Comment les appareils / appareils consomment-ils plus de courant en cas de besoin?

Supposons que j'ai un ordinateur de bureau et que je décide de faire quelque chose qui nécessite plus de puissance de traitement. Dans ce cas, mon ordinateur consommera plus de courant pour augmenter la puissance. Comment cette augmentation du courant est-elle réalisée? Mon ordinateur ouvre-t-il plus de circuits parallèles de sorte que la résistance totale diminue? ou ont-ils un potentiomètre électronique ou quelque chose de complètement différent. La technique utilisée sur un ordinateur de bureau est-elle la même que si je modifiais la température du four?

Toute aide est grandement appréciée.

Je décide de faire quelque chose qui nécessite plus de puissance de traitement. Dans ce cas, mon ordinateur consommera plus de courant pour augmenter la puissance.

Inversement: l'ordinateur fera plus de choses et, par conséquent, il consommera plus d'énergie.

Mon ordinateur ouvre-t-il plus de circuits parallèles de sorte que la résistance totale diminue?

C'est à peu près vrai. Sauf que les ordinateurs ne fonctionnent pas vraiment sur un flux de courant continu , ils fonctionnent en rafales entraînées par leur horloge interne; chaque action implique soit de tirer du courant pour activer un transistor, soit de perdre du courant pour le désactiver à nouveau. Un milliard de transistors, un milliard de fois par seconde. Plus de calcul implique plus de transistors.

À un niveau élevé, oui, vous avez raison de dire que l'ordinateur ouvre plus de transistors ou au moins commute plus de transistors lorsqu'il consomme plus de courant. Par exemple, si vous avez un multiplicateur matériel et que vous ne l'utilisez généralement pas, les transistors du multiplicateur ne s'allumeront pas et ne consomment donc pas beaucoup de courant. Si le code demande maintenant une multiplication, les transistors en lui commencent à commuter et cela abaissera la résistance entre VDD et la masse. Cela attirera plus de courant. La consommation de courant réduira la tension VDD. Maintenant, le régulateur de tension de commutation détectera cette chute de tension et démarrera à un rapport cyclique plus élevé pour permettre une capacité de courant élevée et une tension approximativement constante.

À un niveau élevé, les circuits demandent plus de courant en abaissant leur résistance car la plupart des circuits fonctionnent avec une source de tension constante.

Les ordinateurs modernes utilisent des portes logiques qui sont conçues pour utiliser très peu d'énergie lorsqu'elles sont en régime permanent, mais qui nécessitent une explosion de puissance pour les faire passer d'un état à un autre.

Si l'ordinateur est inactif, le processeur sera en veille pendant la plupart du temps. La plupart des circuits ne feront rien et consomment donc peu d'énergie. Il en va de même pour d'autres composants, tels que le GPU de la carte graphique.

Si vous lui donnez ensuite quelque chose à faire, alors soudainement, il effectue plus de travail. Les portes s'allument et s'éteignent plus souvent, et donc elles prennent plus de puissance.

En outre, de nombreux ordinateurs, en particulier les ordinateurs portables, sont conçus pour éteindre des sections entières de l'ordinateur si elles ne sont pas utilisées. Par exemple, la webcam d'un ordinateur portable sera mise hors tension jusqu'à ce que vous ouvriez une application qui l'utilise.

Il existe plusieurs mécanismes de consommation d'énergie au niveau de la puce.

Lorsque les circuits commutent, il existe des condensateurs parasites internes dans tous les transistors et interconnexions (en interne sur les puces et en externe). Ces condensateurs doivent être chargés et déchargés lorsque les noeuds du circuit sont éteints ou allumés (ou allumés ou éteints). Les condensateurs sont minuscules, mais lorsque vous en avez des milliards à commuter des milliards de fois par seconde, cela s'ajoute. (cette puissance est en fait dissipée par la résistance des éléments de circuit, y compris la résistance parasite dans les condensateurs parasites)

Tous les éléments du circuit ont également une résistance afin que le flux de courant n'importe où dans les circuits crée de la chaleur et consomme de l'énergie. Lorsque les nœuds du circuit commutent, les condensateurs parasites des dispositifs côté charge doivent être changés ou déchargés, ce qui nécessite un flux de courant qui, à son tour, crée de la chaleur et consomme de l'énergie.

La consommation d'énergie associée à ces deux effets varie en fonction du nombre d'opérations de commutation de nœuds internes, ce qui signifie que la consommation d'énergie varie en fonction de l'activité (et de la vitesse d'horloge) du processeur et d'autres éléments.

