JPH0458310A - マイクロプロセッサの待ち状態の検出方法及びパーソナルコンピュータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はラップトツブコンピュータ等の低消費電力化に
関するものであり、さらに詳しく言うならば、パーソナ
ルコンピュータの中のマイクロプロセッサの待ち状態を
検出し、待ち状態のときにはマイクロプロセッサのクロ
ック周波数を下げて、消費電力を下げようとするもので
ある。

［従来の技術１ 最近、ラップトツブコンピュータ、そのうち特にノート
型とかブック型とか呼ばれる非常に小さく薄く、軽いラ
ップトツブコンピュータが急速に普及してきている。こ
れらはすべてバッテリーで動作可能であり、大きさ、重
さともに、バッテリーによる動作可能時間というものが
ラップトツブコンピュータの非常に重要な要素となって
いる。

こうした中でパソコンメーカー各社はバッテリー動作可
能時間をできるだけ長くするために、機器の低消費電力
化に取り組んできている０機器の低消費電力化の方法と
して現在量も広く使われているのはスタンバイモードと
呼ばれているものであり、これは例えばマイクロプロセ
ッサがキーボードからのキー人力待ちの状態において、
キー人力がある一定時間（たとえば３分間）ない場合は
、オペレータがキー人力の作業を一時中断しているもの
と判断し、マイクロプロセッサはオペレータがキー人力
を再開するまでの間はただキー人力を待つのみであり、
したがって、このときパソコンをスタンバイモードと呼
ばれる電力をあまり消費しないモードに設定してやると
いうものである。スタンバイモードにおいてはマイクロ
プロセッサのクロック周波数を下げたり、又は場合によ
ってはマイクロプロセッサのクロックを停止したりする
。又液晶デイスプレィのバックライトを消したり、ハー
ドディスクドライブのモータを止めたりもする。このよ
うにしてスタンバイモードでは機器の消費電力を少なく
なるようにしている。

スタンバイモードにおいて消費電力を少なくするための
個々の技術（マイクロプロセッサのクロック周波数を下
げたり、液晶のバックライトを消したり、ハードディス
クのモータを止めたりする技術）については本明細書で
はほとんどふれない。本発明はスタンバイモードに入る
ためのマイクロプロセッサの待ち状態を検出する方法に
関するものである。

キーボードからの入力を例として取り上げ、従来の方法
と本発明の方法とのちがいを明らかにしていく。第３図
は、一般的なキー人力処理の方法をフローチャートの形
で示したものであり、これがパソコンのうちのデスクト
ップコンピュータで広く使われている。これはキー人力
があるまでずうっと待ち続け、キー人力があったらキー
人力の処理をするというものであり、もしキー人力が何
時間もない場合は、マイクロプロセッサはひたすら待つ
ことになってしまう、デスクトップコンピュータのよう
に消費電力をほとんど気にしな（てよい機器の場合は、
この方法で何ら問題はないが、バッテリー駆動のラップ
トツブコンピュータの場合は非常に問題になる１例えば
ラップトツブコンピュータでキー人力中のオペレータが
一部キー人力の作業を中断したような場合、キー人力が
再開されるまでの間、そのラップトツブコンピュータは
ひたすらキー人力を持っているのみであり、その間有効
な作業を何もしていないのに、電力だけは通常のベース
で消費してしまう、このようなキー人力待ち状態（オペ
レータのキー人力作業の中断のような比較的長時間の待
ち状態）を検出し、このような状態においては機器は有
効な作業は何もしていないので、できるだけ消費電力を
低くおさえようという考え方が生まれた。この消費電力
を低くおさえたモードのことを一般にパワーセーブモー
ド又はスタンバイモードと呼んでいる。本明細書ではス
タンバイモードと呼ぶことにする。スタンバイモードに
おいてはマイクロプロセッサは何ら有効な作業はしてい
ないのでマイクロプロセッサのクロックを下げたり又場
合によっては止めたりしても問題はなく、こうすること
によって消費電力を少なくしたりする。又、スタンバイ
モードにおいては、表示は必要ないし、又ハードディス
クドライブも使わないので、液晶デイスプレィのバック
ライトを消したり、ハードディスクドライブのモータを
止めて、消費電力を少なくしたりもする。

