Acpi t state что это

ACPI Standby State

Опция позволяет указать, какой из режимов будет использоваться при переходе в состояние энергосбережения: S1(POS) (в некоторых версиях BIOS значение выглядит как S1(PowerOn-Suspend)) или S3(STR) (в некоторых версиях BIOS — S3(Suspend-To-RAM)). Если ваша материнская плата и блок питания совместимы со вторым режимом, выбирайте его, как более экономичный. Иногда присутствует и вариант S1&S3, в этом случае операционной системой могут быть использованы оба режима энергосбережения.

Кратко остановимся на этих режимах. Большинство компьютеров, поддерживающих спецификации ACPI, позволяют использовать два режима энергосбережения: S1 (POS) и S3 (STR). В первом (расшифровывается как Power on Suspend) отключается питание от жесткого диска, некоторых карт расширения, плюс, гасится монитор. Все остальные компоненты (процессор, оперативная память, чипсет…) работают в штатном режиме, возможен только переход на пониженные частоты. Благодаря этому пробуждение происходит очень быстро. Второй режим (сокращение от Suspend to RAM) характеризуется гораздо меньшим энергопотреблением. Перед переходом в него вся информация о состоянии различных компонентов сохраняется в оперативной памяти, после чего все остальные устройства отключаются, остается только дежурное питание. Расплачиваться за это приходится более долгим пробуждением компьютера. Есть еще Hibernate или Suspend to Disk, но он не относится к режимам энергосбережения. При его использовании информация о состоянии различных компонентов «сбрасывается» на жесткий диск, после чего происходит обычное отключение питания.

Для того чтобы режим Suspend to RAM (как, впрочем, и Suspend to Disk) функционировал без сбоев, необходимо четкое взаимодействие всех драйверов компонентов, установленных в системе. При наличии «кривого» драйвера компьютер может не просыпаться вообще или после выхода из спящего режима работать с ошибками. В этом случае необходимо вернуться к менее требовательному в этом плане Power on Suspend.

Режим Suspend to RAM накладывает определенные ограничения на блок питания: ток, отдаваемый по цепи Standby (+5V SB), должен быть не менее 800 мА (рекомендуется 1 А). К современным моделям претензий в этом плане нет — все они совместимы с режимом Suspend to RAM, проблемы могут возникнуть только со старыми компьютерами.

Технологии ACPI и OnNow

В данной статье пойдет речь о вопросе управления энергопотреблением в современных компьютерах, выражаясь в специфической терминологии — Power Managment. Нет-нет, не закрывайте окно браузера, считая, что вас это не касается, поскольку вы не являетесь владельцем ноутбука и не состоите в партии зеленых. Речь пойдет о гораздо более интересных вещах: совместной инициативе Intel, Microsoft и Toshiba — ACPI, и одном из наиболее интересных ее практических воплощений в Windows98/NT — технологии OnNow, должной обеспечить «постоянно доступный PC».

Итак, что же собственно это такое — ACPI? Для начала, наверное, стоит расшифровать эту аббревиатуру. ACPI, в переводе на человеческий язык, означает Advanced Configuration and Power Interface. Или, говоря по-русски, «интерфейс расширенного конфигурирования и управления питанием». Его задача — обеспечить взаимодействие между операционной системой, аппаратным обеспечением и BIOS системной платы.

Посмотрим сначала, что творится в этой области сегодня. Большинство материнских плат, даже вышедших на базе таких относительно новых чипсетов как VIA Apollo MVP3 или Intel 440BX, не поддерживают расширенное управление энергопотреблением ACPI, несмотря на то, что по идее, ACPI-совместимым считается еще аж 430TX, а сам ACPI был анонсирован в апреле 1996 года. Его использование начинается только сегодня, по мере того, как для вышедших недавно материнских плат создаются новые версии BIOS, частично поддерживающие ACPI.

Совместная работа компонентов системы отсутствует, как таковая: диски начинают раскручиваться, когда это совершенно ненужно, экран гаснет во время работы, поскольку текстовый редактор забыл отметиться у операционной системы, и т.д.
BIOS системной платы, операционная система и приложения бьются друг с другом за контроль над аппаратным обеспечением компьютера. Но любое внешнее относительно материнской платы оборудование не участвует в процессе управления энергопотреблением — когда вы добавите в систему встроенный модем, сможет ли он как-то при установке высказать BIOS свои пожелания? И куда его пошлет BIOS?
Имеющееся управление энергопотреблением в основном ограничено материнской платой и отличается крайней тупостью. Ну, например, Windows98 скидывает на винт своп-файл. Даже идиоту должно быть ясно, что винт в этот момент активен, этот факт можно даже не проверять. А BIOS системной платы все равно проверяет.
Необходимость выключать или перезагружать компьютер при добавлении новых устройств. Кое-где уже наметился прогресс (USB, например), но все равно, до полной горячей замены еще далеко.
Ну и, наконец, приложения не заботятся об экономии потребляемой компьютером энергии, да и работают не ахти. Выдерните из включенного компьютера видеокарту — наверняка ведь Word зависнет. 😉

Итак, повторюсь, основная задача ACPI — способность разумно включать и выключать PC и подключенную к нему периферию. Причем, помимо принтеров, сетевых карт, дисководов CD-ROM и прочая и прочая, могут быть и такие, пока еще экзотические устройства, как телевизор, видеомагнитофон, музыкальный центр. И конечно речь идет об умной активации PC. Так, чтобы видеоплеер при установке в него кассеты смог разбудить PC, который включил бы телевизор.

