Enhanced c1 control что это в биосе

Выбор режима работы SATA (IDE, AHCI, RAID), NVMe

Содержание

Содержание

Идеальная сборка — это когда каждый компонент системы работает со 100% отдачей. Казалось бы, такая тривиальная задача, как подключение жесткого диска к материнской плате не должна вызвать особых затруднений. Подключаем HDD к соответствующему разъему, и, вуаля — в системе есть место для развертывания операционки и хранения файлов. Но не все так просто!

Чтобы познать дзен сборки и получить оптимальную по определенным параметрам (быстродействие, надежность и т. д.) систему, нужно обладать определенным пониманием логики работы современных протоколов и алгоритмов передачи данных, знанием режимов работы контроллера HDD на материнке и умениями в области их практического использования.

BIOS и UEFI — разница есть!

Прежде чем рассматривать режимы работы SATA, следует познакомиться и рассмотреть различия между BIOS (базовая система ввода/вывода) и UEFI (унифицированный интерфейс расширяемой прошивки), ведь именно с их помощью придется вносить изменения в конфигурацию системы.

BIOS-ом называют управляющую программу, «зашитую» в чип материнской платы. Именно она отвечает за слаженную работу всех подключенных к материнке устройств.

Начиная с 2012–2013 годов, большинство материнских плат снабжается UEFI — усовершенствованной управляющей программой, наделенной графическим интерфейсом и поддерживающей работу с мышью. Но, что называется «по старинке», оба варианта, на бытовом уровне, называют BIOS.

Даже неискушенному пользователю понятно, что причиной столь радикальной смены курса при создании UEFI стало не желание производителей «приблизить» интерфейс к конечному пользователю ПК, сделать его более удобным и понятным, а более веские причины.

Таким весомым аргументом стало ограничение на возможность работы с накопителями большого объема в изначальной версии BIOS. Дело в том, что объем диска ограничен значением, приблизительно равным 2,1 ТБ. Взять эту планку без кардинальных изменений управляющего софта было невозможно. К тому же БИОС работает в 16-битном режиме, используя при этом всего 1 МБ памяти, что в комплексе приводит к существенному замедлению процесса опроса (POST-опрос) устройств и началу загрузки из MBR области с установленной «осью».

UEFI лишена вышеперечисленных недостатков. Во-первых, расчетный теоретический порог объема дисковой подсистемы составляет 9,4 ЗБ (1 зеттабайт = 10 21 байт), а во-вторых, для загрузки операционки используется стандарт размещения таблиц разделов (GPT), что существенно ускоряет загрузку операционной системы.

Разметка жестких дисков

Как говорилось ранее, у стандартов BIOS и UEFI — различный подход к разметке области жесткого диска. В BIOS используется так называемая главная загрузочная запись (MBR), которая четко указывает считывающей головке HDD сектор, с которого нужно начать загрузку ОС.

В UEFI это реализовано иначе. В этом стандарте используется информация о физическом расположении таблиц разделов на поверхности HDD.

Как это работает?

Каждому разделу жесткого диска присваивается свой собственный уникальный идентификатор (GUID), который содержит всю необходимую информацию о разделе, что существенно ускоряет работу с накопителем. К тому же при использовании GPT риск потерять данные о разделе минимальны, поскольку вся информация записывается как в начальной области диска, так и дублируется в конце, что повышает надежность системы в целом.

Для понимания — при использовании MBR, информация о загрузочной области находится только в начале диска, в строго определенном секторе и никак не дублируется, поэтому, при ее повреждении, загрузить операционную систему с такого диска будет невозможно. Систему придется устанавливать заново.

