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Rechner- und Systemtechnik Dozent: Gerald Riemer Robert Engmann und Benedikt Menne.

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Präsentation zum Thema: "Rechner- und Systemtechnik Dozent: Gerald Riemer Robert Engmann und Benedikt Menne."—  Präsentation transkript:

1 Rechner- und Systemtechnik Dozent: Gerald Riemer Robert Engmann und Benedikt Menne

2 Aufbau Theoretischer Teil Theoretischer Teil Powermanagement allgemeinPowermanagement allgemein Advanced PowermanagementAdvanced Powermanagement Advanced Configuration and Power InterfaceAdvanced Configuration and Power Interface Powermanagement auf verschiedenen PlatformenPowermanagement auf verschiedenen Platformen Microsoft Windows Microsoft Windows Linux Linux

3 Powermanagement allgemein Einsparung von Energie wird wichtiger Einsparung von Energie wird wichtiger Finanzieller HintergrundFinanzieller Hintergrund Ökologischer HintergrundÖkologischer Hintergrund Powermanagementtechniken Powermanagementtechniken Advanced Power ManagementAdvanced Power Management Advanced Configuration and Power InterfaceAdvanced Configuration and Power Interface

4 Advanced Power Management Spezifikation erstellt von Intel und Microsoft im Jahre 1992 Spezifikation erstellt von Intel und Microsoft im Jahre 1992 APM definiert verschiedene Energiemodies des Computers APM definiert verschiedene Energiemodies des Computers APM BIOS verbindet Hardware und Betriebssystem APM BIOS verbindet Hardware und Betriebssystem

5 APM – Energiemodies Doze Mode Doze Mode Eine Vorstufe des Standby ModusEine Vorstufe des Standby Modus Standby Modus Standby Modus Einige Komponenten werden deaktiviertEinige Komponenten werden deaktiviert Tastatur oder Maus weckt PC wieder aufTastatur oder Maus weckt PC wieder auf Suspend Modus Suspend Modus Computer wird softwareseitig abgeschaltetComputer wird softwareseitig abgeschaltet Hard Off (Aus) Hard Off (Aus) Computer ist ohne Verbindung zu StromquelleComputer ist ohne Verbindung zu Stromquelle

6 APM Aufbau und Integration

7 APM - Vorteile Simple Technik Simple Technik Einfache Integration von APM ins Betriebsystem Einfache Integration von APM ins Betriebsystem Einfache Integration von APM Funktionen für Entwickler von Software Einfache Integration von APM Funktionen für Entwickler von Software

8 APM - Nachteile Dreh- und Angelpunkt ist das APM BIOS Dreh- und Angelpunkt ist das APM BIOS APM BIOS muss Steuercodes der Geräte kennenAPM BIOS muss Steuercodes der Geräte kennen APM BIOS Größe steigt ExorbitalAPM BIOS Größe steigt Exorbital APM BIOS kennt keine Erweiterungskarten (z.B. PCI)APM BIOS kennt keine Erweiterungskarten (z.B. PCI) Betriebsystem Betriebsystem BIOS führt Blackbox DaseinBIOS führt Blackbox Dasein Hardwarehersteller Hardwarehersteller Steuercode muss bekannt gegeben werdenSteuercode muss bekannt gegeben werden Für PCI Karten ist eigener APM Treiber nötigFür PCI Karten ist eigener APM Treiber nötig

9 Fragerunde zu APM

10 Advanced Configuration and Power Interface Entwickelt von HP, Intel, Microsoft, Phoenix Technologies und Toshiba im Jahre 1996 Entwickelt von HP, Intel, Microsoft, Phoenix Technologies und Toshiba im Jahre 1996 Keine Weiterentwicklung von APM aufgrund der Defiziente sondern komplette Neuentwicklung Keine Weiterentwicklung von APM aufgrund der Defiziente sondern komplette Neuentwicklung Ziel war es maximale Flexibilität zu erreichen Ziel war es maximale Flexibilität zu erreichen

11 Advanced Configuration and Power Interface Betriebsystem steuert Powermanagement Betriebsystem steuert Powermanagement Besserer Überblick über vorhandene Hardware und deren AnzahlBesserer Überblick über vorhandene Hardware und deren Anzahl Hat mehr EntscheidungsmöglichkeitenHat mehr Entscheidungsmöglichkeiten Besitzt Benutzerschnittstelle (z.B. für Infos)Besitzt Benutzerschnittstelle (z.B. für Infos) Blackbox Dasein wird verhindert Blackbox Dasein wird verhindert