Однако на данный момент ACPI может интересовать среднего пользователя только как теоретическая архитектура. Куда интереснее основанная на нем технология OnNow, уже сегодня могущая предоставить кое-какие вполне осязаемые приятности. Ее цели: убрать задержки при включении и выключении компьютера, позволить обслуживающим приложениям, таким как дефрагментация диска или проверка на вирусы выполняться в то время, когда компьютер выключен, и вообще, улучшить общую картину энергопотребления PC.

G0 — обычное, рабочее состояние
G1 — suspend, спящий режим
G2 — soft-off, режим, когда питание отключено, но блок питания находится под напряжением, и машина готова включиться в любой момент
G3 — mechanical off — питание отключено напрочь

S1: (standby 1) останавливаются тактовые генераторы CPU и всей системы, но при этом состояние памяти остается неизменным. Выход из S1 осуществляется мгновенно.
S2: (standby 2) также останавливаются тактовые генераторы CPU и всей системы, но к тому же отключается питание кэша и CPU, а данные, хранившиеся там, сбрасываются в основную память. Включение также происходит достаточно быстро.
S3: (suspend-to-memory) по замыслу, именно этот режим должен был быть OnNow, но по воле разработчиков пока так не получилось. Должны обесточиваться все компоненты системы, кроме памяти, в которой сохраняются необходимые данные о состоянии CPU и кэша. Включение с восстановлением предыдущего состояния PC действительно происходит Now, то есть практически сразу.
S4: (suspend-to-disk) то, что реализовано в каком-то виде сейчас. Все компоненты системы обесточиваются, а данные о состоянии процессора и содержимое кэша и памяти записываются в специально отведенное место на жестком диске. При этом пробуждение может занимать значительное время.

Режим S3 (настоящий OnNow) не может быть реализован из-за того, что существующие системные платы не имеют схем разделенного питания компонентов. Поэтому, до выхода следующего поколения материнок OnNow в полном объеме реализован быть не может. Пока же, путем модификации BIOS, можно добиться только некой эмуляции — S4.

Первой же материнской платой, которая будет иметь раздельные схемы питания для своих узлов и будет, таким образом, поддерживать режим S3 станет ASUS P2B-E — модификация давно известной системной платы P2B от Asustek. Кроме возможности suspend-to-memory, кстати, P2B-E будет иметь 5 слотов PCI. В серийное производство эта плата будет запущена в ноябре текущего года.

Но вернемся к нашим баранам. Спецификацию OnNow разрабатывала небезызвестная вам фирма Microsoft. Угадайте с трех попыток, кто по этой спецификации должен стать управляющим центром компьютера по всем этим вопросам? Первые два ответа можно не считать, правильно — Windows.

Автоматическое скачивание файлов из Internet и выполнение системных задач. Так, Internet’овское приложение может быть настроено для того, чтобы в 3 ночи включить компьютер, просмотреть несколько сайтов, и скачать вновь появившиеся файлы. Естественно, если оно поддерживает API OnNow. То же самое относится к таким программам, как антивирусы, резервное копирование, Scandisk, наконец.
Сохранение сетевых соединений. Так, при выключении компьютера, или даже при его «засыпании», сетевое соединение рвется, файлы закрываются и т.д. При возникновении подобной ситуации, приложение, написанное с учетом OnNow, автоматом выполнит автосохранение используемых файлов на локальном диске и после включения компьютера и восстановления соединения, без криков позволит пользователю продолжить работу.
Обработка специфических событий. Так, факс-модем способен находиться в состоянии приема 24 часа в сутки, независимо от того, включен компьютер или нет. Если он выключен, при входящем звонке модем его включит и запустит нужную программу.

В общем, я полагаю, тенденцию вы уловили. Компьютер, постоянно находящийся наготове.

Обидно, однако, что пока с практическим использованием ACPI очень дела обстоят неважно. Возьмем самое яркое видимое и единственное на данный момент проявление ACPI в Windows 98 — Hibernate (по-русски — зимняя спячка). Проще говоря, это то самое хваленое сбрасывание данных из оперативной и видеопамяти на винт, с последующим быстрым восстановлением при включении компьютера. Таким образом, у нас получается аналог спящего режима, когда к вашим услугам предоставлены всегда запущенные приложения, но с нулевым потреблением энергии. Так вот, после появления в вашем компьютере версии BIOS, поддерживающей ACPI и некоторых манипуляций с установкой Windows 98, у вас действительно в Control Panel/Power Management появится пара вожделенных пунктов:

И соответствующий пункт в закладке Advanced:

Я уже не говорю о не так хорошо заметных проявлениях в списке системных устройств:

Как вам нравятся такие устройства, как ACPI System Button или Composite Power Source?

Но для появления всего этого после перепрошивки BIOS недостаточно просто переустановить Windows 98. Поддержка ACPI — опциональная, поэтому при инсталляции надо запустить SETUP с ключами /P J или же поправить реестр, добавив в ветке HKEY_LOCAL_MACHINESoftwareMicrosoftWindowsCurrent VersionDetect новую DWORD-переменную ACPIOption, установленную в 1.

