Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

При разработке ультрабуков создатели концепции настоятельно рекомендуют соблюдать следующие конструктивные и функциональные характеристики:

• толщина систем с экранами менее 14 дюймов — не более 18 мм,
• толщина систем с экранами более 14 дюймов — не более 21 мм,
• продолжительное время автономной работы — более 5 часов для систем с центральными процессорами Intel Core 2-го поколения (Sandy Bridge) и более 8 часов для систем с Intel Core 3-го поколения (Ivy Bridge),
• быстрый выход из режима сна — менее 7 секунд,
• присутствие скоростных портов USB 3.0 или Thunderbolt,
• использование встроенных систем эффективной защиты информации и самих ультрабуков.

В качестве же основы таких систем выступают специально разработанные для ультрамобильных решений энергоэкономичные модели процессоров Intel с низкими и ультранизкими уровнями энергопитания и с низкими уровнями тепловых пакетов (TDP).

Несмотря на эти особенности, данные элементы являются еще и относительно высокопроизводительными изделиями.

Для поддержки этих процессоров для ультрабуков разработаны сверхкомпактные платформы, основой которых послужили соответствующие чипсеты этого же производителя. Дополненные компактными вариантами компьютерных комплектующих, они обеспечивают широкий набор функциональных возможностей.  

Итак, мобильные системы, удовлетворяющие указанным выше требованиям, формируют новый класс сверхкомпактных ноутбуков, модели которых получили право именоваться «ультрабуками».

Здесь необходимо подчеркнуть, что «ультрабук» — это торговая марка, собственником которой является компания Intel. Используя этот факт, именно эта компания оценивает и сертифицирует соответствующие модели сверхкомпактных ноутбуков, созданных и выпущенных другими компаниями, предоставляя право именовать их ультрабуками.

Поддерживая концепцию Intel, связанную с объявлением и поддержкой нового класса ноутбуков, о выпуске собственных моделей сверхкомпактных, сверхлегких, высокопроизводительных ноутбуков — ультрабуков объявили все основные игроки сектора компактных мобильных компьютеров, имеющих соответствующий опыт в разработке, выпуске и обслуживании ноутбуков разного класса.

В следующей части  данной статьи рассмотрены некоторые проблемы и приведены оценки.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Рост объемов мультимедийной информации и размеров системных и прикладных программных файлов, исчисляемых уже нередко в гигабайтах. Все это требует соответствующих технических средств обработки и хранения программ и данных.

Эти технические средства в процессе работы с информацией должны обеспечивать:

• быструю запись,
• возможность оперативного изменения,
• надежное, долгосрочное хранение программ и данных.

В компьютерных системах на эту роль уже сравнительно давно претендуют средства, созданные на основе проверенных временем следующих технологий:

• технологии записи на жесткие магнитные диски,
• технологии записи в массивы микросхем флэш-памяти.

Первая из них привела к созданию накопителей на жестких магнитных дисках (жестких дисков, HDD).

Вторая — к накопителям SSD, которые часто называют еще и твердотельными накопителями (SSD, Solid State Drive).

Достоинствами HDD являются:

• очень высокая емкость выпускаемых накопителй,
• очень низкая стоимость единицы хранения информации.

Достоинствами SSD являются:

• малый вес,
• компактность,
• энергоэкономичность,
• устойчивость к вибрациям и ударным нагрузкам.

Однако обладатели компьютерных систем, более половины которых составляют пользователи ноутбуков, хотят большей производительности при максимальном удобстве использования и минимальных тратах своих денежных средств. Это касается всех комплектующих, включая и накопители информации, обеспечивающие энергонезависимое хранение программ и данных.

К сожалению, при всех достоинствах микросхем флэш-памяти цена хранения информации с их помощью пока еще сравнительно высока.

В результате, несмотря на сравнительно быстрое снижение стоимости данных микросхем (и соответствующего уменьшения стоимости единицы хранения информации), существующие цены накопителей SSD не позволяют им вытеснить традиционные накопители, работа которых основана на использовании технологий магнитной записи.

Действительно, стоимость единицы хранения информации в SSD существенно выше стоимости хранения в HDD.

Как показывает опыт, твердотельные накопители часто и стоят в десять раз больше своих традиционных соперников. Особенно это касается старших моделей SSD, создаваемых на основе высококачественных, но весьма дорогих элементах.

