JPH0876874A - 中央処理装置のクロック制御装置およびクロック制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マルチタスクの動作環境において、走行させる
プログラムの要求性能を満足する範囲において、必要最
低限のＣＰＵの動作クロックに自動的に切り替えて消費
電力を節約し、低消費電力で作動するようにＣＰＵのク
ロックを制御する。 【構成】タスク毎に必要とする中央処理装置１の性能情
報を設けて、前記タスク毎の中央処理装置１の性能情報
を設定する一つ以上の性能情報設定回路９，１０と、起
動中のタスクが必要とする必要最低限の性能で動作する
ように前記中央処理装置１のクロック周波数を決定する
選択情報生成回路７と、複数のクロック信号を発生する
発振回路６と、そのクロック信号の中から一つを選択し
て前記中央処理装置１へ与えるクロック選択回路５を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中央処理装置のクロッ
ク制御装置およびクロック制御方法に係り、パーソナル
コンピュータ（以下、単に「パソコン」という）や小
形情報端末に代表される情報処理装置に使用される中央
処理装置（Central Processing Unit、以下、「ＣＰＵ」
と略記する）の省電力化を達成するのに好適な中央処理
装置のクロック制御装置およびクロック制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要の増加によって、社会全
般にわたって電力の消費量が問題とされてきている。一
方、このような状況下で、小形コンピュータ市場が急激
に拡大し、パソコンの世界市場における設置台数は３０
０万台を越えている。また、電池で使用する携帯型情報
機器の要求もたかまりつつあり、そのような機器の低電
力化も重要な課題になりつつある。

【０００３】したがって、特に、このようなパソコンや
携帯型情報機器などの情報処理装置の中枢であるＣＰＵ
の消費電力低減が注目されており、従来、多くの手法が
試みられている。このようなＣＰＵの消費電力低減手法
の有力なもののひとつとして、ＣＰＵのクロックを制御
する手法がある。これは、特定の条件下において、低速
なクロックでＣＰＵを動作させることにより、ＣＰＵの
消費電力の抑制を達成するものである。ここで、この特
定の条件は、電源電圧が任意のレベルまで低下したこと
や、ＣＰＵに対する割り込みが発生したことなどがあ
る。

【０００４】さて、このようなＣＰＵの消費電力低減手
法に関して、特に、情報端末など通信機能を実現する上
で要求が強いマルチタスク機能を有する情報処理装置に
適用する発明としては、特開昭６２−１５０４１６号公
報に記載の「低消費電力状態への移行方式」がある。こ
の発明は、複数のタスクを並行動作させるオペレーティ
ングシステム（Operating System、以下、「ＯＳ」と略
記する）を搭載したシステムにおいて、実行すべきタス
クの有無を検出する手段と、コンピュータシステムを低
消費電力状態にするの手段を設け、実行すべきタスクが
無い場合にコンピュータシステムを低消費電力状態にす
る移行方式である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、コン
ピュータシステムを低消費電力状態に移行する方式につ
いて述べている。しかしながら、上記従来技術は、実行
すべきタスクが存在するかどうかを判定し、実行すべき
タスクがない場合のみ、低消費電力状態で動作するもの
であり、タスク実行中に低消費電力状態で動作しないた
め、その適用範囲が狭いという問題点があった。

【０００６】また、近年は、多大な演算性能を要求する
マルチメディア（動画、音声など）がシステムに取り込
まれてくることが多くなっている。例えば、ワープロや
表計算のソフトウエアと、テレビ会議のソフトウエアを
一つのパソコンで動作させる場合が考えられる。ここ
で、前者のワープロや表計算のソフトウエアは、ＣＰＵ
が数１０ＭＩＰＳ（百万命令／毎秒、Million Instruct
ion Per Second）の性能ならば十分使いものになるが、
後者テレビ会議のソフトウエアは動画及び音声の圧縮伸
張処理に加えて通信機能も必要になり、数１００ＭＩＰ
Ｓの性能を必要とする。一方、ＣＰＵの性能は、年率約
１．６倍程度の急速な高性能化傾向にあり、数年で数１
００ＭＩＰＳの性能に達するものと予測できる。しかし
ながら、数１０ＭＩＰＳと数１００ＭＩＰＳの動作状態
における消費電力の差は非常に大きいので、数１００Ｍ
ＩＰＳの性能を持つＣＰＵに数１０ＭＩＰＳのソフトウ
ェアを動作させることは電力の無駄な消費である。

【０００７】したがって、使用するソフトウエアに応じ
て性能を自動的に切り換える要請があったが、従来技術
では、プログラムの動作スピードに応じて、ＣＰＵの性
能を切り替えるという考え方はされていないという問題
点があった。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、その目的は、マルチタスクの
動作環境において、その情報処理装置で動作させるプロ
グラムの性能に応じて、低い性能で済む処理プログラム
の実行時には、その要求性能を満足する必要最低限のＣ
ＰＵの動作クロックに自動的に切り替えて消費電力を節
約して、タスク実行中でも低消費電力での作動を実現し
うるＣＰＵのクロック制御装置およびクロック制御方法
を提供することである。

【０００９】また、本発明の他の目的は、その情報処理
装置がＡＣ電源で作動するか電池で作動するかを判定
し、電池で作動するときにのみ、低消費電力で作動する
ＣＰＵのクロック制御装置およびクロック制御方法を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の中央処理装置のクロック制御装置に係る発
明の構成は、複数のタスクを起動し切り換えて実行でき
るマルチタスクのオペレーティングシステムとプログラ
ムとを格納するメモリと、前記マルチタスクのオペレー
ティングシステム環境下で、前記プログラムを実行し、
かつ、与えられるクロック周波数に基づいて動作スピー
ドが決定される中央処理装置とを備える情報処理装置の
中央処理装置のクロック制御装置において、前記マルチ
タスクのオペレーティングシステム環境下で起動される
タスク毎に必要とする中央処理装置の性能情報を設け
て、前記タスク毎の中央処理装置の性能情報を設定する
一つ以上の性能情報設定回路と、前記性能情報設定回路
に設定した一つ以上の性能情報を用いて、起動中のタス
クが必要とする必要最低限の性能で動作するように前記
中央処理装置のクロック周波数を決定する様に選択情報
を生成する選択情報生成回路と、複数のクロック信号を
発生する発振回路と、前記選択情報に応じて、前記複数
のクロック信号の中から一つを選択して前記中央処理装
置へ与えるクロック選択回路を設けたようにしたもので
ある。

