JP3082175B2 - 情報処理装置 - Google Patents

情報処理装置

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JP3082175B2
JP3082175B2 JP03164657A JP16465791A JP3082175B2 JP 3082175 B2 JP3082175 B2 JP 3082175B2 JP 03164657 A JP03164657 A JP 03164657A JP 16465791 A JP16465791 A JP 16465791A JP 3082175 B2 JP3082175 B2 JP 3082175B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低消費電流で動作する
情報処理装置に関し、特にノートパソコンのような携帯
型の情報処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近の技術革新によって、小型・軽量の
携帯用パソコンが主流となってきた。このような携帯用
パソコンを野外で使用する場合、通常はバッテリーなど
の内部電池で電力を供給している。しかし、携帯用パソ
コンに搭載する内部電池は小型なものに限られるため、
一回の充電でパソコンが使用できる時間は非常に少な
い。このため、多くの携帯用パソコンは、消費電流を減
らすために種々の工夫を施している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、携帯用パソ
コンによく用いられるCMOS(Complement
ary MOS)のICは、電圧と周波数および消費電
流の間に相関性があり、電圧が高いほど高速で動作でき
るが、その分消費電流が増える。このため、携帯用パソ
コンのように処理速度の高速化と消費電流の低減を同時
に求める機器においてデバイスのレベルで矛盾を生じ
る。
【0004】本発明はこのような矛盾を解決し、処理速
度の高速化と消費電流の低減を同時に実現できる情報処
理装置を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
のに、本発明の情報処理装置は、低周波数のクロックお
よび低電圧で動作する低速モードと、高周波数のクロッ
クおよび高電圧で動作する高速モードと、を有し、I/
Oアクセス信号またはインタラプト信号からなる特定要
因が発生した場合に、低速モードと高速モードとを予め
決められた一定期間切り換える切換手段を備え、各モー
ドの切換は、ソフトウエアを利用することなく自動的に
行われ、切換手段は、高速モードから低速モードに切り
換える場合に、周波数切換信号によってクロックを高周
波数から低周波数に切り換えてから所定時間経過した後
に、電圧切換信号によって電圧を高電圧から低電圧に切
り換えることを特徴とする。また、本発明に係る他の情
報処理装置は、低周波数のクロックおよび低電圧で動作
する低速モードと、高周波数のクロックおよび高電圧で
動作する高速モードと、を有し、I/Oアクセス信号ま
たはインタラプト信号からなる特定要因が発生した場合
に、低速モードと高速モードとを予め決められた一定期
間切り換える切換手段と、一定サイクルでリフレッシュ
信号の入力が必要なデバイスと、電圧が低電圧と高電圧
との間で切り換えられる電圧変化期間において、ある一
定電圧ごとにリフレッシュ信号をデバイスに送信する誤
動作防止手段と、を備え、各モードの切換は、ソフトウ
エアを利用することなく自動的に行われることを特徴と
する。
【0006】
【作用】本発明の情報処理装置によれば、高速動作が要
求されない通常の処理は、低速クロックおよび低電圧の
下で実行され、消費電流の低減が図られる。そして、高
速動作が要求される特定の処理は、高速クロックおよび
高電圧に切り換えて、一定期間高速に実行される。この
ように、処理内容によってクロックおよび電圧が切り換
えられるので、高速動作が必要な処理の速度を落とすこ
となく、消費電流の低減が実現できる。
【0007】
【実施例】以下、添付図面の図1〜図7を参照して、本
発明の一実施例を説明する。
【0008】図1は本発明の一実施例に係る情報処理装
置の回路構成図である。本実施例の情報処理装置には、
