斷；(g)如果中斷沒有發(fā)生，重復(f)步驟，其中上述中央處理機處于“嗜眠”，直至中斷發(fā)生；(h)如果已發(fā)生一個中斷；則指示上述硬件選擇器喚醒上述至少一個中央處理機；(i)保持上述的保存的值等于上述已確定的現(xiàn)行時鐘速率；(j)調節(jié)上述現(xiàn)行時鐘速率等于上述已保持的值；及(k)使控制返回到上述操作系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述作實時的功率儲存方法，其特征在于指示一個硬件選擇器嗜眠上述至少一個中央處理機的上述步驟(e)進一步包含以下幾個步驟(l)用一嗜眠中央處理機指令經(jīng)過到上述硬件選擇器的通信線，加脈沖給上述硬件選擇器;(m)根據(jù)上述嗜眠中央處理機指令由上述硬件選擇器選擇一個嗜眠時鐘;(n)脈沖從上述嗜眠時鐘通到上述中央處理機從而在此嗜眠上述中央處理機。
3.根據(jù)權利要求1或2所述作實時的功率儲存方法，其特征在于指示上述硬件選擇器喚醒上述至少一個中央處理機的上述步驟(h)進一步包括以下幾個步驟(o)用一喚醒中央處理機指令經(jīng)過到達上述硬件選擇器的通信線加脈沖給上述硬件選擇器;(p)根據(jù)上述喚醒中央處理機指令由上述硬件選擇器選擇一高速時鐘;及(q)脈沖從上述高速時鐘通到上述中央處理機從而在此喚醒上述中央處理機。
4.根據(jù)權利要求1、2或3作的實時的功率儲存方法，其特征在于確定上述至少一個中央處理裝置是否是能嗜眠的上述步驟(b)進一步包括以下幾個步驟(r)檢查一下上述中央處理機是否已嗜眠;(s)如果沒有嗜眠，確定在中央處理機嗜眠前是否有幾個中斷喚醒上述中央處理機;及(t)如果沒有中斷控制返回到上述操作系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求1、2、3或4所述的作實時的功率儲存方法，其特征在于確定上述至少一個中央處理機是否能嗜眠的步驟(b)進一步包括以下幾個步驟(r)檢查看上述中央處理機是否已接收到一個請求;(s)如果上述中央處理機已接收一個請求，則確定上述請求是否是一個臨界輸入/輸出;(t)如果上述請求是一個臨界輸入/輸出，則控制返回到上述操作系統(tǒng);(u)如果上述請求不是一個臨界輸入/輸出，則確定上述中央處理機嗜眠前是否有任何中斷喚醒中央處理機;(v)如果沒有中斷，則控制返回到上述操作系統(tǒng);(w)確定上述請求是否來自一個慢速輸入/輸出;及(x)如果上述請求不是來自一個慢速輸入/輸出則控制返回到上述操作系統(tǒng)。
6.根據(jù)權利要求1所述的實時的功率儲存方法，其特征在于指示一硬件選擇器嗜眠上述至少一個中央處理機的上述步驟(e)進一步包括以下幾個步驟(l)確定中央處理機活動中是否已增加;及(m)根據(jù)上述步驟(l)的確定，調節(jié)中央處理機休息間隔。
7.根據(jù)權利要求1所述的實時的功率儲存方法，其特征在于上述系統(tǒng)之內上述中斷是否是周期性活動。
8.一種具有一臺中央處理機的計算機的功率儲存裝置，其特征在于它包括一個中央處理機活動檢出器;一個中央處理機時鐘;一個提供高速脈沖的第一振蕩器;一個提供低速脈沖的第二振蕩器;一個在上述第一振蕩器和上述第二振蕩器間作選擇用的硬件選擇器，其中，采用上述硬件選擇器接收來自第一振蕩器的上述高速脈沖，如果選擇這樣做，或如果選用上述硬件選擇器接收來自上述第二振蕩器的上述低速脈沖，如果是這樣做，其中進一步采用上述硬件選擇器把合適的脈沖從上述所選的振蕩器傳遞到上述中央處理機時鐘;采用一個接收來自上述中央處理機活動檢出器檢出到的中央處理機活動，進一步用來發(fā)生一個脈沖給上述硬件選擇器，并在此規(guī)定上述硬件選擇器應選擇那個振蕩的中央處理裝置嗜眠控制器。
9.根據(jù)權利要求8的功率儲存裝置，其特征在于上述中央處理機活動檢出器和上述中央處理機嗜眠控制器保存在上述中央處理機內。
10.根據(jù)權利要求8所述的功率儲存裝置，其特征在于上述中央處理機活動檢出器和上述中央處理機嗜眠控制器保存在上述中央處理機外。
11.根據(jù)權利要求8所述的功率儲存裝置，其特征在于上述中央處理機嗜眠控制器保存在上述中央處理機外部，而上述處理機活動檢出器保存在上述中央處理機內。
12.根據(jù)權利要求8所述的功率儲存裝置，其特征在于上述中央處理機嗜眠控制器保存在上述中央處理機內，而上述中央處理機活動檢出器保存在上述中央處理機外部。
13.根據(jù)權利要求8所述的功率儲存裝置，其特征在于上述中央處理機活動檢出器進一步包括一個檢出由上述中央處理機接收到的臨界輸入/輸出中斷的速率用的檢出器;一個確定上述已檢出的速率是否已增加的比較器;一個根據(jù)上述比較器的結果指出中央處理機現(xiàn)行活動電平的指示器;及一個將上述中央處理機現(xiàn)行活動電平傳到上述中央處理機嗜眠控制器的指示器。
14.根據(jù)權利要求8所述的功率儲存裝置，其特征在于上述中央處理機嗜眠控制器進一步包括一個從上述中央處理機活動檢出器接收一個已檢出的中央處理機現(xiàn)行活動電平的接收器;一個根據(jù)上述已接收的中央處理機現(xiàn)行活動電平而工作的，并當上述已檢出的中央處理機現(xiàn)行活動電平已降低時加長中央處理機休息周期的或當上述的已檢出的中央處理機現(xiàn)行活動電平增加時縮短上述中央處理機休息周期用的調整器;一個確定上述中央處理機的現(xiàn)行活動速率的，當上述中央處理機嗜眠時，保存一個等于上述現(xiàn)行時鐘速率的值，以及當上述處理機要喚醒時保持上述已儲存的時鐘速率保持器;及一個產(chǎn)生一個脈沖指定上述硬件選擇器應選擇那個振蕩器的脈沖發(fā)生器。
全文摘要
一種便攜式計算機用實時功率儲存裝置和方法使用監(jiān)示器(40)，根據(jù)CPC活動電平實時采樣而確定CPC是否可休息及激活硬件選擇器進行監(jiān)示器的確定。如果監(jiān)示器確定CPC可休息，硬件選擇器降低CPC時鐘時間(260，270，280)；如果CPO將處于活動，則硬件選擇器把CPO恢復到它的原先高速時鐘電平。CPU休息狀態(tài)轉換回到全操作發(fā)生了，用戶不必請求及當?shù)却嬎銠C回到“準備”狀態(tài)時，在計算機操作中也沒有任何延遲。監(jiān)示器調節(jié)計算機執(zhí)行電平以便控制根據(jù)CPU活動的實時采樣控制功率儲存。
文檔編號G06F1/20GK1054496SQ9010877
公開日1991年9月11日 申請日期1990年10月26日 優(yōu)先權日1989年10月30日
發(fā)明者小L·F·瓦茲, S·J·華萊士 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司