Еще одно существенное отличие — при использовании «старого» BIOS и MBR на диске можно максимально создать четыре логических раздела. В случае необходимости создания их большего количества придется доставать свой шаманский бубен и прибегнуть к определенным действиям на грани магии и «химии». По сути, предстоит проделать трюк с одним из основных разделов. Сначала преобразовать его в расширенный, а затем создать внутри него нужное количество дополнительных разделов. В случае использования стандарта GPT все это становится неактуальным, поскольку изначально в ОС Windows, при использовании новой философии разметки HDD, пользователю доступно создание 128 логических разделов.

Что касается физической разбивки диска на логические разделы, то здесь нужно четко понимать задачи, под которые они создаются. Нужно приучить себя четко разделять данные пользователя и системные файлы. Исходя из этого, логических дисков в системе должно быть как минимум два. Один под операционку, второй под пользовательские данные.

Оптимальный вариант — иметь в ПК два физических диска. SSD объемом 120–240 ГБ под систему и быстрые игрушки и HDD под документы и файлы мультимедиа необходимого объема.

В некоторых случаях можно еще разделить том пользовательских данных на два раздела. В одном хранить важные файлы (те, что нужно сохранить любой ценой) и текущие, утрата которых не критична и их легко будет восстановить с просторов интернета (музыка, фильмы и т. д.). И, конечно же, приучить себя регулярно сохранять резервную копию раздела с важными данными (облачные хранилища, внешний HDD и т. д.), чтобы не допустить их потери.

Режимы работы SATA

Покончив с необходимым теоретическим минимумом, следует определиться с выбором режима работы контроллера HDD материнской платы и сферами их применения.

Сложно представить необходимость такого режима работы в составе современного ПК. Разве что в одной точке пространства и времени сойдутся найденный на антресоли старенький HDD с рабочей ОС и «самоткаными» эксклюзивными обоями рабочего стола, и безудержное желание сохранить их для потомков.

К выбору режима работы накопителя следует отнестись ответственно. Выбрать его нужно перед началом установки операционной системы! В противном случае, при его смене на уже установленной операционке, очень велика вероятность получения экрана смерти (BSOD) и отказа ПК работать.

Исправить ситуацию конечно можно, выполнив с десяток пунктов из многочисленных инструкций, коими пестрит интернет, но рациональней будет установка ОС заново, что называется с чистого листа, чем забивание «костылей» в надежде все починить.

Собирая систему важно не только правильно подобрать компоненты и подключить провода и шлейфы, также важно грамотно настроить ее конфигурацию, ведь быстродействие накопителей зависит не только от «железной» начинки, но и от способа управления ей.

Источник

BIOS M3A32-MVP Deluxe

В данной статье я собрал информацию о некоторых настройках BIOS материнской платы M3A32-MVP Deluxe. А точнее о тех из них, которые интересны при разгоне. Все, что сказано ниже не является абсолютной истиной и было собрано из различных источников, в большинстве своем англоязычных. Поэтому выношу этот материал на обсуждение. Тем более, что сам хотел бы узнать побольше о некоторых опциях. Личное мнение от использования тех или иных настроек я записывал под знаком *. Вот подходящая ветка на оверах, где можно и нужно обсудить данный материал. Осталось добавить, что на данной МП я разгонял Athlon 64 x2 4400+ Brisbane, поэтому, возможно список опций неполный по сравнению с использованием Phenom-ов.

Jumper Free Configuration

AI Overclocking [Manual]
Установка значения Manual открывает Вашему взору следующие опции:

FSB Frequency [200-600 MHz]
Значение, которое наряду с множителем задает устанавливает частоту процессора. Например, 200 FSB x 11 = 2.2 Ггц.

PCIE Frequency [100-150 MHz]
Рекомендуется устанавливать не более 115-118 МГц, при этом можно добиться небольшого увеличения производительности в 3D-приложениях. Установка значений превышающие данные может вызвать проблемы в работе южного и северного мостов и, как следствие, проблемы в работе периферии и жестких дисков, но кого этим испугаешь 😉

Processor Frequency Multiplier [x4 — x11,5]
В режиме AI Overclocking Auto BIOS устанавливает заданную по умолчанию частоту CPU. В режиме Manual можно задать множитель из приведенного интервала.

