JPH086661A - コンピュータシステム - Google Patents

コンピュータシステム

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JPH086661A
JPH086661A JP6162946A JP16294694A JPH086661A JP H086661 A JPH086661 A JP H086661A JP 6162946 A JP6162946 A JP 6162946A JP 16294694 A JP16294694 A JP 16294694A JP H086661 A JPH086661 A JP H086661A
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oscillation
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generation circuit
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Satokatsu Nakamura
里克 中村
Shigeru Morokawa
滋 諸川
Takahiko Sato
隆彦 佐藤
Takakazu Yano
矢野  敬和
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 各デバイスに対するクロック信号状態を制御
することによってコンピュータシステムの消費電力削減
をはかる。 【構成】 1もしくは複数個のクロック信号生成回路1
03および104を備え、該回路からのクロック信号φ
clkAおよびφclkBによって駆動を行うコンピュ
ータシステムにおいて、各々のクロック信号生成回路は
システムからの制御信号φcntAおよびφcntBに
より、クロック信号出力制御および発振制御が個別に可
能な構造を備え、システムは各々のクロック信号生成回
路に対して制御信号を送り、現在使用されていないデバ
イスに対するクロック信号を、出力停止状態もしくは発
振停止状態に移行させることで消費電力の低減をはかる
ことを特徴とするコンピュータシステム。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はコンピューターシステム
の省電力機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年ノートブックコンピュータに代表さ
れる携帯型コンピュータの普及がめざましい。これら携
帯型コンピュータは一般的に、AC電源から電力を取る
ことが困難な場所においても使用が可能なように、コン
ピュータ内にバッテリーを備え、該バッテリーによって
も所定の時間は駆動が可能な構造を備えている。
【0003】携帯性の点からバッテリーのサイズおよび
重量には制限があるので、バッテリー寿命延長のため
に、システムの消費電力を低下する技術が重要になって
きている。
【0004】システムの消費電力低減方法として現在も
っとも多く用いられているのは、CPUもしくは専用の
ICが、各デバイスの動作状態を監視し、非使用デバイ
スに対して制御信号を送り低消費電力状態とする手法で
ある。
【0005】CPUや周辺回路の非使用状態を検知する
手段は、数多くのものが考案されている。
【0006】CPUのアイドル状態を特定する方法とし
ては、CPU自身が外部入力装置からの非入力時間を計
測する方法や、キー入力待ち割り込みの発生頻度を計測
する方法(特開平4−125718)、また専用ハード
ウェアを設けて、アイドル命令発生頻度(特開平4−3
11230)やアドレスバスの変化パターン(特開平5
−282082)を監視する方法などが考案され、実用
化されている。
【0007】周辺回路に関してはシステムBIOSに省
電用ルーチンを組み込み、通常は休止状態、使用時にの
み動作状態とする使い方が一般的である。
【0008】アイドル状態であることが特定されたと
き、CPUを低消費電力化する手法として従来一般的に
用いられているのは、割り込み待機命令を使用する方法
である。割り込み待機命令は、最近ではほとんどのCP
Uにサポートされており、HLT・STOP・WAIT
等のニーモニックによって表される。
【0009】割り込み待機命令が発せられるとCPUは
命令の実行を停止し、割り込み待機ループ状態への移行
を行う。この間CPUは外部デバイスに対してアクセス
をいっさい行われないため、システムで消費される電力
は低減される。
【0010】また周辺のコントロールICも同様な低消
費電力モードを備えたものが市販されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】非使用デバイスを割り