以上説明してきた、スタンバイモードという考えを取り
入れたラップトツブコンピュータのキー人力処理の方法
をフローチャートの形で示したものが第２図であり、こ
の方法がこれまで最も広く使われてきた（第２図が従来
の技術の代表的なものである）。第２図について簡単に
説明する。キー人力を待ち始めてから３分以内（この３
分という時間は特に限定するものではないが、通常あま
り短いと非常に使いづらい感じがする）にキー人力があ
った場合は特別な処理は行なわれず、キー人力がされる
とすぐ、キー人力に対する処理が行なわれる。しかし、
３分以上キー人力がないと機器をスタンバイモードに設
定する。（スタンバイモードにおける低消費電力化のた
めの個々の処理にはふれない、）スタンバイモードでは
機器の消費電力は低くおさえられている。スタンバイモ
ードにおいてキー人力があると、まずスタンバイモード
を解除してから、キー人力に対する処理を行なう０以上
のようにキー人力待ち状態（３分以上キー人力なしの状
態）を検出し、スタンバイモードに設定することによっ
て、機器の低消費電力化がはかられた。

［発明が解決しようとする課題］ 第２図に示した従来の方法はいくつかの欠点がある。ま
ずこれを整理する。

第１点目は、キーボード入力に関するプログラムを変更
しなければならないということである。

第３図が基本となるキー人力処理であり、これに対して
第２図のようなフローにするためには、プログラムの変
更が必要となる。

第２点目はアプリケーションプログラム（例えばワープ
ロソフトのようなもの）がもし、キー人力処理を自分で
直接行なっていた場合、いいかえるとＢＩＯＳ　（基本
人出カシステム）やＤＯ５（ディスクオペレーティング
システム）を介さず、直接自分自身でキーボードインタ
ーフェイスのハードウェアをアクセスしていた場合、パ
ソコンメーカー側で、キー人力に関するＢＩＯＳを第２
図のフローチャートのように構成していても、スタンバ
イモードにならないという点である。

第３魚目は、各入出力機器ごとに対応するプログラムを
変更しなければならないという点である。第２図はキー
ボードに関する部分だけであり、例えばマウスとか、プ
リンタ、モデム等、各入出力機器ごとに第２図のような
フローチャートを作りプログラムを変更しなければなら
ない。

第４魚目はスタンバイモードに入るまでの時間が長く　
（第２図の場合３分間）、その間の消費電力が節約でき
ないという点である。

〔課題を解決するための手段１ 以上の従来の技術の問題点を解決するための手段は待ち
状態の検出のハードウェアで行なうというものである。

（従来はソフトウェアで行なっていた。）マイクロプロ
セッサとメインメモリの間に小容量のキャッシュメモリ
を置き、キャッシュメモリがヒツトしているとき、マイ
クロプロセッサは待ち状態であると判断するという方法
である０本発明の待ち状態の検出方法は、キーボード入
力に限らず、一般的な入出力機器に対する待ち状態の検
出方法である。

以下、実施例に従って本発明の詳細な説明する。

［実　施　例］ 第１図に本発明によるパーソナルコンピュータの実施例
を示す。１はマイクロプロセッサであり、２はマイクロ
プロセッサ１の命令コードを格納しているメインメモリ
である。３はキャッシュメモリであり、キャッシュメモ
リ容量は６４バイトである。３のキャッシュメモリには
、コントロル回路もすべて含まれている。キャッシュメ
モリ３は、メモリの部分的なディスエーブルが可能であ
り、有効なキャッシュメモリ容量をＯバイトから６４バ
イトまで自由にかえることができる。

キャッシュの方式はダイレクトマツピング方式である。

（キャッシュの方式にはダイレクトマツピング方式、２
ウ工イセツトアソシアテイブ方式、Ｎ−ウェイセットア
ソシアティブ方式、フルセットアソシアティブ方式等が
あるが、各方式の説明は省略する。キャッシュ技術に関
係する者にはよくわかっている事である。）５はキャッ
シュメモ’Ｊ　３のヒツト信号であり、キャッシュメモ
リがヒツトしていることを示す。４はクロック切換回路
であり、６はマイクロプロセッサのクロック信号である
。ＨＩＴ信号５がキャッシュメモリのヒツトを示してい
るときは、クロック切換回路４はマイクロプロセッサの
クロック信号６０周波数を下げ（例えばＩＭＨｚとする
）、ヒツトを示していないとき、すなわちミスヒツトの
ときはクロック信号６の周波数を上げる（例えば１２Ｍ
Ｈｚとする）。通常の動作時のクロックが１２ＭＨｚで
あり、キャッシュメモリ３がヒツトした時、クロックを
ＩＭＨｚに落としていると見ればよい。キャッシュメモ
リ３はＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）で構成され、メ
インメモリ２はＤＲＡＭ　（ダイナミックＲＡＭ）で構
成されている。構成の説明は以上にして、次に第１図の
動作を簡単に説明する。マイクロプロセッサ（以下ＭＰ
Ｕと記す）１がメインメモリから命令又はデータを読み
出そうとしたとき、まずキャッシュメモリ３の中に同じ
データがあるかないかが調べられる。キャッシュメモリ
３の中に読み出そうとした命令又はデータがあった場合
はキャッシュメモリがヒツトしたといい、ＭＰＵＩはキ
ャッシュメモリ３から命令又はデータを読み出し、メイ
ンメモリ２に対してはアクセスにいかない。このとき、
ヒツト信号５はハイレベルとなり、（ヒツトであること
を示す）クロック切換回路４はＭＰＵのクロック信号６
をＩＭＨｚに下げる。キャッシュメモリ３の中に読み出
そうとした命令又はデータがなかった場合はキャッシュ
メモリがミスヒツトしたといい、ＭＰＵＩはメインメモ
リ２から命令又はデータを読み出す。このときキャッシ
ュメモリ３の内容も同時にアップデートされる。（ＭＰ
ＵＩがメインメモリ２から読み出した命令又はデータが
キャッシュメモリ３にも同時に書き込まれる。）このと
き、ヒツト信号５はローレベルとなり（ミスヒツトを示
している）、クロック切換回路４はＭＰｔＪのクロック
信号６を１２ＭＨｚとする。

