Làm thế nào để các thiết bị / thiết bị vẽ thêm hiện tại khi cần thiết?

Giả sử tôi có một máy tính để bàn và tôi quyết định làm một cái gì đó đòi hỏi nhiều sức mạnh xử lý hơn. Trong trường hợp này, máy tính của tôi sẽ vẽ thêm dòng điện để tăng sức mạnh. Làm thế nào là sự gia tăng trong hiện tại thực hiện? Có phải máy tính của tôi mở ra nhiều mạch song song hơn nên tổng điện trở giảm? hoặc họ có chiết áp điện tử hoặc một cái gì đó hoàn toàn khác. Kỹ thuật được sử dụng trong máy tính để bàn có giống như khi tôi thay đổi nhiệt độ của lò không?

Bất kỳ trợ giúp nào cũng được đánh giá rất cao.

Tôi quyết định làm một cái gì đó đòi hỏi sức mạnh xử lý nhiều hơn. Trong trường hợp này, máy tính của tôi sẽ vẽ thêm dòng điện để tăng sức mạnh.

Cách khác: máy tính sẽ làm nhiều việc hơn và kết quả là nó sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng hơn.

Có phải máy tính của tôi mở ra nhiều mạch song song hơn nên tổng điện trở giảm?

Điều này gần đúng Ngoại trừ việc máy tính không thực sự hoạt động theo dòng điện liên tục , chúng hoạt động theo cụm được điều khiển bởi đồng hồ bên trong của chúng; mỗi hành động liên quan đến việc vẽ một số dòng điện để bật một bóng bán dẫn hoặc nhấn chìm một số dòng điện để tắt nó một lần nữa. Lần một tỷ bóng bán dẫn, một tỷ lần một giây. Nhiều tính toán liên quan đến nhiều bóng bán dẫn hơn.

Ở mức cao, vâng, bạn đúng khi máy tính mở ra nhiều bóng bán dẫn hơn hoặc ít nhất là chuyển đổi nhiều bóng bán dẫn hơn khi nó tiêu thụ nhiều dòng điện hơn. Ví dụ: nếu bạn có hệ số nhân phần cứng và nói chung bạn không sử dụng nó, các bóng bán dẫn trong hệ số nhân sẽ không được bật và do đó sẽ không thu được nhiều dòng điện. Nếu mã bây giờ yêu cầu nhân, các bóng bán dẫn trong nó bắt đầu chuyển đổi và điều đó sẽ làm giảm điện trở giữa VDD và mặt đất. Điều này sẽ rút ra nhiều hơn hiện tại. Bản vẽ hiện tại sẽ hạ thấp điện áp VDD. Bây giờ bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch sẽ phát hiện sự sụt giảm điện áp này và khởi động ở chu kỳ nhiệm vụ cao hơn để cho phép khả năng dòng điện cao và điện áp xấp xỉ.

Ở mức cao, các mạch yêu cầu nhiều dòng điện hơn bằng cách hạ thấp điện trở của chúng vì hầu hết các mạch hoạt động với nguồn điện áp không đổi.

Các máy tính hiện đại sử dụng các cổng logic được thiết kế để sử dụng rất ít năng lượng khi chúng ở trạng thái ổn định, nhưng cần một luồng năng lượng để chuyển chúng từ trạng thái này sang trạng thái khác.

Nếu máy tính không hoạt động, bộ xử lý sẽ ở trạng thái ngủ trong phần lớn thời gian. Hầu hết các mạch sẽ không làm gì cả, và do đó tiêu thụ ít năng lượng. Điều tương tự cũng xảy ra với các thành phần khác, chẳng hạn như GPU của card đồ họa.

Nếu sau đó bạn cho nó một cái gì đó để làm, thì đột nhiên nó thực hiện nhiều công việc hơn. Các cổng được bật và tắt thường xuyên hơn, và vì vậy chúng mất nhiều năng lượng hơn.

Ngoài ra, nhiều máy tính, đặc biệt là máy tính xách tay, được thiết kế để giảm sức mạnh cho toàn bộ các phần của máy tính nếu chúng không được sử dụng. Chẳng hạn, webcam trong máy tính xách tay sẽ bị tắt nguồn cho đến khi bạn mở một ứng dụng sử dụng nó.

Có một số cơ chế tiêu thụ năng lượng ở cấp chip.

Khi mạch chuyển đổi, có các tụ ký sinh bên trong trong tất cả các bóng bán dẫn và kết nối (bên trong các chip và bên ngoài). Các tụ điện này phải được sạc và xả khi các nút mạch được chuyển từ tắt sang bật (hoặc bật sang tắt). Các tụ điện rất nhỏ, nhưng khi bạn có hàng tỷ trong số chúng chuyển đổi hàng tỷ lần mỗi giây thì nó sẽ tăng lên. (sức mạnh này thực sự bị tiêu tan bởi điện trở phần tử mạch, bao gồm cả kháng ký sinh trong các tụ điện ký sinh)

Tất cả các phần tử mạch cũng có điện trở nên dòng chảy bất cứ nơi nào trong mạch tạo ra nhiệt và tiêu thụ năng lượng. Khi các nút mạch chuyển đổi, các tụ điện ký sinh trên các thiết bị phụ tải phải được thay đổi hoặc xả và điều này đòi hỏi dòng điện, từ đó, tạo ra nhiệt và tiêu thụ năng lượng.

Mức tiêu thụ năng lượng liên quan đến hai hiệu ứng này thay đổi theo số lượng hoạt động chuyển mạch nút bên trong, có nghĩa là mức tiêu thụ năng lượng thay đổi theo hoạt động (và tốc độ xung nhịp) của bộ xử lý và các yếu tố khác.