【００１１】より詳しくは、上記中央処理装置のクロッ
ク制御装置において、前記中央処理装置と、前記一つ以
上の性能情報設定回路と、選択情報生成回路と、クロッ
ク選択回路を１チップ内に集積するようにしたものであ
る。

【００１２】上記目的を達成するために、本発明の中央
処理装置のクロック制御方法に係る発明の構成は、複数
のタスクを起動し切り換えて実行できるマルチタスクの
オペレーティングシステムとプログラムとを格納するメ
モリと、前記マルチタスクのオペレーティングシステム
環境下で、前記プログラムを実行し、かつ、与えられる
クロック周波数に基づいて動作スピードが決定される中
央処理装置とを備える情報処理装置の中央処理装置のク
ロック制御方法において、前記マルチタスクのオペレー
ティングシステム環境下で起動されるタスク毎に必要と
する中央処理装置の性能情報を設けて、一つ以上の性能
情報設定回路と、選択情報生成回路と、複数のクロック
信号を発生する発振回路と、クロック選択回路とを有
し、前記一つ以上の性能情報設定回路が、前記タスク毎
の中央処理装置の性能情報を設定し、前記選択情報生成
回路が、前記性能情報設定回路に設定した一つ以上の性
能情報を用いて、起動中のタスクが必要とする必要最低
限の性能で動作するように前記中央処理装置のクロック
周波数を決定する様に選択情報を生成し、前記クロック
選択回路が、前記選択情報に応じて、前記発振機から発
生した複数のクロック信号の中から一つを選択して前記
中央処理装置へ与えるようにしたものである。

【００１３】より詳しくは、上記中央処理装置のクロッ
ク制御方法において、前記マルチタスクのオペレーティ
ングシステムが、前記各タスクが必要とする性能情報を
各タスク単位で管理し、タスクを起動する際に、前記性
能情報設定回路へ起動するタスクの性能情報を設定する
ステップを有することと、さらに、タスクを終了する際
に、前記性能情報設定回路に設定してある該当するタス
クの性能情報を無効にするステップを有するようにした
ものである。

【００１４】さらに詳しくは、上記中央処理装置のクロ
ック制御方法において、前記タスクを起動する際に、そ
のタスクの性能情報をタスク管理テーブルへ登録するス
テップと、起動中の全タスクの性能情報を読み出すステ
ップと、前記全タスクの性能情報を用いて、必要最低限
の中央処理装置の性能情報を算出するステップと、前記
中央処理装置の性能情報を前記選択情報生成回路へ設定
するステップを有すること、さらに、タスクを終了する
際に、そのタスクの性能情報をタスク管理テーブルから
削除するステップと、起動中の全タスクの性能情報を読
み出すステップと、前記全タスクの性能情報を用いて必
要最低限の中央処理装置の性能情報を算出するステップ
と、前記中央処理装置の性能情報を前記選択情報生成回
路へ設定するステップを有するようにしたものである。

【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
の中央処理装置のクロック制御装置に係る発明の別の構
成は、上記中央処理装置のクロック制御装置において、
前記プログラムに従って、前記中央処理装置が、前記性
能情報設定回路から得る一つ以上の性能情報から、前記
中央処理装置のクロック選択情報を生成するようにした
ものである。

【００１６】さらに別の構成は、上記上記中央処理装置
のクロック制御装置において、前記情報処理装置が、電
源供給手段として、電池とＡＣ電源のどちらでも使用で
き、電源供給手段の識別手段を設けることで、電池を使
用しているときと、ＡＣ電源を使用しているときを識別
し、その識別した結果によって、前記中央処理装置が、
前記性能情報設定回路から得る一つ以上の性能情報か
ら、前記中央処理装置のクロック選択情報を生成するよ
うにしたものである。

【００１７】

【作用】本発明によれば、個々のプログラムの固有の性
能情報を有し、マルチタスク化においてタスクの起動お
よび終了時に、動作しているプログラムの性能情報によ
って選択情報生成回路で必要なＣＰＵの性能を決定し、
ＣＰＵのクロックを制御する。そのため、複数のプログ
ラムが並列に実行している場合でも、各プログラムの要
求性能を考慮してＣＰＵの動作クロックを決定している
ので、必要かつ最低の電力で動作可能になる。

【００１８】また、電源検出回路によって、その情報処
理装置の電源がＡＣ電源か電池かを判定し、電源が電池
のときには選択情報生成回路で、ＣＰＵのクロックを低
い状態で作動させることにしておくことにより、電池で
作動するときにのみ、低消費電力で作動することにな
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明に係る各実施例を、図１ないし
図１２を用いて説明する。 〔実施例１〕以下、本発明に係る第一の実施例を、図１
ないし図６を用いて説明する。先ず、図１を用いて本発
明に係るＣＰＵのクロック制御装置の回路構成について
説明しよう。図１は、本発明の第一の実施例に係るＣＰ
Ｕのクロック制御装置の回路構成を示すブロック図であ
る。

【００２０】図１において、発振回路６は、８種類の周
波数のクロックを生成することができる。選択情報回路
７は、クロック選択回路５を制御するための回路であ
る。性能情報設定回路９，１０は、タスクの負荷情報を
保持するための回路である。メモリ１３には、ＣＰＵ１
が使用するプログラムやデータが格納される。そして、
図に示される様に、タスク管理プログラム１４およびタ
スク管理テーブル１５は、このメモリ１３に格納される
ものである。