装置全体を制御するCPUブロック10と、外部機器1
70を制御する入出力ブロック110と、液晶ディスプ
レイ装置290を制御するビデオブロック210と、こ
れらのブロックに電力を供給する電源装置310が備え
られている。また、ビデオブロック210にはCPUブ
ロック10から周波数切換信号が与えられ、電源装置3
10にはCPUブロック10から電圧切換信号が与えら
れている。電源装置310から各ブロックに与える電力
の電圧値は、この電圧切換信号によって切り換えること
ができる。このようにCPUブロック10から発する周
波数切換信号と電圧切換信号によって、低速クロックお
よび低電圧で動作する低速モードと、高速クロックおよ
び高電圧で動作する高速モードとの切換えが行われる。
【0009】次に、CPUブロック10、入出力ブロッ
ク110およびビデオブロック210の構成について、
図2〜図4を用いて説明する。図2はCPUブロック1
0の構成図である。CPUブロック10には、装置全体
を制御するCPU20と、浮動小数点演算プロセッサな
どのコプロセッサ30と、40.0MHzの周波数を持
ったクロックパルスを発生させる水晶発振器40と、3
2.0MHzの周波数を持ったクロックパルスを発生さ
せる水晶発振器50と、オペレーティングシステムやア
プリケーションプログラムが格納されたメインRAM6
0と、BIOS(basic I/O system)が格納されたEP
ROM70と、入出力ブロック110やビデオブロック
210と信号の受け渡しを行うコントロール部80とが
備えられている。また、コントロール部80には、CP
U20、メインRAM60およびシステムバスを制御す
るCPUコントローラ81と、CPUコントローラ81
に与える水晶発振器40、50からの信号の電圧値を5
Vから3Vに変換する電圧変換器82と、CPUコント
ローラ81から入出力ブロック110、ビデオブロック
210への出力信号の電圧値を3Vから5Vに変換する
電圧変換器83とが備えられている。さらに電圧変換器
83からは、ビデオブロック210への周波数切換信号
と、電源装置310への電圧切換信号が出力される。C
PU20、コプロセッサ30、メインRAM60、EP
ROM70およびCPUコントローラ81の電圧値は、
電圧切換信号が電源装置310に与えられることによっ
て、3Vから5Vの間をリアルタイムに変化する。装置
本体の動作は、すべてCPU20へのクロック信号の周
波数に同期して決定される。したがって、電圧を落とす
前にCPUへのクロック信号の周波数を落とすだけで、
他のすべてのデバイスのクロック周波数を同期して落と
すことが可能である。このような理由で、すべての制御
信号はCPUブロック10を介して出力されている。
【0010】図3は入出力ブロック110の構成図であ
る。入出力ブロック110には、20.0MHzの周波
数を持ったクロックパルスを発生させる水晶発振器12
0と、16.0MHzの周波数を持ったクロックパルス
を発生させる水晶発振器130と、可変周波数発生回路
であるVFO回路140と、リアルタイムクロック15
0と、外部機器170を制御するコントロール部160
及びコントロール部164が備えられている。コントロ
ール部160には、DMA(direct memory access)制
御、FDD(フロッピィディスク装置)制御、インタラ
プト制御、プリンタ制御などを行う入出力コントローラ
161と、入出力コントローラ161に与えるCPUブ
ロック10などからの信号の電圧値を5Vから3Vに変
換する電圧変換器162と、入出力コントローラ161
から外部機器170への出力信号の電圧値を3Vから5
Vに変換する電圧変換器163とが備えられている。ま
た、コントロール部164には、タイマ制御回路または
RS−232C制御回路などが備えられている。さら
に、外部機器170には、FDD、プリンタ、マウス、
RS−232Cおよびキーボードなどがある。また、外
部機器170は、従来機器との互換性のために5Vイン
タフェースを取っている。そのために、内部電圧が変化
しても外部機器170への信号電圧が変化しないよう
に、電圧変換回路163が備えられている。入出力コン
トローラ161の電圧値は、CPUブロック10からの
電圧切換信号が電源装置310に与えられることによっ
て、3Vから5Vの間をリアルタイムに変化する。リア