Однако, небольшое но. Ох уж это но, всегда оно появляется. Как обычно, новая технология отказывается работать в Windows сразу и без ошибок. Эта печальная практика затронула и OnNow. В Windows 98 фактически он не работает. До выхода Service Pack 1 все ограничится этими красивыми, но, к сожалению, бесполезными картинками. Сегодня в Windows’98 не работают ни Hibernate, ни вообще, какие либо функции управления питанием через ACPI. Весь контроль над ними берет на себя APM. Взять тот же Composite Power Source (по-русски говоря, — блок питания в корпусе): при входе в спящий режим через ACPI он должен выключаться, а при входе через APM (сегодня) — не выключается. Улавливаете разницу в уровне контроля над железом?

Про Hibernate я вообще молчу. Там все отягощается еще и файловой системой. По крайней мере, по текущей информации, Hibernate не будет работать с FAT32. Только с FAT16. Кроме этого, для работы необходимы поддерживающие OnNow драйвера видеокарты. Пока их только делает ATI. Но и этого еще недостаточно. Многие из существующих CD ROM и SCSI-контроллеров с Hibernate также работать не могут. Остается надеяться, что к выходу SP1 (1999 год) Microsoft удастся справиться с этими проблемами. А производителям комплектующих — написать драйверы, позволяющие их продуктам корректно работать с ACPI. Уж больно не хочется видеть окно, возникающее сейчас на моем экране при попытке уйти в Suspend Mode:

Итог: любимый город может спать спокойно. По крайней мере, до 99 года, когда выйдет SP1 для Windows 98, а комплектующие и программы научатся работать в паре с ACPI.

Возможно, однако, что OnNow будет все же работать через BIOS, в обход операционной системы. Например, плате ASUS P2B-E не будет требоваться команда Windows 98 для перехода в S3 (suspend-to-memory), а уже давно вышедшая плата Aopen AX-6BC умеет делать S4 (suspend-to-disk) не пользуясь средствами операционной системы.

Acpi t state что это в биосе

Опубликовано 22.09.2008, дополнено 13.12.2010.

Acpi t state что это в биосе

Все можно наладить, если вертеть в руках достаточно долго.

Не секрет, что чем старше мы становимся, тем дороже наши игрушки. И если ваш компьютер достаточно мощный и новый, чтобы серьезно заняться модернизацией, то всегда можно сделать некоторые инвестиции в будущее, подключив к нему пару новых устройств. Предположим, цифровую камеру, плазменную панель или Web-камеру. Другое дело, что эти модные и недешевые игрушки могут никогда не стать серьезным оборудованием — для этого их владельцу пришлось бы научиться профессиональной работе с ними. И если для их подключения еще можно вызвать «настройщика», то кто поможет вам смонтировать свой первый видеоклип, оцифровать небольшой фильм из жизни вашего семейства или настроить принтер? Кто займется озвучиванием и анимацией? Кто одарит вас комплектом кодеков для всех неизвестно откуда взявшихся на диске фильмов? Тем более что цифровой фотоаппарат не мешает вам хранить снимки на бумажных отпечатках в фотоальбоме? А если новый фильм «не идет» на вашем компьютере, то виноват, естественно, фильм — за это мы его удалим и больше «кина не будет». Можно сообщить домочадцам, что в принтере кончилась краска, причем надолго, но лучше бы навсегда. Что на диске кончилось место, а сам диск недостаточно жесткий, и от громкой музыки у вас разыгралась мигрень… Если все действительно так плохо, тогда прочтите хотя бы нашу инструкцию. Если же мы немного сгущаем краски, и на самом деле у вас есть непреодолимое желание разобраться, природное любопытство и присущий молодости энтузиазм, то мы с радостью вам поможем. Во-первых, потому, что с некоторыми из описанных устройств и программ мы и сами разобрались только в процессе написания этого самоучителя; во-вторых, потому, что покупка этой книги как раз и может стать для вас неплохой инвестицией в будущее.

Часть I. Общие сведения о ПК и операционной системе

Традиционная для многих самоучителей часть «Общие сведения…» действительно содержит сведения общего характера. Их можно сравнить с начальной школой в системе образования: не умея читать и писать, не стоит даже мечтать о получении высшего образования. Предназначена она для тех пользователей, которые собираются решать конкретные задачи, имея некоторые «пробелы» в области общих компьютерных знаний.

Глава 1 «В целом о компьютере» позволит вам получить представление о мире компьютеров. Прочитав эту главу и сравнив некоторые картинки с разъемами на задней панели системного блока, вы сможете не только правильно подключить и включить свой компьютер, но и научитесь воспринимать его в сложном взаимодействии «железа» и «софта» — потому что в этом мире (впрочем, как и в любом) все взаимосвязано. (Надеемся, теперь вы поймете, как сильно заблуждались, думая, что тактовая частота процессора определяет скорострельность вашей виртуальной базуки.)

Теперь логично перейти на следующий уровень — глава 2 «О „железе“ в деталях». Здесь вы найдете сведения, которые не только удовлетворят ваше природное любопытство, но пригодятся вам при подключении в компьютеру дополнительных устройств — от цифрового фотоаппарата (гл. 5) до сканера и проектора (гл. 12). Кроме того, вы сможете самостоятельно усовершенствовать свой ПК, заменив или добавив некоторые компоненты. Однако необходимо помнить, что подключение любого устройства к компьютеру сопряжено с установкой или настройкой программного обеспечения. Если вы подключите дополнительный жесткий диск, то должны научить компьютер «видеть» его; если замените старую мышь более модернизированной, то ей потребуется драйвер; для нормальной работы сканера нужна программа распознавания изображений и так далее.