【００２１】ＣＰＵ１へは、５〜４０ＭＩＰＳまでＭＩ
ＰＳ間隔で８レベルの動作状態を指定できるものとす
る。発振回路６は、上記各レベルに対応する８種類の周
波数のクロックを出力する。

【００２２】また、本発明に係る情報処理装置は、マル
チタスクのＯＳ（Operating System)が起動され、その
ＯＳ上で各種プログラムを実行することを前提としてい
る。ＯＳは、タスクの起動と終了を制御するタスク管理
プログラム１４を含んでいる。さらに、タスク管理プロ
グラム１４の制御に必要な各種情報がタスク管理テーブ
ル１５に含まれている。具体的には、各タスクごとに、
各タスクをユニークに識別するタスクＩＤ、必要なメモ
リ容量などに加えて、本発明に特徴的な性能情報とペン
ディングフラグが登録される項目として存在している。

【００２３】性能情報は、各タスクが実行するプログラ
ムの内容に応じて指定されるＣＰＵの負荷となる能力で
ある。ペンディングフラグは、あるタスクの性能情報が
性能情報設定回路に設定するための待ち状態になってい
ることを示すフラグである。

【００２４】ペンディングフラグの役割は、後にフロー
を用いて本発明の動作を説明するときに明らかになるの
で、先に、性能情報について説明する。性能情報は、上
で述べたように、タスクが実行するプログラムの内容に
応じて指定する。例えば、ワードプロセッサに関するプ
ログラムの場合で、編集プログラムは、１０ＭＩＰＳ、
印刷プログラムは、５ＭＩＰＳのＣＰＵ性能が必要であ
るとする。

【００２５】このような状況において、タスク管理プロ
グラム１４が、編集プログラムのタスクを起動する際
に、性能情報設定回路９へ１０ＭＩＰＳの性能情報を設
定すると、選択情報回路７は、１０ＭＩＰＳに相当する
ＣＰＵ１の動作周波数に対応する選択情報を生成する。
この選択情報にしたがって、クロック選択回路５は該当
するクロックを選択して、クロック線４を介して、ＣＰ
Ｕ１へ供給する。これにより、ＣＰＵ１は１０ＭＩＰＳ
で動作する。これが、本発明の基本的な仕組みである。

【００２６】続いて、ワードプロセッサで編集した文書
を印刷する際には、タスク管理プログラム１４が印刷プ
ログラムのタスクを起動する。このとき、性能情報設定
回路１０へ５ＭＩＰＳの性能情報を設定する。選択情報
回路７は、性能情報設定回路９に設定した１０ＭＩＰＳ
の性能情報と性能情報設定回路１０に設定した性能情報
から、１５ＭＩＰＳに相当するＣＰＵ１の動作周波数に
対応する選択情報を生成する。この選択情報にしたがっ
て、クロック選択回路５は該当するクロックを選択し
て、クロック線４を介して、ＣＰＵ１へ供給する。これ
により、ＣＰＵ１は１０ＭＩＰＳから１５ＭＩＰＳへ、
より高速な動作モードへ移行する。

【００２７】性能情報は、時間ごとの処理能力であらわ
されるので、両タスクが並列実行されるばあいには、両
タスクの加算になることに留意しよう。

【００２８】本発明によれば、このように、ワードプロ
セッサで編集中に印刷を実行した場合でも、負荷に見合
ったようにＣＰＵ１の性能を向上させて、印刷しながら
でも編集のための十分な操作環境を得ることができるの
である。

【００２９】次に、図２を用いて性能情報設定回路の詳
細な回路構成について説明しよう。図２は、本発明の第
一の実施例に係る性能情報設定回路の回路構成を示すブ
ロック図である。

【００３０】上述したように、性能情報設定回路９は、
タスク管理プログラム１４によって起動される各タスク
ごとの性能情報を保持するための回路である。タスク起
動時に、性能情報が性能情報設定レジスタ２２へ設定さ
れると共に、そのタスクのタスクＩＤがタスクＩＤ設定
レジスタ２０へ、さらに、タスクＩＤ設定レジスタ２０
と性能情報設定レジスタ２２の設定が有効であることを
示すイネーブル情報がイネーブル設定レジスタ２１へ設
定される。イネーブル設定レジスタ２１は、論理値
「１」の時に有効状態、論理値「０」の時に無効状態を
示す。したがって、論理積回路２３は、有効状態の場合
のみ、性能情報設定レジスタ２２の情報を性能情報線１
１へ出力する。逆に、無効状態の場合、論理値「０」が
性能情報線１１へ出力される。

【００３１】ここで、イネーブル設定レジスタ２１が、
有効状態のときが、この性能情報設定回路に設定された
値が有効であることを示し、逆の無効状態が、この性能
情報設定回路に設定された値が無効であり、いわば、値
が設定されていないことを示している。

【００３２】また、タスクＩＤ設定レジスタ２０、イネ
ーブル設定レジスタ２１および性能情報設定レジスタ２
２の設定情報は、アドレスバス２およびデータバス３を
介して、ＣＰＵ１が読みだし可能であり、タスク管理プ
ログラム１４が性能情報設定回路９の設定情報を知るこ
とができる。

【００３３】次に、図３を用いて選択情報生成回路の詳
細な回路構成について説明しよう。図３は、本発明の第
一の実施例に係る選択情報生成回路の回路構成を示すブ
ロック図である。

【００３４】本実施例は、ＣＰＵ１へ８レベルの動作状
態を指定できたことを想起しよう。したがって、この選
択情報生成回路７は、３ビット情報を扱うものになる。

【００３５】図３において、加算回路３０は、３ビット
の情報を加算する。キャリー信号線３１は、加算結果が
桁上がりした時に論理値「１」を示す。デコーダ回路３
５は、３ビットである。

【００３６】加算回路３０は、性能情報線１１の性能情
報（０〜７）と性能情報線１２の性能情報（０〜７）の
加算結果を、論理和回路３２〜論理和回路３４へ出力す
る。加算結果が７以下の場合、キャリー信号線３１が論
理値「０」となり、論理和回路３２〜論理和回路３４
は、加算回路３０の加算結果をそのままデコーダ回路３
５へ出力する。