Именно поэтому в настоящее время накопители на жестких магнитных дисках сохраняют свое доминирующее положение в компьютерных системах оперативной обработки информации.

При этом наибольшее распространение получили модели со скоростью вращения их магнитных дисков 5400 и 7200 оборотов в минуту (об/мин, RPM).

Конечно, как альтернатива традиционным моделям HDD, существуют специальные модели со скоростью вращения дисков 10 000 об/мин. Это обеспечивает существенно большую скорость чтения и записи информации по сравнению с накопителями, диски которых вращаются со скоростями 5400 и 7200 об/мин.

Однако HDD с дисками 10 000 об/мин характеризуются значительным энергопотреблением и теплообразованием, а также повышенными вибрациями.

Кроме того, они еще и вдвое дороже обычных HDD, и в целом они сравнительно малоэффективны.

Остается добавить, что их крайне трудно использовать в компактных системах, особенно это касается мобильных устройств, примером которых служат ноутбуки и нетбуки.

Альтернативные варианты рассмотрены  в следующей части  данной статьи. 
    

>>    Часть 2  
      

Евгений Рудометов 
 

Стандартные средства настройки энергопотребления, предусматривающие выбор подходящей схемы питания, позволяют оптимизировать расход энергии в зависимости от характера решаемых задач. Однако данные средства не позволяют реализовать все потенциальные возможности процессора.

Для более тонкой настройки режимов энергопотребления следует воспользоваться специализированными утилитами. Такие утилиты позволяют во многих случаях достичь лучшего результата по сравнению с традиционными стандартными средствами.

В качестве примера можно привести российскую утилиту RightMark CPU Clock/Power Utility (RMClock), позволяющую достичь лучшего результата в настройке энергопотребления процессора по сравнению со стандартными средствами, входящими в состав операционных систем, например, Windows XP. Более того, она лучше многих фирменных программных средств. 

Утилита работает практически со всеми процессорами. Для поддержки новых моделей периодически выпускаются новые версии.

Приведенные ниже примеры основаны на версии RMClock 2.35.0 (http://cpu.rightmark.org/download.shtml), которая была установлена на субноутбук с процессором Intel Pentium M ULV.

Интерфейс утилиты сравнительно прост и ее настройка не представляет особой сложности не только для специалистов-профессионалов, но и просто для более-менее подготовленных пользователей компьютеров. Однако новичку, который не обладает достаточными знаниями, лучше воспользоваться помощью более опытных коллег. Это позволит избежать досадных недоразумений и разочарований, а также возможных проблем.

Итак, основные окна утилиты RMClock:

• CPU info,
• Monitoring,
• Management,
• Profiles,
• Battery info,
• Advanced CPU Settings.

В окне CPU info (рис. 1) отображается общая информация о процессоре: модель процессора (CPU Model), название ядра (CPU Core), версия ядра (Revision). Кроме того, в данном окне приводится информация о технологиях, поддерживаемых процессором (PM Features). Активные технологии в окне утилиты выделены синим цветом, а неактивные — черным.

Рис. 1.  Окно CPU info утилиты RMClock 2.35

Кроме того, в этом окне отображаются тактовая частота ядра в реальном времени (Core Clock), частота троттлинга (Throttle), загрузка процессора (CPU Load) и загрузка процессора операционной системой (OS Load). А в следующих строчках — информация о коэффициенте умножения и напряжения питания. Здесь приведены: текущие значения, значения при старте, минимальные и максимальные значения. Кстати, утилита сама определяет тип и параметры процессора, что позволяет минимизировать вмешательство в настройки, установленные утилитой.

В следующей части  данной статьи приведены примеры настроек в окне Monitoring. 
    

>>    Часть 2  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Простейшие способы

Для того, чтобы увеличить время автономной работы мобильного компьютера, необходимо уменьшить энергопотребление его подсистем и комплектующих.

Одним из простейших и эффективных способов уменьшения общего энеропотребления является снижение яркости экрана до минимального, но приемлемого для работы уровня. Благодаря снижению яркости уменьшается энергопотребление дисплея — самого расточительного компонента компьютерной системы.

В результате уменьшения яркости время работы от аккумуляторной батареи увеличится, причем при минимальной яркости время может увеличиться весьма и весьма значительно по сравнению вариантом с максимальным уровнем.