込み待機状態等のソフトウェア的な低消費電力モードへ
移行させる従来の省電方法においては、システム消費電
力は通常動作時に比べて削減されるものの、その低減さ
れる割合はせいぜい数割であり、システムは低消費電力
状態においても、依然として多くの不要な電力消費を行
っている。
【0012】なぜなら低消費電力状態においても各デバ
イスに対するクロック信号の供給は継続されており、こ
のクロック信号によってデバイス内の多くの素子が動作
を行い、電力の消費を続けているからである。
【0013】近年、コンピュータシステム内デバイスの
大部分はMOSで構成されたスタティック素子が用いら
れている。したがってその消費電力は動作クロック信号
の周波数に比例し、周波数ゼロの状態においてはCPU
は最後に動作を行った状態を維持したまま、その消費電
力はリーク電流等によるごく僅かなものだけとなる。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のコンピュータシステムは、コンピュータシス
テム内各デバイスの動作状態を監視する手段を備え、ま
た各々のクロック信号生成回路はシステムからの制御信
号によりクロック信号出力制御および発振制御を個別に
行う機能を備え、現在使用されていないデバイスが検知
された場合、該デバイスに対応するクロック生成回路を
クロック信号出力停止状態もしくは発振停止状態に移行
させ、消費電力の低減をはかることを特徴とする。
【0015】
【作用】システム動作中CPUのアイドル状態が検知さ
れた時のように、低消費電力状態移行および通常状態復
帰が、発振安定時間に比して同等かそれ以下のごく短時
間で行われる必要がある場合、システムはクロック信号
生成回路に対してクロック信号出力停止の制御信号を発
し、クロック信号の論理レベルを固定することで消費電
力の低減をはかる。
【0016】またスイッチオン・オフ制御のように時間
的制約が少ない場合、システムはさらに発振停止の制御
信号を生成回路に対して送り、発振を停止させることで
さらなる消費電力の低減を実現する。
【0017】
【実施例】本発明の基本構成を図1に示す。図1におい
て101はCPUを、102は周辺回路を、103およ
び104はクロック信号生成回路を、φcntAおよび
φcntBは制御信号を、φclkAおよびφclkB
はクロック信号を、φbusはバス信号群をそれぞれ示
す。
【0018】CPU101は所定の動作を行うかたわら
システムの動作状態を監視し、CPU101自身もしく
は周辺回路102が非動作状態であることを検知する
と、それぞれのクロック信号生成回路103もしくは1
04に対し、制御信号φcntAもしくはφcntBを
送り、非使用デバイスに対するクロック信号を供給停止
状態もしくは発振停止状態とする制御を行う。
【0019】なお図1の例ではクロック生成回路が2個
のシステムを考えているが、この個数は1個であって
も、またもっと多数であっても考え方は同様である。ま
た図1の例ではCPU自身がシステムの動作状態を監視
する構造であるが、その役割を担う専用のデバイスを設
けることも可能である。
【0020】クロック信号生成回路103および104
は、システムからの制御信号φcntAおよびφcnt
Bにより、発振制御および出力制御が別個に可能であ
り、したがってクロック信号φclkAおよびφclk
Bの出力を行っている状態、発振を継続させながら信号
出力を停止している状態、および発振を停止している状
態の3種の状態を取ることが可能な構造を備えている。
【0021】クロック信号生成回路のブロック図を図2
に示す。図2において201は発振回路を、202は波
形整形回路を、203は発振制御回路を、204はハイ
インピーダンス保護回路を、205は同期回路を、20
6は出力選択回路を、φcnt1およびφcnt2は制
御信号を、φclk1は原クロック信号を、φclk2
は出力クロック信号をそれぞれ示す。
【0022】φcnt1はクロック信号出力制御信号で
あり、該信号の論理レベル変化によりクロック信号φc
lk2出力停止および再開の制御が可能である。該制御
は出力選択回路206において原クロック信号φclk
1の出力が禁止されることによって行われ、出力停止状
態においてクロック信号は一定論理レベルに固定され
る。
【0023】図2に示すように制御信号φcnt1を原
クロック信号φclk1に同期させた制御信号φclk
1’によってクロック信号出力停止制御を行うことによ
り、出力停止および再開は常に一定のクロック信号位相
で行われ、信号幅保存が保証された安全な状態移行制御
が可能になる。
【0024】近年、CPUや各種コントロールIC等の