【００３７】一方、加算回路３０の加算結果が８以上の
場合、加算結果７がデコーダ回路３５へ出力される。要
するに、キャリー信号線３１が論理値「１」となり、論
理和回路３２〜論理和回路３４は全て論理値「１」をデ
コーダ回路３５へ出力する。このような場合分けは、ク
ロック選択回路５が選択できるクロックが８種類に限ら
れているために、性能情報の最高のレベルを７に押さえ
るため必要となるものである。例えば、クロック選択回
路５が１６種類のクロックを選択可能ならば、この選択
情報回路の構成も異なったものになる。

【００３８】このように論理和回路３２〜論理和回路３
４が出力する性能情報を受けて、デコーダ回路３５は、
該当するクロック信号を選択するための情報を選択情報
信号線８へ出力する。

【００３９】以上説明したように、選択情報回路７は、
性能情報線１１および１２の情報から生成したクロック
選択情報を、選択情報信号線８へ出力し、クロック選択
回路５に適切なクロックを選択させるものである。

【００４０】次に、図４および図５を用いてタスク管理
プログラム１４の詳細を説明しよう。図４は、タスク起
動時のタスク管理プログラムの動作をあらわすフローチ
ャートである。図５は、タスク終了時のタスク管理プロ
グラムの動作をあらわすフローチャートである。

【００４１】先ず、図４を用いてタスク管理プログラム
１４がタスクを起動する場合の動作を、図の順を追って
説明しよう。最初に、通常のマルチタスクＯＳがおこな
う所定のタスク起動処理がおこなわれる（Ｓ４００）。
ここでは、タスク管理テーブル１５の内容が更新され
る。すなわち、タスク管理テーブル１５に、新しく起動
するタスクのタスクＩＤ、必要なメモリ容量、性能情報
などが登録される。

【００４２】次に、性能情報設定回路９，１０に設定さ
れているイネーブル情報を読み込み（Ｓ４０１）、その
情報が有効か無効かをチェックする（Ｓ４０２）。これ
は、使われていない性能情報設定回路があるか調べるも
のである。

【００４３】どちらかのイネーブル情報が無効状態なら
ば、該当する方の性能情報設定回路（９，１０のどちら
か）へ、起動するタスクのタスクＩＤ、イネーブル有効
情報及び性能情報を設定する（Ｓ４０３）。これによ
り、新しいタスクが起動された環境下において最適なク
ロック周波数でＣＰＵ１が動作することになり、タスク
起動処理を終了する。

【００４４】一方、Ｓ４０２のステップにおいて、イネ
ーブルが全て有効状態ならば、性能情報設定回路は、す
べて他のタスクに使用されている状態である。この場合
には、新しく起動したタスクによって、これらの性能情
報設定回路９，１０の性能情報を更新するべきかどうか
を調べる必要がある。

【００４５】この場合は、これらの性能情報設定回路
９，１０の性能情報を読み込む（Ｓ４０４）。

【００４６】次に、読み込んだ各々の性能情報と、起動
するタスクの性能情報を、比較する（Ｓ４０５）。その
結果、起動するタスクの性能情報が最も低い値であるな
らば、既に起動されているタスクによって、十分にＣＰ
Ｕの性能が上昇している状態である。よってこの場合
は、性能情報設定回路９，１０の更新せずに、タスク管
理テーブル１５中の起動するタスクのペンディングフラ
グを有効状態にして（Ｓ４０７）、終了する。ここで、
ペンディングフラグは、タスクとしては、起動したもの
の、そのことが性能情報設定回路９，１０には、影響を
与えていないことを示している。このペンディングフラ
グは、後のタスク終了時に参照される。

【００４７】一方、起動するタスクの性能情報が最も低
い値でないならば、この起動されたタスクに対応して、
ＣＰＵの性能を上昇させなければならない。したがっ
て、この場合には、最も低い値が設定されている方の性
能情報設定回路（９，１０のどちらか）へ、起動するタ
スクのタスクＩＤ、イネーブル有効情報及び性能情報を
設定する（Ｓ４０６）。そして、その書換えた性能情報
設定回路のプロセスＩＤに対応するプロセスのペンディ
ングフラグを有効にして、終了する。これは、書換えに
より、既に起動されているタスクが、性能情報設定回路
の性能に反映されなくなったため、後で復帰させるため
である。

【００４８】これにより、新しいタスクが起動された環
境下において最適なクロック周波数でＣＰＵ１が動作す
ることになり、タスク起動処理を終了する。

【００４９】以上説明したように、本実施例は、２個の
性能情報設定回路９と１０で構成しているが、この個数
を増やす場合にも対応可能であり、個数を増やすほどき
め細かなクロック制御が可能になり、省電力化の効果を
得ることができる。

【００５０】先ず、図５を用いてタスク管理プログラム
１４がタスクを終了させる場合の動作を、図の順を追っ
て説明しよう。最初に、性能情報設定回路９および１０
に設定されているタスクＩＤ情報を読み込み（Ｓ５０
１）、その情報が終了しようとするタスクのタスクＩＤ
と一致しているかをチェックする（Ｓ５０２）。これ
は、終了しようとするタスクの性能が性能情報設定回路
に反映されているか調べるためのものである。

【００５１】どちらかの性能情報設定回路に格納された
タスクＩＤと終了しようとするタスクのタスクＩＤ情報
が一致するならば、該当する方の性能情報設定回路
（９，１０のどちらか）へ、イネーブル無効情報を設定
する（Ｓ５０３）。これは、性能情報設定回路の情報を
消去したことに該当する。