Processor Voltage [0,8-1,6875 v]
Устанавливается с шагом 0,0125v.
* Минимальное напряжение на котором процессор (вышеназванный Athlon) завелся и даже прошел 30 мин. тест стабильности ОССТ 2.0.0 было 1,025v. В CPU-Z 1.44 значение напряжения сильно занижено по сравнению с выставленным в BIOS (разница 0,017v). SpeedFan напряжение показывает такое же как и в BIOS с округлением до 2-го знака. В Everest тоже. Видимо брешет CPU-Z. Значения более 1,6v подсвечиваются красным и увеличение с 1,6 вплоть до 1,6875v прироста в разгоне и стабильности не приносит.

CPU-NB HT Link Speed [200-1000MHz]
Частота HT для Phenom-ов от 200 до 2200МНz

CPU VDDA Voltage [2,5-2,8v]
* Толкового объяснения в русскоязычном интернете не нашел. По поиску нашел на одном из англоязычных форумов объяснение, что этот параметр устанавливает схему регулирования центрального процессора и манипуляциями с ним можно добиться стабильности при разгоне. Проверил, действительно, на комп на пределе разгона (проц Athlon 64 x2 Brisbane 4400+ @ 3300Гц 1,6v) при значении данной опции 2,5v грузился через раз, а при установке ее в 2,8v он у меня прошел SuperPi32M, правда, ОССТ не выдержал. При этом, помогло именно значение 2,8v, с 2,6 и 2,7 была та же картина, что и с 2,5.

DDR Voltage [1,8-2,5v]
* устанавливается с шагом 0,02v. Значения 2,2v и выше подсвечиваются красным.

NorthBridge Voltage [Manual]
Данная установка открывает следующие опции:

Hyper Transport Voltage [1,2-1,5v]
Выставляет напряжение на шине Hyper Transport.
* При разгоне ставил 1,3v.

Southbridge Voltage [1,2-1,4v]
* При разгоне выставил 1,3v.

Auto Xpress [Auto, Enabled, Disabled]
Про эту опцию можно сказать следующее:
Уже в случае с AMD 790X, впрочем, перечень характеристик пополняется за счет Auto Xpress (автоматическое увеличение рабочей частоты шины PCI Express при установке видеокарт AMD на платы с чипсетом AMD; использование специальных режимов работы с DDR2 памятью), GPU-Plex, Quad PCIE Blocks и CrossFireX. Последняя технология особо интересна тем, что отныне в режиме CrossFire могут быть объединены три или даже четыре графических адаптера AMD. Перечень CrossFireX-совместимых видеокарт на данный момент состоит из решений AMD поколения Radeon HD 3800. При производстве новых чипсетов компании был использован 65 нм техпроцесс. Энергопотребление данных наборов системной логики составляет 10-12 Вт (TDP).
Будучи объединенными вместе, все вышеперечисленные компоненты (процессоры Phenom, чипсеты AMD 7, адаптеры Radeon HD 3800 и технология CrossFireX) составляют новую платформу для «энтузиастов» под названием AMD «Spider».

CPU Tweak [Enabled, Disabled]
В BIOS от Asus так называется TLB-патч для процессоров Phenom.

Bank Interleaving [Auto, Disabled]
Включение этого режима позволяет работать с банками по очереди, то есть получать данные из одного в то время, когда другие заняты. Причем выбор значения 2-Way позволяет чередовать пару банков, а 4-Way – четыре банка (они есть у большинства микросхем DIMM-модулей), а это, конечно, выгоднее.
* В тесте памяти Everest с данной опцией Disabled результат снижается на

2,5% по сравнению с Auto.

Channel Interleaving
* У меня эта опция была в BIOS версии 0801, с которой она и продавалась. После прошивки до последней версии 1102 я ее не обнаружил.

