CN1326122A - 具有下调时钟特征的核心计算机 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种具有一个核心单元和一个核心单元的闭合体的计算机系统。核心单元能够确定闭合体(是:汽车、房子,等等)的性质,并调整它的处理器执行闭合体所需要的功能。

Description

具有下调时钟特征的核心计算机

本发明涉及到可转移或可移动的核心计算机，这种计算机具有这样一种特征：允许计算机的处理器，在运行频率范围内，下调或上调时钟，满足由闭合体(enclosure)执行的应用的需要。

现代的电路设计技术已经能够使得计算机逐渐地变得比针尖还小，在比针尖还小的地方，单个的核心模块能够包含计算机的所有的系统一级的元件。美国专利6,029,183描述了这样一种计算机，这种计算机被称为可转移的核心计算机。核心计算机是包含计算机的所有的内部元件的闭合体，而且没有任何接口。通过单个的连接器，使得在核心和插入它的闭合体之间的所有的通信容易，单个的连接器提供电源到核心装置并用作在核心和闭合体之间的数据总线。普通的连接器允许核心计算机被插入到含有下列设备(而且不限于这些)的任何一种主机：移动计算机，膝上型计算机，耐磨计算机，汽车，家用电器，电子设备(照相机、电视机，等等)，警报系统，建筑设施管理系统，办公设备例如复印机，传真机，电话，个人通信设备、和任何其他合适的闭合体。直到核心被插入到这样的闭合体，它才能具有计算机功能。它具有包含一台计算机的所有硬件，而没有任何由其本身可使用的接口。配合的闭合体提供接口，并且，使它的功能或者为通用目的的计算机，或者为单一目的的计算机。这种核心计算机的能力实际上是无限的。然而，为了最有效地利用设备，需要增加或减少核心的计算功能，以满足特定应用和闭合体的需要。在许多情况下，应用在很大程度上被闭合体限定。这将允许核心仅仅分配必要的资源，不浪费能量或提供不必要的能力。这对依赖于用电池做电源的移动设备是特别有意义的。因为在处理速度和能量耗费之间有直接的相互关系，它要求仅使用所需的最小的处理速度来耐久地运行所需的应用。在大部分情况中，由核心被插入的闭合体来确定应用本身。与可转移核心计算机一起使用的潜在的闭合体设备通常具有变化的处理速度/能量需求，这依赖于它们的应用。(在本发明的正文中，处理能力和处理速度，在它们涉及到处理器运行的速度时，是同义词)。PDA或者蜂窝电话只需要比膝上型机小的处理能力来运行，进而，膝上型机的处理能力更小于台式计算机。结果，使得核心计算机发挥的功能最大，这就需要它能够在不同的处理器频率时运行，如果由闭合体和/或在里面运行的应用程序控制时。

一些公司已经试图解决由本发明提到的问题。例如Intel，它的注册商标是Intel Corporation of 2200 Mission CollegeBlvd，Santa Clara，CA95052，已经在它的移动处理器上开发了下调时钟特征的功能，当AC电源被检测到时，允许处理器运行在它的最高时钟速度。然而，检测到DC电源(电池)时，它将把处理器的时钟向下调到近似于400Mhz。其目的是使得电池的寿命最长，假定移动计算机用户为了延长电池的寿命而愿意稍慢地运行处理器的话。然而，这一特征是布尔型的，实际上，它不是在正常状态就是在DC状态，不考虑执行的功能的性质，只考虑电源。

另外一个Transmeta公司，它的注册商标是TransmetaCorporation of 3940 Freedom Circle，Santa Clara，CA95054，已经设计了一种新的处理器结构，由此，一个软件变异层围绕基于非x86硬件引擎，并转换x86指令为硬件引擎的VLIW(非常长指令字)的原来的语言。Transmeta使用称做LongRun的电源管理模式。在移动装置中，最常用的x86CPU，通过在全速运行处理器和不运行处理器之间的迅速交替转换，调整它们的能量消耗。通过改变接通/断开比(“孔度比”)，能够获得不同的性能级别。然而，对于这一方法，当时间临界的应用需要它时，处理器可能正好被关闭。其结果可能是故障，例如在影片播放期间掉帧，这对用户是能够感觉到的。比较起来，Transmeta芯片能够调整它的功耗，而不用把它自己断开。代之以，在高速运行时，它调整它的时钟频率。它进行如此之快，并且不需要重新启动操作系统，或者经过一个慢的顺序暂停并从RAM重新启动。结果，软件能够继续监视在处理器上的需求，并动态地正好检测出需要运行该应用程序的正确的时钟速度(并由此的能量消耗)。切换发生足够地快，用户感觉不到。在高速运行时，软件也有能力调整运行中的电压，因为较低的电压能够被用于支持较低的运行频率。因为功率是电压的平方，所以，这能够有效地延长电池的寿命。然而，这一系统的缺点是：它只能够在Transmeta处理器平台上工作，不能够在目前控制当前计算机市场(例如由Intel、AMD、CyrixMotorola制造)的x86平台上工作。对于像蜂窝电话或单一目的的应用范围，Transmeta系统将不能够工作，因此，没有本发明的支持，在核心被插入设备后，引导时，要选择不同的处理速度或操作系统或两者。