【００５２】次に、タスク管理テーブル１５中にペンデ
ィングフラグが有効状態となっているタスクが存在する
かをチェックする（Ｓ５０４）。ペンディングフラグが
有効状態となっているということは、そのタスクが起動
されており、性能情報設定回路９，１０に性能を設定す
るために待ち状態になっていると考えることができる。
したがって、ペンディングフラグが有効状態となって
いるタスクが存在するならば、そのタスクのタスクＩ
Ｄ、イネーブル有効情報及び性能情報を、ステップ５０
３において該当した性能情報設定回路（９，１０のどち
らか）へ設定する（Ｓ５０５）。そして、設定したタス
クのペンディングフラグを無効状態にする（Ｓ５０
６）。

【００５３】これにより、タスクが終了した環境下にお
いて最適なクロック周波数でＣＰＵ１が動作することに
なる。

【００５４】最後に、タスク管理テーブル１５から終了
するタスクに関する情報を削除するなど、通常のマルチ
タスクＯＳが行う所定のタスク終了処理がおこなわれ
（Ｓ５０７）、タスク終了処理を終了する。

【００５５】一方、ステップＳ５０２において、どちら
かのタスクＩＤ情報も一致しないならば、終了するタス
クはＣＰＵ１の動作周波数決定に影響していないことに
なる。したがって、ステップＳ５０３〜Ｓ５０６を飛び
越して、ステップＳ５０７を実行し、タスク終了処理を
終了する。

【００５６】同様に、ステップＳ５０４において、ペン
ディングフラグが有効状態のタスクが存在しないなら
ば、ＣＰＵ１の動作周波数決定に影響するべきタスクが
ないことになる。したがって、ステップＳ５０５、Ｓ５
０６を飛び越して、ステップ５０７を実行し、タスク終
了処理を終了する。

【００５７】最後に、図６を用いて以上説明した実施例
の具体的な動作の例を経時順に説明してみよう。図６
は、各タスクの状態と性能情報の関係を経時順に示した
タイミングチャートである。

【００５８】より詳しくは、図６は、各タスクの起動と
終了を示すイベントと、起動されたタスクの状態（実行
状態と待機状態間の遷移）と、性能情報設定回路９およ
び性能情報設定回路１０に設定される性能情報と、ＣＰ
Ｕ１の実動作に相当する性能情報を示したものである。
この図における時間軸の単位として、各イベントを起点
とした６つのタイムスロット（０〜５）を用いることに
した。

【００５９】図６の様に、タスクＡ、タスクＢ、タスク
Ｃが起動されるのであるが、これらの各々に対応する性
能情報は、「２」、「４」、「５」とすることにしよ
う。

【００６０】先ず、タイムスロット０では、ＯＳだけが
動作しており、実行中のタスクは存在しない。このと
き、性能情報設定回路９および性能情報設定回路１０に
はイネーブルが無効状態に設定されており、ＣＰＵ１
は、最低性能「０」で動作している。

【００６１】次に、タスクＡが起動されたタイムスロッ
ト１では、タスク管理プログラム１４が性能情報設定回
路９へイネーブル有効情報と性能情報「２」を設定す
る。これにより、ＣＰＵ１は性能情報「２」に相当する
性能で動作することになる。

【００６２】次に、タスクＢが起動されたタイムスロッ
ト２では、先ず、タスクＢが実行状態となり、タスクＡ
は実行状態から待機状態へ遷移する。さらに、タスク管
理プログラム１４が性能情報設定回路１０へイネーブル
有効情報と性能情報「４」を設定する。これにより、性
能情報設定回路９に設定された性能情報「２」と性能情
報設定回路１０に設定された性能情報「４」が、選択情
報生成回路７で加算されて、ＣＰＵ１は性能情報「６」
に相当する性能で動作する。この動作環境下で、タスク
ＡとタスクＢは、背反的に実行状態と待機状態の間を遷
移する。

【００６３】次に、タスクＣが起動されたタイムスロッ
ト３では、先ず、タスクＣが実行状態となり、タスクＡ
は実行状態から待機状態へ遷移する。起動されるタスク
Ｃの性能情報は、「５」なので、タスク管理プログラム
１４は、性能情報設定回路９および性能情報設定回路１
０へ設定されている性能情報を比較し、低い性能情報が
設定されている方の性能情報設定回路９へ、性能情報
「５」を設定する。これにより、本来性能情報は「９」
となるが、本実施例では、性能情報の最大レベルが
「７」なので、ＣＰＵ１は性能情報「７」に相当する性
能で動作する。

【００６４】また、タスク管理プログラム１４は、タス
ク管理テーブル１５中のタスクＡのペンディングフラグ
を有効状態とする。このような動作環境下で、タスク
Ａ、タスクＢ、タスクＣは、背反的に実行状態と待機状
態の間を遷移する。

【００６５】次に、タスクＢが終了されたタイムスロッ
ト４では、先ず、タスクＣが実行状態となり、タスクＢ
は終了する。さらに、タスク管理プログラム１４は、タ
スクＢの性能情報「４」の代わりにペンディングフラグ
が有効状態となっているタスクＡの性能情報「２」を性
能情報設定回路１０へ設定する。すなわち、追い出され
ていたタスクＡの性能情報を復帰させるわけである。こ
れにより、ＣＰＵ１は性能情報「７」に相当する性能で
動作する。この動作環境下で、タスクＡとタスクＣは、
背反的に実行状態と待機状態の間を遷移する。

【００６６】最後に、タスクＡが終了されたタイムスロ
ット５では、先ず、タスクＣが実行状態となり、タスク
Ａは終了する。さらに、タスク管理プログラム１４は、
終了するタスクＡの性能情報「２」を無効にするため性
能情報設定回路１０へイネーブル無効情報を設定する。
これにより、性能情報設定回路９だけが有効となり、Ｃ
ＰＵ１は性能情報「５」に相当する性能で動作する。

【００６７】以上説明した第一の実施例では、性能情報
設定回路が２個の構成であるが、これに限定したわけで
はなく、性能情報設定回路の数を増やせば、ＣＰＵ１の
動作速度を、さらに、きめ細かく制御できる。同様に、
ＣＰＵ１のクロック周波数も８種類に限定したわけでは
なく、周波数の選択しを増やせば、さらにきめ細かな省
電力制御が可能になる。

