Päätän tehdä jotain, joka vaatii enemmän prosessointitehoa.Tässä tapauksessa tietokoneeni käyttää enemmän virtaa virran lisäämiseksi.

Päinvastoin: tietokone tekee enemmän asioita, ja sen seurauksena se kuluttaa enemmän virtaa.

Avaako tietokoneeni enemmän rinnakkaisia piirejä, joten kokonaisvastus pienenee?

Tämä on suunnilleen totta.Paitsi että tietokoneet eivät todellakaan toimi jatkuvalla virralla, ne toimivat purskeina, joita ohjaa heidän sisäinen kellonsa;jokaiseen toimintoon kuuluu joko jonkin virran ottaminen transistorin kytkemiseksi päälle tai upottaminen virran sammuttamiseksi uudelleen.Kertaa miljardi transistoria, miljardi kertaa sekunnissa.Lisää laskentaa edellyttää enemmän transistoreita.

Korkealla tasolla, kyllä, olet oikeassa siinä, että tietokone avaa enemmän transistoreita tai ainakin kytkee enemmän transistoreita, kun se kuluttaa enemmän virtaa.Esimerkiksi, jos sinulla on laitteistokerroin etkä yleensä käytä sitä, kertojan transistorit eivät kytkeydy päälle eivätkä siksi vedä paljon virtaa.Jos koodi pyytää nyt kertolaskua, siinä olevat transistorit alkavat kytkeytyä ja se alentaa vastusta VDD: n ja maan välillä.Tämä vetää enemmän virtaa.Virranotto alentaa VDD-jännitettä.Nyt kytkentäjännitesäädin havaitsee tämän jännitteen pudotuksen ja potkun suuremmalla käyttöjaksolla korkean virrankyvyn ja suunnilleen vakion jännitteen mahdollistamiseksi.

Laajalla korkealla tasolla piirit vaativat enemmän virtaa alentamalla niiden vastusta, koska useimmat piirit toimivat vakiojännitelähteellä.

Nykyaikaiset tietokoneet käyttävät logiikkaportteja, jotka on suunniteltu käyttämään hyvin vähän virtaa vakaassa tilassa, mutta jotka ottavat voimanpurkauksen vaihtaakseen ne tilasta toiseen.

Jos tietokone on käyttämättömänä, prosessori on lepotilassa suurimman osan ajasta.Suurin osa piireistä ei tee mitään, joten kuluttaa vähän virtaa.Sama koskee muita komponentteja, kuten näytönohjaimen GPU.

Jos annat sille jotain tekemistä, yhtäkkiä se tekee enemmän työtä.Portit kytkeytyvät päälle ja pois päältä useammin, joten ne ottavat enemmän valtaa.

Lisäksi monet tietokoneet, erityisesti kannettavat tietokoneet, on suunniteltu sammuttamaan kokonaiset tietokoneen osat, jos niitä ei käytetä.Esimerkiksi kannettavan tietokoneen verkkokamera sammutetaan, kunnes avaat sitä käyttävän sovelluksen.

Piiritasolla on useita virrankulutuksen mekanismeja.

Kun piirit kytkeytyvät, kaikissa transistoreissa ja liitännöissä (sisäisesti siruissa ja ulkoisesti) on sisäisiä loiskondensaattoreita. Nämä kondensaattorit on ladattava ja purettava, kun piirisolmut kytketään pois päältä (tai päälle). Kondensaattorit ovat pieniä, mutta kun miljardeja heitä vaihtaa miljardeja kertoja sekunnissa, se summautuu. (tämä teho häviää itse asiassa piirielementin resistanssilla, mukaan lukien loiskestävyys loiskondensaattoreissa)

Kaikilla piirielementeillä on myös vastus, joten virta missä tahansa piirissä luo lämpöä ja kuluttaa virtaa. Piirisolmujen vaihdellessa kuormapuolen laitteiden loiskondensaattoreita on vaihdettava tai purettava, mikä vaatii virtaa, joka puolestaan ​​tuottaa lämpöä ja kuluttaa virtaa.

Näihin kahteen vaikutukseen liittyvä virrankulutus vaihtelee sisäisten solmujen vaihtotoimintojen määrän mukaan, mikä tarkoittaa, että virrankulutus vaihtelee prosessorin ja muiden elementtien toiminnan (ja kellonopeuden) mukaan.

Transistoreilla ja muilla integroitujen piirien sisällä olevilla komponenteilla on myös vuotovirta. Tämä luo perustason (staattisen) virrankulutuksen, joka syntyy edelleen, kun prosessori ei ole aktiivinen. Monet nykyaikaiset pienitehoiset järjestelmät sammuttavat prosessorin ja muiden sirujen kokonaiset alijärjestelmät virran ollessa lepotilassa tai passiivisissa tiloissa tämän staattisen virrankulutuksen minimoimiseksi.

