專利名稱：增強處理器的性能的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及優(yōu)化微處理器芯片的處理速度的裝置與方法。
相關技術描述眾所周知的處理器芯片的性能測定便是處理器芯片的操作頻率。在較高時鐘頻率上操作的處理器芯片能比在較低時鐘頻率上操作的相同的處理器芯片在較短時間內處理更多的信息。從而，希望在最大時鐘頻率上運行處理器芯片，在此頻率上特定的處理器芯片能夠操作而不會由于處理器的內部延時、熱破壞導致處理器不正確操作或由于熱引發(fā)的自動斷路引起的性能降低。
在許多情況中，實現在計算機系統(tǒng)內的處理器芯片在明顯地低于該處理器能承受而不出現上述故障或保護性停機的最大操作頻率的時鐘頻率上操作。這可能由多種原因造成。例如，由于處理器芯片通常分成兩種或三種處理速度(諸如66MHz、100MHz等)，將實際上能在比標準時鐘速率高的時鐘速率上運行的許多處理器芯片簡單地設定在較低的時鐘速率上，以便與給定的計算機的時鐘速率類別一致。此外，有時處理器芯片制造商生產能在或超過一種處理速度級(諸如100MHz)操作的過量芯片，但為了配合市場計劃，制造商將人為地在較低速度級上銷售處理器，保持低速度直到市場壓力需求較高速度級。最后，有時處理芯片只在低電壓條件下測試。正如本技術中眾所周知的，當將較高的電源電壓作用在微處理器芯片上時，這通常起到提高處理芯片能在其上操作的最大時鐘速率的作用。這是因為較高的電壓導致整個處理器電路的電容性延時減小。然而由于熱考慮、電源要求及最終電壓引發(fā)的半導體破壞，在許多處理芯片上通常保持低的電源電壓。從而由于進行測試的環(huán)境，而有時將能在高得多的時鐘速率上運行的某些處理芯片分類到較低時鐘速率類別中。
一種已知的增強處理器性能的方法是禁止主板時鐘并加上較高頻率的時鐘源。然而，這種實現通常要求主板上的所有系統(tǒng)部件(諸如存儲器、主板總線、輸入/輸出單元等)都在提高的時鐘速率上操作。因此，如果系統(tǒng)部件之一不能在較高的時鐘速率上操作，便不能利用這一實施例來改進性能。
從而，為了優(yōu)化單個處理芯片的性能，如果售后制造商或單個PC擁有者能實現增強處理器芯片的時鐘速率性能的裝置與方法，將是所希望的。
發(fā)明概述一種增強計算機系統(tǒng)中的可變頻率處理器芯片的性能的方法，其中該處理器芯片具有規(guī)定的最大電壓電平并且是由數控電源供電的，該方法包括下述步驟應用數字電源控制值將電源電壓設定在規(guī)定的最大電壓電平上；在處理器芯片上施加第一數字值將處理器芯片工作的時鐘速率設定在初始頻率上；當將處理器芯片設定在該頻率上時判定計算機系統(tǒng)是否正常操作；以及，當將處理器芯片設定在初始頻率上時如果計算機系統(tǒng)操作不正常，便在處理器芯片上應用不同的數字值來降低時鐘速率，直到找到處理芯片正常操作的最大時鐘速率為止。如果在將處理器芯片設定在初始頻率上時計算機系統(tǒng)操作正常，便施加數字值來提高時鐘速率，直到找到計算機系統(tǒng)正常操作的最大時鐘速率。
在一個較佳實施例中，利用逐次逼近來提高或降低時鐘速率。
在另一較佳實施例中，該方法還包括下述步驟，監(jiān)視處理器芯片的溫度并在溫度超過閾值時產生中斷來降低處理器的操作頻率，直到處理器溫度回到安全值時再允許處理器在其原來的時鐘速度上運行。
在一個特別好的實施例中，該方法包括提高處理器的冷卻。在一種實現中，可利用風扇或散熱器來提高處理器的冷卻。
另一方面，本發(fā)明的較佳實施例為增強可變頻率處理器芯片的性能的方法，其中該處理器芯片是用數控電源電壓供電的。該方法包括下述步驟在電源上作用一個數字電源控制值將電源電壓設定在處理器芯片的操作范圍內的一個電壓電平上；在處理器芯片上作用第一數字頻率控制值將處理器芯片工作的時鐘速率設定在初始頻率上；判定處理器芯片在初始頻率上是否正常操作；以及結合電源電壓在處理器芯片上應用不同的數字頻率控制值來控制時鐘速率，以確定處理器芯片正常操作的最大時鐘速率。