【００６８】〔実施例２〕以下、本発明に係る第二の実
施例を、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第二
の実施例に係るＣＰＵのクロック制御装置の回路構成を
示すブロック図である。

【００６９】この第二の実施例は、基本的な構成と動作
およびその思想は、同様のものによるものであるが、そ
の特徴は、回路構成を集積して１チップ化するところに
ある。

【００７０】発振器６２は、クロック信号を発生し、分
周回路６１は、周波数が異なる８種類のクロック信号を
発生する。また、低電力対応ＣＰＵ６０は、ＣＰＵ１
と、性能情報設定回路９，１０と、選択情報生成回路７
と、クロック選択回路５と、分周回路６１とを１チップ
に集積化したプロセッサである。

【００７１】この実施例では、性能情報設定回路９など
の回路部が低電力対応ＣＰＵ６０に集積化されておるた
め、回路構成全体の部品点数を削減できるという利点が
ある。

【００７２】また、低電力対応ＣＰＵ６０が分周回路６
１を内蔵するため、発振器６２からのクロック信号線は
１本で済むことになる。低電力対応ＣＰＵ６０に内蔵す
る回路は、第一の実施例で説明したように、比較的簡単
なハードウエアで構成できるため、回路規模が比較的小
さく、ピン数もＣＰＵ１と比較して、それほど増加する
ことはないので、十分に集積回路として構成することは
可能である。

【００７３】この第二の実施例の効果としては、回路を
集積化することによる小形化、低電力化だけでなく、ハ
ードウエアの実装設計が容易になることもある。すなわ
ち、クロック選択回路５をチップ内部に取り込んだこと
で、ＣＰＵクロックの高速化に伴い問題となるクロック
信号の反射や干渉など実装上の技術課題が緩和されるの
である。

【００７４】〔実施例３〕以下、本発明に係る第三の実
施例を、図８ないし図１０を用いて説明する。図８は、
本発明の第三の実施例に係るＣＰＵのクロック制御装置
の回路構成を示すブロック図である。

【００７５】この第三の実施例の特徴は、第一の実施例
において、性能情報設定回路９，１０と選択情報設定回
路７が生成する選択情報を、図８に示されるタスク管理
プログラム７１に従って、選択情報設定回路７０が生成
することにある。

【００７６】ここで、選択情報設定回路７０は、クロッ
ク選択回路５へ与える選択情報を設定する回路であり、
タスク管理プログラム７１は、選択情報を生成する機能
を持つプログラムである。

【００７７】以下、この選択情報設定回路７０の機能
を、図９を用いて詳細に説明しよう。図９は、本発明の
第三の実施例に係る選択情報設定回路の回路構成を示す
ブロック図である。

【００７８】本実施例でも、取扱える性能レベルは、８
段階を想定しており、したがって、レジスタ８０は、３
ビットである。選択情報設定回路７０においては、アド
レスバス２とデータバス３を介して、ＣＰＵ１が３ビッ
トの性能情報を設定するとともに、設定した性能情報を
読み出すことができる。設定する性能情報は、実施例１
とは異なり、性能情報設定回路が生成するのではなく、
タスク管理プログラム７１によって生成する。この性能
情報は、選択情報設定回路７０の中のデコーダ回路３５
へ送られ、デコーダ回路３５は、上記性能情報からクロ
ック選択情報を生成して、選択情報信号線８へ出力し、
これによって、最終的にＣＰＵ１の動作周波数が決めら
れることになる。

【００７９】次に、実施例１との相違も考慮に入れて、
タスク管理プログラム７１の性能情報を設定する動作の
詳細を、図１０の順を追って説明しよう。図１０は、タ
スク管理プログラムの性能情報を設定する動作をあらわ
すフローチャートである。

【００８０】先ず、タスク管理プログラム７１は、これ
からおこなう処理がタスクの起動処理か終了処理かをチ
ェックする（Ｓ９００）。

【００８１】起動処理ならば、図４のステップＳ４００
と同様に、所定のタスク生成処理を行う（Ｓ９０１）。
ここでは、起動するタスクに対応する各種情報をタスク
管理テーブル１５へ登録する。

【００８２】逆に、終了処理ならば、図５のステップＳ
５０７と同様に、所定のタスク終了処理を行う（Ｓ９０
２）。ここでは、終了するタスクに対応する各種情報を
タスク管理テーブル１５から削除する。

【００８３】ステップＳ９０１およびＳ９０２の次に
は、起動中のタスクが存在するかをチェックする（Ｓ９
０３）。このチェックは、タスク管理テーブル１５への
登録の有無を調べれば良い。

【００８４】登録があるならば、登録されている全タス
クの性能情報を読み出す（Ｓ９０４）。次に、読みだし
た性能情報の総和を求めて、ＣＰＵ１の性能情報を生成
し（Ｓ９０５）、ＣＰＵ１の性能情報の値が「８」を越
えているかをチェックする（Ｓ９０６）。越えてないな
らば、そのＣＰＵ１の性能情報をレジスタ８０へ設定す
る（Ｓ９０７）。

【００８５】逆に、ＣＰＵ１の性能情報の値が「８」を
越えているならば、ＣＰＵ１の性能情報の値を「７」
（本実施例における性能情報の最大値）として（Ｓ９０
８）、レジスタ８０へ設定する（Ｓ９０７）。

【００８６】また、ステップＳ９０３において、起動中
のタスクが存在しないならば、ＣＰＵ１の性能情報の値
を「０」（本実施例における性能情報の最小値）として
（Ｓ９０９）、レジスタ８０へ設定する（Ｓ９０７）。

【００８７】このように、タスクの起動時および終了時
において、性能情報からＣＰＵ１へ与える選択情報を生
成する機能をタスク管理プログラム７１に持たせれば、
この既脳をソフトウエアで実現できる。したがって、本
実施例においては、実施例１とは異なり性能情報設定回
路９，１０が不要であり、ハードウエアの部品点数を削
減できるという利点がある。

