JPH0478909A - パーソナルコンピュータ及びマイクロプロセッサ - 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Ｄ、ざらにｆｒＬ　＜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〕

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１−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Ｄ、大きさ、重
さとともに、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。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Ｄ、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分間ンない場合は、
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Ｄ、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Ｄ、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Ｄ、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が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Ｄ、液晶のバックライトを消したＤ、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Ｄ、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
があるまで引き続いて待ち続け、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Ｄ、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くてよい機器の場合
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。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
ータが一時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待っているのみであＤ、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
ペースで消費してしまう。このようなキー人力持ち状態
（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ブ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Ｄ、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入力処理の方法を
フローチャートの形で示したものが第２図であＤ、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」ニキー人力がないと機器をスタンバイモートに設
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。以
」二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。これが従来
の技術である。

〔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にはいくつかの欠点がある。

まずこれを整理する。

第１魚目は、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Ｄ、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魚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ＢＩＯ３（基本人
出カシステム）やＤＯ３（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ＢＩＯ８を第２図の
フローチャートのように構成していてもこのＢＩＯ８が
コールされないため、スタンバイモードにならないとい
う点である。

第３虎口は、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Ｄ、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〕

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
状態の検出を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。

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（ａ）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Ｄ、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Ｄ、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、コントロー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Ｄ、有効なキャッシュメモリ容量を０ハイドか
ら６４バイトまで自由にかえることができる。キャッシ
ュの方式はタイレフ１−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
メモリ３のヒツト信号であＤ、キャッシュメモリがヒツ
トしていることを示す。７はホールト検出回路であＤ、
マイクロプロセッサ１がホールト命令（停止命令）を実
行したことを検出する。ホールト命令実行後、マイクロ
プロセッサ１は割込みが入るまでの間ホールト状態のま
まである。８はホールト検出信号であＤ、マイクロプロ
セッサ１がホールト状態にあることを示す、４はクロッ
ク切換回路であＤ、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ラ１
−を示しているときおよびホールト検出信号８がマイク
ロプロセッサのホールト状態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６の
周波数を下げ（例えばＩＭＨｚとする）、マイクロプロ
セッサ１がホールト状態ではなく、かつキャッシュメモ
リがヒツトしていないとき、すなわちミスヒラｌ−のと
きはクロック信号６の周波数を上げる（例えば１２ＭＨ
ｚとする）。通常の動作時のクロックが１２ＭＨｚであ
Ｄ、キャッシュメモリ３がヒラｌ−１，た時およびマイ
クロプロセッサ１がホールト状態の時、クロックをＩＭ
Ｈｚに落としていると見ればよい。キャッシュメモリ３
のヒラ１−時およびマイクロプロセッサ１のホールト時
のクロック周波数をともにＩＭＨｚとしたが、これは特
に同じでなくてもよい。例えば通常動作時のクロック周
波数を１２　Ｍ　Ｈｚとし、キャッシュメモリ３のヒツ
ト時のクロック周波数をＩＭＨｚ、ホールト状態のクロ
ック周波数を１００ＫＨｚとしてもよい。

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（ａ）の動作を簡単に説明する。マイクロプ
ロセッサ（以下ＨＰＵと記す）１がメインメモリ２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ＭＰ
Ｕ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、Ｍ
ＰＵＩ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。　（ＭＰＵＩ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、ヒラトイ４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ＭＰＵ　１のクロック信号６を１２ＭＨｚとする。

又ＭＰＵＩがホール１−命令を実行すると、ホールト検
出回路７がこれを検出し、ホールト検出信号８がハイレ
ベルとなる。このときマイクロプロセッサ１のクロック
信号６はＩＭＨｚとなる。クロック切換回路４はヒツト
信号５とホールト検出信号８の少なくとも一方がハイレ
ベルのとき、クロック信号６をＩＭＨｚとし、いずれも
がローレベルのとき１２ＭＨｚにする。

第１図（ａ）の動作説明は以上であるが、次に第１図（
ａ）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（ａ）は待ち状態をハードウェアで検出する
ものであＤ、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Ｄ、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。割込みを使う方法はさらに２つの方法に分けられる
。ひとつはプログラムをループさせながら割込みを持つ
方法であＤ、もうひとつはホールト命令を実行してホー
ルトの状態で割込みを待つ方法である。ループしながら
割込みを待つ場合のフローチャートを第４図（ａ）に示
し、ホールト状態で割込みを待つ場合のフローチャート
を第４図（ｂ）に示す。第４図（ａ）ではまずキー人力
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。

第４図（ｂ）では、キー人力割込みイネーブル後にホー
ルト命令を実行して、マイクロプロセッサはホールト状
態に入る。あどはこの状態において、キー人力割込みを
待ち、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。

次にステータス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（Ｃ）に示す。ここでは割込みは使わず
にキー人力のステータスを調べながらループし、キー人
力が検出されるまでループしている。キー人力が検出さ
れると、このループから抜けだしキー人力に対する処理
を行なう。