ルタイムクロック150などのクロック系信号線や、P
LL回路などのアナログ系回路で電圧特性が関係する回
路方式に基づいたFDDへのVFO回路140などは、
定電圧で動作させなければならない。そこでこれらのイ
ンタフェースは5Vレベルのインタフェースとする。コ
ントローラ部160は3Vになったときでも、CPUブ
ロック10からの信号が低周波数なので正常に動作す
る。しかし、コントローラ部164には、タイマ制御回
路およびRS−232C制御回路などのように、周波数
をリアルタイムに変化してはいけない回路を含んでい
る。そのため、3Vに電圧を下げることができないの
で、5V電圧で動作させる。
【0011】図4はビデオブロック210の構成図であ
る。ビデオブロック210には、21.0MHzの周波
数を持ったクロックパルスを発生させる水晶発振器22
0と、CPUブロック10からの周波数切換信号を入力
して水晶発振器220で発生したクロックパルスの周波
数を変換する周波数セレクタ230と、テキストデータ
が格納されたSRAM240と、グラフィックデータが
格納されたDRAM250と、CPUブロック10から
のデータを文字パターンに変換するCG(キャラクタジ
ュネレータ)260と、画面表示を制御するGDC(グ
ラフィックディスプレイコントローラ)270と、液晶
ディスプレイ290を制御するコントロール部280が
備えられている。コントロール部280には、SRAM
240などを制御するビデオコントローラ281と、ビ
デオコントローラ281に与える周波数セレクタ230
からの信号およびCPUブロック10からの信号の電圧
値を5Vから3Vに変換する電圧変換器282と、液晶
ディスプレイ290への出力信号の電圧値を3Vから5
Vに変換する電圧変換器283とが備えられている。ビ
デオブロック210には、CPUブロック10から周波
数切換信号が送られてくる。これは、ビデオブロック2
10内の電圧VDDが3Vになっている間周波数を落とす
ため必要である。また、ビデオブロック210に与えら
れるクロック周波数と、CPUブロック10に与えられ
る周波数の値が大幅に異なるとビデオブロック210が
誤動作する可能性がある。このため、CPUブロック1
0に与えられる周波数を落とす場合、ビデオブロック2
10に与えられる周波数も同時に落とすようにする。S
RAM240、DRAM250、CG260、GDC2
70およびビデオコントローラ281の電圧値は、CP
Uブロック10からの電圧切換信号が電源装置310に
与えられることによって、3Vから5Vの間をリアルタ
イムに変化する。また、水晶発振器220は常に5V電
圧で動作している。これは、電圧が変動すると出力が安
定しないからである。さらに、CPUブロック10など
外部とのインタフェースは、バスの仕様を従来と同じに
するため5V単一とする。そこで、電圧変換器282で
外部信号の電圧値を5Vから3Vに変換しているのであ
る。
【0012】本実施例の特徴は、通常の処理では低速ク
ロックおよび低電圧の下で動いており、I/Oアクセス
やインタラプトなどの特定の要因が生じた場合に、予め
決められた時間だけ高速クロックおよび高電圧に切り換
わることである。これは、あるICが5Vで動作した場
合、入力から出力までの遅延時間が10nsであるとす
ると、3Vでの動作ならば遅延時間が20nsに増加す
る。このため、3Vで正常に動作するためには、5Vで
動作させるときに比べて周波数を落とさなければならな
い。周波数と消費電流は比例し、電圧の2乗と消費電力
は比例する。このことから、本実施例では、周波数と電
圧を同時に落とすことによって、画期的な低消費電力を
実現しているのである。クロックの切換えは完全に回路
のみで行われており、この切換えのタイミングはリフレ
ッシュ期間に合わされている。リフレッシュ期間中な
ら、バスが解放されており、かつ一定期間ごとに必ず発
生するからである。また、電圧の切換え時に、同時に各
IC間のインタフェースのレベルも変化する。通常、電
圧の変化には数ms〜数十msの時間がかかるため、n
sオーダーで変化している信号線に対しては電圧の変化
は無視できるほど小さい。しかし、電圧に異常なノイズ
が発生したり、変化時間が無視できないほど短時間であ
る場合、インタフェース間のレベルの逆転が起こる可能