Вообще говоря, этот метод экономии энергии является универсальным для всех мобильных устройств. 

Еще одним ресурсом экономии энергии аккумулятора являются аппаратные компоненты. Конструкторы стремятся к максимальной универсальности мобильных компьютеров. С этой целью они интегрируют максимальное количество контроллеров, однако очень редко они требуются все одновременно, более того, без некоторых контроллеров можно обходиться очень долгое время без ограничения своих потребностей в функциональности.

Например, в часто выполняемых работах далеко не всегда используются оптические дисководы DVD/CD.

Аналогичным образом обстоит дело и с беспроводными средствами передачи информации Wi-Fi и Bluetooth, а также с контроллером FireWire (IEEE1394), карт-ридером SD/SDHC/MMC, контроллером PCMCIA и т. п.

Неиспользуемые компоненты можно отключить, сэкономив значительную долю энергию автономного источника, что позволит продлить время автономной работы. Ну а когда что-то из отключенных средств потребуется, можно вернуть им работоспособность, включить снова.

Доступ к аппаратным средствам мобильного компьютера, работающего под управлением операционной системы Microsoft Windows XP, открывается с помощью клика правой клавишей мыши на иконке My Computer (Мой Компьютер).  

На рис. 2 приведен пример одного из возможных способов отключения оптического накопителя.

Рис. 2.  Отключение оптического дисковода

А еще для экономии энергии можно установить небольшое время до отключения монитора и накопителей на жестких магнитных дисках (жестких дисков) в случае неактивности устройства. Для этого достаточно воспользоваться соответствующими программными средствами, встроенными в операционные системы, управляющие мобильными устройствами.

Примеры отключения неиспользуемых устройств приведены  в следующей части  данной статьи. 
    

>>    Часть 3  
      

Евгений Рудометов 
 

Автономность является одним из важнейших свойств мобильных компьютеров, к которым относятся, например, многочисленные ноутбуки, нетбуки, КПК, UMPC, MID и т. п., а время автономной работы — один из приоритетных параметров этих и подобных мобильных устройств.

Увеличить время автономной работы можно за счет применения более мощного экземпляра батареи или просто использования второго экземпляра сменного аккумулятора.

Не подвергая сомнению истинность этого утверждения, можно напомнить об еще одном мощном резерве увеличения времени автономной работы. Речь идет об экономии энергии за счет использования специальных технологий, реализуемых аппаратно-программными средствами.

Действительно, как известно, продолжительность автономной работы от аккумуляторных батарей зависит от электрической мощности мобильного компьютера и энергетической емкости его батареи. При этом время автономной работы устройства пропорционально емкости и обратно пропорционально потребляемой мощности:
  

Время автономной работы (час) =
Емкость батареи (мВт×час) / Потребляемая мощность (мВт)

  
Эта простейшая формула означает, что время автономной работы увеличивается не только с ростом емкости аккумулятора, но благодаря снижению потребляемой энергии.

Потребляемая мобильным компьютером мощность складывается из энергопотребления всех его подсистем. Основными потребителями мощности является:

• дисплейная матрица (около 1/3 всей потребляемой энергии),
• центральный процессор,
• чипсет со встроенными видеосредствами,
• преобразователь напряжения,
• накопитель на жестких магнитных дисках.

Остальные компоненты ноутбука также потребляют свою долю энергию, но в существенно меньшем количестве.

Оценка относительного энергопотребления компонентов типового ноутбука приведена на рис. 1.

Рис. 1.  Оценка относительного энергопотребления компонентов ноутбука

Для обеспечения длительной работы устройств в автономном режиме важнейшей задачей конструкторов мобильных компьютеров является максимальное уменьшение энергопотребления элементов при сохранении общей функциональности и, конечно, производительности, по крайней мере, на приемлемом уровне.

Необходимо отметить, что снижение энергопотребления компонентами способствует не только увеличению времени автономной работы, но и уменьшает нагрев элементов, а следовательно, упрощает систему их охлаждения и способствует снижению уровня шума. Кстати, уменьшение нагрева элементов повышает устойчивость их работы и увеличивает их и общий ресурс безаварийной эксплуатации.

О методах снижения энергопотребления —  в следующей части  данной статьи. 
    

>>    Часть 2