DCT Unganged Mode [Enabled, Disabled]
При установке Disabled чипсет должен работать с памятью частотой до 800МГц. Enabled позволяет включить делитель для памяти 1066МГц. Это можно сделать при установке процессоров Phenom.

Read Delay [0,5-4 memory CLKs]
Это поле определяет задержку от включения DQS ресивера до начала чтения первых данных с клавиатуры, получаемых FIFO.
000b = 0.5 Memory Clocks
001b = 1 Memory Clock
010b = 1.5 Memory Clocks
011b = 2 Memory Clocks
100b = 2.5 Memory Clocks
101b = 3 Memory Clock
110b = 3.5 Memory Clocks
111b = 4 Memory Clocks
Прямая корреляция w/memory’s время ожидания. Чем ниже установка, тем ниже время ожидания.
* Со значением 0,5 комп не стартовал, сброс CMOS. С 1 стартует, но пишет что-то вроде ошибки при проверке DRAM. Нормальный запуск при 1,5. В бенчмарке памяти и кэша Everest прирост по сравнению с настройками по умолчанию: по Read — 1,9%; по Copy — 0,5%; по Latency — уменьшение времени доступа на 2,8 ns. По Write изменений нет.

Memory Clock Tristate C3/ALTVID [Enabled, Disabled]
Позволяет частоте памяти DDR быть в трех состояниях (tristated), когда включен дополнительный режим VID. Этот бит не имеет никакого эффекта если установлен бит DisNbClkRamp (Function 3, Offset 88h).

Power Down Enable [Enabled, Disabled]
Если данный режим активирован, то после ввода включения режима Sleep Mode, главному внутреннему тактовому генератору запрещено передавать сигнал на чип устройства. При этом большая часть связанной схемы может отключена от питания для сохранения энергии.
DCQ Bypass Maximu [0x-14x]
Управляющий контроллер обычно позволяет производить за проход другие операции по порядку, чтобы оптимизировать пропускную способность DRAM. Это поле определяет максимальное количество раз, которое самый старый запрос доступа к памяти в очереди контроллера DRAM может быть отложен перед выполнением, и самый старый запрос доступа к памяти будет выполнен вместо другого.
0000b = Никогда не откладывается; самый старый запрос никогда не откладывается.
0001b = самый старый запрос может быть отложен не больше, чем 1 раз.

1111b = самый старый запрос может быть отложен не больше, чем 15 раз.
* оптимальное значение для быстродействия 4. При этом в тесте памяти Everest наибольшая скорость копирования. На чтение, запись и латентность это значение почти не влияет.

DRAM Timing Configuration

Memory Clock Mode [Auto, Limit, Manual]
Установка в Manual открывает следующую опцию:

Memory Clock Value [400, 533, 667, 800]
Позволяет установить делитель для памяти.

PLL1 Spread Spectrum [Enabled, Disabled]
PLL2 Spread Spectrum [Enabled, Disabled]
Опция Spread Spectrum позволяет сгладить пики и уменьшить интерференцию, а также уменьшить взаимное электромагнитное влияние различных компонентов системной платы друг на друга за счет изменения их частоты в некоторых пределах. Рекомендуется отключить для стабильности системы.

PCI Express Configuration

GFX Dual Slot Configuration [Enabled]
GFX2 Dual Slot Configuration [Disabled]
Peer-to-Peer among GFX/GFX2 [Disabled]
Данные опции определяют сколько и в каком режиме будет работать видеоадаптеров, размещенных в слотах. С такими значениями — будут задействованы платы, подсоединенные к верхним синему и черному слотам в равном состоянии для получения запросов и команд.

GPP Slots Power Limit, W [25]
Ограничение мощности слотов GPP

Port #02 и #12 Features
Gen2 High Speed Mode [Disabled, Software Swith, Autonomus Switch]
* Software Switch, Autonomus Switch — включение данных значений дает небольшой прирост в 3DMark06, по сравнению с Disabled. Между собой у них разницы не заметил.