性があるので注意が必要である。また本実施例では、切
換えのできる最低周波数を従来機種の最低なパフォーマ
ンスに相当するクロック周波数としている。電圧値につ
いても、最低周波数に対応した値を最低電圧値としてい
る。このような配慮によって、従来機種との互換性を損
なわない最低クロック・最低電圧に相当する消費電流で
動作させることができる。
【0013】本実施例では、電圧値および周波数の切換
えをソフトウェアの介在なしに完全にハードウェアで制
御しているので、既存のプログラムを変更する必要がな
い。このように電源装置310から各ブロックに与えら
れる電力の電圧値をハードウェアで切り換える回路例を
図5(a)、(b)に示す。図5(a)では端子350
に与えられる電源装置310からの7V〜15Vの電圧
信号(通常、Ni−Cd蓄電池からの出力)が、FET
351によって最大3Vにまで電圧降下され、端子35
2から出力される。そして、この端子352から出力さ
れた電圧信号が各ブロックに送られるのである。詳細に
説明すると、FET351のゲートには、コントロール
IC353からの電圧がある一定間隔で印加され、端子
352から出力される電圧値が調整される。さらに、コ
ントロールIC353にはフィードバック信号が与えら
れ、FET351に印加される電圧の間隔を調整する。
このフィードバック信号は抵抗354と抵抗355との
抵抗値比で変化する。つまり、抵抗354と抵抗355
との抵抗値比によって、端子352から出力される電圧
信号の電圧値を切り換えるのである。そこで、抵抗35
5と並列に抵抗356を設けて、FET357のゲ−ト
に電圧切換信号を与えることによってフィードバック信
号の値を変化させ、端子352から出力される電圧信号
の電圧値を切り換えるのである。このような回路の問題
点としては、フィードバック信号が変化している中間状
態の出力の間に、アンダーシュートなどのノイズが発生
することである。この問題点を解消するために、図5
(a)に示すように抵抗354の他端にコンデンサ35
8を置く場合もある。また、ノイズが発生しないもう一
つの回路例を図5(b)に示す。図5(b)では端子3
60に与えられる電源装置310からの5Vの電圧信号
と、3端子レギュレータ362からの3Vの電圧信号と
が、FET361で選択され、いずれかの電圧信号が端
子363から出力される。このFET361のゲートに
は電圧切換信号が与えられ、端子363から出力される
電圧信号の電圧値を数ms前後の時間で切り換えるので
ある。この回路では、図5(a)の回路で発生したよう
なノイズが生じることはない。つまり、図6の波形図の
ように電圧信号がリアルタイムに変化する要因となる電
圧切換信号は、瞬時にON/OFFが切り替わるのでア
ンダーシュートなどのノイズが発生することがないので
ある。図4のビデオブロック210内のグラフィック用
DRAM250のように、メモリがSRAMでなくDR
AMの場合、通常+5V〜+3Vのように電圧を変化さ
せるには充分な注意が必要である。それは、DRAMが
MOSFETの容量に電荷が充電されているかどうかで
データを記憶するものであり、定期的にリフレッシュを
行わなければならないためである。そこで、図8に示す
ように電圧変化期間にある一定電圧ごとにリフレッシュ
信号を入れる。逆に言えば、一定電圧ごとに決められた
期間に1回発生するリフレッシュ信号(通常約16us
に1回発生する。)を入れるくらい、つまりリフレッシ
ュ信号に比べて充分に長い電圧変化時間(少なくとも5
0us以上程度)を確保するように設計する。これによ
って、DRAMにおいても電圧を変化させることができ
る。
【0014】さらに、電圧の切換えと周波数の切換えの
タイミングについて、図7を用いて説明する。クロック
信号の切換えはnsオーダーで行うことができるが、電
圧の切換えは5ms〜20ms程度かかる。したがっ
て、電圧の切換えをクロックの周波数の切換えのように
あまり頻繁に行っても電圧変動が多くなるだけでかえっ
て逆効果となる恐れがある。そこで、周波数を切り換え
る時間(ms〜数s)と電圧を切り換える時間を変え、
電圧を切り換える時間を数s〜数十sとする。具体的に
は、電圧を5Vから3Vに落とすには、周波数切換信号
がローレベルになって数s以上経った後に電圧切換信号
をローレベルに落とす。また、電圧を3Vから5Vに上