Tietokoneissa on muita virrankulutuksen mekanismeja (virtalähde lepotilassa, jne.), mutta näiden pitäisi auttaa sinua ymmärtämään, miksi virrankulutus vaihtelee ja miksi virrankulutus on edelleen jonkin verran, kun töitä ei tehdä.

Tietokoneen eri IC: llä on kullakin erilaiset nykyiset piirustukset. Tässä on tietoja Atmega328P: stä, yksinkertaisesta 8-bittisestä 16 MHz: n mikro-ohjaimesta, jota käytetään Arduino Unossa ja muissa vastaavissa levyissä.

Tietokoneen eri IC: llä on kullakin erilaiset nykyiset piirustukset. Tässä on tietoja Atmega328P: stä, yksinkertaisesta 8-bittisestä 16 MHz: n mikro-ohjaimesta, jota käytetään Arduino Unossa ja muissa vastaavissa levyissä.

Esimerkki: Laske odotettu virrankulutus lepotilassa, kun TIMER1, ADC ja SPI ovat käytössä VCC: ssä = 2,0 V ja F = 1 MHz. Taulukosta Virran kulutus (prosentteina) aktiivisessa ja valmiustilassa vuonna edellisen osan kolmannesta sarakkeesta näemme, että meidän on lisättävä 14,5% TIMER1: lle, 22,1% ADC, ja 15,7% SPI-moduulille. Luetaan kuvan tyhjäkäyntivirrasta verrattuna matalaan taajuuteen (0,1-1,0 MHz), havaitsemme, että tyhjäkäynnin virrankulutus on ~ 0,045 mA VCC = 2,0 V ja F = 1 MHz. kokonaisvirrankulutus lepotilassa, kun TIMER1, ADC ja SPI ovat käytössä, antaa: ICC-summa ≃ 0,045 mA⋅ (1 + 0,145 + 0,221 + 0,157) ≃ 0,069 mA

(Auttaa avaamaan tietotaulukon eri taulukoiden tarkastelemiseksi).

Tietokoneelle, joka toimii 3,2 GHz: llä (200 kertaa nopeammin) ja ehkä 1,8 V: n ytimen logiikkajännitteellä (ja 4 tai 8 ydintä monisäikeisiin), 3,3 V: n IO-jännitteellä, puhumalla muistiin ja videopiirille tai kiintolevylle ohjain ja USB-ohjaimet ja ethernet- tai langaton ohjain, laskelmat olisivat samanlaiset, ja jokainen siru lisäisi oman määränsä kokonaismäärään. Voit nähdä, miksi tietokoneen prosessorissa on iso jäähdytyselementti päällä ja jäähdytyspuhallin puhaltaa ilmaa sen yli.

Tapahtuu, että tietokone ei lisää virrankulutusta, vaan että tietokone kuluttaa enemmän käytettävissä olevaa virtaa. Tietokoneesi jokaisessa osassa on pienet transistorit, jotka toimivat kuin kytkimet. Heidän pitämiseen avoimina tai tilan muuttamiseen tarvitaan vähän virtaa.

Kun lisätään parempia tai monimutkaisempia komponentteja, näiden transistoreiden vaihtamiseen tarvittava energia kasvaa, koska niitä on enemmän. Tässä on tietysti enemmän tekijöitä, kuten transistorin koko, vuoto jne., Mutta näin tapahtuu perustasolla.

Virransyötöllä on myös raja sähköntoimitukselle. Kuvittele analogisesti tätä: Kun pyöräilet, sinun on laitettava siihen tietty määrä energiaa. Nyt saat uuden pyörän, jolla on paremmat pyörät, mutta tämä vaatii sinua käyttämään siihen enemmän voimaa. Pyörät eivät "pyydä" lisää tehoa. Se on vain, että vaaditaan liikkumaan ja jatkamaan sitä. Tietysti on myös raja sille, kuinka paljon energiaa voit käyttää siihen, ennen kuin se osoittautuu liikaa. Jos jatkat, sinulla on lihaskipuja.

Jos tietokoneessa käytetään liikaa virtaa, se muuttuu epävakaaksi, aivan kuten et pysty jatkamaan pyöräilemistä, jonka kulkeminen maksaa liikaa energiaa. Lyhyesti sanottuna, tietokone ei ratkaise, kuinka paljon virtaa sen pitäisi käyttää, vaan komponentit, jotka vetävät virran virtalähteestä ja toimittavat kuinka paljon vain pystyy.

Piirretään kuva (kytkentäkaavio, kaavio) havainnollistamiseksi

^{simuloi tätä virtapiiriä - Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab}

Kuormavirran kasvaessa voimajohdon jännite muuttuu 99,999 volttista 99,998 volttiin.

Huomaa, että voimajohdon erittäin alhainen vastus on syy melkein vakiolle verkkojännitteelle.