Link Width [Auto, x1Mode, x2, x4, x8, x16]
режим работы слота.

Slot Power Limit, W [175]
максимальная потребляемая мощность, которая может быть подана через слот (0-250).

Port #11
Настройки синего нижнего слота.

NB-SB Port Features

NB-SB Link ASPM [Disabled, L1]
NP NB-SB VC1 Traffic Support [Disabled, Enabled]
виртуальный канал 1) помогает с асинхронным режимом управлять потоком данных и голоса по IP.

Hyper Transport Configuration

HT Link Tristate [Disabled, CAD/CTL, CAD/CTL/CLK]
Включите вариант с тремя состояниями, чтобы уменьшить потребляемую мощность. По умолчанию нет линий в трех состояниях. Также CAD/CTL или CAD/CTL/CLK линии могут быть в трех состояниях.

UnitID Clumping [Disabled, UnitID 2/3, UnitID B/C, UnitID 2/3&B/C]
Включите для поддержки UnitID clumping, чтобы увеличить число отдельных запросов, поддерживаемых одиночным устройством. Это возможно включит для PCI-Express GFX линии в некоторых конфигурациях. Clumping можно включить, только когда используется более низкий мост номера в пределах каждого ядра PCI-Express GFX.
* Точных указаний нет. Вроде как работает вместе с Isochronous Flow-Control Mode и нужно ставить значение UnitID 2/3&B/C.

2X LCLK Mode
Ничего (опция будет удалена в следующей версии).

Источник

Краткое руководство по управлению питанием процессора

Как центральный процессор может сокращать собственное энергопотребление? Основы этого процесса — в статье.

Центральный процессор (CPU) спроектирован на бесконечно долгую работу при определенной нагрузке. Практически никто не проводит вычисления круглые сутки, поэтому большую часть времени он не работает на расчетном максимуме. Тогда какой смысл держать его включенным на полную мощность? Здесь стоит задуматься об управлении питанием процессора. Эта тема включает в себя оперативную память, графические ускорители и так далее, но я собираюсь рассказать только про CPU.

Если вы знаете про C-состояния (C-states), P-состояния (P-states) и то, как процессор переходит между ними, то, возможно, в этой статье вы не увидите ничего нового. Если это не так, продолжайте читать.

Я планировал добавить реальные примеры из ОС Linux, но статья становилась все больше, так что я решил приберечь это для следующей статьи.

Основные источники информации, использованные в этом тексте:

Особенности CPU

Согласно официальной странице продукта, мой процессор поддерживает следующие технологии:

Теперь выясним, что значит каждое из этих определений.

Как снизить энергопотребление процессора во время его работы?

На процессорах для массового использования (мы не берем в расчет вещи, которые возможны при их проектировании) для снижения потребляемой энергии можно реализовать один из сценариев:

Второй вариант требует чуть больше объяснений. Энергопотребление интегральной схемы, которой является процессор, линейно пропорционально тактовой частоте и квадратично напряжению.

Примечание для тех, кто разбирается в цифровой электронике: P_cpu = P_dynamic + P_{short circuit} + P_leak. При работающем процессоре P_dynamic является наиболее важной составляющей, именно эта часть зависит линейно от частоты и квадратично от напряжения. P_{short circuit} пропорционально частоте, а P_leak — напряжению.

Более того, напряжение и тактовая частота связаны линейной зависимостью.

Высокая производительность требует повышенной тактовой частоты и увеличения напряжения, что еще больше влияет на энергопотребление.

Каков предел энергопотребления процессора?

