(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非作動の期間によって隔てられた間隔を置いた作動期間を示す回転可能なディスクを有するコンピュータ装置と共に使用するための節電方法であって、
所定のディスクの非作動期間を、各々が個別の時間領域を表す複数の状態に量子化するステップと、
該装置が操作中のとき所定の時間にわたって各２つの状態間の遷移の数のカウントをメモリ内のテーブルに記憶するステップと、
該各２つの状態間の記憶されたカウントの履歴を調べることにより、ディスク非作動期間を予測するステップと、
該予測されたディスク非作動期間が所定のしきい値より長い場合のみ該装置を低電力モードに置くステップと、
を包含する方法。
【請求項２】
前記予測されたディスク非作動期間が前記所定のしきい値より短い場合は前記ディスクを回転させ続けるステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記装置に付属するメモリ内のテーブルに前記状態を記憶するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記予測をメモリ内のテーブルに記憶するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
所定の非作動期間にわたって該ディスクを回転させ続ける場合に比べて、前記ディスクを止め、後で再びスピンアップすることによって電力消費が低減されるとき、各状態に対してディスクアクセス間の要求間隔時間を決定することにより前記所定のしきい値を導き出すステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
メモリ内に第２の所定のしきい値を記憶し、ディスク非作動期間がこれを超えると優先され、前記予測されたディスク非作動期間に係わりなく、前記ディスクを低電力モードに置くステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記装置を、前記低電力モードから、前記予測されたディスク非作動期間に係わりなくユーザによる所望に応じて該ディスクを回転させ続けるモードに切り換えるステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記コンピュータ装置がディスクドライブコントローラである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記コンピュータ装置における変更に基づいて各２つの状態間の遷移の数のテーブルを変更するステップをさらに包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
各２つの状態間の遷移の数についてのメモリ内の複数のテーブルであって、各々が所定のコンピュータ装置に関連するテーブルを記憶するステップと、
該状態についてのメモリ内の複数のテーブルであって、各々が所定のコンピュータ装置に関連するテーブルを記憶するステップとをさらに包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
使用されるコンピュータソフトウェアにおける変化に基づいて各２つの状態間の遷移の数の前記テーブルを変更するステップをさらに包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
次のディスクアクセスがいつ起きるかの予測に基づいて次のディスクアクセスに先立って前記ディスクをスピンアップするステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は携帯型コンピュータの配電機構（ｐｏｗｅｒ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｓｃｈｅｍｅ）に関する。詳しくは、ラップトップコンピュータのディスクドライブに配電される電力の管理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子装置の電力消費はいつでも重要な問題である。電力供給源はいつでも、装置に十分な電力を与えると同時に、放熱、物理的な大きさ、重量、および効率性などの装置の関連する特性を考慮に入れて設計する必要がある。このような特性は、適切な電源を設計または選択する場合に重要であり、この電源を用いる装置がラップトップコンピュータなどの自己充足の携帯型ユニットである場合には、特に決定的なものとなる。
【０００３】
多くの携帯型ユニットにおいて、ユニットが１１０ボルトのＡＣ電流（通常の家庭内電流）などの主電源または外部電源から分離されるとき電力を供給するために自己支援電源が用いられる。典型的には、バッテリは、この独立した携帯電源を供給するために用いられる。いくつかの例では、バッテリが補助電源として機能して、揮発性メモリに保持されたデータを保存する（ＲＡＭリフレッシュ）など、いくつかの重要な回路を作動状態に維持する。他の例では、バッテリは主電源として機能して、装置に十分な電力を供給する。
【０００４】