第１図の動作説明は以上であるが、次に第１図と待ち状
態の検出方法との関係について説明していく、第１図は
待ち状態をハードウェアで検出するものであり、まずは
じめに、第３図の最も基本となるキー人力処理のフロー
を分析し、ハードウェアレベルでとらえやすい形に展開
する。第３図のキー人力を待っている部分（第３図のＡ
の部分）を実現する方法としてはおもに２つの方法が考
えられる。１つは割込みを使う方法であり、もうひとつ
はステータスを調べながらループする方法である。まず
割込みを使う方法について考えてみる。割込みを使う場
合は、まずキー人力による割込みをイネーブルにしてお
いて、あとはプログラム自身はループしながら割込みを
待つ、そして割込みがあると割込み処理ルーチン（キー
人力に対する処理）に分岐する。割込みを使った場合の
簡単なフローチャートを第４図（ａ）に示す１次にキー
人力のステータを調べながらループする方法のフローチ
ャートを第４図（ｂ）に示す。

第４図の２つの方法に共通していえることは、待ちの状
態においてはプログラムがループしているということで
あり、このプログラムのループをハードウェアで検出す
ることによって待ち状態を検出しようというのが本発明
のポイントである。

第４図（ａ）のＡ１の部分および第４図（ｂ）のＡ２の
部分がループしている部分である。実際のプログラムは
ここに示した以外の処理（インストラクション）がもう
少し入るであろうが、いずれにしても小さなループ（６
４バイト以下にはなる）であることが特徴である。この
ループを小容量（６４バイト）のダイレクトマツピング
方式のキャッシュメモリ３で検出するのが第１図の実施
例である。第４図（ａ）のＡ１および第４図（ｂ）のＡ
２はいずれも６４バイト以下のループであるため、この
ループが−回りすると、ループの中の命令（インストラ
クション）はすべて第１図のキャッシュメモリ３の中に
格納されてしまい、ループの２回り目以降キャッシュメ
モリはヒツトする。ループから抜は出すまでの間キャッ
シュメモリのヒツトは続くことになる。すなわち第１図
のキャッシュメモリ３がヒツトしているとき（ヒツト信
号５がハイレベルのとき）マイクロプロセッサ１は待ち
状態にあってループをしていると判断できる。このとき
（ヒツトのとき）第１図ではマイクロプロセッサ１のク
ロック６を下げて、消費電力を下げるようにしている。

ただここでひとつ注意が必要である。それはマイクロプ
ロセッサが待ち状態でないときにも、第１図のキャッシ
ュメモリ３がヒツトしてしまうことがないかということ
である。これを防ぐためにはキャッシュメモリ３のメモ
リ容量をできるだけ小さくするのがよい。くり返し処理
を行なうプログラムはループの形をとるが、この場合、
ループの中に、処理のための命令が入ってくるため、第
４図に示した待ちのためのループに比べるとかなり長い
ものになる。第１図のキャッシュメモリ３のメモリ容量
は可変であり、これを調整することによって、くり返し
処理のループと待ちのためのループを分けることができ
る。すなわち、キャッシュメモリのメモリ容量をくり返
し処理のループより小さく、待ちのためのループより長
く設定してやれば良い。こうすれば待ち状態のループの
ときはキャッシュメモリ３がヒツトするが、くり返し処
理を行なうプログラムのときはヒツトしない。

