Система перезапуска ввода-вывода (I/O Restart). Инструкции в вода-вывода, остановленные прерыванием SMI (System Management Interrupt), могут автоматически перезапускаться после выполнения инструкции Resume (RSM).

Остановка часов (Stop Clock). Этот механизм управления обеспечивает быструю инициализацию статуса Stop Grant и медленную инициализацию статуса Stop Clock, когда центральный процессор работает на частоте 0 МГц.

Отключение питания AutoHALT. После выполнения инструкции HALT процессор переходит на обычный цикл шины HALT н передача тактовых сигналов к ядру процессора автоматически блокируется.

Отключение питания Auto Idle. Эта функция позволяет процессору сокращать частоту ядра до уровня частоты шины, если шина и ядро не перегружены.

Самым важным элементом технологии SL является режим управления системой (SMM), который позволяет управлять питанием аппаратных компонентов без использования других системных ресурсов. Для программного обеспечения SMM выделяется адресное пространство - SMRAM (System Management RAM), которое "невидимо" для операционной системы и другого программного обеспечения. Центральный процессор переходит в режим SMM в момент получения прерывания SMI, имеющего наибольший приоритет и не поддерживающего маскировку. Как только генерируется прерывание SMI (например, при доступе к устройствам, питание которых отключено), процессор реагирует, сохраняя свои текущие параметры в SMRAM. Затем процессор переходит в режим SMM и выполняет соответствующий код SMM (который также хранится в SMRAM). По завершении работы в режиме SMM (например, после включения питания устройства, к которому осуществлялся доступ) обработчик SMI выполняет инструкцию Resume (RSM), которая восстанавливает предыдущие параметры процессора из SMRAM.

Перезапуск ввода-вывода (I/O Restart) является одной из функций технологии SL, используемой в режиме управления системой. Например, если приложение выполняет инструкцию ввода-вывода с обращением к жесткому диску с отключенным питанием, генерируется прерывание SM1, начинается подача питания диску и инструкция ввода-вывода автоматически перезапускается. Этот процесс проходит незаметно для приложений и операционной системы, без вмешательства в их работу.

Кроме того, на базе технологии SL предоставляются дополнительные механизмы управления тактовой частотой, включая инструкции Stop Clock, AutoHALT и Auto Idle. Инструкция Stop Clock позволяет управлять тактовой частотой центрального процессора. При ее использовании рабочая частота процессора может быть уменьшена до 0 МГц, благодаря чему процессор будет потреблять всего несколько миллиампер электрической энергии. Этот режим также называется спящим (режим Sleep Mode в англоязычной Windows). Для дальнейшего снижения энергопотребления можно полностью отключить внешний генератор частоты для снижения энергопотребления до двух микроампер.

Инструкция AutoHALT является расширением традиционной инструкции HALT и связана с инструкцией Stop Clock. При выполнении инструкции HALT (приводящей к остановке выполнения процессором других инструкций), процессор автоматически выполняет инструкцию Stop Clock и переключается в спящий режим.

Инструкция Auto Idle позволяет сокращать номинальную частоту процессора (частота шины с коэффициентом умножения) до частоты внутренней шины процессора каждый раз, когда процессор простаивает во время обмена данными с памятью. Например, если процессор выполняет инструкцию ввода-вывода и ожидает ответа от устройства, частота процессора автоматически сокращается до частоты шины, что позволяет сократить потребление энергии и не влияет на общую производительность системы.

Технологии управления энергопотреблением (SpeedStep/Power Now!/Long Run)

Конструкторы ноутбуков постоянно сталкиваются с проблемой снижения энергопотребления компонентов мобильных систем. Большинство ноутбуков проектируются для работы с аккумуляторной батареей, необходимой, если сеть электропитания оказывается недоступной. Чем меньше потребление энергии, тем дольше сможет работать система без перезарядки батарей. Под сроком службы батареи подразумевается не общее количество циклов зарядки/разрядки, допустимое для батареи, а длительность каждого цикла. Чем меньше энергии потребляет система, тем дольше она работает от одного заряда. Актуален и вопрос сохранения энергии при работе от сети электропитания, что позволяет снизитьтемпературу компонентов и уменьшить количество тепла, генерируемого компьютером.

Процессоры Mobile Pentium Ш/Celeron, Pentium 4, Pentium M, AMD КБ-2Р, K6-IIIP, K6-IH+, Mobile Duron, Mobile Athlon 4, Mobile Athlon 64, а также компании Transmeta поддерживают технологии управления производительностью процессора, которые продтевают время работы ноутбука от батарей и уменьшают температуру компонентов компьютера при работе от сети электропитания. Версия технологии энергосбережения от компании Intel получила название SpeedStep (оригинальное кодовое название Geyserville), от компании AMD - PowerNowl, а от компании Transmeta - LongRun. Эти технологии позволяют сокращать частоту и потребляемое напряжение процессора при работе ноутбука от батарей Более ранние версии мобильных процессоров использовали описанную выше технологию SL, но дополнительное снижение напряжения позволяет еше более сократить потребление энергии и тепловыделение. Современные версии SL обеспечивают динамическое переключение режимов работы процессора в зависимости не только от типа источника питания компьютер, но и от загрузки процессора.