В общих чертах разнообразие программного обеспечения рассмотрено в главе 3 «Подробнее о программах». Почему же только в общих чертах? Потому что конкретные рекомендации мы будем давать для конкретного программного обеспечения (гл. 5—16). Пока же наша задача — научиться ориентироваться в видах и особенностях программ, одной из которых является необходимая для работы любого компьютера операционная система (гл. 5).

Десертная ложечка дёгтя для искателей развлечений или же камень преткновения для читателей, желающих дойти до самой сути — глава 4 «Немного о BIOS». Пройдя этот уровень, вы легко ответите на вопрос: «Что было раньше — монитор или процессор?». (Правильный ответ — базовая система ввода-вывода.) Если вы хотите не только работать с собственноручно принесенными и установленными программами, но и настроить те, которые появились в компьютере раньше, чем он — в вашем доме, то можете сразу почитать главу 4; позже, подключая некоторые дополнительные компоненты к своему ПК, вы все равно обратите на нее внимание.

Завершает категорию общих знаний глава 5 «Операционные системы Windows»: обзор операционных систем с графическим интерфейсом, установка, настройка и грамотная работа в наиболее популярных версиях или же тех, которые соответствуют системным требованиям вашего компьютера. Казалось бы — подготовительный этап несколько затянулся. На самом деле в процессе чтения этой главы узнаете нечто новое о привычных программных продуктах или найдете альтернативный способ выполнения многих операций. Если же вы пропустите «общие сведения», посчитав их давно известными, то они вам обязательно понадобятся в процессе обычной работы на компьютере. И если эта книга будет у вас под рукой, то вы всегда сможете уточнить важную для вас информацию.

Часть II. Ваш современный, мультимедийный ПК

Уверен, вы и раньше задумывались о покупке цифровой камеры. Как выбрать качественный и недорогой цифровой фотоаппарат, настроить его и научиться создавать не только любительские кадры, но и профессиональные снимки, обрабатывать их, создавать цифровые фотоальбомы и многое другое — все это описано в главе 6 «Цифровое фото и компьютер». Мы будем создавать и просматривать фотогалереи в ACDSee и редактировать фотографии в ACD Photo Editor.

Следующая глава «Сам себе композитор…» посвящена звуку в различных его проявлениях — записи звука с различных источников, его оцифровке в различных звуковых редакторах и воспроизведению. В ней рассмотрены: работа в редакторе Exact Audio Copy — один из мощнейших и популярнейших редакторов звука Sound Forge; сжатие звука в МР3-формат при помощи редактора Adobe Audition, поддерживающего также формат MP3 Pro. Кроме того, рассмотрены захват, нормализация и перекодировка звука программой Audiograbber, обработка звука в Ashampoo MP3 Studio Deluxe — малоизвестном, но от этого не менее полезном перекодировщике. Естественно, такая тема не может считаться рассмотренной без обзора и сравнения программ воспроизведения звука: вам предлагаются на выбор плейеры BSPlayer, JetAudio и практически лишенный недостатков Winamp. Завершает главу тема создания альбомов в программе Organizer Мр3.

Глава 8 «Сам себе режиссер…» развивает тему домашнего видео. Каковы требования к оборудованию, используемому для оцифровки видео? Как захватить аналоговый видеосигнал и преобразовать его в цифровой — на примере распространенной программы — iuVCR от Ивана Ускова. Обработка и монтаж имеющихся видеофрагментов в программах VirtualDub и Adobe Premiere. Мы рассмотрим, как нарезать и профильтровать полученный материал в редакторе VirtualDub,а затем собрать все куски воедино и наложить эффекты переходов в Adobe Premiere. А также преобразование захваченного видео до оптимального размера и записьна цифровой носитель информации. Тему «видеоряда» продолжает выбор видеокамеры; также мы рассмотрели ее устройство, ознакомили читателя с некоторыми необходимыми понятиями: оптическое приближение, цифровое увеличение, фокусировка и настройка баланса белого. Плюс небольшой экскурс в область воспроизведения видео на примерах различных плейеров — Windows Media, DivX Player, QuickTime Player, справляющийся с видео в MOV-формате, а также любимый автором, свободно распространяемый CenturionPlayer.

ACPI Suspend Type

Другие идентичные названия опции: Suspend Mode, ACPI Standby State, ACPI Suspend Mode.

Acpi t state что это в биосе

Опция BIOS Setup ACPI Suspend Type предназначена для выбора разновидности работы режима энергосбережения компьютера Suspend (Спящий режим).

Принцип работы

Опция, в зависимости от версии BIOS предлагает пользователю установить значения S1 или S3, подразумевающие различные варианты функционирования режима энергосбережения Suspend, доступного на материнских платах, поддерживающих технологию программного управления питанием ACPI. В некоторых BIOS присутствует также режим работы S1&S3, при котором может использоваться как вариант S1, так и S3.

Разберемся с тем, что означают варианты S1 и S3. S1 означает использование варианта PowerOn-Suspend. В этом варианте при включении режима Suspend происходит выключение жесткого диска и монитора, а также некоторых плат расширения. Все же остальные компоненты компьютера, в том числе и центральный процессор, работают в прежнем режиме, если не считать того, что компьютер понижает их рабочие частоты. При выходе из режима PowerOn-Suspend компьютер уже через несколько секунд становится готовым к работе.

