Як пристрої / прилади притягують більше струму при необхідності?

Припустимо, у мене є настільний комп’ютер, і я вирішу зробити щось, що вимагає більшої потужності для обробки. У цьому випадку мій комп'ютер буде підводити більше струму для збільшення потужності. Як здійснюється це збільшення струму? Чи відкриє мій комп'ютер більше паралельних схем, щоб загальний опір зменшився? чи у них електронний потенціометр чи щось інше. Чи техніка, що використовується в настільному комп’ютері, така сама, як якщо б я змінював температуру духовки?

Будь-яка допомога дуже вдячна.

Я вирішую зробити щось, для чого потрібна більша потужність обробки. У цьому випадку мій комп'ютер буде підводити більше струму для збільшення потужності.

Інакше: комп’ютер буде робити більше справ, і, як результат, він буде споживати більше енергії.

Чи відкриє мій комп'ютер більше паралельних схем, щоб загальний опір зменшився?

Це приблизно так. За винятком того, що комп’ютери насправді не працюють на постійному потоці струму, вони працюють у сплесках, керованих їх внутрішнім годинником; кожна дія включає або витягнення деякого струму для включення транзистора, або затоплення деякого струму, щоб знову його відключити. Час мільярд транзисторів, мільярд разів в секунду. Більше обчислень передбачає більше транзисторів.

Так, ви маєте рацію, що комп'ютер відкриває більше транзисторів або принаймні перемикає більше транзисторів, коли споживає більше струму. Наприклад, якщо у вас є апаратний множник і, як правило, ви його не використовуєте, транзистори в множнику не увімкнуться і, отже, не підуть багато струму. Якщо код тепер вимагає множення, транзистори в ньому починають перемикатися, і це знизить опір між ВДД і землею. Це призведе до більш актуального. Поточний розрив знизить напругу VDD. Тепер регулятор напруги комутації виявить це напруга відключення і почне працювати на більш високому робочому циклі, щоб забезпечити високу потужність струму і приблизно постійну напругу.

На широкому високому рівні ланцюги вимагають більшого струму, знижуючи їх опір, оскільки більшість ланцюгів працюють з джерелом постійної напруги.

Сучасні комп’ютери використовують логічні ворота, призначені для використання дуже малою потужністю, коли вони перебувають у стаціонарному стані, але які вимагають сплеску енергії, щоб переключити їх з одного стану в інший.

Якщо комп'ютер у режимі очікування, процесор буде перебувати у сплячому режимі протягом більшої частини часу. Більшість мікросхем нічого не робитимуть, а тому споживають мало енергії. Те ж саме стосується інших компонентів, таких як графічний процесор графічної карти.

Якщо потім дати йому щось зробити, то раптом це виконує більше роботи. Ворота частіше включаються та вимикаються, і тому вони забирають більше енергії.

Крім того, багато комп'ютерів, особливо ноутбуки, призначені для живлення цілих частин комп'ютера, якщо вони не використовуються. Наприклад, веб-камера в ноутбуці буде вимкнена, поки ви не відкриєте програму, яка її використовує.

Існує кілька механізмів споживання енергії на рівні чіпів.

Коли схеми перемикаються, у всіх транзисторах та з'єднувачах (як на мікросхемах, так і зовні) є внутрішні паразитичні конденсатори. Ці конденсатори потрібно заряджати та розряджати, коли вузли ланцюга перемикаються з увімкненого (або відключеного). Конденсатори крихітні, але коли у вас мільярди перемикають мільярди разів за секунду, він накопичується. (ця потужність фактично розсіюється опором елементів ланцюга, включаючи паразитичний опір в паразитарних конденсаторах)

Усі елементи схеми також мають опір, тому струм потоку в будь-якій точці контуру створює тепло і споживає енергію. Коли комутаційні вузли перемикаються, паразитичні конденсатори на пристроях із навантаженням повинні бути змінені або розряджені, і для цього потрібен потік струму, який, в свою чергу, створює тепло і споживає енергію.

Споживання енергії, пов'язане з цими двома ефектами, залежить від кількості операцій комутації внутрішніх вузлів, тобто споживання енергії змінюється залежно від активності (та тактової частоти) процесора та інших елементів.