Это во многом зависит от процессора, но для процессора E3-1245 v5 @ 3.50 ГГц расчетная тепловая мощность (Thermal Design Power, TDP) составляет 80 ватт. Это среднее значение, которое процессор может выдерживать бесконечно долго (Power Limit, PL1 на изображении ниже). Системы охлаждения должны быть рассчитаны на это значение, чтобы быть надежными. Фактическое энергопотребление процессора может быть выше в течение короткого промежутка времени (состояния PL2, PL3, PL4 на изображении ниже). TDP измеряется при нагрузке высокой вычислительной сложности (худший случай), когда все ядра работают на базовой частоте (3.5 ГГц).

Как видно на изображении выше, процессор в состоянии PL2 потребляет больше энергии, чем заявлено в TDP. Процессор может находиться в этом состоянии до 100 секунд, а это достаточно долго.

Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)

Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)
Вот два способа снизить энергопотребление процессора:

P-состояния описывают второй случай. Подсистемы процессора работают, но не требуют максимальной производительности, поэтому напряжение и/или тактовая частота для этой подсистемы может быть снижена. Таким образом, P-состояния, P[X], обозначают, что некоторая подсистема (например, ядро), работает на заданной паре (частота, напряжение).

Так как большинство современных процессоров состоит из нескольких ядер, то С-состояния разделены на С-состояния ядра (Core C-states, CC-states) и на С-состояния процессора (Package C-states, PC-states). Причина появления PC-состояний очень проста. Существуют компоненты с общим доступом (например, общий кэш), которые могут быть отключены только после отключения всех ядер, имеющих доступ к этому компоненту. Однако мы в роли пользователя или программиста не можем взаимодействовать с состояниями пакета напрямую, но можем управлять состояниями отдельных ядер. Таким образом, управляя CC-состояниями, мы косвенно управляем и PC-состояниями.

Состояния нумеруются от нуля по возрастанию, то есть C0, C1… и P0, P1… Большее число обозначает большее энергосбережение. C0 означает, что все компоненты включены. P0 означает максимальную производительность, то есть максимальные тактовую частоту, напряжение и энергопотребление.

С-состояния

Вот базовые С-состояния (определенные в стандарте ACPI).

Примечание: Из-за технологии Intel® Hyper-Threading существуют также С-состояния потоков. Хотя отдельный поток может работать с С-состояниями, изменения в энергопотреблении происходят, только когда ядро входит в нужное состояние. В данной статье тема C-состояний на потоках рассматриваться не будет.

Вот описание состояний из даташита:

Примечание: LLC обозначает Last Level Cache, кэш последнего уровня и обозначает общий L3 кэш процессора.

Визуальное представление состояний:

Источник: Software Impact to Platform Energy-Efficiency White Paper

Последовательность C-состояний простыми словами:

Однако если ядро работает (C0), то единственное состояние, в котором может находиться процессор, — C0. С другой стороны, если ядро полностью выключено (C8), процессор может находиться в C0, если другое ядро работает.

Примечание: Intel Software Developer’s Manual упоминает про суб-C-состояния (sub C-state). Каждое С-состояние состоит из нескольких суб-С-состояний. После изучения исходного кода модуля ядра intel_idle я понял, что состояния C1 и C1E являются состоянием С1 с подтипом 0 и 1 соответственно.

Число подтипов для каждого из восьми С-состояний (0..7) определяется с помощью инструкции CPUID. Для моего процессора утилита cpuid выводит следующую информацию:

Замечание из инструкции Intel: «Состояния C0..C7 для расширения MWAIT — это специфичные для процессора C-состояния, а не ACPI C-состояния». Поэтому не путайте эти состояния с ACPI C-состояниями, они явно связаны и между ними есть соответствие, но это не одно и то же.

Я создал гистограмму, представленную ниже, из исходного кода драйвера intel_idle для моего процессора (модель 0x5e). Подписи горизонтальной оси:

Имя C-состояния: специфичное для процессора состояние: специфичное суб-состояние.

