专利名称：计算机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机中节省电源的方法，特别涉及一种可经由监控中央处理器工作负担而动态调节其工作内频(internal clock frequency)或其内部工作电压，以达到省电目的的计算机系统。
在现今计算机，尤其是携带式计算机中，各种电源规划及节省的方法纷纷被提出以用来节省电源或使电池的使用时间能更长。例如监视荧光屏使用的状况、监视硬盘运转的情形、或经过一段时间不使用后使计算机进入“休息”的省电状态，在有些计算机中，也有以调整中央处理器的工作内频来进行省电的方法。由于当中央处理器以较低速的工作内频来进行数据处理或程序执行时，所需的电源较少，再加上中央处理器中所消耗的电源占整个计算机系统中有一相当大的比率，因此当电池中电源快要消耗完时，中央处理器以较低的工作内频工作时不失为延长使用或运转时间的好方法。而对现今大部分的计算机而言，即使其中央处理器以较低的工作内频运转仍是处于非常高速，因此也不至于让使用者感到不便。
现今在计算机系统中进行省电模式设定的方法大部分是通过一电源管理程序进行，通常可经由基本输出输入程序(Basic Input Output System,BIOS)或经由作业系统(Operating System)来执行该电源管理程序。在上述两个情形都必须通过使用者来设定相关的省电参数，然而，大部分使用者对于此种设定多嫌麻烦，因此倾向于将中央处理器的处理速度设定于最高速，如此一来，特别是对于携带式计算机来说，电源无法长时间供应的问题更形严重。
因此，本发明的主要目的在于提供一种能自动监测中央处理器工作负担的装置，经由监测中央处理器的工作负担来相对应调整其工作内频，以减少中央处理器所消耗的电能并解决上述的问题。
为实现所述目的，本发明提供一种计算机系统，其包含有一中央处理器，以一预定工作内频处理数据或执行程序，该中央处理器并可接收一预定范围的工作电压及改变其工作内频；一电源供应器，电连接于该中央处理器，并以可动态调整的方式提供该中央处理器所需的工作电压；一存储器，电连接于该中央处理器以存储数据或程序。该存储器并包含一工作调整程序可执行于该中央处理器；一工作监控电路，电连接于该中央处理器，以监控该中央处理器的工作负担，该工作监控电路并包含一工作负担寄存器，以寄存表示该中央处理器目前工作负担之相对应参数；其中该工作调整程序可经由该电源供应器动态调整提供至该中央处理器的工作电压，或根据该工作负担寄存器中的参数以改变该中央处理器的工作内频。
图1为本发明计算机系统的功能方块图。
图2为本发明计算机系统的中央处理器随时间变化的工作负担的假设图。
参照图1，图1为本发明计算机系统的功能方块图。本发明计算机系统主要包含有一中央处理器(CPU)10，一时钟产生器(clock)16，一电源供应器(power regulator)18，存储器(Memory)36，一工作监控电路(activity monitoringcircuit)50与总线逻辑电路(Bus logic circuitry)30。
中央处理器10是依据一工作内频来进行数据处理或程序执行，时钟产生器16产生固定频率的时钟以提供给中央处理器10来产生工作内频，电源供应器18主要提供中央处理器10其所需要的工作电压，存储器36用来存储数据或程序，工作监控电路50则用来监控中央处理器10目前的工作负担，并产生相对应的参数值，以供调整中央处理器10的工作内频的依据，总线逻辑电路30是用来建立中央处理器10与存储器36及工作监控电路50间的通信联系，存储器36中并包含有一工作调整程序(CPU activity adijustingprogram)40以依据工作监控电路50对中央处理器10目前工作负担的监控参数，来对中央处理器10作动态调整。本发明计算机系统中的各元件详述于下。