Второй вариант S3 означает использование режима энергосбережения Suspend to RAM. В этом случае, помимо дисков и плат расширения, отключаются и все остальные устройства компьютера, кроме оперативной памяти (RAM). В саму же оперативную память записывается информация о состоянии системы. Таким образом, режим энергопотребления S3 позволяет сэкономить гораздо больше энергии, нежели S1.

Однако у режима Suspend to RAM есть и один существенный недостаток – дело в том, что компьютер выходит из такого варианта спящего режима несколько дольше, чем из PowerOn-Suspend.

Опция S1&S3, доступная в некоторых версиях BIOS, дает возможность задействовать один из этих двух вариантов. В этом случае операционная система сама может выбрать нужный вариант энергосбережения.

Режимы Suspend to RAM и PowerOn-Suspend не стоит путать с функциями Hybernate и Suspend to Disk. Эти функции не являются режимами энергосбережения, они лишь позволяют пользователю сохранить текущий сеанс работы на жесткий диск перед выключением питания компьютера и возобновить его после включения питания.

Какое значение опции выбрать?

Чтобы решить, какое значение опции ACPI Suspend Type – Suspend to RAM или PowerOn-Suspend, следует выбрать, надо, прежде всего, уяснить, что для вас наиболее важно – уменьшенное энергопотребление персонального компьютера или скорость его возвращения в нормальное рабочее состояние. Если первое – то выбирайте вариант Suspend to RAM, если второе – то вам больше подойдет режим PowerOn-Suspend.

Следует еще учитывать и то, что вариант Suspend to RAM имеет несколько ограничений, накладываемых как программным обеспечением компьютера, так и его аппаратными особенностями.

При включении Suspend to RAM следует иметь в виду, что правильное функционирование этого режима во многом зависит от установленных в операционной системе драйверов. Может сложиться такая ситуация, когда старая или содержащая ошибки версия драйвера какого-либо устройства помешает компьютеру осуществить переход в вышеупомянутый энергосберегающий режим. Кроме того, компьютер может вообще не выйти из данного режима или после выхода из него работать с ошибками. Поэтому, если вы не можете по какой-либо причине устранить данную проблему, то рекомендуется устанавливать менее требовательный энергосберегающий режим PowerOn-Suspend.

Кроме того, энергосберегающий режим Suspend to RAM предъявляет некоторые требования к блоку питания ПК, которым тот может и не соответствовать. Напряжение питания, подаваемое блоком на материнскую плату по цепи Standby, должно составлять +5 В, а сила тока в этой цепи – не менее 0,8 A (предпочтительнее 1 A). Таким образом, маломощные блоки питания не позволят вам использовать функцию Suspend to RAM. В данном случае также рекомендуется включать вариант PowerOn-Suspend. Правда, блоки питания большинства современных компьютеров соответствуют данным требованиям, но со многими старыми моделями ПК могут быть некоторые проблемы в этом плане.

Технологии ACPI и OnNow

В общем, я полагаю, тенденцию вы уловили. Компьютер, постоянно находящийся наготове.

И соответствующий пункт в закладке Advanced:

Я уже не говорю о не так хорошо заметных проявлениях в списке системных устройств:

Как вам нравятся такие устройства, как ACPI System Button или Composite Power Source?

[Перевод] Краткое руководство по управлению питанием процессора

Как центральный процессор может сокращать собственное энергопотребление? Основы этого процесса — в статье.

Центральный процессор (CPU) спроектирован на бесконечно долгую работу при определенной нагрузке. Практически никто не проводит вычисления круглые сутки, поэтому большую часть времени он не работает на расчетном максимуме. Тогда какой смысл держать его включенным на полную мощность? Здесь стоит задуматься об управлении питанием процессора. Эта тема включает в себя оперативную память, графические ускорители и так далее, но я собираюсь рассказать только про CPU.

Если вы знаете про C-состояния (C-states), P-состояния (P-states) и то, как процессор переходит между ними, то, возможно, в этой статье вы не увидите ничего нового. Если это не так, продолжайте читать.

Я планировал добавить реальные примеры из ОС Linux, но статья становилась все больше, так что я решил приберечь это для следующей статьи.

Основные источники информации, использованные в этом тексте:

Все таблицы и изображения взяты из даташита, если не указано иного.

Особенности CPU

Как снизить энергопотребление процессора во время его работы?

На процессорах для массового использования (мы не берем в расчет вещи, которые возможны при их проектировании) для снижения потребляемой энергии можно реализовать один из сценариев:

Сократить энергопотребление подсистемы (ядра или другого ресурса, такого как тактовый генератор или кэш) путем отключения питания (уменьшив напряжение до нуля).
Снизить энергопотребление путем снижения напряжения и/или таковой частоты подсистемы и/или целого процессора.

Первый вариант легко понять: если питания нет, то и потребления не будет.

Второй вариант требует чуть больше объяснений. Энергопотребление интегральной схемы, которой является процессор, линейно пропорционально тактовой частоте и квадратично напряжению.

Примечание для тех, кто разбирается в цифровой электронике: P_cpu = P_dynamic + P_{short circuit} + P_leak. При работающем процессоре P_dynamic является наиболее важной составляющей, именно эта часть зависит линейно от частоты и квадратично от напряжения. P_{short circuit} пропорционально частоте, а P_leak — напряжению.

Более того, напряжение и тактовая частота

Каков предел энергопотребления процессора?