以上が本発明の詳細な説明であるが、最後に第１図のキ
ャッシュメモリ３についてふれておく。第１図のキャッ
シュメモリ３は通常のキャッシュメモリの使い方と全く
異なっている０通常キャッシュメモリはパーソナルコン
ピュータのスピードを上げるために用い、ヒツト率をで
きるだけ上げようとする。したがってメモリ容量もでき
るだけ大きくしようとする。これに対して本発明の中の
キャッシュメモリ３はパーソナルコンピュータの消費電
力をおさえるために使うものであり、待ち状態でループ
しているとき以外はできるだけヒツトしないようにして
いる。（できれば待ち状態でのループ以外では全（ヒツ
トしないのがよい、）シたがって、メモリ容量もかなり
小さくなっている。

〔発明の効果１ 本発明によれば、従来技術の課題のところで上げた従来
技術の４つの欠点がすべて解決できる。

すなわち、 （１）ハードウェアで待ち状態を検出しているため、キ
ー人力に関するプログラムを変更しなくてよい。

（２）アプリケーションプログラムが直接キー人力処理
をしていても、ハードウェアで待ち状態を検出しており
、したがってハードウェアのみでスタンバイモードを設
定できるので、必ずすべてのアプリケーションプログラ
ムに対して、スタンバイモードになることが保障される
。

（３）各入出力機器に対して第１図の実施例は有効とな
る。すなわち第１図の実施例ではキー人力待ちに限らず
、他のＩＯ装置の待ち状態もとくに区別することな（検
出することができる。

（４）待ち状態検出ハードウェアで行なっているため、
スタンバイモードをすぐに設定することができる。又待
ち状態に入るとキャッシュメモリがヒツトし続け、した
かって、この間マイクロプロセッサはキャッシュメモリ
へのみアクセスし、メインメモリにはアクセスしない。

通常メインメモリは消費電力の非常に大きなりＲＡＭで
あるのに対して、キャッシュメモリは消費電力の小さな
ＳＲＡＭであるため、キャッシュメモリのヒツト時、す
なわち待ち状態での消費電力はかなり小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパーソナルコンピュータの実施例
を示す図である。第２図は従来の方法（待ち状態の検出
方法）を示したフローチャートである。第３図はキー人
力処理の基本のフローチャートである。第４図（ａ）（
ｂ）はキー人力処理を分析した図である。 ・マイクロプロセッサ ・メインメモリ ・キャッシュメモリ ・クロック切換回路 ・ヒツト信号 ・マイクロプロセッサのクロック信号 第４図（ａ） 第４ 図（ｂ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ、マイクロプロセッサと Ｂ、前記マイクロプロセッサの実行する命令を格納する
   メインメモリと Ｃ、前記メインメモリ用の小容量のキャッシュメモリと から成るパーソナルコンピュータにおいて、前記キャッ
   シュメモリにはヒット信号出力があり、前記ヒット信号
   がキャッシュメモリのヒットを示しているときは前記マ
   イクロプロセッサが待ち状態にあると判断することを特
   徴とするマイクロプロセッサの待ち状態の検出方法。
2. （２）前記キャッシュメモリの容量が６４バイト以下で
   あり、かつキャッシュメモリの一部をディスエーブルす
   ることによって有効なキャッシュメモリ容量を可変とす
   ることができることを特徴とする請求項１記載のマイク
   ロプロセッサの待ち状態の検出方法。
3. （３）前記キャッシュメモリがダイレクトマッピングの
   キャッシュメモリであることを特徴とする請求項１記載
   のマイクロプロセッサの待ち状態の検出方法。
4. （４）Ａ、マイクロプロセッサと Ｂ、前記マイクロプロセッサの実行する命令を格納する
   メインメモリと Ｃ、前記メインメモリ用の小容量のキャッシュメモリと Ｄ、前記マイクロプロセッサ用のクロック信号の周波数
   を切換えるクロック切換回路と から成るパーソナルコンピュータであって、前記キャッ
   シュメモリにはヒット信号出力があり、前記ヒット信号
   がキャッシュメモリのヒットを示しているときには、前
   記クロック切換回路はマイクロプロセッサのクロック信
   号の周波数を低くし、前記ヒット信号がキャッシュメモ
   リのミスヒットを示しているときには、前記クロック切
   換回路はマイクロプロセッサのクロックの周波数を高く
   することを特徴とするパーソナルコンピュータ。
5. （５）前記キャッシュメモリの容量が６４バイト以下で
   あり、かつキャッシュメモリの一部をディスエーブルす
   ることによって有効なキャッシュメモリ容量を可変とす
   ることができることを特徴とする請求項４記載のパーソ
   ナルコンピュータ。
6. （６）前記キャッシュメモリがダイレクトマッピングの
   キャッシュメモリであることを特徴とする請求項４記載
   のパーソナルコンピュータ。