中央处理器10，可如AMD K6-2系列或同级的中央处理器，其具有调整其工作内频或接收一预定范围的工作电压的内建功能，中央处理器10中并包含有许多寄存器，其中有两种是与本发明有密切相关者一为电压确认寄存器(voltage identification register,VID register)12，另一为时钟倍频寄存器(clock multiplier register)14。
时钟产生器(clock)16电连接于中央处理器10，以提供中央处理器10一固定频率的时钟，时钟产生器16所产生时钟的频率会再经由某一倍数的倍频后以提供中央处理器10所需的工作内频，而此一倍频数值则是存储于时钟倍频寄存器14中，因此，由改变时钟倍频寄存器14中的倍频数值，中央处理器10即可改变其工作内频。
电源供应器18则经由中央处理器输出/入电压连线(CPU I/O voltageline)20及中央处理器主电压连线(CPU core voltage line)22以提供电源至中央处理器10。中央处理器输出/入电压连线20所提供的是一个固定的电压电平，中央处理器10以此电压电平与其外部元件进行沟通；而中央处理器主电压连线22所提供的电压电平是由多个预定的电压电平中选定，而这些预定的电压电平都是某一预定范围内中央处理器10所可接受并使用的工作电压，中央处理器10即以其中之一电压电平用于其内部元件的沟通。此外，中央处理器主电压连线22所提供的电压电平是可由中央处理器10中的电压确认寄存器12来加以更改，也就是说，电压确认寄存器12中也可存储一相对应的电压确认值，经由此电压确认值来选定中央处理器主电压连线22的电压电平，电源供应器18也有一输入连线连接至电压确认寄存器12。
当中央处理器10以较高速的工作内频来进行数据处理或程序执行时，所需的电压电平较高，当中央处理器以较低速的工作内频来进行数据处理或程序执行时，所需的电压电平较低，因此所消耗的电源较少。当中央处理器10处于工作负担较轻的时段而可以以较低电压电平工作以便节省电源时，存储于时钟倍频寄存器14中的倍频数值会先被减小，因此中央处理器10的工作内频便跟着降低，然后，电压确认寄存器12中所存储的电压确认值也会被改变，以使电源供应器18经由中央处理器主电压连线22所提供至中央处理器10的电压电平可跟着降低。而时钟倍频寄存器14中的倍频数值与电压确认寄存器12中的电压确认值都是由执行于中央处理器10中的工作调整程序40发出指令来作变更。
中央处理器10另包含数条总线连线34电连接至总线逻辑电路30。就现今80×86型中央处理器或其更新一代的产品而言，大多数都具备有一存储器/输出入端口状态信号线(M/IO信号线)24，并可和地址总线沟通其中的逻辑信号状态，M/IO信号线24的逻辑状态可显示中央处理器10是否正对存储器36或输出入端口进行读写的动作。中央处理器10之地址区主要有两部分一是对存储器的部分，一是对输出入装置的部分。虽然许多输出入的读写动作仅是单纯的存储器数据复制，如图像画面的复制，然而也有很多不是，如设定图像显示卡中的寄存器或有关磁盘机的控制动作。根据研究数据显示，中央处理器的工作负担和M/IO信号是否被触发之间有高度相关性、通常中央处理器的工作负担愈沉重，M/IO信号线就愈常被触发而处在存储器读取状态，因此藉由监测M/IO信号线被触发的状态就成为衡量中央处理器工作负担的重要方法之一。
如上所述，M/IO信号线24可保持在逻辑高电平或低电平两种状态，当中央处理器10在执行有关存储器的存取动作时，M/IO信号线24处于其中一种状态，而当中央处理器10在执行有关输出/入的动作时，M/IO信号线24则会处于另一种状态，因此本发明为了得知中央处理器随时间变化的工作负担情形，利用监测M/IO信号线被触发的状态就成为一种简便的方式。因此，M/IO信号线24同时也经由一电阻42与工作监控电路50电连接，以便工作监控电路50可经由M/IO信号线24监控中央处理器10目前的工作负担。