Транзистори та інші компоненти всередині інтегральних мікросхем також мають струм витоку. Це створює базове (статичне) споживання енергії, яке все ще виникає, коли процесор неактивний. Багато сучасних систем малої енергії вимикають живлення на цілі підсистеми процесора та інших мікросхем під час сну або неактивних станів, щоб мінімізувати це статичне споживання електроенергії.

Існують інші механізми споживання енергії в комп’ютерах (спокійне джерело живлення тощо), але вони повинні допомогти вам зрозуміти, чому споживання електроенергії змінюється і чому все ще є деяке споживання енергії, коли робота не виконується.

У різних ІМС на комп'ютері кожен має різний малюнок. Ось деякі дані Atmega328P, простого 8-бітного 16 МГц мікроконтролера, що використовується в Arduino Uno та інших подібних платах.

У різних ІМС на комп'ютері кожен має різний малюнок. Ось деякі дані Atmega328P, простого 8-бітного 16 МГц мікроконтролера, що використовується в Arduino Uno та інших подібних платах.

Приклад: Обчисліть очікуване споживання струму в режимі очікування з TIMER1, ADC та SPI, включеними при VCC = 2,0 В і F = 1 МГц. З таблиці додаткового поточного споживання (відсоток) в режимі активного та простою в попередньому розділі, третьому стовпчику, ми бачимо, що нам потрібно додати 14,5% для TIMER1, 22,1% для АЦП та 15,7% для модуля SPI. Читаючи з малюнка нерегулярний струм живлення проти низької частоти (0,1-1,0 МГц), ми знаходимо, що споживання струму в режимі холостого ходу становить ~ 0,045 мА при VCC = 2,0 В і F = 1 МГц. Загальне споживання струму в режимі очікування з включеними TIMER1, ADC та SPI дає: ICCtotal ≃ 0,045 мА⋅ (1 + 0,145 + 0,221 + 0,157) ≃ 0,069 мА

(Допомагає відкрити таблицю даних для перегляду різних таблиць).

Для комп’ютера, що працює на частоті 3,2 ГГц (в 200 разів швидше) і, можливо, 1,8 В логічної напруги в ядрі (і 4 або 8 ядер для багатопотокового читання), 3,3 В IO напруги, розмови з пам'яттю та відео чіпами та контролером жорсткого диска та USB контролери та Ethernet або бездротовий контролер, розрахунки були б однаковими, і кожен чіп додавав власну суму до загальної суми. Ви можете зрозуміти, чому на комп'ютерному процесорі зверху великий радіатор, і вентилятор охолодження над ним дує повітря.

Що відбувається, це те, що комп’ютер не збільшує вхід енергії, а тим, що комп'ютер споживає більше наявної енергії. Кожна частина вашого комп'ютера має крихітні транзистори, які діють як комутатори. Щоб утримати їх відкритими або змінити стан, потрібно трохи потужності.

При додаванні кращих або складніших компонентів необхідна енергія для перемикання цих транзисторів зростає, оскільки їх більше. Звичайно, для цього є більше факторів, таких як розмір транзистора, витік тощо, але на самому базовому рівні це відбувається.

Існує також обмеження кількості енергії, яка може бути доставлена, як правило, визначається джерелом живлення. Як аналогія, уявіть це так: Коли ви їдете на велосипеді, вам потрібно вкласти певну кількість енергії. Тепер ви отримуєте новий велосипед з кращими колесами, але для цього потрібно докласти більше сил. Це не колеса, які "просять" більшої потужності. Просто потрібно рухатися і продовжувати це робити. Звичайно, є також обмеження, скільки енергії ви можете вкласти в нього, перш ніж воно виявиться занадто великим. Якщо ви продовжуєте йти, у вас болить м'яз.

У комп’ютері, якщо витрачається занадто багато енергії, він стає нестабільним, так само як ви не зможете продовжувати користуватися велосипедом, який коштує занадто багато енергії, щоб обійти його. Отже, коротше кажучи, не той комп’ютер вирішує, яку потужність він повинен витягти, це компоненти, які витягують цю потужність із джерела живлення, і вона дає скільки завгодно.

Давайте намалюємо малюнок (схему проводки, схему) для ілюстрації

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Зі збільшенням струму навантаження напруга в електромережі змінюється від 99,999 до 99,998 вольт.

Зауважте, що дуже низький опір лінії електропередачі є причиною майже постійної напруги лінії електропередачі.