Вертикальная ось обозначает задержку выхода и целевые резидентные значения из исходного кода. Задержка выхода используется для оценки влияния данного состояния в реальном времени (то есть сколько времени потребуется для возвращения в С0 из этого состояния). Целевое резидентное значение обозначает минимальное время, которое ядро должно находиться в данном состоянии, чтобы оправдать энергетические затраты на переход в это состояние и обратно. Обратите внимание на логарифмический масштаб вертикальной оси. Задержки и минимальное время нахождения в состоянии увеличивается экспоненциально с увеличением номера состояния.

Константы задержок выхода и целевых резидентных значении C-состояний в исходном коде intel_idle
Примечание: Хотя состояния С9 и С10 включены в таблицу, они имеют 0 суб-состояний и поэтому не используются в моем процессоре. Остальные процессоры из семейства могут поддерживать эти состояния.

Состояния питания ACPI

Прежде чем говорить про P-состояния, стоит упомянуть про состояния питания ACPI. Это то, что мы, пользователи, знаем, когда используем компьютер. Так называемые глобальные системные состояния (G[Х]) перечислены в таблице ниже.

Источник: ACPI Specification v6.2
Также существует специальное глобальное состояние G1/S4, Non-Volatile Sleep, когда состояние системы сохраняется на энергонезависимое хранилище (например, диск) и затем производится выключение. Это позволяет достичь минимального энергопотребления, как в состоянии Soft Off, но возвращение в состояние G0 возможно без перезагрузки. Оно более известно как гибернация.

Существует несколько состояний сна (Sx). Всего таких состояний шесть, включая S0 — отсутствие сна. Состояния S1-S4 используются в G1, а S5, Soft Off, используется в G2. Краткий обзор:

Вот поддерживаемые состояния ACPI.

Комбинации состояний ACPI G/S и С-состояний процессора

Приятно видеть все комбинации в таблице:

В состоянии G0/S0/C8 системы процессора запущены, но все ядра отключены.

В G1 (S3 или S4) некорректно говорить про С-состояния (это касается как CC-состояний, так и PC-состояний), так как процессор полностью обесточен.

Для G3 не существует S-состояний. Система не спит, она физически отключена и не может проснуться. Ей необходимо сначала получить питание.

Как программно запросить переход в энергосберегающее С-состояние?

Современный (но не единственный) способ запросить переход в энергосберегающее состояние — это использовать инструкцию MWAIT или инструкцию HLT. Это инструкции привилегированного уровня, и они не могут быть выполнены пользовательскими программами.

Инструкция MWAIT (Monitor Wait) заставляет процессор перейти в оптимизированное состояние (C-состояние) до тех пор, пока по указанному (с помощью другой инструкции, MONITOR) адресу не будет произведена запись. Для управления питанием MWAIT работает с регистром EAX. Биты 4-7 используются для указания целевого С-состояния, а биты 0-3 указывают суб-состояние.

Примечание: Я думаю, что на данный момент только AMD обладает инструкциями MONITORX/MWAITX, которые, помимо мониторинга записи по адресу, работают с таймером. Это еще называется Timed MWAIT.

Инструкция HLT (halt) останавливает выполнение, и ядро переходит в состояние HALT до тех пор, пока не произойдет прерывание. Это означает, что ядро переходит в состояние C1 или C1E.

Что вынуждает ядро входить в определенное С-состояние?

Как отмечалось ранее, переходы между глубокими С-состояниями имеют высокие задержки и высокие энергетические затраты. Таким образом, такие переходы должны выполняться с осторожностью, особенно на устройствах, работающих от аккумуляторов.

Возможно ли отключить С-состояния (всегда использовать С0)?

Это возможно, но не рекомендуется. В даташите (секция 4.2.2, страница 64) есть примечание: «Долгосрочная надежность не гарантируется, если все энергосберегающие состояния простоя не включены». Поэтому вам не стоит отключать С-состояния.

Как прерывания влияют на процессор\ядро в состоянии сна?