Это во многом зависит от процессора, но для процессора E3-1245 v5 @ 3.50 ГГц расчетная тепловая мощность (Thermal Design Power, TDP) составляет 80 ватт. Это среднее значение, которое процессор может выдерживать бесконечно долго (Power Limit, PL1 на изображении ниже). Системы охлаждения должны быть рассчитаны на это значение, чтобы быть надежными. Фактическое энергопотребление процессора может быть выше в течение короткого промежутка времени (состояния PL2, PL3, PL4 на изображении ниже). TDP измеряется при нагрузке высокой вычислительной сложности (худший случай), когда все ядра работают на базовой частоте (3.5 ГГц).

Как видно на изображении выше, процессор в состоянии PL2 потребляет больше энергии, чем заявлено в TDP. Процессор может находиться в этом состоянии до 100 секунд, а это достаточно долго.

Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)

Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)
Вот два способа снизить энергопотребление процессора:

отключить некоторые подсистемы;
снизить напряжение/частоту.

Они достигаются с помощью:

C-состояний;
P-состояний.

С-состояния описывают первый способ снижения энергопотребления процессора, поэтому они называются состояниями простоя. Чтобы отключить какую-то подсистему, на ней ничего не должно выполняться, подсистема должна простаивать. Таким образом, С-состояние, C[X], означает, что одна или несколько подсистем процессора отключены.

P-состояния описывают второй случай. Подсистемы процессора работают, но не требуют максимальной производительности, поэтому напряжение и/или тактовая частота для этой подсистемы может быть снижена. Таким образом, P-состояния, P[X], обозначают, что некоторая подсистема (например, ядро), работает на заданной паре (частота, напряжение).

Так как большинство современных процессоров состоит из нескольких ядер, то С-состояния разделены на С-состояния ядра (Core C-states, CC-states) и на С-состояния процессора (Package C-states, PC-states). Причина появления PC-состояний очень проста. Существуют компоненты с общим доступом (например, общий кэш), которые могут быть отключены только после отключения всех ядер, имеющих доступ к этому компоненту. Однако мы в роли пользователя или программиста не можем взаимодействовать с состояниями пакета напрямую, но можем управлять состояниями отдельных ядер. Таким образом, управляя CC-состояниями, мы косвенно управляем и PC-состояниями.

Состояния нумеруются от нуля по возрастанию, то есть C0, C1… и P0, P1… Большее число обозначает большее энергосбережение. C0 означает, что все компоненты включены. P0 означает максимальную производительность, то есть максимальные тактовую частоту, напряжение и энергопотребление.

С-состояния

Вот базовые С-состояния (определенные в стандарте ACPI).

C0: Active, процессор/ядро выполняет инструкции. Здесь применяются P-состояния, процессор/ядро могут работать в режиме максимальной производительности (P0) или в режиме энергосбережения (в состоянии, отличном от P0).
C1: Halt, процессор не выполняет инструкций, но может мгновенно вернуться в состояние С0. Поскольку процессор не работает, то P-состояния не актуальны для состояний, отличных от С0.
C2: Stop-Clock, схож с C1, но требует больше времени для возврата в C0.
С3: Sleep. Возврат в C0 требует ощутимо большего времени.

Современные процессоры имеют гораздо больше C-состояний. Согласно даташиту, семейство процессоров Intel® Xeon® E3-1200 v5 поддерживает состояния C0, C1, C1E (C1 Enhanced), C2, C3, C6, C7 и C8. Состояния C1 и C1E поддерживаются только ядрами, а состояние C2 — только процессором. Остальные состояния поддерживаются и ядром, и процессором.

Примечание: Из-за технологии Intel® Hyper-Threading существуют также С-состояния потоков. Хотя отдельный поток может работать с С-состояниями, изменения в энергопотреблении происходят, только когда ядро входит в нужное состояние. В данной статье тема C-состояний на потоках рассматриваться не будет.

Вот описание состояний из даташита:

Примечание: LLC обозначает Last Level Cache, кэш последнего уровня и обозначает общий L3 кэш процессора.

Визуальное представление состояний:

Источник: Software Impact to Platform Energy-Efficiency White Paper

Последовательность C-состояний простыми словами:

Нормальная работа при C0.
Сначала останавливается тактовый генератор простаивающего ядра (С1).
Затем локальные кэши ядра (L1/L2) сбрасываются и снимается напряжение с ядра (С3).
Как только все ядра отключены, общий кэш (L3/LLC) ядер сбрасывается и процессор (почти) полностью может быть обесточен. Я говорю «почти», потому что, по моим предположениям, какая-то часть должна быть активна, чтобы вернуть процессор в состояние С0.

Как вы могли догадаться, CC-состояния и PC-состояния зависят друг от друга, поэтому некоторые их комбинации невозможны. Следующий рисунок демонстрирует это.

Однако если ядро работает (C0), то единственное состояние, в котором может находиться процессор, — C0. С другой стороны, если ядро полностью выключено (C8), процессор может находиться в C0, если другое ядро работает.

Примечание: Intel Software Developer’s Manual упоминает про суб-C-состояния (sub C-state). Каждое С-состояние состоит из нескольких суб-С-состояний. После изучения исходного кода модуля ядра intel_idle я понял, что состояния C1 и C1E являются состоянием С1 с подтипом 0 и 1 соответственно.

Число подтипов для каждого из восьми С-состояний (0..7) определяется с помощью инструкции CPUID. Для моего процессора утилита cpuid выводит следующую информацию:

Замечание из инструкции Intel: «Состояния C0..C7 для расширения MWAIT — это специфичные для процессора C-состояния, а не ACPI C-состояния». Поэтому не путайте эти состояния с ACPI C-состояниями, они явно связаны и между ними есть соответствие, но это не одно и то же.