因此，需要这样的一种系统：它将和通常情况一样，可与任何x86或者以可转移核心计算机系统为基础的其他类型的微处理器一起工作，核心计算机系统将在引导时调整处理器的频率并装载操作系统，该操作系统与闭合体的类型和在此运行的应用软件的性质是相称的，并且避免了上面提到的缺陷。

因此，本发明的一个目的是要提供一种性能提高的核心计算机，这种核心计算机克服了上面提到的缺陷。

本发明的另一个目的是要提供一种独特的微处理器管理系统。

本发明还有一个目的是要提供一种时钟下调特征，用来调整可移动核心计算机的系统性能到满足应用和范围的需要。

本发明又一个目的是要提供一种系统，这种系统适配一种处理器在核心计算机中，为特定的范围在最佳的速度时运行。

本发明还有一个目的是要提供一种核心计算机的系统管理工具，当核心计算机是在用DC电源运行时，使得电源的消耗最小。

本发明的另一个目的是要提供一种性能提高的核心计算机系统，这种系统在系统电源接通时，检测核心被插入的闭合体的类型，于是，调整系统的性能。

通常，通过具有下调时钟特征的可转移的核心计算机，本发明的这些和其它的目的可以达到。

这里公开的发明，通过使用可转移的核心计算机，克服了现有技术的缺陷，核心计算机与下调时钟特征一起，调整系统性能，使得配合的闭合体的需求和操作系统/在此运行的应用软件是相称的。通过电的连接器，需求被闭合体或核心传达给其它装置。这包括下调微处理器的时钟的速度，以及仅把需要的操作系统装载到系统内存。这样的特征的明显的好处是增加了电池的寿命，在这样一些情况下，闭合体能够以较低的速度有效地运行而不会引起性能的降低，运行在电池寿命无关的最佳速度的能力(其它的电源是可用的例如AC，或者热交换电池的能力)，按照软件或外围需求而改变处理速度的能力(例如：与键盘输入比较的语音输入)，按照核心被插入的闭合体运行不同的OS或GUI(图形用户接口)的能力，通过不运行不必要的软件并最后减少由于微处理器的运行而产生的热而使系统性能最大提高的能力。这将涉及到本发明公开内容的全部，叫做“下调时钟”或“下调时钟特征”。

本发明涉及核心计算机，尤其涉及一种闭合体，那里，核心计算机被插入到闭合体，按照可利用的电源和软件需求以及闭合体预定的用途，它将调整核心计算机的性能。核心计算机是能够被插入到多个闭合体中的独立的普通计算机系统。在美国专利5,999,953和6,029,183中描述了这种核心计算机。因此，这两个专利公开的内容被引入本发明。闭合体支配计算机装置的特征和功能。通常，计算机制造商任何时候都在随对功率要求的增加为增加处理器的性能而努力。由现有技术可知，在处理速度与电源消耗之间存在有直接的关系。在台式机环境中，当通过AC输出的实际上有无限制的电源供给时，电源可以是没有限制的供给。因此，在这种环境下，用户总是要最大限度地提高处理速度。然而，在移动或远程的环境中，能量被电池的寿命限制，最大限度地使得计算机设备的运行时间延长以及提供加强的性能是重要的。由于闭合体的性质和所谓的闭合体的需求，可能需要放弃一些性能来延长电池的寿命。尤其是，在单一目的的闭合体中，例如通信设备或者PDA，在那里闭合体正在运行很小的操作系统，核心计算机的处理器的最大的处理速度的一小部分可足够获得强的性能。结果有效的能量被省下，而延长电池寿命的目的被实现。

