¿Cómo dibujan los dispositivos / dispositivos más corriente cuando es necesario?

  

Decido hacer algo que requiere más poder de procesamiento. En este caso, mi computadora consumirá más corriente para aumentar la potencia.

De otra manera: la computadora hará más cosas y, como resultado, consumirá más energía.

  

¿Mi computadora abre más circuitos paralelos para que la resistencia total disminuya?

Esto es más o menos cierto. Excepto que las computadoras realmente no operan en el flujo de corriente continuo , operan en ráfagas impulsadas por su reloj interno; cada acción implica dibujar algo de corriente para encender un transistor o hundir algo de corriente para apagarlo nuevamente. Tiempos mil millones de transistores, mil millones de veces por segundo. Más computación implica más transistores.

En un nivel alto, sí, tienes razón en que la computadora abre más transistores o al menos cambia más transistores cuando consume más corriente. Por ejemplo, si tiene un multiplicador de hardware y generalmente no lo usa, los transistores del multiplicador no se encenderán y, por lo tanto, no consumirán mucha corriente. Si el código ahora solicita una multiplicación, los transistores comienzan a conmutar y eso disminuirá la resistencia entre VDD y tierra. Esto sacará más corriente. El consumo de corriente reducirá la tensión VDD. Ahora, el regulador de voltaje de conmutación detectará esta caída de voltaje y se activará en un ciclo de trabajo más alto para permitir una capacidad de corriente alta y aproximadamente un voltaje constante.

En un nivel alto y amplio, los circuitos solicitan más corriente al reducir su resistencia porque la mayoría de los circuitos funcionan con una fuente de voltaje constante.

Las computadoras modernas usan compuertas lógicas que están diseñadas para usar muy poca energía cuando están en un estado estable, pero que requieren una ráfaga de energía para cambiarlas de un estado a otro.

Si la computadora está inactiva, el procesador estará en estado de suspensión durante la mayor parte del tiempo. La mayoría de los circuitos no harán nada, por lo que consumirán poca energía. Lo mismo ocurre con otros componentes, como la GPU de la tarjeta gráfica.

Si luego le das algo para hacer, entonces de repente está realizando más trabajo. Las puertas se encienden y apagan con más frecuencia, por lo que tienen más poder.

Además, muchas computadoras, especialmente las computadoras portátiles, están diseñadas para apagar secciones enteras de la computadora si no se usan. Por ejemplo, la cámara web de una computadora portátil se apagará hasta que abra una aplicación que la use.

Hay varios mecanismos para el consumo de energía a nivel de chip.

Cuando los circuitos cambian, hay capacitores parásitos internos en todos los transistores e interconexiones (internamente en los chips y externamente). Estos condensadores deben cargarse y descargarse cuando los nodos del circuito pasan de apagado a encendido (o de encendido a apagado). Los condensadores son pequeños, pero cuando tienes miles de millones de ellos cambiando miles de millones de veces por segundo, se acumula. (esta potencia es en realidad disipada por la resistencia del elemento del circuito, incluida la resistencia parásita en los condensadores parásitos)

Todos los elementos de los circuitos también tienen resistencia, por lo que el flujo de corriente en cualquier lugar de los circuitos genera calor y consume energía. A medida que los nodos del circuito cambian, los capacitores parásitos en los dispositivos del lado de la carga tienen que ser cambiados o descargados y esto requiere un flujo de corriente que, a su vez, genera calor y consume energía.

El consumo de energía asociado con estos dos efectos varía según el número de operaciones de conmutación de nodos internos, lo que significa que el consumo de energía varía según la actividad (y la velocidad del reloj) del procesador y otros elementos.

Los transistores y otros componentes dentro de los circuitos integrados también tienen una corriente de fuga. Esto crea un consumo de energía de línea de base (estática) que todavía ocurre cuando el procesador está inactivo. Muchos sistemas modernos de bajo consumo de energía desconectan la alimentación de subsistemas enteros en el procesador y otros chips durante el modo inactivo o inactivo para minimizar este consumo de energía estático.

