¿Cómo puede una CPU cambiar dinámicamente su frecuencia de reloj?

El reloj central de la CPU no se recibe directamente de la placa base. Ese reloj suele ser mucho más lento (a menudo por un factor de 10 o más) que la frecuencia interna de la CPU. En su lugar, la señal de reloj de la placa base se utiliza como frecuencia de referencia para un oscilador controlado por bucle de bloqueo de fase de mayor frecuencia dentro de la CPU. El reloj generado se ejecuta en algún múltiplo del reloj de referencia, y ese múltiplo se puede cambiar configurando ciertos registros en la CPU. La generación real del reloj se realiza puramente en hardware.

Para reducir aún más la energía, la CPU también envía una señal al regulador de voltaje que suministra su voltaje central para que funcione en un punto de ajuste más bajo. A frecuencias más bajas, la CPU puede funcionar a un voltaje más bajo sin fallar y, dado que el consumo de energía es proporcional al cuadrado del voltaje, incluso una pequeña reducción en el voltaje puede ahorrar una gran cantidad de energía.

El escalado de voltaje y frecuencia lo realiza el hardware, pero la decisión de ejecutar en un modo de bajo consumo la toma el software (el sistema operativo). La forma en que el sistema operativo determina el modo óptimo para ejecutarse es un problema separado y más complicado, pero es probable que se reduzca principalmente al porcentaje de tiempo que el sistema ha estado inactivo últimamente. Mayormente inactivo, baje la frecuencia. Mayormente ocupado, aumente la frecuencia. Una vez que el sistema operativo decide la frecuencia a la que se ejecutará, solo es cuestión de establecer un registro.

Referencia: " Tecnología Intel SpeedStep mejorada para el procesador Intel Pentium M "

Bueno, en los sistemas operativos modernos hay algo llamado "programador de tareas". Se ejecuta periódicamente (muy rápido) y selecciona (de una lista) qué próxima tarea ejecutar. Las tareas pueden estar en muchos estados, como seleccionar, bloquear, dormir, etc.

Si todas las tareas están en modo de selección (esperando algo del sistema operativo) y no se pueden ejecutar, o algunas están inactivas, etc., por lo que no se está haciendo un uso intensivo del procesador, el programador de tareas invocará una tarea especial denominada "inactiva". ".

Si el controlador de la CPU comprueba la tabla del programador de tareas y verifica que la tarea inactiva se ejecuta la mayor parte del tiempo de la CPU, simplemente enviará un comando al circuito PLL de generación de reloj de la CPU para reducir su reloj. Por el contrario, si la tarea inactiva requiere cada vez menos tiempo de CPU (lo que significa que la CPU se está utilizando mucho), el controlador de la CPU aumentará la velocidad de la CPU.

No es muy difícil, pero hay un límite inferior en el que la CPU no puede acelerarse más porque no todas las CPU son completamente estáticas (por lo que necesitan ciclos de actualización). La CPU completamente estática puede bajar hasta 0 (cero) MHz porque no hay estado que perder si se detiene el reloj.