工作监控电路50中包含有一电阻电容电路(RC circuit)及一内嵌式控制器(embedded controller)26。电阻电容电路是由一电阻42与一电容44串接至接地端而形成，内嵌式控制器26则包含一模拟数字转换器(A/D converter)28与一工作负担寄存器(CPU activity register)29，并电连接于电阻42与电容44之间。工作监控电路50中的电阻电容电路主要是为了在一段预定时间中对M/IO信号线24的逻辑电平状态作平均，以产生一模拟电压，这一段预定时间的长短则取决于电阻42与电容44值的大小。在本发明的较佳实施例中，这一段预定时间建议大概是10ms到100ms，例如，当电阻42的电阻值为500kΩ，电容44的电容值为0.1μF时，因此，这段预定时间则约为50ms。
在这段预定时间中M/IO信号线24的平均逻辑电平状态(也就是所产生的模拟电压)，即输入至内嵌工控制器26中的模拟数字转换器28，经由模拟数字转换器28的转换后会得到一M/IO信号线24的平均逻辑电平值，而此平均值即可代表中央处理器10这段时间的平均工作负担，并存储于工作负担寄存器29中。内嵌式控制器26包含一中断连线32以电连接至总线逻辑电路30，进而和中央处理器10沟通，经由中断连线32，工作监控电路50可以中断中央处理器10正常的程序处理流程。
存储器36经由总线逻辑电路30与中央处理器10建立通信联系，其中包含基本输出输入程序(BIOS)38与工作调整程序40，工作调整程序40可以内含于基本输出输入程序40而为基本输出输入程序40之一部分。当工作监控电路50经由中断连线32及总线逻辑电路30而中断中央处理器10正常的程序处理流程时，也就相当于发出一中断指令至中央处理器10以呼叫一BIOS服务，而此一BIOS服务会开始执行工作调整程序40。
工作调整程序40首先检视工作负担寄存器29中所存储内容，也就是M/IO信号线24的平均逻辑电平值，由于此平均值代表中央处理器10某一段时间的平均工作负担，藉此，工作调整程序40即可适当调整中央处理器10的工作内频。举例而言，如果工作负担寄存器29中的所存储的平均值显示工作量或工作负担有增加，工作调整程序40可适当调整电压确认寄存器12中所存储的电压确认值，以使电源供应器18经由中央处理器主电压连线22所提供至中央处理器10的电压电平可跟着提高，并且将存储于时钟倍频寄存器14中的倍频数值增大，以提高中央处理器10的工作内频。相反地，如果工作负担寄存器29中的所存储的平均值显示工作量或工作负担减少，工作调整程序40则会调低时钟倍频寄存器14中的倍频数值，以降低中央处理器10的工作内频，并且调低电压确认寄存器12中的电压确认值，以使电源供应器18所提供至中央处理器10的电压电平跟着降低。如此一来，中央处理器10所消耗的电源将随着中央处理器10的工作负担大致呈现等比例的律动。
至于工作监控电路50何时该经由中断连线32以发出中断指令至中央处理器10，则有很多种方式可完成。一个最简单的方式则是利用一计时器以便在固定时段过后就对中央处理器10发出中断指令，并进而检视工作负担寄存器29中所存储内容。而本发明所使用的方式则是当中央处理器10的工作负担某些预定的工作量时，工作监控电路50就会送出中断指令至中央处理器10。
参照图2，图2为本发明计算机系统的中央处理器10随时间变化的工作负担的假设图。假设内嵌式控制器26已将模拟数字转换器28所得的M/IO信号线24平均逻辑电平值适当调整其取值范围在0至100间，0代表中央处理器10的工作负担很轻，100则代表中央处理器10的工作负担极重。图2横轴代表时间，而纵轴代表中央处理器10的工作负担。中央处理器10的工作负担并区分为五个区段60、62、64、66、68，两相邻区段的划分由一预定的阈值所决定，图中以虚线表示。区段60代表中央处理器10的工作负担最轻，区段68代表中央处理器10的工作负担最重，区段62、64、66则依次代表中央处理器10的工作负担逐渐增加。