在一個較佳實施例中，利用逐步逼近來提高或降低時鐘速率。
在另一較佳實施例中，該方法還包括下述步驟，監(jiān)視處理器芯片的溫度并在溫度超過閾值時產生一個中斷來降低處理器的操作頻率，直到處理器溫度回到安全值時，才允許處理器在其原來的時鐘速率上運行。
在又另一較佳實施例中，該方法包括增加處理器的冷卻。在一個特別好的實施例中，利用散熱器或風扇來提供增加的處理器冷卻。
附圖簡述

圖1為結合處理器性能增強發(fā)明的計算機系統(tǒng)的高度簡化的方框圖。
圖2為展示圖1中所描繪的計算機系統(tǒng)的頻率轉換器部分的一種實現的方框圖。
圖3為例示按照本發(fā)明提高處理器性能的一般方法的流程圖。
本發(fā)明的詳細描述圖1為按照本發(fā)明的教導構造的計算機系統(tǒng)100的高度簡化的方框圖。熟悉本技術的人員將理解計算機系統(tǒng)100通常包含為了清楚地例示本發(fā)明而在圖1中未示出的附加電路。計算機系統(tǒng)100包含諸如由可從INTEL購得的P6微處理器芯片構成的中央處理單元(CPU)110。CPU或處理器110通過微處理器總線130與核心邏輯135與諸如存儲器、輸入/輸出(I/O)單元等主板上的其它系統(tǒng)120通信。處理器110還包括存儲通常用來控制CPU電源145的校準電壓的電壓控制值的電源控制寄存器140。
按照本發(fā)明的一個較佳實施例，將來自CPU的電源控制寄存器的用來控制CPU電源145的線路斷開，而用諸如開關陣列或獨立的微控制器等外部控制裝置來提供CPU電源145的控制。
處理器110包含一個內部頻率轉換器160，它生成從供給主板系統(tǒng)部件的時鐘頻率中導出的內部時鐘頻率。頻率轉換器160通過線路167接收來自振蕩器165的時鐘輸入。
頻率轉換器160通過鎖存制造商的CPU硬件規(guī)格所定義的CPU110的針(pin)上的電壓電平，在復位時確定的頻率上操作。這些針是由多路復用器141驅動的。在未確定復位時這些針是由核心邏輯135控制的。在復位中，這些針由可能是開關或硬接線的跨接線的頻率控制硬件143控制。
正如本領域中普通技術人員所熟知的，并且如上面簡要討論的，處理器能夠操作的最大時鐘速率是為了防止電壓斷路而由芯片的制造商限定的電源電壓范圍內提供給處理器110的電源電壓的函數。然而，隨著電源電壓增加，熱導致的半導體損壞的可能性也增加。從而，本發(fā)明通過根據特定應用的要求用系統(tǒng)管理中斷(SMI)技術，或通過增加散熱，而利用熱管理技術熱管理處理器溫度。當處理器110的溫度超過一定值時，SMI令處理器停止運行或減慢速度。一旦處理器110充分冷卻便恢復正常操作。
可以看出，對于某些應用，由SMI引起的處理器110停止運行或速度減慢可能導致處理器110實際上對于較高的電源電壓在較慢的有效速率上運行。在這些應用中，必須找到平衡以便處理器110能在對于該芯片的獨特特征的最佳容許時鐘速率上運行。從而，按照本發(fā)明的一個方面，用控制供給處理器110的電源電壓及時鐘速率的方法找出處理器110能在其上操作的最佳時鐘頻率。此外，以這一方式，能夠利用各單個處理器的最大時鐘速率而無縮短處理器110的工作壽命的危險。
處理器110的最佳操作時鐘速率能在接通電源時在頻率控制器143的控制下用處理器110的內部自檢確定。一旦確定了這一最佳時鐘速率，處理器110便連同主板上的系統(tǒng)部件120與135一起正常操作。本發(fā)明利用處理器時鐘頻率與主板時鐘頻率之間的可變關系。因為處理器時鐘頻率能相對于主板操作頻率改變，可以為處理器110規(guī)定任何時鐘速率而不影響主板系統(tǒng)部件120與135的時鐘速率。
圖2為通常包含在處理器110內的頻率轉換器160的高度簡化的方框圖。如圖2中所示，頻率轉換器160包含第一分頻器電路200，它在線167上接收頻率輸入，并通過三位總線212從第一三位寄存器210接收頻率定標器值。將分頻輸出202(等于輸入頻率除以A，其中A為存儲在第一寄存器210中的三位定標器輸入值)作為第一輸入202提供給鎖相環(huán)220。