【００８８】〔実施例４〕以下、本発明に係る第四の実
施例を、図１１および図１２を用いて説明する。本実施
例の特徴は、使用している電源に従って、ＣＰＵ１の性
能を制御することにある。

【００８９】それを考慮して、図１１を用いて、本実施
例に係るＣＰＵのクロック制御装置の回路構成と電源回
路の構成について説明しよう。図１１は、本発明の第四
の実施例に係るＣＰＵのクロック制御装置の回路構成と
電源回路の構成を示すブロック図である。

【００９０】選択情報生成回路１００は、性能情報から
クロック信号の選択情報を生成することができる。電源
検出回路１１０は、電源供給手段を識別するための回路
である。また、電源制御回路１１１は、電源供給手段を
ＡＣ電池１１３にするか電池１１４にするかを制御す
る。電源供給手段の選択回路１１２は、実際にどちらの
電源を採用するか切り替える回路である。ここで、ＡＣ
電源１１３は、このＣＰＵを用いた情報処理装置の外部
から電力供給され、電池１１４は、情報処理装置に内蔵
されることを想定している。これらＡＣ電源１１３と電
池１１４は、どちらか一方が電源供給手段として使用さ
れるものであり、どちらを使用するかは、電源制御回路
１１１によって決定される。電源制御回路１１１の指示
により、選択回路１１２はＡＣ電源１１３と電池１１４
のいずれかを選択して情報処理装置で電力を供給するも
のである。

【００９１】また、電源検出回路１１０は、電源制御回
路１１１が選択回路１１２へ指示した情報がＣＰＵ１に
よって読み出されることを可能にし、ＣＰＵ１が現在ど
ちらの電源供給手段を使用中であるかを検出できる。

【００９２】選択情報生成回路１００がＣＰＵ１の性能
情報を選択するのは、ＣＰＵ１が情報を設定するアドレ
スバス２とデータバス３を介して入力されるデータによ
り決定される。

【００９３】以下、図１２を用いて、この選択情報回路
１００の構成と動作について詳細に説明しよう。図１２
は、本発明の第四の実施例に係る選択情報回路の回路構
成を示すブロック図である。

【００９４】２ポートＲＡＭ１０１は、アドレス４ビッ
ト、データ３ビット、デコーダ回路１０２は３ビットと
して構成されている。なお、本実施例も性能レベルは、
「０」から「７」までの、８段階を想定している。２ポ
ートＲＡＭ１０１は、アドレスバス２およびデータバス
３から情報が設定される。この設定された情報にしたが
って、性能情報線１１，１２の４ビットの性能情報がア
ドレス情報となり、その結果として読み出された３ビッ
トのデータがデコーダ回路１０２へ送られる。送られた
データから、デコーダ回路１０２は、８ビットのクロッ
ク選択情報を出力し、８種類クロック信号のうち１つを
選択する。

【００９５】ここで、次の表１と表２を用いて、この２
ポートＲＡＭ１０１へ設定される情報と出力の例を説明
しよう。表１は、ＡＣ電源１１３を使用している通常動
作モード時の性能情報の設定を対照した表である。

【００９６】

【表１】

【００９７】表２は、電池１１４を使用している省電力
動作モード時の設定対照した表である。

【００９８】

【表２】

【００９９】表１に示される性能情報の設定は、基本的
に第一の実施例と同様のアルゴリズムによるものであ
り、性能情報線１１と１２の情報を加算するアルゴリズ
ムである。したがって、実行しているタスクの性能情報
の和が実際のＣＰＵ１のクロックレベルとして用いられ
る。

【０１００】一方、表２に示される性能情報の設定は、
電池駆動で使用している場合に用いられる場合のもの
で、ＣＰＵ１がフルパワーで動作しないようなアルゴリ
ズムである。こりアルゴリズムでは、ＣＰＵ１が高速で
動作するクロックレベル６と７の設定を使用しない、つ
まり、性能情報線１１と１２の総和が６以上の時はクロ
ックレベル５に設定するように工夫されている。

【０１０１】このように、第四の実施例では、電源供給
手段の使用状態に応じて、ＣＰＵ１へ与えるクロック周
波数を制御することで、電池１１４を用いている場合
は、処理性能は低下するものの、使用している電池の動
作時間を長くできる効果がある。

【０１０２】

【発明の効果】本発明によれば、マルチタスクの動作環
境において、その情報処理装置で動作させるプログラム
の性能に応じて、低い性能で済む処理プログラムの実行
時には、その要求性能を満足する必要最低限のＣＰＵの
動作クロックに自動的に切り替えて消費電力を節約し
て、タスク実行中でも低消費電力での作動を実現しうる
ＣＰＵのクロック制御装置およびクロック制御方法を提
供することができる。

【０１０３】また、本発明によれば、その情報処理装置
がＡＣ電源で作動するか電池で作動するかを判定し、電
池で作動するときにのみ、低消費電力で作動するＣＰＵ
のクロック制御装置およびクロック制御方法を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例に係るＣＰＵのクロック
制御装置の回路構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第一の実施例に係る性能情報設定回路
の回路構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の第一の実施例に係る選択情報生成回路
の回路構成を示すブロック図である。

【図４】タスク起動時のタスク管理プログラムの動作を
あらわすフローチャートである。

【図５】タスク終了時のタスク管理プログラムの動作を
あらわすフローチャートである。

【図６】各タスクの状態と性能情報の関係を経時順に示
したタイミングチャートである。

【図７】本発明の第二の実施例に係るＣＰＵのクロック
制御装置の回路構成を示すブロック図である。

【図８】本発明の第三の実施例に係るＣＰＵのクロック
制御装置の回路構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の第三の実施例に係る選択情報設定回路
の回路構成を示すブロック図である。