本发明允许在核心中有一个闭合体或者可替换的软件或者嵌入的一组指令，告诉核心计算机，为了在性能足够的一级运行，它将需要什么资源(依照处理器性能和软件)。因为本发明的核心计算机将被用在许多闭合体中，这些资源从一个闭合体改变到另一个闭合体，从速度需求和软件需求两者。这是由于这样的事实：使用的软件将依赖于闭合体的特征。例如，在一个实施例中，核心可以被插入到台式PC闭合体并且将期望运行在它的最大的处理速度和操作系统的最强功能的版本。然而，如果核心后来被插入到电话闭合体，为获得满意的性能，只有最大处理速度的一小部分是必需的，并且，操作系统大概也是比较简单的，与台式计算机需要的相比较。在100MHz的速度范围中，足以能够实现电话功能，因此延长电池寿命。因为电话的主要的限制是它的电池寿命，所以，延长核心装置的功能，将是重要的特征。另外，当核心被接通电源并检测出它是在电话闭合体时，它将只装载电话的操作系统到内存。

也需要包括一个手动越权开关，使得：按照用户当时的需求，用户能够保证得到处理器的最大的运行速度，而不考虑他的电源的限制。这将导致该核心转换到缺省操作系统方式，那里，在引导时选择最大的系统性能和最强功能的操作系统。

为了说明本发明的用途，现在将提供几个实施例。在一种方案中，核心计算机的用户把它插入到蜂窝电话闭合体，蜂窝电话闭合体包含一个接口和通信硬件，但是缺少一个处理器。核心装置检测到：这是在蜂窝电话范围，使用简单的操作系统并且只有低的处理器需求。因此，该核心的最大处理速度的非整数倍的功能将足够获得强的系统性能。结果，在500MHz的运行速度运行的电话中，处理器将不浪费电池电源，而当以其1/4的运行速度运行时，不会影响设备的性能。

在另一个实施例中，为了提供与旅行相关的信息，核心设备可以被插入到汽车、因特网、GPS信息，等等。在这种环境中，相对来说，汽车具有无限制的电源供应，因此，相对于单一目的的闭合体，它可以要求运行处理器在较高的时钟速度。然而，同时，在台式计算机或膝上型计算机的情况时，用户可以需要较小的处理电力，因为只有某些特定功能是必需的。这就是说，在开车时司机大概不会去运行严格的应用，因此，不会以最高的时钟速度去运行而浪费汽车的能量，因为在汽车中的当前拖动的设备会减少可用于其它的电动设备，例如动力窗，可开式车顶，等)的能量。另一方面，系统需要灵活性，以便足以适应各种情况，其中包括：乘客可能需要使用设备，并且需要最大的计算电能来运行较严格的应用。在这种情况下，用户将选择时钟下调特征的手动的越权。这一越权的选择将使得计算机运行在最大的时钟频率，并且，装载操作系统的最大容量的版本。

在另一个实施例中，例如用DC电源运行的膝上型计算机，为了获得较长的电池寿命，可能需要减少时钟速度到25％。在膝上型计算机时，它也可能需要总是以减少的时钟速度运行，减轻由能够影响其它系统元件的处理器生成的热。即使膝上型计算机运行与台式计算机相同的操作系统，用户通常愿意放弃一些性能(相对于台式计算机)，以便获得灵活性和延长电池的寿命。然而，当相同的核心被插入台式机或任何AC供电的控制系统、机器工具等等，具有无限制的电源供应和能够适当地散热时，它将要求运行在运行最严格的操作系统的最大的时钟速度上，操作系统是可用于核心单元的操作系统。

在这种方式中，对每一种应用，使用最快的必需的时钟速度，不使用昂贵的减少电池寿命的过度的处理能力，通过使用本发明，相对于操作系统和系统性能，每一种应用被优化，并且，使得核心计算机单元具有最大的适应性。另外，在引导系统时，仅为特定的闭合体装载必需的操作系统到存储器。

通过几个不同的实施例，本发明能够减少实际结构。在一个实施例中，额外的插头或连接器将被安装在核心单元本身上，并且，相配合的插座或配合的连接器将放置在闭合体中，它将在引导系统时告诉核心，那一种类型的设备被连接。由这一信息，核心计算机将会“知道”：要装载什么操作系统和给微处理器设置什么样的运行频率