通過分頻器電路230將鎖相環(huán)220的輸出222反饋給鎖相環(huán)220的第二輸入端232。分頻器電路230用等于存儲在第二三位寄存器240中的值的定標值去除鎖相環(huán)220的輸出信號222的頻率。三位定標器值是通過三位總線242作為輸入提供給分頻器230的。
因為鎖相環(huán)220尋求維護作用在其第一與第二輸入端上的信號的相位與頻率的相等性，鎖相環(huán)220提供的輸出信號222的頻率等于信號167的輸入頻率乘以B(其中B等于存儲在第二寄存器240中的三位值)除以A。只要鎖相環(huán)220提供的輸出頻率222等于輸入頻率167乘以A分之B，作用在鎖相環(huán)的第一與第二輸入端202與232上的信號的頻率便等于輸入頻率除以A。這里應指出，在A與B為三位二進制計數器的實施例中，A與B通常在1-8(十進制)值范圍內。此外，應理解foutmax＝fin×8且foutmin＝fin÷8。由于對于A與B都有8種可能的值，因此有8×8＝64種可能比值。以這一方式，能將處理器時鐘設定為由定標器值B與A定義的任何比值，使得主板時鐘頻率借此從處理器時鐘頻率上分離。計數器控制寄存器210與240通常為來自實現在處理器內的硬件中的查找表260的輸出。寄存器250用于從查找表中選擇一項。雖然對于頻率轉換器的操作并無必要，通常包含查找表來減少定義比值所需的針數。在寄存器250、210與240都是三位寄存器的實施例中，64種可能的比值減少到8種比值的子集。查找表項通常用存儲在頻率選擇寄存器250中的值選擇。這一寄存器在復位時通過CPU110上的I/O針142加載，如圖1中所示。
圖3示出將處理器操作時鐘速率設定在最佳值上的本發(fā)明的一般方法。該方法在表示為開始框300中初始化，此后，采用一種或多種技術來補充CPU110的冷卻，如動作框305中所示。如本技術中眾所周知的，每當希望提高中央處理單元的操作速度時，由于增加了CPU的活動而通常導致增加熱量。從而，為了避免諸如熱損壞等與之關聯的有害作用，在提高CPU110的操作速度之前補充CPU冷卻是重要的。在一個實施例中，可以用增加風扇或散熱片，或者用每當超過溫度閾值時便降低CPU110的操作速度的軟件熱管理來提供CPU冷卻。
此后，如動作框310中所示，將CPU110的操作電壓設定為最佳額定值。即，CPU110的制造商通常提供指示CPU110能在其上操作的最大操作電壓的說明書。由于本技術中眾所周知的，操作電壓值的增加通常導致CPU110的操作速度的增加，通過將CPU110的操作電壓設定在最大額定值上，便能增強CPU110的性能。
一旦將CPU110的操作電壓設定在最大額定值上，便表征了所有頻率控制值的比值上的CPU性能，如動作框315中所示。即對于A與B的各可能值(見圖2)，執(zhí)行測試來首先判定CPU110是否通過自我診斷檢驗，如果是，便用諸如可從SEMANTEC公司購得的著名NORTON實用程序等標準基準測定軟件來確定該比值的性能分數。表1為表征一個示例性CPU110的比值碼(即加載進圖2的頻率選擇寄存器250中的碼)的頻率控制值。
表1
應指出，CPU110在各頻率控制比值上的性能可從CPU制造商的硬件規(guī)格手冊中提供。
一旦如動作框315中所示，表征了所有頻率控制值的比值上的CPU110的性能，便將給出最高性能分數的頻率控制值加載進頻率選擇寄存器250中將比值設定為對應于最佳CPU性能。例如，從表1中所列的示例性值中，具有規(guī)范化的性能分散1.34的比值碼N+3對應于給出最高性能分數的頻率控制值。從而，將值N+3加載進頻率選擇寄存器250中來確定CPU110的操作速度。