第４図（ａ）と第４図（Ｃ）には共通した点がある。そ
れは第４図（ａ）のＡ１の部分および第４図（Ｃ）のＡ
３の部分においては、ともにプログラムがループしてい
るという点（しかも小さなループである）であＤ、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
ってマイクロプロセッサの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。又、第４図（ｂ）のよう
にホールト状態で待っている場合もあるので、これに対
してはホールト検出回路でマイクロプロセッサのホール
ト状態を検出してやる。第４図（ａ）のＡ１の部分およ
び第４図（Ｃ）のＡ３の部分の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（６４バ
イト以下にはなる）であることが特徴である。このルー
プを中容ｆｉ（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（ａ）
の実施例である。第４図（ａ）のＡ１及び第４図（Ｃ）
のＡ３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−回り実行されると、ループの中の命令（
インストラクション）はすべて第１図（ａ）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（ａ）のキャッシュメモリ３がヒツ
トしているときくヒツト信号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（
ａ）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１が待ち状態でないときにも、第１図（ａ）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（ａ）のキャッシュメモリ
３のメモリ容量は可変であＤ、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よい。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。

以上が第１図（ａ）の実施例の説明であるが、最後に第
１図（ａ）のキャッシュメモリ３についてふれておく。

第１図（ａ）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。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はバソナルコ
ンピュータの消費電力をおさえるために使うものであＤ
、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くヒツトしな
いのがよい。）したがって、メモリ容量もかなり小さく
なっている。

第１図（ｂ）は本発明の第２の実施例であＤ、第１図（
ａ）に比べてホールト検出回路がない。

したがってマイクロプロセッサのホールト状態における
クロックの切換えはできない。

第１図（Ｃ）、　（ｄ）、　（ｅ）はそれぞれ本発明に
よるマイクロプロセッサの実施例である。第１図（Ｃ）
においては１００が本発明によるマイクロプロセッサで
あＤ、これは従来のマイクロプロセッサ１の機能の他に
小容量のキャッシュメモリ３を含んでいる。第１図（ｄ
）においては１゜１が本発明によるマイクロプロセッサ
であＤ、これは従来のマイクロプロセッサ１の機能の他
に小容量のキャッシュメモリ３とクロック切換回路１４
を含んでいる。第１図（ｅ）においては１０２が本発明
によるマイクロプロセッサであＤ、これは従来のマイク
ロプロセッサ１の機能の他に小容量のキャッシュメモリ
３とホールト検出回路７とクロック切換回路４を含んで
いる。第１図（ａ）のパーソナルコンピュータと第１図
（ｅ）のパソナルコンピュータは全く同じ機能のもので
ある。

同様に第１図（ｂ）のパーソナルコンピュータと第１図
（Ｃ）、および第１図（ｄ）のパーソナルコンピュータ
も全く同じ機能のものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来技術の課題のところで」二げた従
来技術の４つの欠点をすべて解決できる。

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入力処理を
していても、ハードウェアで待ち状態を検出しておＤ、
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（ａ）〜（ｅ）の実
施例は有効となる。すなわち第１図（ａ）〜（ｅ）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く検出することができる。

（４）待ち状態検出を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、
　したがって、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。

又、マイクロプロセッサの中にキャッシュメモリを入れ
てしまうことによＤ、さらに次のような効果が生じる。

すなわち （５）待ち状態においてはメインメモリへはアクセスに
はいかないため、キャッシュメモリを内部に含んだマイ
クロプロセッサは待ち状態において、マイクロプロセッ
サの入出力端子（アドレスバス、データバス等）をドラ
イブしないため、キャッシュメモリが外部にあるものに
比べて、消費電力が極端に小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）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１図（ｃ）、　（
ｄ）、　（ｅ）は本発明によるマイクロプロセッサの実
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）、（Ｃ）はキー人力処理を分析した図であ
る。 １・・・マイクロプロセッサ（従来の）２・・・メイン
メモリ ３・・・キャッシュメモリ ４、１４・・・クロック切換回路 ５・・・ヒツト信号 ６・・・マイクロプロセッサのクロック信号７・・・ホ
ールト検出回路 ８・・・ホールト検出信号 １００．１０１，１０２・・・本発明によるマイクロプ
ロセッサ 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木　喜三部　化１名図（Ｑ） 図（ｄ） 第４図（Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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 Ｄ、前記マイクロプロセッサがホールト命令を実行した
   ことを検出するホールト検出回路とＥ、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 とを有するパーソナルコンピュータであつて、前記キャ
   ッシュメモリがヒットしているとき、および前記ホール
   ト検出回路がマイクロプロセッサのホールト命令の実行
   を検出したとき、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低くし、前記キャッシュメ
   モリがヒットしていないとき、および、マイクロプロセ
   ッサがホールト命令実行後に外部要因によってホールト
   状態から解除したとき、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。（２）前記キャッシュ
   メモリはダイレクトマツピング方式のキャッシュメモリ
   であり、メモリ容量は６４バイト以下で、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記載のパーソナルコンピュータ。 （３）容量が６４バイト以下のダイレクトマッピング方
   式のキャッシュメモリを搭載し、前記キャッシュメモリ
   のヒット信号を出力端子として持っていることを特徴と
   するマイクロプロセッサ。 （４）容量が６４バイト以下のダイレクトマツピング方
   式のキャッシュメモリと動作クロック周波数を切換える
   ためのクロック切換回路を内部に有し、前記キャッシュ
   メモリがヒットしているときには動作クロック周波数を
   下げ、ヒットしていないときには動作クロック周波数を
   上げることを特徴とするマイクロプロセッサ。