在另一个实施例中，或者核心计算机本身或者闭合体将包括BIOS芯片，BIOS芯片含有嵌入的代码，它识别或检测闭合体的性质，以致于核心计算机将装载正确的操作系统，并且为微处理器选择合适的运行频率。

在又一个实施例中，在引导时，核心计算机本身将执行一系列的系统文件，系统文件存储在所谓的计算机的固定的内存中，所谓的文件之一使得计算机执行代码，该代码将确定核心被插入的闭合体的性质，并且装载正确的操作系统，并调整系统的性能，满足闭合体和操作系统的需要。

作为上述实施例的一个附加的特征，它可能需要允许用户定义一组由可转移核心计算机的下调特征使用的规则。通过包含一个用作下调时钟特征的管理工具的软件应用，使得这一特征容易实现。由里面装有核心单元的计算机闭合体将运行这样的工具。由可视的潜在的闭合体的列表，用户将指示出每一个闭合体，由潜在的操作系统的列表，指示出与每一个闭合体相结合的操作系统。用户也能够指定由每一对设备/操作系统使用的运行频率或最大运行频率的一小部分。在没有这种软件管理工具的情况下，这组规则将被硬代码化到核心计算机或设备，并且不需要重定义。

本技术领域熟练技术人员将会明白：许多其它结构的实施例能够被推想出来，但是不会偏离本发明揭示的精神或范畴。

Claims (13)

1.一种具有下调时钟特征的计算机系统包括：第一和第二计算机结构，所说的第一结构包含可转移的核心计算机装置，所说的第二结构包含一个闭合体和整体的接口，当与所说的第一结构配合和电连接时，创建第三功能计算机结构或第三结构，所说的第一结构实际上包含计算机的所有的内部系统元件，并且所说的第二结构包含一个用户接口和接收所说的第一结构的物理比例，当不与另一个配合时，所说的第一和第二结构是不起一台计算机的作用的，所说的第一结构被运行，确定配合的第二结构的性质和将要由第三功能计算机结构运行的应用程序，和调整那里包含的微处理器的运行频率，并且装载合适的操作系统，执行第三结构的功能。

2.按照在权利要求1中所述的计算机系统，其中，在所说的第一和第二结构之间的电连接器被用于确定第二结构的性质。

3.按照在权利要求2中所述的计算机系统，其中，在所说的连接器上的一个或多个插头被用于确定所说的第二结构的性质。

4.按照在权利要求1中所述的计算机系统，其中，所说的第一结构确定所说的第二结构的性质，同时，第三结构被切换到电源接通状态。

5.按照在权利要求1中所述的计算机系统，其中，在所说的第一结构中的BIOS芯片使得计算机执行计算机代码，来确定第二结构的性质。

6.按照在权利要求1中所述的计算机系统，其中，第二结构传送信息到第一结构，识别它自己的性质。

7.按照在权利要求5中所述的计算机系统，其中，所说的信息被传送，同时，第三结构接通电源。

8.按照在权利要求1中所述的计算机系统，其中，所说的下调特征包括一个手动的越权。

9.按照在权利要求1中所述的计算机系统，还包括定义一组所说的下调时钟特征规则的应用软件。

10.一种具有下调时钟特征的计算机系统包括：

第一计算机结构和第二接口结构，

组合所说的第一和第二结构，创建第三功能结构的装置，

自动地确定第二结构性质的装置，

自动地调整第一结构的CPU时钟，控制第三结构的系统性能的装置，和

自动地从包含在所说的第一结构中的非易丢失性存储器装载操作系统在第三功能结构上的装置。

11.按照在权利要求8中所述的计算机系统还包括：在所说的第一计算机结构中的用来检测所谓的第二接口结构的性质的装置。

12.按照在权利要求8中所述的计算机系统还包括：在所说的第二计算机结构中的用来输送足够表征它本身的信息到所说的第一计算机结构的装置。

13.一种调整计算机系统的运行频率的方法包括下列步骤：

连接第一核心计算机结构和第二接口闭合体，形成第三个运行的计算机设备或第三设备，

当第三设备被接通电源时检测该闭合体的性质，

按照所说的检测结果自动地调整所说的第三设备的微处理器的运行频率，和：

按照所说的检测结果，为所说的第三设备，从所说的第一核心计算机结构中的非易丢失性存储器，自动地装载合适的操作系统。