此后，保持故障日志來確定CPU110的故障率，如動作框325中所示。在一個實施例中，故障日志是CPU110執(zhí)行處理錯誤的次數的記錄。如果判定故障率在一定閾值之上，如判定框330中所示，便將頻率控制比值設定為給出次最高性能分數(諸如表1中的值N+2)的值。此后，該方法再次進入動作框325去保持新的故障日志。一旦它確定了故障是可接受的，便將CPU110保持設定在當前頻率控制值所提供的操作速度上，該方法結束，如結束框340中所示。當然，應指出，雖然在圖3中在本發(fā)明的方法中描繪成一個單一步驟，故障日志的保持是有利地在CPU110的整個操作中連續(xù)計算的，從而每當故障率超過容許閾值時，便調整頻率控制值。
雖然上面已詳細描述了本發(fā)明的較佳實施例，本領域中的普通技術人員會理解，能對本發(fā)明作出明顯的修改而不脫離其精神或中心特征。例如，不是簡單地與電源電壓無關地控制處理器的時鐘速率，而是聯合控制供給處理器110的電源電壓及處理頻率，以確定最佳時鐘速率。此外，可采用逐步逼近或其它方法，人工或自動選擇CPU110的最佳操作速度。從而，只能將上文中的描述設想為示例性的而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍應根據所附的權利要求定義。
權利要求
1.一種增強計算機系統(tǒng)中的可變頻率處理器的性能的方法，其中所述處理器具有規(guī)定的最大電壓電平并且是由數控電源電壓供電的，所述方法包括下述步驟應用數字電源控制值將所述電源電壓設定在所述規(guī)定的最大電壓電平上；在所述處理器上應用第一數字值，將所述處理器在其上操作的時鐘速率設定在初始頻率上；判定將所述處理器設定在所述頻率上時，所述計算機系統(tǒng)操作是否正常；以及如果將所述處理器設定在所述初始頻率上時，所述計算機系統(tǒng)操作不正常，便在所述處理器上應用不同的數字值以降低所述時鐘速率直到找出所述處理在其上正常操作的最大時鐘速率為止；以及如果將所述處理器設定在所述初始頻率上時，所述計算機系統(tǒng)操作正常，便應用數字值來提高所述時鐘速率，直到找出所述計算機系統(tǒng)在其上正常操作的最大時鐘速率為止。
2.權利要求1中所定義的方法，其中采用逐步逼近來提高或降低所述時鐘速率。
3.權利要求1中所定義的方法，其中所述方法還包括下述步驟，監(jiān)視處理器的溫度，并在溫度超過閾值時產生一個中斷來降低處理器的操作頻率，直到處理器溫度回到安全值，此時容許處理器在其原來的時鐘速率上運行。
4.權利要求1中所定義的方法，其中所述方法包括增加處理器的冷卻。
5.一種增強可變頻率處理器的性能的方法，其中所述處理器是由數控電源電壓供電的，所述方法包括下述步驟在所述電源上應用數字電源控制值，將所述電源電壓設定在處理器的操作范圍內的電壓電平上；在所述處理器上應用第一數字頻率控制值，將所述處理器在其上操作的時鐘速率設定在初始頻率上；判定所述處理器在所述初始頻率上是否正常操作；以及在所述處理器上應用不同的數字頻率控制值，與所述電源電壓聯合控制所述時鐘速率，以確定所述處理器在其上正常操作的最大時鐘速率。
6.權利要求5中所定義的方法，其中采用逐步逼近來提高或降低所述時鐘速率。
7.權利要求5中所定義的方法，其中所述方法還包括下述步驟，監(jiān)視處理器的溫度，并在溫度超過閾值時產生一個中斷來降低處理器的操作頻率，直到處理器溫度回到安全值時，此時容許處理器在其原來的時鐘速率上運行。
8.權利要求5中所定義的方法，其中所述方法包括增加處理器的冷卻。
全文摘要
根據各處理器的各個操作特征,為處理器設定最佳處理頻率。人工或在軟件控制下,將供給處理器的電源電壓提高到為該處理器規(guī)定的最大值。這使容許處理器在最大可能頻率上操作。處理器時鐘頻率是相對于主板時鐘頻率變化的,從而能隨意將處理器時鐘設定在其最大操作頻率上。采用逼近法來確定處理器將在其上正常工作的最大時鐘頻率。為了防止熱引發(fā)的半導體損壞,執(zhí)行附加的散熱與/或采用熱管理方法。也可結合時鐘速率控制電源電壓來確定最佳操作頻率并供應電壓給處理器。
文檔編號G06F1/00GK1183150SQ96193648
公開日1998年5月27日 申請日期1996年6月27日 優(yōu)先權日1996年3月1日
發(fā)明者小L·R·莫特 申請人:三星電子株式會社