げるには、周波数切換信号がハイレベルになってから電
圧を上げ、電圧が上がり切るまで実際の周波数を高速に
しない。ところが、このように電圧を上げる場合、すぐ
に高速処理が必要でも電圧が上がり切るまで待たなくて
はいけない。この時間はパフォーマンス低下の要因とな
る。そこで、図9に示すように電圧監視用ICを設け、
高速動作可能な4.5Vになったときに、ハイレベルに
なる周波数高速許可信号372を出力するようにする。
システムは周波数高速許可信号372により、すぐに高
速になることができ、パフォーマンス低下を最小限に押
さえることができる。このように切り換えることで、各
種アプリケーション操作中に、常に最高のパフォーマン
スで最低の消費電力とすることができる。
【0015】さらに、第1モードであるパワーセーブモ
ードでの低速時のクロック周波数は、従来機種の最低な
パフォーマンスに相当するクロック周波数を用い、既存
のプログラムとの互換性を保っている。これ以上周波数
を下げると、既存のプログラムによっては誤動作を起こ
す可能性があるからである。このような配慮によって、
互換性を損なわない最低クロックでCPU20を動作さ
せることができ、情報処理装置の消費電流を減少させる
ことができる。そして、周波数を低速から高速に切り換
える場合、最高の周波数に切り換えられるのではなく、
予め指定してあったクロック周波数に戻るようCPUコ
ントローラ81が機能する。この切換えによって、高速
周波数での既存プログラムの互換性が保てる。また、現
在どの周波数でCPU20が動作しているかを利用者が
把握できるように、周波数ごとに異なる色で表示用のL
ED(ダイオード)を点灯している。例えば、16MH
のときは緑色、10MHのときはオレンジ色、5MHの
ときは赤色といった具合である。また、ユーザが5MH
zを設定したときには、自動的に低電圧動作になる。こ
のような表示用のLEDの概要図を図10に示す。クロ
ック周波数を表示するLED402は左から2番目にレ
イアウトされている。このLED402が消灯されてい
る場合は、パワーオフの状態か、パワーセーブモードの
状態でかつ低速に動作している時である。パワーオフの
状態のときは、他のすべてのLED401、403〜4
08も消灯しているので、利用者はLED402の表示
によって、パワーセーブモードを把握することができ
る。つまり、利用者は、例えばバッテリー残量を表示す
る右端のLED408が点灯していて、かつクロック周
波数を表示するLED402が消灯している場合に、こ
の情報処理装置がパワーセーブモードで動作しているこ
とがわかるのである。
【0016】本実施例の情報処理装置は、通常低速のク
ロックおよび低電圧で動作し特定の要因によって一定期
間高速のクロックおよび高電圧で動作するパワーセーブ
モード(第1モード)と、常に高速のクロックおよび高
電圧で動作する通常モード(第2モード)を選択するこ
とができる。これらのモードは、システム環境テーブル
に予め設定しておくことによって、情報処理装置の電源
投入時に自動的に初期設定される。また、情報処理装置
が動作している段階でも、キーボード装置の所望の複数
キーの組み合わせ操作によって変更することができる。
つまり、パワーセーブモードでの動作中に、例えば「C
TRL」キー・「GRPH」キー・「P」キーを打鍵し
て、通常モードに変更するのである。逆に、通常モード
での動作中に、同様のキー操作をすることによって、パ
ワーセーブモードにも変更できる。上述したように、こ
のようなモードの変更はリフレッシュ期間中に行われる
ので、アプリケーションプログラムの実行中のモード変
更によっても、エラーが発生することはない。
【0017】次に、パワーセーブモードの詳細について
説明する。パワーセーブモードとは、従来のパワーマネ
ージメントと異なり、短時間(秒単位)でCPUクロッ
クを切り換えること及び電圧を切り換えることにより、
消費電力を低減する方法である。パワーセーブモードで
は、通常は低速のクロック周波数および低電圧で動作し
ており、キー入力等の特定の要因が発生した時にのみ高
速のクロック周波数および高電圧に切り替わる。これ
は、ワープロソフトなどでは、変換時およびキー入力時
のみに高速のクロック周波数での動作が必要で、文章を
考えている時間などは、低速のクロック周波数で十分だ