コンピュータシステム内デバイスの大部分はMOSで構
成されたスタティック素子が用いられている。したがっ
てその消費電力は駆動クロック信号の周波数に比例し、
クロック信号の供給が停止された状態において、デバイ
スの消費電力はリーク電流等によるごく僅かなものに抑
えられる。
【0025】またスタティックデバイスにおいては、電
源の供給が行われていれば、クロック信号の供給が停止
された時点における情報を保存し続けるので、クロック
信号供給停止に際して、特別な情報待避作業は一切必要
がない。
【0026】クロック信号出力停止制御においては出力
停止状態においても発振は継続されているので、出力再
開要請の制御信号により、直ちにクロック信号出力の再
開が可能であり、システムは余分な待ち時間なく動作を
再開できる。
【0027】このようにクロック信号出力制御による省
電方法においては、従来行われてきたソフトウェアによ
る省電方法に比べて、低消費電力状態における消費電力
が大幅に削減され、また低消費電力状態への移行および
復帰もごく短時間で行われるため、頻度の高い有効な省
電制御が可能である。
【0028】一方φcnt2は発振制御信号であり、該
信号の論理レベル変化により発振停止および再開の制御
が可能である。ハイインピーダンス保護回路204は、
発振停止時において発振回路出力レベルが不安定となる
ことで後段の回路に貫通電流が流れることを防止するた
めに設けており、発振制御信号φcnt2に連動して働
く構造である。
【0029】上述したクロック信号出力停止制御におい
ては、出力停止時においても発振は連続して行われてい
るので、発振に要する電力消費は行われていた。低消費
電力状態においてさらに発振停止制御を行うことによっ
てシステム消費電力のいっそうの低減をはかることが可
能になる。
【0030】しかしここで注意すべきことは水晶発振を
はじめ正帰還を利用した各種発振回路においては、発振
の立ち上がりから振幅安定までに多くの時間を要する点
である。例えば水晶発振回路においてこの時間は通常数
十ミリ秒であるが、これは命令処理速度がマイクロ秒単
位であるコンピュータシステムにおいては、非常に多大
な時間であるといえる。
【0031】したがって低消費電力状態移行および通常
状態復帰が、この発振安定時間に比して同等かそれ以下
のごく短時間で行われる必要がある頻度の高い省電制御
に対しては、このような発振停止制御は使用できない。
【0032】しかし一方、低消費電力状態移行および通
常状態復帰が、発振安定時間に比して大きな時間単位で
行われる省電制御に対しては、発振停止制御を前述のク
ロック出力停止制御と組み合わせて使用することで、大
きな省電効果が期待できる。
【0033】システムの動作状態と、その時の各クロッ
ク信号に対する省電制御の例を表1に示す。表1の縦軸
はシステム動作状態を、横軸はクロック信号の種類を示
す。ここではシステム動作状態としてシステム動作、F
DD読み込み、キー入力待ち、システムオフの4種の状
態を、クロック信号の種類としてCPU用、時計用、表
示用、FDD用の4種類を考えている。表中○はクロッ
ク信号供給状態を、△はクロック信号供給停止状態を、
×は発振停止状態をそれぞれ示す。
【0034】例えばキー入力待ち状態でCPUを低消費
電力状態にする場合、システムは次のキー入力後直ちに
動作を再開しなければならない。もしこの動作が十ミリ
秒単位で遅れた場合にはユーザーは明らかに不快感を感
じるであろうし、短いキー押打ではキー入力がされない
といったトラブルの原因にもなる。したがってこの際の
CPU用クロックに対する省電制御は出力停止制御であ
る必要がある。
【0035】一方システムのオン・オフ時の各種クロッ
ク信号やFDDコントローラ用クロック信号など数百ミ
リ秒単位の遅れが許される省電制御においては発振停止
制御も併せて行うことでより大きな省電効果が得られ
る。
【0036】また表1に示した時計用クロック等のよう
に常時供給が必要なクロック信号もあるので、このよう
なクロック信号発生回路に対しては消電力制御機構を付
加する必要はない。
【0037】
【表1】
【0038】このようにシステム状態に対応して、各ク
ロック生成回路にどのような省電制御を行うのかをあら
かじめROM等に記憶しておき、制御前にこの情報を読
み出す構造とすることで、省電制御の種類を容易に決定
する事が可能となる。
【0039】クロック信号生成回路の実際の回路図の例
を図3に示す。図3において301および302は水晶
発振用トランジスタを、303および304は波形整形
用トランジスタを、305および306および307は
制御用トランジスタを、308はインバータ回路を、3
09は立ち上がりエッジ動作のデータタイプフリップフ