Я создал гистограмму, представленную ниже, из исходного кода драйвера intel_idle для моего процессора (модель 0x5e). Подписи горизонтальной оси:

Имя C-состояния: специфичное для процессора состояние: специфичное суб-состояние.

Вертикальная ось обозначает задержку выхода и целевые резидентные значения из исходного кода. Задержка выхода используется для оценки влияния данного состояния в реальном времени (то есть сколько времени потребуется для возвращения в С0 из этого состояния). Целевое резидентное значение обозначает минимальное время, которое ядро должно находиться в данном состоянии, чтобы оправдать энергетические затраты на переход в это состояние и обратно. Обратите внимание на логарифмический масштаб вертикальной оси. Задержки и минимальное время нахождения в состоянии увеличивается экспоненциально с увеличением номера состояния.

Константы задержок выхода и целевых резидентных значении C-состояний в исходном коде intel_idle
Примечание: Хотя состояния С9 и С10 включены в таблицу, они имеют 0 суб-состояний и поэтому не используются в моем процессоре. Остальные процессоры из семейства могут поддерживать эти состояния.

Состояния питания ACPI

Прежде чем говорить про P-состояния, стоит упомянуть про состояния питания ACPI. Это то, что мы, пользователи, знаем, когда используем компьютер. Так называемые глобальные системные состояния (G[Х]) перечислены в таблице ниже.

Источник: ACPI Specification v6.2
Также существует специальное глобальное состояние G1/S4, Non-Volatile Sleep, когда состояние системы сохраняется на энергонезависимое хранилище (например, диск) и затем производится выключение. Это позволяет достичь минимального энергопотребления, как в состоянии Soft Off, но возвращение в состояние G0 возможно без перезагрузки. Оно более известно как гибернация.

Существует несколько состояний сна (Sx). Всего таких состояний шесть, включая S0 — отсутствие сна. Состояния S1-S4 используются в G1, а S5, Soft Off, используется в G2. Краткий обзор:

G0/S0: Компьютер работает, не спит.
G1: Sleeping.
- G1/S1: Power on Suspend. Состояние системы сохраняется, питание процессора и кэшей поддерживается.
- G1/S2: Процессор отключен, кэши сброшены.
- G1/S3: Standby или Suspend to RAM (STR). Оперативная память остается практически единственным компонентом с питанием.
- G1/S4: Hibernation или Suspend to Disk. Все сохраняется в энергонезависимую память, все системы обесточиваются.
Как показано на рисунке ниже, для моего процессора все С-состояния, упомянутые ранее, используются в G0/S0. Другими словами, при входе в состояние сна (G1) процессор выключается.

Вот поддерживаемые состояния ACPI.

Комбинации состояний ACPI G/S и С-состояний процессора

Приятно видеть все комбинации в таблице:

В состоянии G0/S0/C8 системы процессора запущены, но все ядра отключены.

В G1 (S3 или S4) некорректно говорить про С-состояния (это касается как CC-состояний, так и PC-состояний), так как процессор полностью обесточен.

Для G3 не существует S-состояний. Система не спит, она физически отключена и не может проснуться. Ей необходимо сначала получить питание.

Как программно запросить переход в энергосберегающее С-состояние?

Современный (но не единственный) способ запросить переход в энергосберегающее состояние — это использовать инструкцию MWAIT или инструкцию HLT. Это инструкции привилегированного уровня, и они не могут быть выполнены пользовательскими программами.

Инструкция MWAIT (Monitor Wait) заставляет процессор перейти в оптимизированное состояние (C-состояние) до тех пор, пока по указанному (с помощью другой инструкции, MONITOR) адресу не будет произведена запись. Для управления питанием MWAIT работает с регистром EAX. Биты 4-7 используются для указания целевого С-состояния, а биты 0-3 указывают суб-состояние.

Примечание: Я думаю, что на данный момент только AMD обладает инструкциями MONITORX/MWAITX, которые, помимо мониторинга записи по адресу, работают с таймером. Это еще называется Timed MWAIT.

Инструкция HLT (halt) останавливает выполнение, и ядро переходит в состояние HALT до тех пор, пока не произойдет прерывание. Это означает, что ядро переходит в состояние C1 или C1E.

Что вынуждает ядро входить в определенное С-состояние?
- В состояние С0 ядро входит при загрузке, когда происходит прерывание, или после записи по адресу памяти, который отслеживается инструкцией MWAIT.
- Состояния C1/C1E достижимы с помощью инструкций HLT и MWAIT.
- Войти в состояние С3 можно с помощью инструкции MWAIT. Затем кэши L1 и L2 сбрасываются в кэш верхнего уровня (LLC), и все тактовые генераторы процессора останавливаются. Тем не менее, ядро сохраняет свое состояние, так как не обесточено.
- Вход в состояние С6 возможен через инструкцию MWAIT. Ядро сохраняет состояние на выделенную SRAM и напряжение на ядре снижается до нуля. В этом состоянии ядро обесточено. При выходе из C6 состояние ядра восстанавливается из SRAM.
- Для C7 и C8 аналогично C6.
Хочу напомнить еще раз, я не затрагиваю гипертрединг в этом ответе.