在每一个区段60、62、64、66、68内，工作调整程序40会选择最适合的倍频数值及电压确认值于时钟倍频寄存器14及电压确认寄存器12中，以便相对应于各区段的工作负担，因此，在区段60时，工作内频及中央处理器主电压连线22所提供的电压电平最低，而在区段68时，工作内频及中央处理器主电压连线22所提供的电压电平最高，在区段62、64、66时，则介于中间并依次增加。
如图2所示，在刚开始的时刻t0，中央处理器10的工作负担处于区段60，故中央处理器10以最低的工作内频及工作电压来进行操作。在t1时刻，中央处理器10的工作负担越过一临界线而进入区段62，于是内嵌式控制器26就会经由中断连线32送出中断指令至中央处理器10，并开始执行工作调整程序40。工作调整程序40首先读取工作负担寄存器29中内容，以便了解中央处理器10目前在区段62的工作负担，并相对应调高时钟倍频寄存器14及电压确认寄存器12中的存储值，由倍频数值及电压确认值的调高，工作内频及中央处理器主电压连线22所提供的电压电平也会跟着提高。
同样的程序重复发生在时刻t2及t3，中央处理器10的工作内频及所接受的电压电平逐渐提高，在t4时刻，工作调整程序40使中央处理器10工作于最高速的模式，其工作内频及所接受的电压电平都是最高。在时刻t5、t6、t7，中央处理器10的工作负担反转而逐渐降低，于是工作调整程序40使中央处理器10逐渐工作于较低速的模式，在时刻t8，中央处理器10再度以最低的工作内频及工作电压来进行操作。
对于上述图2中有关中央处理器10的工作负担，可视实际状况作适当区分，而不必一定如本发明实施例所举例的五个区段。如果中央处理器10的硬件限制只可容许两种不同的工作内频，则如图2的中央处理器10的工作负担就只要分为二个区段。此外，虽然本发明计算机系统的较佳实施例使用了包含时钟倍频寄存器14及电压确认寄存器12的中央处理器10，然而本发明计算机系统却不以使用此种中央处理器为限，中央处理器也可以经由计算机系统中的输出/输入端口地址总线或存储器总线来和电源供应器18建立信号联系。相同地，于本发明中产生固定频率的时钟的时钟产生器16也可以以可产生变动或可选择式的时钟产生器取代之，中央处理器可以经由输出/入端口地址总线或存储器总线来改变这种时钟产生器的输出时钟频率。
此外，虽然本发明计算机系统的较佳实施例于工作监控电路50中使用了简单的电阻电容电路，以便求得在一段预定时间中M/IO信号线24平均的逻辑电平状态，然而也可以使用较复杂或更精密的电路来取代，例如，可以用包含有计数器及计时器的数字电路，以计算出一段时间内M/IO信号线24触取存储器的次数，然后将此次数存储至工作监控电路50中的工作负担寄存器29。
虽然本发明计算机系统的较佳实施例利用M/IO信号线24以作为判断中央处理器10某一段时间的平均工作负担，然而仍有其他方法可达到此一目的而不以此为限。对于有些没有M/IO信号线的处理器而言，也可以用其他信号线或等同的元件来达成，事实上，即使对具有M/IO信号线的处理器而言，也可以使用或结合其他信号线来得知处理器平均的工作负担，也就是说，只要能监控处理器随时间变化的工作负担，用何种方式达成此一目的都是可接受的。
与公知技术相比较，本发明计算机系统利用工作监控电路50与工作调整程序40以监控中央处理器10某一段时间的平均工作负担，然后将中央处理器10的工作内频及其工作电压调整至与其工作负担相符，因此计算机系统中中央处理器10的电源消耗可动态调降至最低而仍能维持其应有的正常工作水准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
权利要求