情報処理の領域では、処理装置の小型化により、計算装置の携帯化が可能となった。最初に開発されたこのような携帯型処理装置の１つは、ハンドヘルド型計算機であり、この計算機はバッテリ電源により作動し、ユーザが容易に持ち運ぶことができた。バッテリは計算機のすべての機能の電力を供給し、ユーザは、外部電源に接続させずに計算機を容易に持ち運ぶことができた。バッテリを使い切ると交換または再充電が行われた。最も初期の計算機は、計算機上でユーザがオン／オフ状態を作動させ得るだけのものであった。オン状態の間は全電力が使用され、オフ状態の間は電力は完全に遮断された。これらの計算機の初期の半導体メモリの多くは揮発性であったため、計算機がオフになると揮発性メモリに記憶された情報は失われた。この問題を解決するために、次に登場する計算機には不揮発性メモリが組み込まれた。あるいは、装置がオフのときはこのようなメモリに待機電力が供給され、これにより、メモリ内に記憶された情報すべてが保持された。様々な機能を監視するためにさらに向上した機構が考案され、これにより、様々な構成要素の各々が使用されていないときはこれらから電力がカットされた。さらに、後になってタイムアウト機構が考案され、一定の時間が経過した後でもキーが押されないときなどに、電力を節約するために、計算機を待機モードにおくことがなされた。これらの特徴すべては、最初は、装置が内部携帯用電源を用いて作動し得る期間を長くするために考案された。
【０００５】
情報処理技術が単純な計算機を超えてディスクトップ型パソコンにまで広がると、電力消費および電力管理制御機構にさらに制約が生じた。これらのコンピュータには含まれるが上述の計算機にはなかった新たな回路と共に、これらのコンピュータ内の新たな記憶装置が多くの電力を消費した。このような記憶装置としては、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（揮発性および不揮発性メモリを含む）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスクドライブ、および他の磁気媒体が含まれる。また、典型的には視覚スクリーンを含むこれらのコンピュータの表示ユニットを作動させるために新たな電力が必要であった。オン／オフ状態におけるコンピュータのこれらの周辺装置への配電を監視および制御するために様々な機構が考案された。
【０００６】
ラップトップ型と呼ばれる、ディスクトップコンピュータシステムを携帯化したコンピュータの出現により、完全に内蔵型の長時間持続する電源をコンピュータに配備することが所望されるようになった。これらのラップトップコンピュータは小型軽量であるために、内部電源、すなわち典型的にはバッテリにより所定時間だけ作動するように設計された。ディスクトップコンピュータで生じた上記の新たな制約は、新たな回路、メモリ、視覚スクリーン、およびこれに付随する周辺装置を有するこれらのラップトップコンピュータにもまた課せられた。これらの装置は新たな電力消費を必要とした。バッテリの大きさおよび重量を最小限に維持する一方でラップトップコンピュータの自己維持期間を延ばすためには高度な電力管理機構が不可欠であった。これは、電力が必要な回路および装置にのみ電力を供給し、または、少なくとも、ある特定の装置が非作動であるときはこの装置を低電力消費モードにすることを含む。管理機構はまた、様々な回路および装置を連続して監視して、このような回路および装置を必要なときのみ作動させるように電力を直ちに供給し得る必要があった。
【０００７】
携帯型ラップトップコンピュータが次第に普及し、また産業界ではラップトップコンピュータの構成部品をさらに小型化すると共に、メモリサイズおよびラップトップコンピュータの機能を増大させることを目標としているため、ラップトップシステムの構成部品の電力管理が当該分野では増々重要となり重大な課題となった。下記の表１は、ラップトップシステムの主要な構成部品、および典型的な携帯型コンピュータにおけるこれら構成部品の電力消費を当業者によって測定された値で示す。
【０００８】
【表１】
0003626243.tif 000002
【０００９】
ディスプレイは６８％であり、システムの電力消費の大部分を占める。ディスクドライブは携帯型コンピュータの電力消費の２０％を占める。ディスクは、ディスプレイとは異なり、ユーザと直接相互作用しない装置であるため、電力管理を行うための対象となった。オペレーティングシステムによる適切な管理により、ディスクはアクセスされるとスピンアップされ、また長期間にわたって非作動のときはスピンダウンされるようにすることができ、これを行ってもユーザはシステムの性能または信頼性にさほどの違いを認めない。
【００１０】
携帯型コンピュータ市場における最近の盛況により、製造業者は携帯型市場のために特に設計された特別タイプのディスクドライブを開発するに到った。これらのドライブは、高い衝撃耐性、物理的なサイズの縮小、および重量の低減に加えて電力消費が少なく、また、さらに重要なことに、スリープモードとも呼ばれる新しいオペレーションモードを採用している。
【００１１】
スリープモードではディスクに電力は与えられるが、物理的なディスクの円盤（ｐｌａｔｔｅｒ）は回転しない。スリープモードは、ディスクは回転しているが作動していないアイドルモードとは異なる。作動モードはスリープモードおよびアイドルモードとは次の点で異なる。すなわち、作動モードでは、ディスクの円盤が回転しているときディスクヘッドはシーク状態にあるかもしくは実際にディスクからの読み出しまたはディスクへの書き込みを行っている。オフモードではディスクはエネルギーを消費せず電源立ち上げ（ｐｏｗｅｒ  ｕｐ）以外にはいかなる機能も行わない。表２は、典型的なディスクドライブによって消費される当業者により測定された電力を示す。表３は、ディスクモード間の遷移時間、およびサンプルのディスクドライブの当業者によって測定された電力消費を示す。