12 ACPI - Abstrakte Schnittstelle ACPI wird in zwei logische Stufen geteilt ACPI wird in zwei logische Stufen geteilt Lowlevel (ACPI BIOS)Lowlevel (ACPI BIOS) Highlevel (Betriebsystem)Highlevel (Betriebsystem) Operating System-directed configuration and Power Management (OSPM) Operating System-directed configuration and Power Management (OSPM) OSPM ist im OS Kernel angesiedeltOSPM ist im OS Kernel angesiedelt OSPM stellt optimale Konfiguration der Hardware bereitOSPM stellt optimale Konfiguration der Hardware bereit OSPM kontrolliert verschiedene HardwarezonenOSPM kontrolliert verschiedene Hardwarezonen

13 ACPI - OSPM Zonen Energiezustände Energiezustände SystemweitSystemweit GerätespezifischGerätespezifisch ProzessorspezifischProzessorspezifisch Leistungsbereitschaft Leistungsbereitschaft Systemereignisse (Events) Systemereignisse (Events) Batterieverwaltung Batterieverwaltung Thermische Steuerung Thermische Steuerung

14 ACPI - Systemzustände

15 Globale Zustände Globale Zustände Prozessorzustände Prozessorzustände Gerätezustände Gerätezustände Leistungsbereitschaftszustände Leistungsbereitschaftszustände Schlafzustände Schlafzustände Bootvorgangszustände Bootvorgangszustände

16 ACPI - Globale Zustände Jeder Computer besitzt 4 globale Zustände Jeder Computer besitzt 4 globale Zustände G0/S1 - WorkingG0/S1 - Working Anwendungssoftware wird ausgeführt Anwendungssoftware wird ausgeführt G1 - SleepingG1 - Sleeping Computer befindet sich im S1-S4 Modus Computer befindet sich im S1-S4 Modus G2/S5 - Soft OffG2/S5 - Soft Off Computer ist ausgeschaltet Computer ist ausgeschaltet G3 - Mechanic OffG3 - Mechanic Off Stromversorgung unterbrochen Stromversorgung unterbrochen

17 ACPI - Globale Zustände Desto höher der globale Zustand um so höher die Latenzzeit zum G0 Zustand Desto höher der globale Zustand um so höher die Latenzzeit zum G0 Zustand Desto höher der globale Zustand um so niedriger ist der Energieverbrauch Desto höher der globale Zustand um so niedriger ist der Energieverbrauch

18 ACPI - Prozessorzustände C0 Zustand C0 Zustand Anweisungen werden ausgeführtAnweisungen werden ausgeführt Energieaufnahme und Wärmeentwicklung am größtenEnergieaufnahme und Wärmeentwicklung am größten C1 Zustand C1 Zustand Wird durch HLT Befehl herbeigeführtWird durch HLT Befehl herbeigeführt Float, Integer Einheit etc, wird abgestelltFloat, Integer Einheit etc, wird abgestellt Latenzzeit sehr geringLatenzzeit sehr gering C2 Zustand C2 Zustand Für MP-Systeme. 1 Prozessor arbeitet der andere schläftFür MP-Systeme. 1 Prozessor arbeitet der andere schläft C3 Zustand C3 Zustand Cache wird abgeschaltet.Cache wird abgeschaltet. Betriebsystem muss Register- und Cacheintegrität bewahrenBetriebsystem muss Register- und Cacheintegrität bewahren

19 ACPI - Gerätezustände Geräte besitzen verschiedene Energiemodies Geräte besitzen verschiedene Energiemodies D0 ZustandD0 Zustand Im vollem Unfang betriebsfähig Im vollem Unfang betriebsfähig D1 Zustand (Optional)D1 Zustand (Optional) Gerät braucht weniger Energie. Gerät braucht weniger Energie. Niedrige Latenzzeit um D0 zu erreichen Niedrige Latenzzeit um D0 zu erreichen D2 Zustand (Optional)D2 Zustand (Optional) Gerät braucht weniger Energie als im D1 Zustand Gerät braucht weniger Energie als im D1 Zustand Latenzzeit größer als im D1 Zustand Latenzzeit größer als im D1 Zustand D3 ZustandD3 Zustand Gerät ist abgeschaltet Gerät ist abgeschaltet Höchste Latenzzeit. System muss Gerät neu initialisieren Höchste Latenzzeit. System muss Gerät neu initialisieren

20 ACPI - Leistungsbereitschaft Manche Geräte besitzen Stromsparmodies im D0-Zustand Manche Geräte besitzen Stromsparmodies im D0-Zustand Festplatte: Niedrigere DrehzahlFestplatte: Niedrigere Drehzahl Prozessor: Niedrigere TaktfrequenzProzessor: Niedrigere Taktfrequenz Diese werden von P0-P15 gegliedert Diese werden von P0-P15 gegliedert Um so höher der Zustand um so höher der Energiespareffekt Um so höher der Zustand um so höher der Energiespareffekt