Les transistors et autres composants à l'intérieur des circuits intégrés ont également un courant de fuite. Cela crée une consommation électrique de base (statique) qui se produit toujours lorsque le processeur est inactif. De nombreux systèmes modernes à faible consommation d'énergie coupent l'alimentation de sous-systèmes entiers sur le processeur et d'autres puces pendant les états de veille ou inactifs pour minimiser cette consommation d'électricité statique.

Il existe d'autres mécanismes de consommation d'énergie dans les ordinateurs (alimentation au repos, etc.), mais ceux-ci devraient vous aider à comprendre pourquoi la consommation d'énergie varie et pourquoi il y a encore une certaine consommation d'énergie quand aucun travail n'est effectué.

Les différents circuits intégrés de l'ordinateur auront chacun un tirage actuel différent. Voici quelques données de l'Atmega328P, un microcontrôleur 8 bits 16 MHz simple utilisé dans l'Arduino Uno et d'autres cartes similaires.

Les différents circuits intégrés de l'ordinateur auront chacun un tirage actuel différent. Voici quelques données de l'Atmega328P, un microcontrôleur 8 bits 16 MHz simple utilisé dans l'Arduino Uno et d'autres cartes similaires.

Exemple: Calculez la consommation de courant attendue en mode veille avec TIMER1, ADC et SPI activés à VCC = 2,0 V et F = 1 MHz. À partir du tableau Consommation actuelle supplémentaire (pourcentage) en mode actif et inactif dans la section précédente, troisième colonne, nous voyons que nous devons ajouter 14,5% pour le TIMER1, 22,1% pour l'ADC et 15,7% pour le module SPI. En lisant la figure Courant d'alimentation inactif par rapport à la basse fréquence (0,1-1,0 MHz), nous constatons que la consommation de courant inactif est de ~ 0,045 mA à VCC = 2,0 V et F = 1 MHz. La consommation totale de courant en mode veille avec TIMER1, ADC et SPI activés donne: ICCtotal ≃ 0,045 mA⋅ (1 + 0,145 + 0,221 + 0,157) ≃ 0,069 mA

(Aide à ouvrir la fiche technique pour consulter les différents tableaux).

Pour un ordinateur, fonctionnant à 3,2 GHz (200 fois plus rapide) et peut-être une tension logique de 1,8 V (et 4 ou 8 cœurs pour le multithreading), une tension d'E / S de 3,3 V, une conversation avec des puces mémoire et vidéo et un contrôleur de disque dur et USB contrôleurs et Ethernet ou contrôleur sans fil, les calculs seraient similaires, chaque puce ajoutant sa propre quantité au total. Vous pouvez voir pourquoi le processeur de l'ordinateur a un gros dissipateur thermique sur le dessus avec un ventilateur de refroidissement soufflant de l'air dessus.

Ce qui se passe, c'est que l'ordinateur n'augmente pas la puissance absorbée, mais que l'ordinateur consomme plus d'énergie disponible. Chaque partie de votre ordinateur possède de minuscules transistors qui agissent comme des commutateurs. Pour les garder ouverts ou changer leur état, un peu de puissance est nécessaire.

Lors de l'ajout de composants meilleurs ou plus complexes, l'énergie requise pour commuter ces transistors augmente car il y en a plus. Bien sûr, il y a plus de facteurs à cela, comme la taille du transistor, les fuites, etc., mais au niveau le plus élémentaire, c'est ce qui se passe.

Il y a également une limite à la quantité d'énergie pouvant être fournie, généralement déterminée par votre alimentation. Par analogie, imaginez ceci: lorsque vous faites du vélo, vous devez y mettre une certaine quantité d'énergie. Maintenant, vous obtenez un nouveau vélo avec de meilleures roues, mais cela vous oblige à y mettre plus de force. Ce ne sont pas les roues qui "demandent" plus de puissance. C'est juste qu'il est nécessaire de bouger et de continuer. Bien sûr, il y a aussi une limite à la quantité d'énergie que vous pouvez y mettre avant qu'elle ne devienne trop. Si vous continuez, vous avez mal aux muscles.

Dans un ordinateur, si trop d'énergie est consommée, elle devient instable, tout comme vous ne pourrez pas continuer à utiliser un vélo qui coûte trop d'énergie pour se déplacer. Donc, en bref, ce n'est pas l'ordinateur qui décide de la quantité d'énergie qu'il doit consommer, ce sont les composants qui tirent cette alimentation de l'alimentation et il en fournit autant qu'il le peut.

Dessinons une image (un schéma de câblage, un schéma) pour illustrer

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

À mesure que le courant de charge augmente, la tension de la ligne électrique change, passant de 99,999 volts à 99,998 volts.

Remarquez que la très faible résistance de la ligne électrique est la raison de la tension presque constante de la ligne électrique.