【図１０】タスク管理プログラムの性能情報を設定する
動作をあらわすフローチャートである。

【図１１】本発明の第四の実施例に係るＣＰＵのクロッ
ク制御装置の回路構成と電源回路の構成を示すブロック
図である。

【図１２】本発明の第四の実施例に係る選択情報回路の
回路構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、２…アドレスバス、３…データバス、４…
ＣＰＵ１のクロック線、５…クロック選択回路、６…発
振回路、７…選択情報生成回路、８…選択情報信号線、
９，１０…性能情報設定回路、１１，１２…性能情報
線、１３…メモリ、１４…タスク管理プログラム、１５
…タスク管理テーブル。２０…タスクＩＤ設定レジス
タ、２１…イネーブル設定レジスタ、２２…性能情報設
定レジスタ、２３…論理積回路。３０…加算回路、３１
…キャリー信号線、３２〜３４…論理和回路、３５…デ
コーダ回路。６０…ＣＰＵ、６１…分周回路、６２…発
振器。７０…選択情報設定回路、７１…タスク管理プロ
グラム。８０…レジスタ。１００…選択情報生成回路、
１１０…電源検出回路、１１１…電源制御回路、１１２
…選択回路、１１３…ＡＣ電源、１１４…電池。１０１
…２ポートＲＡＭ、１０２…デコーダ回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大場 信弥 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のタスクを起動し切り換えて実行で
   きるマルチタスクのオペレーティングシステムとプログ
   ラムとを格納するメモリと、 前記マルチタスクのオペレーティングシステム環境下
   で、前記プログラムを実行し、かつ、与えられるクロッ
   ク周波数に基づいて動作スピードが決定される中央処理
   装置とを備える情報処理装置の中央処理装置のクロック
   制御装置において、 前記マルチタスクのオペレーティングシステム環境下で
   起動されるタスク毎に必要とする中央処理装置の性能情
   報を設けて、 前記タスク毎の中央処理装置の性能情報を設定する一つ
   以上の性能情報設定回路と、 前記性能情報設定回路に設定した一つ以上の性能情報を
   用いて、起動中のタスクが必要とする必要最低限の性能
   で動作するように前記中央処理装置のクロック周波数を
   決定する様に選択情報を生成する選択情報生成回路と、 複数のクロック信号を発生する発振回路と、 前記選択情報に応じて、前記複数のクロック信号の中か
   ら一つを選択して前記中央処理装置へ与えるクロック選
   択回路を設けたことを特徴とする中央処理装置のクロッ
   ク制御装置。
2. 【請求項２】 前記中央処理装置と、前記一つ以上の性
   能情報設定回路と、選択情報生成回路と、クロック選択
   回路を１チップ内に集積することを特徴とする請求項１
   記載の中央処理装置のクロック制御装置。
3. 【請求項３】 複数のタスクを起動し切り換えて実行で
   きるマルチタスクのオペレーティングシステムとプログ
   ラムとを格納するメモリと、 前記マルチタスクのオペレーティングシステム環境下
   で、前記プログラムを実行し、かつ、与えられるクロッ
   ク周波数に基づいて動作スピードが決定される中央処理
   装置とを備える情報処理装置の中央処理装置のクロック
   制御方法において、 前記マルチタスクのオペレーティングシステム環境下で
   起動されるタスク毎に必要とする中央処理装置の性能情
   報を設けて、 一つ以上の性能情報設定回路と、 選択情報生成回路と、 複数のクロック信号を発生する発振回路と、 クロック選択回路とを有し、 前記一つ以上の性能情報設定回路が、前記タスク毎の中
   央処理装置の性能情報を設定し、 前記選択情報生成回路が、前記性能情報設定回路に設定
   した一つ以上の性能情報を用いて、起動中のタスクが必
   要とする必要最低限の性能で動作するように前記中央処
   理装置のクロック周波数を決定する様に選択情報を生成
   し、 前記クロック選択回路が、前記選択情報に応じて、前記
   発振機から発生した複数のクロック信号の中から一つを
   選択して前記中央処理装置へ与えることを特徴とする中
   央処理装置のクロック制御方法。
4. 【請求項４】 前記マルチタスクのオペレーティングシ
   ステムが、前記各タスクが必要とする性能情報を各タス
   ク単位で管理し、 タスクを起動する際に、前記性能情報設定回路へ起動す
   るタスクの性能情報を設定するステップを有すること
   と、 さらに、タスクを終了する際に、前記性能情報設定回路
   に設定してある該当するタスクの性能情報を無効にする
   ステップを有することとを特徴とする請求項３記載の中
   央処理装置のクロック制御方法。
5. 【請求項５】 前記タスクを起動する際に、そのタスク
   の性能情報をタスク管理テーブルへ登録するステップ
   と、起動中の全タスクの性能情報を読み出すステップ
   と、前記全タスクの性能情報を用いて、必要最低限の中
   央処理装置の性能情報を算出するステップと、前記中央
   処理装置の性能情報を前記選択情報生成回路へ設定する
   ステップを有すること、 さらに、タスクを終了する際に、そのタスクの性能情報
   をタスク管理テーブルから削除するステップと、起動中
   の全タスクの性能情報を読み出すステップと、前記全タ
   スクの性能情報を用いて必要最低限の中央処理装置の性
   能情報を算出するステップと、前記中央処理装置の性能
   情報を前記選択情報生成回路へ設定するステップを有す
   ることを特徴とする請求項４記載の中央処理装置のクロ
   ック制御方法。
6. 【請求項６】 前記プログラムに従って、前記中央処理
   装置が、前記性能情報設定回路から得る一つ以上の性能
   情報から、前記中央処理装置のクロック選択情報を生成
   することを特徴とする請求項１および請求項２記載のい
   ずれかの中央処理装置のクロック制御装置。
7. 【請求項７】 前記情報処理装置が、電源供給手段とし
   て、電池とＡＣ電源のどちらでも使用でき、 電源供給手段の識別手段を設けることで、電池を使用し
   ているときと、ＡＣ電源を使用しているときを識別し、 その識別した結果によって、前記中央処理装置が、前記
   性能情報設定回路から得る一つ以上の性能情報から、前
   記中央処理装置のクロック選択情報を生成することを特
   徴とする請求項６記載の中央処理装置のクロック制御装
   置。