からである。パワーセーブモードでは、このようにアプ
リケーションプログラムなどが問題なく動作できる最低
限のクロック周波数を与えること及び低電圧にすること
によって、消費電力の低減を図っているのである。クロ
ック周波数および電圧を変更する特定の要因には、I/
Oアクセス、インタラプトなどがある。まず、I/Oア
クセスについて説明すると、ユーザの使用する代表的な
アプリケーションプログラムを解析して、高速クロック
周波数での動作が必要なI/Oアクセスを抽出する。そ
して、抽出されたI/Oアクセスが発生した場合にの
み、クロック周波数を一定期間高速にするのである。次
に、インタラプトについて説明すると、キーボード装
置、RS−232C、ハードディスク装置などの特定の
インタラプトサイクルのみ、復帰(EOI)コマンドが
返ってきてからも一定期間、高速クロック周波数で情報
処理装置を動作させるのである。
【0018】
【発明の効果】本発明の情報処理装置であれば、高速動
作が要求されない通常の処理は、低速クロックおよび低
電圧の下で実行され、消費電力の低減が図られる。そし
て、高速動作が要求される特定の処理は、高速クロック
および高電圧に切り換えて、一定期間高速に実行され
る。このように、処理内容によってクロックおよび電圧
が切り換えられるので、高速動作が必要な処理の速度を
落とすことなく、消費電力の低減が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る情報処理装置の回路構
成図である。
【図2】CPUブロックの回路構成図である。
【図3】入出力ブロックの回路構成図である。
【図4】ビデオブロックの回路構成図である。
【図5】電圧切換回路の回路図である。
【図6】電圧の変動を示す波形図である。
【図7】電圧の変動を示す波形図である。
【図8】電圧の変動を示す波形図である。
【図9】監視用ICの回路図である。
【図10】表示用のLEDを示す概要図である。
【符号の説明】
10…CPUブロック 110…入出力ブロック 170…外部機器 210…ビデオブロック 290…液晶ディスプレイ 310…電源装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 1/32 G06F 1/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低周波数のクロックおよび低電圧で動作
    する低速モードと、高周波数のクロックおよび高電圧で
    動作する高速モードと、を有し、 I/Oアクセス信号またはインタラプト信号からなる特
    定要因が発生した場合に、前記低速モードと前記高速モ
    ードとを予め決められた一定期間切り換える切換手段を
    備え、 前記各モードの切換は、ソフトウエアを利用することな
    く自動的に行われ、 前記切換手段は、前記高速モードから前記低速モードに
    切り換える場合に、 周波数切換信号によって前記クロックを高周波数から低
    周波数に切り換えてから所定時間経過した後に、電圧切
    換信号によって前記電圧を高電圧から低電圧に切り換え
    ることを特徴とする情報処理装置。
  2. 【請求項2】 低周波数のクロックおよび低電圧で動作
    する低速モードと、高周波数のクロックおよび高電圧で
    動作する高速モードと、を有し、 I/Oアクセス信号またはインタラプト信号からなる特
    定要因が発生した場合に、前記低速モードと前記高速モ
    ードとを予め決められた一定期間切り換える切換手段
    と、 一定サイクルでリフレッシュ信号の入力が必要なデバイ
    スと、 電圧が前記低電圧と前記高電圧との間で切り換えられる
    電圧変化期間において、ある一定電圧ごとにリフレッシ
    ュ信号を前記デバイスに送信する誤動作防止手段と、を
    備え、 前記各モードの切換は、ソフトウエアを利用することな
    く自動的に行われることを特徴とする情報処理装置。
JP03164657A 1991-07-04 1991-07-04 情報処理装置 Expired - Lifetime JP3082175B2 (ja)

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