21 ACPI - Systemzustände Es gibt 5 Systemzustände (S0-S4) Es gibt 5 Systemzustände (S0-S4) S-Zustände sind systemweit S-Zustände sind systemweit Um so höher der S-Zustand um so höher der Energiespareffekt Um so höher der S-Zustand um so höher der Energiespareffekt Um so höher der S-Zustand um so höher die Latenzzeit zu S0 Um so höher der S-Zustand um so höher die Latenzzeit zu S0 Jedem S-Zustand ist pro Gerät ein D- Zustand zugewiesen Jedem S-Zustand ist pro Gerät ein D- Zustand zugewiesen

22 ACPI - S-Zustände S0-Zustand S0-Zustand Äquivalent mit G0-ZustandÄquivalent mit G0-Zustand S1-Zustand S1-Zustand Befehlsausführung der CPU wird gestopptBefehlsausführung der CPU wird gestoppt Kontext im System bleibt erhaltenKontext im System bleibt erhalten S2-Zustand S2-Zustand Prozessorkomplex schaltet sich ab (z.B. Cache)Prozessorkomplex schaltet sich ab (z.B. Cache)

23 ACPI - S-Zustände S3-Zustand (Suspend to RAM) S3-Zustand (Suspend to RAM) Die meisten Geräte werden abgeschaltet (D3)Die meisten Geräte werden abgeschaltet (D3) Arbeitsspeicher wird normal mit Energie versorgtArbeitsspeicher wird normal mit Energie versorgt Hardwarekonfiguration, Register- Cacheinhalt, Grafikspeicher werden in Arbeitsspeicher transferiertHardwarekonfiguration, Register- Cacheinhalt, Grafikspeicher werden in Arbeitsspeicher transferiert S4-Zustand (Suspend to Disk) S4-Zustand (Suspend to Disk) Zuerst wird Prozedere S3 ausgeführtZuerst wird Prozedere S3 ausgeführt Arbeitsspeicherinhalt wird auf Festplatte gesichertArbeitsspeicherinhalt wird auf Festplatte gesichert S5-Zustand S5-Zustand S5 ist äquivalent zu G2 (Soft Off)S5 ist äquivalent zu G2 (Soft Off)

24 ACPI - Bootvorgangszustände Computer ist mit dem Bootvorgang beschäftigt Computer ist mit dem Bootvorgang beschäftigt Es wird überprüft ob vorher S4 ausgeführt wurde Es wird überprüft ob vorher S4 ausgeführt wurde Falls S4 ausgeführt wurde wird die Sicherung des Arbeitsspeichers wiederhergestellt Falls S4 ausgeführt wurde wird die Sicherung des Arbeitsspeichers wiederhergestellt

25 ACPI – Verlassen der S- Zustände Es gibt 2 Möglichkeiten Systemzustände zu verlassen Es gibt 2 Möglichkeiten Systemzustände zu verlassen Interaktion des Benutzers (Tastatur/Maus/Events)Interaktion des Benutzers (Tastatur/Maus/Events) Aufwecken durch andere Geräte (Netzwerkkarte)Aufwecken durch andere Geräte (Netzwerkkarte) Geräte die Aufwecken können haben als niedrigsten D-Zustand D2 Geräte die Aufwecken können haben als niedrigsten D-Zustand D2

26 ACPI - Systemzustände

27 ACPI - Metasprache ACPI definiert mächtige Metasprache ASL ACPI definiert mächtige Metasprache ASL ASL zu Bytecode kompiliert wird als AML bezeichnet ASL zu Bytecode kompiliert wird als AML bezeichnet ASL/AML beschreibt: ASL/AML beschreibt: Funktion des GerätesFunktion des Gerätes Unterstützte Zustände (P0-P15, D0-D3)Unterstützte Zustände (P0-P15, D0-D3) Auszuführende Schritte um Aktion (z.B. D3) herbeizuführenAuszuführende Schritte um Aktion (z.B. D3) herbeizuführen Jedes Gerät bringt eigenes AML auf FlashROM mit Jedes Gerät bringt eigenes AML auf FlashROM mit