1．一种计算机系统，其包含有一中央处理器，以一预定工作内频处理数据或执行程序，该中央处理器并可接收一预定范围的工作电压及改变其工作内频；一电源供应器，电连接于该中央处理器，并以可动态调整的方式提供该中央处理器所需的工作电压；一存储器，电连接于该中央处理器以存储数据或程序，该存储器并包含一工作调整程序可执行于该中央处理器；一工作监控电路，电连接于该中央处理器，以监控该中央处理器的工作负担，该工作监控电路并包含一工作负担寄存器，以寄存表示该中央处理器目前工作负担之相对应参数；其中该工作调整程序可经由该电源供应器动态调整提供至该中央处理器的工作电压，或根据该工作负担寄存器中的参数以改变该中央处理器的工作内频。
2．如权利要求1的计算机系统，其中该中央处理器包含一存储器/输出入端口状态信号线(M/IO信号线)，该M/IO信号线被触发的频率可代表该中央处理器的工作负担，该工作监控电路并电连接于该M/IO信号线，以经由该M/IO信号线得知该中央处理器目前的工作负担。
3．如权利要求2的计算机系统，其中该工作监控电路会监控一段预定时间内该M/IO信号线被触发的频率，并将监控的结果存储于该工作寄存器中。
4．如权利要求3的计算机系统，其中该工作监控电路包含一电阻电容电路电连接于该M/IO信号线，以及一模拟数字转换器电连接于该电阻电容电路，该电阻电容电路会将该M/IO信号线被触发的频率转化为一模拟电压，而后为该模拟数字转换器转换为一相对应参数而存储于该工作寄存器。
5．如权利要求1的计算机系统，其中该存储器包含一基本输出输入程序，该工作调整程序为该基本输出输入程序的一部分。
6．如权利要求1的计算机系统，其中当该工作监控电路监控该中央处理器的工作负担已超过一预定工作量时，该工作监控电路会送出一中断指令至该中央处理器，当该中央处理器接到该中断指令时，会暂时中断目前所处理的工作，并执行该工作调整程序。
7．如权利要求1的计算机系统，其中该计算机系统包含一时钟产生器以及一时钟倍频寄存器，该时钟产生器用以提供该中央处理器一预定频率的时钟，而该时钟倍频寄存器中存储有一倍频数值，该中央处理器的工作内频是由该时钟产生器所产生的时钟与该时钟倍频寄存器中的所存储的倍频数值的乘积所决定。
8．如权利要求7的计算机系统，其中该工作调整程序可经由变更存储于该时钟倍频寄存器中的倍频数值，以改变该中央处理器的工作内频。
9．如权利要求1的计算机系统，其中该电源供应器所提供至该中央处理器的工作电压是由多个预定的电压中择一选定。
10．如权利要求9的计算机系统，其中该多个预定的电压值是落在该中央处理器可接受的预定范围的工作电压之内。
11．如权利要求1的计算机系统，其中该中央处理器包含有一电压确认寄存器电连接于该电源供应器，该电压确认寄存器中并存储有一电压确认值，该电源供应器是依据该电压确认寄存器所传送来的电压确认值，以提供该中央处理器所需的工作电压。
12．如权利要求11的计算机系统，其中该工作调整程序可经由变更存储于该电压确认寄存器中的电压确认值，以动态调整该电源供应器提供至该中央处理器的工作电压。
全文摘要
计算机系统,包含中央处理器,电源供应器,存储器,工作监控电路工作监控电路由M/IO信号线监控中央处理器的工作负担,并将监控结果存储于工作负担寄存器中,以形成表示该中央处理器目前工作负担的相对应参数。存储器中含工作调整程序。当工作监控电路发现中央处理器工作负担变化时,发出中断指令呼叫BIOS服务,BIOS服务会执行工作调整程序,以经该电源供应器动态调整提供至该中央处理器的工作电压,或根据该工作负担寄存器中的参数以改变该中央处理器的工作内频。
文档编号G06F1/32GK1322978SQ0010830
公开日2001年11月21日 申请日期2000年5月11日 优先权日2000年5月11日
发明者龚绍祖, 郑志铨, 刘纯芝, 陈益昌 申请人:仁宝电脑工业股份有限公司