Как отмечалось ранее, переходы между глубокими С-состояниями имеют высокие задержки и высокие энергетические затраты. Таким образом, такие переходы должны выполняться с осторожностью, особенно на устройствах, работающих от аккумуляторов.

Возможно ли отключить С-состояния (всегда использовать С0)?

Это возможно, но не рекомендуется. В даташите (секция 4.2.2, страница 64) есть примечание: «Долгосрочная надежность не гарантируется, если все энергосберегающие состояния простоя не включены». Поэтому вам не стоит отключать С-состояния.

Как прерывания влияют на процессорядро в состоянии сна?

Когда происходит прерывание, соответствующее ядро пробуждается и переходит в состояние С0. Однако, например Intel® Xeon® E3-1200 v5, поддерживает технологию Power Aware Interrupt Routing (PAIR), у которой есть два достоинства:
- для энергосбережения прерывание может быть переадресовано работающему ядру, чтобы не будить спящее ядро;
- для производительности прерывание может быть переадресовано от работающего на полную мощность ядра к простаивающему (С1) ядру.
P-состояния

P-состояния подразумевают, что ядро в состоянии С0, потому что ему требуется питание, чтобы выполнять инструкции. P-состояния позволяют изменять напряжение и частоту ядра (другими словами рабочий режим), чтобы снизить энергопотребление. Существует набор P-состояний, каждое из которых соответствует разных рабочим режимам (пары напряжение-частота). Наиболее высокий рабочий режим (P0) предоставляет максимальную производительность.

Процессор Intel® Xeon® E3–1200 v5 позволяет контролировать P-состояния из операционной системы (Intel® SpeedStep Technology) или оставить это оборудованию (Intel® Speed Shift Technology). Вся информация ниже специфична для семейства Intel® Xeon® E3-1200 v5, но я полагаю, это в той или иной степени актуально и для других современных процессоров.

P-состояния, управляемые операционной системой

В этом случае операционная система знает о P-состояниях и конкретном состоянии, запрошенным ОС. Проще говоря, операционная система выбирает рабочую частоту, а напряжение подбирается процессором в зависимости от частоты и других факторов. После того, как P-состояние запрошено записью в моделезависимый регистр (подразумевается запись 16 бит в регистр IA32_PERF_CTL), напряжение изменяется до автоматически вычисленного значения и тактовый генератор переключается на заданную частоту. Все ядра имеют одно общее P-состояние, поэтому невозможно установить P-состояние эксклюзивно для одного ядра. Текущее P-состояние (рабочий режим) можно узнать, прочитав информацию из другого моделезависимого регистра — IA32_PERF_STATUS.

Смена P-состояния мгновенна, поэтому в секунду можно выполнять множество переходов. Это отличает от переходов C, которые выполняются дольше и требуют энергетических затрат.

P-состояния, управляемые оборудованием

В этом случае ОС знает об аппаратной поддержке P-состояний и отправляет запросы с указанием нагрузки. В запросах не указывается конкретное P-состояние или частота. На основе информации от ОС, а также других факторов и ограничений оборудование выбирает подходящее P-состояние.

Я хочу рассказать об этом подробнее в следующей статье, но сейчас я поделюсь с вами своими мыслями. Мой домашний компьютер работает в этом режиме, я узнал это, проверив IA32_PM_ENABLE. Максимальный (но не гарантированный) уровень производительности — 39, минимальный — 1. Можно предположить, что существует 39 P-состояний. На данный момент уровень 39 установлен ОС как минимальный и как максимальный, потому что я отключил динамическое изменение частоты процессора в ядре.

Заметки про Intel® Turbo Boost

Поскольку TDP (расчетная тепловая мощность) — это максимальная мощность, которую процессор может выдержать, то процессор может повышать свою частоту выше базовой, при условии что энергопотребление не превысит TDP. Технология Turbo Boost может временно повышать энергопотребление до границы PL2 (Power Limit 2) на короткий промежуток времени. Поведение Turbo Boost может быть изменено через подсказки оборудованию.

Применима ли эта информация о C-состояниях и P-состояниях к мобильным и встраиваемым процессорам?

Для примера, недавний MacBook Air с процессором i5-5350U в основном поддерживает возможности, описанные выше (но я не уверен про P-состояния, контролируемые оборудованием). Я также смотрел документацию ARM Cortex-A, и, хотя там применяются другие термины, механизмы управления питанием выглядят похоже.
Похожие публикации:

Acpi t state что это

ACPI Standby State

Технологии ACPI и OnNow

Acpi t state что это в биосе

Acpi t state что это в биосе

ACPI Suspend Type

Принцип работы

Какое значение опции выбрать?

Технологии ACPI и OnNow

[Перевод] Краткое руководство по управлению питанием процессора

Особенности CPU

Как снизить энергопотребление процессора во время его работы?

Каков предел энергопотребления процессора?

Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)

С-состояния

Состояния питания ACPI

Комбинации состояний ACPI G/S и С-состояний процессора

Как программно запросить переход в энергосберегающее С-состояние?

Что вынуждает ядро входить в определенное С-состояние?

Возможно ли отключить С-состояния (всегда использовать С0)?

Как прерывания влияют на процессорядро в состоянии сна?

P-состояния

P-состояния, управляемые операционной системой

P-состояния, управляемые оборудованием

Заметки про Intel® Turbo Boost

Применима ли эта информация о C-состояниях и P-состояниях к мобильным и встраиваемым процессорам?

Добавить комментарий Отменить ответ