Các bóng bán dẫn và các thành phần khác bên trong các mạch tích hợp cũng có dòng rò. Điều này tạo ra mức tiêu thụ năng lượng cơ bản (tĩnh) vẫn xảy ra khi bộ xử lý không hoạt động. Nhiều hệ thống năng lượng thấp hiện đại tắt nguồn cho toàn bộ các hệ thống con trên bộ xử lý và các chip khác trong khi ngủ hoặc ở trạng thái không hoạt động để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng tĩnh này.

Có các cơ chế tiêu thụ năng lượng khác trong máy tính (nguồn điện cung cấp năng lượng, v.v.) nhưng chúng sẽ giúp bạn hiểu tại sao mức tiêu thụ điện thay đổi và tại sao vẫn có một mức tiêu thụ điện khi không có công việc nào được thực hiện.

Các IC khác nhau trong máy tính sẽ có mỗi lần rút khác nhau. Dưới đây là một số dữ liệu từ Atmega328P, một bộ vi điều khiển 8 bit 16 MHz đơn giản được sử dụng trong Arduino Uno và các bo mạch tương tự khác.

Mỗi IC khác nhau trong máy tính sẽ có mỗi lần rút khác nhau. Dưới đây là một số dữ liệu từ Atmega328P, một bộ vi điều khiển 8 bit 16 MHz đơn giản được sử dụng trong Arduino Uno và các bo mạch tương tự khác.

Ví dụ: Tính mức tiêu thụ hiện tại dự kiến ​​ở chế độ không tải với TIMER1, ADC và SPI được bật ở VCC = 2.0V và F = 1MHz. Từ Bảng Tiêu thụ hiện tại bổ sung (phần trăm) ở chế độ Hoạt động và nhàn rỗi trong phần trước, cột thứ ba, chúng tôi thấy rằng chúng tôi cần thêm 14,5% cho TIMER1, 22,1% cho ADC và 15,7% cho mô-đun SPI. Đọc từ hình cung cấp nhàn rỗi so với tần số thấp (0,1-1,0 MHz), chúng tôi thấy rằng mức tiêu thụ hiện tại nhàn rỗi là ~ 0,045mA tại VCC = 2.0V và F = 1MHz. Tổng mức tiêu thụ hiện tại ở chế độ không tải khi bật TIMER1, ADC và SPI, mang lại: ICCtotal ≃ 0,045 mA⋅ (1 + 0,145 + 0,221 + 0,177) ≃ 0,069 mA

(Giúp mở biểu dữ liệu để xem các bảng khác nhau).

Đối với máy tính, chạy ở tốc độ 3,2 GHz (nhanh hơn 200 lần) và có lẽ là điện áp logic lõi 1,8V (và 4 hoặc 8 lõi để đa luồng), điện áp 3,3V IO, nói chuyện với bộ nhớ và chip video và bộ điều khiển ổ cứng và USB bộ điều khiển và ethernet hoặc bộ điều khiển không dây, các tính toán sẽ tương tự nhau, với mỗi chip cộng tổng số tiền của nó vào tổng số. Bạn có thể thấy lý do tại sao bộ xử lý máy tính có một tản nhiệt lớn trên đỉnh với một quạt làm mát thổi không khí qua nó.

Điều đang xảy ra là máy tính không tăng đầu vào của nguồn điện, thay vào đó máy tính sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng hơn. Mỗi bộ phận trong máy tính của bạn có các bóng bán dẫn nhỏ hoạt động như các công tắc. Để giữ cho họ mở hoặc thay đổi trạng thái của họ một chút sức mạnh là cần thiết.

Khi thêm các thành phần tốt hơn hoặc phức tạp hơn, năng lượng cần thiết để chuyển đổi các bóng bán dẫn này tăng lên vì có nhiều hơn. Tất nhiên có nhiều yếu tố hơn, như kích thước của bóng bán dẫn, rò rỉ, v.v. nhưng ở mức độ cơ bản nhất thì đây là điều xảy ra.

Ngoài ra còn có một giới hạn về mức độ có thể cung cấp năng lượng thường được xác định bởi nguồn cung cấp năng lượng của bạn. Như một sự tương tự tưởng tượng điều này: Khi bạn đi xe đạp, bạn phải đặt một lượng năng lượng nhất định vào nó. Bây giờ bạn có một chiếc xe đạp mới với bánh xe tốt hơn, nhưng điều này đòi hỏi bạn phải đặt nhiều lực hơn vào nó. Đó không phải là bánh xe "yêu cầu" để có thêm sức mạnh. Chỉ là nó bắt buộc phải di chuyển và tiếp tục với nó. Tất nhiên cũng có giới hạn về lượng năng lượng bạn có thể nạp vào nó trước khi nó trở nên quá nhiều. Nếu bạn tiếp tục đi, bạn bị đau cơ.

Trong một máy tính nếu có quá nhiều năng lượng bị mất, nó sẽ không ổn định, giống như bạn sẽ không thể theo kịp việc sử dụng một chiếc xe đạp tốn quá nhiều năng lượng để di chuyển. Vì vậy, trong ngắn hạn, nó không phải là máy tính quyết định mức tiêu thụ năng lượng, mà là các thành phần rút năng lượng này ra khỏi nguồn cung cấp và nó cung cấp nhiều nhất có thể.

Hãy vẽ một bức tranh (sơ đồ nối dây, sơ đồ) để minh họa

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Khi dòng tải tăng, điện áp dòng điện thay đổi, từ 99.999 volt đến 99.998 volt.

Lưu ý điện trở rất thấp của đường dây điện là lý do cho điện áp đường dây điện gần như không đổi.