28 ACPI - Metasprache Method (_BST, 0, Serialized) { If (USEC) If (USEC) { ShiftLeft (^^PCI0.PIB.EC0.ERCH, 0x08, BCAP) ShiftLeft (^^PCI0.PIB.EC0.ERCH, 0x08, BCAP) Or (BCAP, ^^PCI0.PIB.EC0.ERCL, BCAP) Or (BCAP, ^^PCI0.PIB.EC0.ERCL, BCAP) Store (^^PCI0.PIB.EC0.B1CV, BCVT) Store (^^PCI0.PIB.EC0.B1CV, BCVT) Store (^^PCI0.PIB.EC0.B1FC, BFCG) Store (^^PCI0.PIB.EC0.B1FC, BFCG) Store (^^PCI0.PIB.EC0.B1TC, BTCG) Store (^^PCI0.PIB.EC0.B1TC, BTCG) Store (0x0960, BTPR) Store (0x0960, BTPR) Store (^^PCI0.PIB.EC0.SOC1, Local0) Store (^^PCI0.PIB.EC0.SOC1, Local0) } Else Else { Acquire (PSMX, 0xFFFF) Acquire (PSMX, 0xFFFF) SMIR (0xE6, 0xFF) SMIR (0xE6, 0xFF) Store (BRC0, BCAP) Store (BRC0, BCAP) Store (MPCT, Local0) Store (MPCT, Local0) Release (PSMX) Release (PSMX) }... }

29 ACPI - Schnittstelle

30 ACPI - Gesamtkonzept (OSPM) ACPI Steuerinstanz ist das Betriebssystem ACPI Steuerinstanz ist das Betriebssystem Konfiguration der Geräte Konfiguration der Geräte Verteilung von Interruptus Verteilung von Interruptus Wechseln zu verschiedenen Zuständen (z.B. S3) Wechseln zu verschiedenen Zuständen (z.B. S3) Bereitstellung von Informationsschnittstellen (Akkuzustand etc.) Bereitstellung von Informationsschnittstellen (Akkuzustand etc.) Richtlinienumsetzung für optimales Powermanagement (Minimaler- oder maximaler Energieverbrauch) Richtlinienumsetzung für optimales Powermanagement (Minimaler- oder maximaler Energieverbrauch) Behandlung von Ereignissen (Events) Behandlung von Ereignissen (Events)

31 Fragerunde zu ACPI

32 Powermanagement unter Windows Microsoft beteiligt an Spezifikation Microsoft beteiligt an Spezifikation Gewissenhafte Implementierung Gewissenhafte Implementierung Marktführerposition hilft Windows Marktführerposition hilft Windows Einfacher Zugriff für Softwareentwickler mit Hilfe von Windows Management Instrumentation (WMI) Einfacher Zugriff für Softwareentwickler mit Hilfe von Windows Management Instrumentation (WMI)

33 ACPI - Windows 98 Windows 98 erstes OS mit ACPI Unterstützung Windows 98 erstes OS mit ACPI Unterstützung Einführung der Energieoptionen Einführung der Energieoptionen APM und ACPI wurden parallel betrieben APM und ACPI wurden parallel betrieben ACPI funktionierte nicht reibungslos ACPI funktionierte nicht reibungslos

34 ACPI - Windows 2000 Bessere ACPI Unterstützung als unter Windows 98 Bessere ACPI Unterstützung als unter Windows 98 APM und ACPI Parallelbetrieb möglich APM und ACPI Parallelbetrieb möglich Immigration des Ruhezustandes (Hibernate) Immigration des Ruhezustandes (Hibernate)

35 ACPI - Windows XP Anpassung an ACPI Spezifikation 2.0 Anpassung an ACPI Spezifikation 2.0 Keine APM Unterstützung mehr Keine APM Unterstützung mehr Erweiterung der Energie- optionen Erweiterung der Energie- optionen ACPI Richtlinieneinsicht hinzugefügt ACPI Richtlinieneinsicht hinzugefügt

36 ACPI - Windows XP

37 ACPI - Windows Vista ACPI 3.0 Unterstützung ACPI 3.0 Unterstützung Dritthersteller PlugIn- System Dritthersteller PlugIn- System Vielfältigere und umfangreiche Einstellungsmöglichkeiten Vielfältigere und umfangreiche Einstellungsmöglichkeiten

38 ACPI unter Linux ACPI Unterstützung erst sehr spät (1999) ACPI Unterstützung erst sehr spät (1999) Initiative von Intel Corps. mit ACPI CA Initiative von Intel Corps. mit ACPI CA Immigration von ACPI CA in Kernel 2.4 Immigration von ACPI CA in Kernel 2.4 Mittelmäßige ACPI Unterstützung Mittelmäßige ACPI Unterstützung BIOS Hersteller erstellen ASL für WindowsBIOS Hersteller erstellen ASL für Windows Hardwarehersteller richten sich nach WindowsHardwarehersteller richten sich nach Windows Mit Linux Kernel 2.5, 2.6 wurden viele Probleme behoben Mit Linux Kernel 2.5, 2.6 wurden viele Probleme behoben

39 Linux - ACPICA

40 ACPI - Gnome PowerManager

41 Fragerunde zu Betriebsystemen


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