Hay otros mecanismos de consumo de energía en las computadoras (alimentación inactiva de la fuente de alimentación, etc.) pero estos deberían ayudarlo a comprender por qué varía el consumo de energía y por qué todavía hay algo de consumo de energía cuando no se está trabajando.

Cada uno de los diferentes IC en la computadora tendrá un dibujo de corriente diferente. Aquí hay algunos datos del Atmega328P, un microcontrolador simple de 8 bits y 16 MHz utilizado en el Arduino Uno y otros tableros similares.

  

Cada uno de los diferentes IC en la computadora tendrá un dibujo de corriente diferente. Aquí hay algunos datos del Atmega328P, un microcontrolador simple de 8 bits y 16 MHz utilizado en el Arduino Uno y otros tableros similares.

     

Ejemplo: Calcule el consumo de corriente esperado en modo inactivo con TIMER1, ADC y SPI habilitados en VCC =   2.0V y F = 1MHz. De la tabla Consumo actual adicional (porcentaje) en modo activo e inactivo en   En la sección anterior, tercera columna, vemos que debemos agregar 14.5% para el TIMER1, 22.1% para la   ADC, y 15.7% para el módulo SPI. Lectura de la figura Corriente de suministro en reposo frente a baja frecuencia   (0.1-1.0MHz), encontramos que el consumo de corriente en reposo es ~ 0.045mA a VCC = 2.0V y F = 1MHz. los   el consumo total de corriente en modo inactivo con TIMER1, ADC y SPI habilitados, proporciona:   ICCtotal ≃ 0.045 mA⋅ (1 + 0.145 + 0.221 + 0.157) ≃ 0.069 mA

(Ayuda a tener la hoja de datos abierta para ver las distintas tablas).

Para una computadora, funciona a 3.2 GHz (200 veces más rápido) y quizás a 1.8V de voltaje lógico de núcleo (y 4 u 8 núcleos para multiproceso), 3.3V de IO, hablando con la memoria y los chips de video y el disco duro controlador y controladores USB y controlador Ethernet o inalámbrico, los cálculos serían similares, con cada chip agregando su propia cantidad al total. Puede ver por qué el procesador de la computadora tiene un gran disipador de calor en la parte superior con un ventilador de enfriamiento que sopla aire sobre él.

Lo que está sucediendo es que la computadora no aumenta la entrada de energía, en lugar de que la computadora consume más energía disponible. Cada parte de su computadora tiene pequeños transistores que actúan como interruptores. Para mantenerlos abiertos o cambiar su estado se requiere un poco de poder.

Al agregar componentes mejores o más complejos, la energía requerida para cambiar estos transistores crece porque hay más. Por supuesto, hay más factores a este respecto, como el tamaño del transistor, las fugas, etc., pero a un nivel más básico es lo que sucede.

También hay un límite a la cantidad de energía que se puede entregar normalmente determinada por su fuente de alimentación. Como analogía, imagina esto: cuando vas en bicicleta tienes que poner una cierta cantidad de energía en él. Ahora obtienes una bicicleta nueva con mejores ruedas, pero esto requiere que pongas más fuerza en ella. No son las ruedas las que "piden" más potencia. Es solo que se requiere para moverse y seguir adelante. Por supuesto, también hay un límite a la cantidad de energía que puede poner en ella antes de que resulte ser demasiado. Si continúas, tienes dolor muscular.

En una computadora, si se consume demasiada energía, se vuelve inestable, al igual que usted no podrá seguir usando una bicicleta que cuesta demasiada energía para moverse. En resumen, no es la computadora la que decide la cantidad de energía que debe consumir, son los componentes los que extraen esta alimentación de la fuente de alimentación y ofrece todo lo que pueda.