Когда происходит прерывание, соответствующее ядро пробуждается и переходит в состояние С0. Однако, например Intel® Xeon® E3-1200 v5, поддерживает технологию Power Aware Interrupt Routing (PAIR), у которой есть два достоинства:

P-состояния

P-состояния подразумевают, что ядро в состоянии С0, потому что ему требуется питание, чтобы выполнять инструкции. P-состояния позволяют изменять напряжение и частоту ядра (другими словами рабочий режим), чтобы снизить энергопотребление. Существует набор P-состояний, каждое из которых соответствует разных рабочим режимам (пары напряжение-частота). Наиболее высокий рабочий режим (P0) предоставляет максимальную производительность.

Процессор Intel® Xeon® E3–1200 v5 позволяет контролировать P-состояния из операционной системы (Intel® SpeedStep Technology) или оставить это оборудованию (Intel® Speed Shift Technology). Вся информация ниже специфична для семейства Intel® Xeon® E3-1200 v5, но я полагаю, это в той или иной степени актуально и для других современных процессоров.

P-состояния, управляемые операционной системой

В этом случае операционная система знает о P-состояниях и конкретном состоянии, запрошенным ОС. Проще говоря, операционная система выбирает рабочую частоту, а напряжение подбирается процессором в зависимости от частоты и других факторов. После того, как P-состояние запрошено записью в моделезависимый регистр (подразумевается запись 16 бит в регистр IA32_PERF_CTL), напряжение изменяется до автоматически вычисленного значения и тактовый генератор переключается на заданную частоту. Все ядра имеют одно общее P-состояние, поэтому невозможно установить P-состояние эксклюзивно для одного ядра. Текущее P-состояние (рабочий режим) можно узнать, прочитав информацию из другого моделезависимого регистра — IA32_PERF_STATUS.

Смена P-состояния мгновенна, поэтому в секунду можно выполнять множество переходов. Это отличает от переходов C, которые выполняются дольше и требуют энергетических затрат.

P-состояния, управляемые оборудованием

В этом случае ОС знает об аппаратной поддержке P-состояний и отправляет запросы с указанием нагрузки. В запросах не указывается конкретное P-состояние или частота. На основе информации от ОС, а также других факторов и ограничений оборудование выбирает подходящее P-состояние.

Я хочу рассказать об этом подробнее в следующей статье, но сейчас я поделюсь с вами своими мыслями. Мой домашний компьютер работает в этом режиме, я узнал это, проверив IA32_PM_ENABLE. Максимальный (но не гарантированный) уровень производительности — 39, минимальный — 1. Можно предположить, что существует 39 P-состояний. На данный момент уровень 39 установлен ОС как минимальный и как максимальный, потому что я отключил динамическое изменение частоты процессора в ядре.

Заметки про Intel® Turbo Boost

Поскольку TDP (расчетная тепловая мощность) — это максимальная мощность, которую процессор может выдержать, то процессор может повышать свою частоту выше базовой, при условии что энергопотребление не превысит TDP. Технология Turbo Boost может временно повышать энергопотребление до границы PL2 (Power Limit 2) на короткий промежуток времени. Поведение Turbo Boost может быть изменено через подсказки оборудованию.

Применима ли эта информация о C-состояниях и P-состояниях к мобильным и встраиваемым процессорам?

Для примера, недавний MacBook Air с процессором i5-5350U в основном поддерживает возможности, описанные выше (но я не уверен про P-состояния, контролируемые оборудованием). Я также смотрел документацию ARM Cortex-A, и, хотя там применяются другие термины, механизмы управления питанием выглядят похоже.

Как это все работает, например, на Linux?

На этот вопрос я отвечу в другой статье.

Как я могу узнать состояние процессора?

Существует не так много приложений, которые могут выводить эту информацию. Но вы можете использовать, например, CoreFreq.

Вот какую информацию можно получить (это не весь вывод).

Вот информация о ядре, включая информацию о драйвере idle.

Мониторинг счетчиков С-состояний (для ядра):

Источник