Хотя технология управления производительностью процессора в основном создавалась для ноутбуков, работающих от батарей, она применяется и при работе компьютера от сети электропитания, за счет чего снижается температура и уровень энергопотребления процессора. При подключении ноутбука к сети электропитания частота и напряжение питания процессора максимальны. При переходе на питание от батарей частота процессора н напряжение питания автоматически снижаются (при уменьшении множителя частоты, частота шины остается постоянной), что позволяет увеличить время работы батареи с сохранением относительно высокого уровня производительности. В большинстве случаев фактическое потребление энергии ноутбуком сокращается вдвое. Это значит, что ноутбук будет работать вдвое дольше, чем в режиме максимальной производительности, с незначительным снижением быстродействия. Например, процессор Mobile Pentium 4, работающий на частоте 3,06 ГТц, потребляет 101,4 Вт при работе в максимальном режиме (3,06 ГГц и 1,55 В). В режиме SpeedStep потребление энергии сокращается до 40,9 Вт (1,6 ГГц и 1,2 В). Таким образом, несмотря на снижение потребляемой мощности на 60%, частота снижается всего на 48%.

Сразу после включения ноутбука процессор работает в режиме оптимизации с минимальным быстродействием. Затем инструкции BIOS, драйверов или операционной системы могут перевести процессор из одного режима работы в другой.

Для реализации технологии энергосбережения требуются следующие компоненты:

процессор, поддерживающий технологию Speed Step/PowerNow!/Long Run;

системная плата, поддерживающая функции энергосбережения (на уровне микросхем системной логики, BIOS и регуляторов напряжения);

операционная система Win9x/Me, Windows NT/2000/XP;

драйвер Speedstep/PowerNowI/LongRun (поставляется с Windows XP).

Обычно все ноутбуки поставляются вместе с процессорами и другими аппаратными компонентами, поддерживающими технологии энергосбережения. Обратите внимание: хотя возможность модернизации процессора существует для многих ноутбуков, установить процессор с поддержкой технологий SpeedStep/PowerNowl/LongRim в более старый ноутбук, как правило, невозможно.

В компьютерах, работающих под управлением Windows 9*/Ме и Windows N Т/2000, требуется использование специальной конфигурационной утилиты для управления параметрами производительности процессора. Поскольку драйвером должна поддерживаться определенная системная плата ноутбука, драйвер предоставляется производителем или продавцом компьютера. Драйвер автоматически переключает режимы производительности процессора в зависимости от источника электропитания; при этом на панели задач Windows отображается специальный индикатор, указывающий на текущий режим работы процессора. Кроме того, драйвер добавляет вкладку управления производительностью процессора на панель Управление питанием (Power Management), для открытия которой следует щелкнуть на значке Управление питанием (Power Management) в окне Панель управления (Control Panel). Щелчок на индикаторе на панели задач позволяет переключаться между режимами Максимальная производительность (Maximum Performance), Автоматически (Automatic) (динамическое переключение) и Оптимизация использования батарей (Battery Optimized), Эти же режимы можно выбрать на панели Управление питанием. Кроме того, эта панель предоставляет возможность отключить отображение пиктограммы на панели задач, а также активизировать звуковые уведомления об изменении режима работы процессора.

В Windows XP по умолчанию поддерживаются технологии энергосбережения SpeedStep, PowerNowl и LongRun, поэтому устанавливать специальный драйвер не требуется. В Windows используется алгоритм динамической балансировки производительности процессора и потребляемой им электроэнергии, основанный на показателях загрузки процессора и оставшегося заряда батареи.

В Windows XP используются четыре специальные политики процессора (режимы работы) для управления производительностью процессора, приведенные в табл. 4.1 в порядке уменьшения потребляемой энергии.

Таблица 4.1. Политики процессора в операционной системе Windows XP

Такие политики процессора непосредственно связаны с различными схемами управления питанием в Windows ХР. Схемы управления питанием выбираются на панели Управление питанием (Power Options). Устанавливая определенную схему управления питанием, пользователь выбирает политику процессора, которая будет использоваться при работе от электросети или от батарей. Операционная система Windows ХР предоставляет несколько стандартных схем управления питанием с предопределенными политиками процессоров. Ноутбук может использовать утилиты управления питанием, предоставленные его производителем. Эти утилиты позволяют выбирать дополнительные или даже создавать собственные схемы. В табл. 4.2 приведены стандартные схемы управления питанием и связанные с ними процессорные политики, применяемые в Windows ХР. Схемы представлены в порядке снижения потребления электроэнергии процессором.