ロップ回路を、310はAND回路を、311は水晶振
動子をそれぞれ示す。発振回路としてはCR発振回路や
セラミック発振回路も存在するが、一般にコンピュータ
システムにおいては広い温度範囲で安定な発振が得られ
る水晶発振回路が多く用いられる。
【0040】出力制御信号φcnt1の論理レベル変化
により、クロック信号φclkは信号出力状態と一定論
理レベル状態の2つの状態間の移行を行う。該制御はフ
リップフロップ回路309を通して原クロック信号に同
期された制御信号で行われるため、出力停止および再開
は常に一定のクロック信号位相で行われ、信号幅保存が
保証された安全な状態移行が可能である。
【0041】発振停止制御信号φcnt2の論理レベル
変化により水晶振動子は発振停止および再開動作を行
う。発振停止時において波形整形用トランジスタ303
および304の入出力論理レベルが不安定となることを
さけるため、保護用トランジスタ306および307を
設け、これらは発振制御信号φcnt2に連動して働く
構造である。
【0042】なお図3の例においては発振停止の制御と
して電源供給停止の手法を用いているが、他にも例えば
図4に示す入力レベルを強制的に固定する手法等もあ
る。図4において抵抗Rcは制御用トランジスタ401
の寄生容量が発振に影響を及ぼすことを防止するための
保護抵抗である。また水晶以外の発振においても同様の
手法が可能である。図5にCR発振回路の例を示す。
【0043】以上述べてきたクロック信号生成回路を1
チップの集積回路とすることで、コンピュータシステム
の部品点数の削減およびさらなる消費電力の低減をはか
ることが可能になる。
【0044】
【発明の効果】本発明のコンピューターシステムは、従
来のソフトウェアによる省電制御に比べてきわめて消費
電力の低い有効な省電制御が可能になり、バッテリー寿
命を延長させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンピュータシステムのブロック図である。
【図2】クロック信号生成回路のブロック図である。
【図3】クロック信号生成回路の実際の回路図の例であ
る。
【図4】発振停止制御回路の一例である。
【図5】CR発振回路の一例である。
【符号の説明】
101 CPU 102 周辺回路 103、104 クロック生成回路 201 発振回路 202 波形整形回路 203 発振制御回路 204 ハイインピーダンス保護回路 205 同期回路 206 出力選択回路 311 水晶振動子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 敬和 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一つのデバイスと、各デバイ
    スに対応するクロック信号生成回路を備えたコンピュー
    タシステムにおいて、前記デバイスの動作状態を監視す
    る監視手段を備え、前記クロック信号生成回路は、該監
    視手段の監視結果に基づいて、対応するデバイスのクロ
    ック信号生成回路をクロック信号出力状態、またはクロ
    ック信号出力停止状態、または発振停止状態にされるこ
    とを特徴とするコンピュータシステム。
  2. 【請求項2】 デバイスの稼働状態と休止状態の間の遷
    移時間が、クロック信号生成回路の発振安定時間に比し
    て、同等かそれより短い時間である場合は、該デバイス
    の休止状態の間、クロック信号生成回路をクロック信号
    出力停止状態にし、上記遷移時間が発振安定時間に比し
    て長い時間である場合は、該デバイスの休止状態の間、
    クロック信号生成回路を発振停止状態にすることを特徴
    とする請求項1記載のコンピュータシステム。
  3. 【請求項3】 クロック信号生成回路に、該回路の発振
    停止時に、論理レベルが不安定となることを防止するた
    めの保護回路を設け、該保護回路をクロック信号生成回
    路の発振停止状態への移行と連動して駆動させることを
    特徴とする請求項1記載のコンピュータシステム。
  4. 【請求項4】 クロック信号生成回路内に同期回路を設
    け、クロック信号生成回路内の発振回路の出力信号を、
    デバイスの稼働状態と休止状態を制御する信号に同期さ
    せて、クロック信号生成回路から出力することを特徴と
    する請求項1記載のコンピュータシステム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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