【００１２】
【表２】
0003626243.tif 000003
【００１３】
【表３】
0003626243.tif 000004
【００１４】
ディスクドライブによって消費されるエネルギーの大部分は物理的なディスクの円盤の角運動量を保存することに費やされる。ドライブの電気部品を通電するために費やされるエネルギーははるかに少ない。スリープモードにより、ディスクの円盤の回転を緩めて休止状態にすることによってエネルギー消費を零近くまで減らすことができる。この状態をディスクをスピンダウンすると呼ぶ。しかし、この実質的なエネルギーの削減は代償を伴う。ディスクがスリープしている間にディスクにアクセスするには秒単位の遅延があるが、これに対して、回転しているディスクにアクセスする場合の遅延は十ミリ秒の単位である。ディスクドライブがパワーアップされ、ある頻度で使用される場合は（マルチアクセス）、この違いは、コンピュータが単一のバッテリ充電で作動し得る時間の長さに重大な影響を与える。
【００１５】
回転しているディスクと回転していないディスクとの間の電力消費の差は大きい。従って、システムは必要なときのみディスクを回転させようとする。ディスクがバッテリの寿命にどのように影響を与え得るかについて調べるために、Ｄｅｌｌ  ３２０  ＳＬｉ、Ｔｏｓｈｉｂａ  Ｔ３３００ＳＬ、およびＺｅｎｉｔｈＭａｓｔｅｒｓｐｏｒｔ  ＳＬｅのディスクの電力消費を当業者によって測定した。結果を下記の表４に示す。
【００１６】
【表４】
0003626243.tif 000005
【００１７】
３台のコンピュータすべてがＭａｃｈ３．０（ＵＸ３７／ＭＫ７７）を走らせた。これらのコンピュータは相対的な製造年度の順に表示されている。各コンピュータ共、購入時には低電力ノートブック型設計では最高水準のものであった。これらのすべてが、３８６  ＳＬ  ＣＰＵと８２３６０Ｉ／ＯコントローラとからなるＩｎｔｅｌのＳＬ  Ｓｕｐｅｒｓｅｔを使用している。ＺｅｎｉｔｈとＴｏｓｈｉｂａはバックライトのＬＣＤディスプレイを用い、Ｄｅｌｌは「トリプルスーパーツイストネマチック反射型ＬＣＤディスプレイを用いている。以下のパラメータ、すなわち、ＣＰＵの速度およびディスクの状態は各コンピュータで変動させた。これらのパラメータは、システムの製造業者によって供給される添付されたソフトウェアのホットキー（ｈｏｔ−ｋｅｙ  ｂｉｎｄｉｎｇ）を用いて制御された。ＣＰＵの速度は可能な最大および最低速度に設定した。ディスクは「スピンアップ」または「スピンダウン」のいずれかであるように設定した。
【００１８】
ＣＰＵは大量の電力を消費し得るため、ＣＰＵのクロック速度を変動させることは重要であった。現在実行すべき仕事がないときにクロック速度を低減させることにより、消費電力量が著しく減少し得る。携帯型コンピュータは高度に対話型のソフトウェア（メイラ（ｍａｉｌｅｒ）、ニューズリーダ（ｎｅｗｓ  ｒｅａｄｅｒ）、エディタ（ｅｄｉｔｏｒ）など）のために使用されることが多い。従って、ＣＰＵのアイドル時間が多くなると想定するのは道理にかなっている。ＣＰＵクロック速度が低いときは、クロック速度が高いときより、回転するディスクの消費電力のシステムの全電力に占める割合は比例して大きくなる。
【００１９】
表４から分かるように、ディスク密度は増大しており、これにより、より多くのデータを保持することが可能となっている。現在では、上記のシステムよりさらに大きいディスクを有するコンピュータが利用可能である。ディスク密度は増大しているが、最大のディスクが消費する電力はほぼ同じで、アイドル回転しているディスクに対して約１Ｗである。次に、システムの全体的な電力コストは下がっている。この結果、これらのノートブック型コンピュータのディスクのサブシステムによって消費される電力量は９％から３１％に増えている。記録密度が向上したことにより、同じ物理的な装置により多くのデータを記録することが可能となるが、記録密度は物理的な質量に影響は与えない。ドライブはより効率的になっているが、スピンアップしその後回転を維持するためにはほぼ同じコストが必要である。理論的には、コンピュータのディスクはもっと小さくてもよい。しかし、実用においては、電力消費を減らすのではなく、記憶システムの全容量を増やすために、より高い記録密度が用いられる。Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  Ｏｍｎｉｂｏｏｋなどの最も小さく最も軽いコンピュータは例外として、同じバイト数を有する小さいディスクより同じ質量を有する大きなディスクを用いる傾向にあるようにみえる。
【００２０】
表４からわかるように、適切なディスク管理を行うとバッテリ寿命を向上させるだけでなく、他のラップトップに勝る利点を与え得る。例えば、Ｄｅｌｌ  ３２０のバッテリ寿命は２０〜３１％向上し得る。これは必要ないときはディスクを非作動にした場合に節約され得る量である。言い換えれば、５時間持続するバッテリは、適切な電力管理が行われるならば６〜６．５時間持続し得る。当然ながら、ディスクをオフにすると、アクセス待ち時間（ａｃｃｅｓｓ  ｌａｔｅｎｃｙ）が増大する結果となり得る。ディスクをオフにした後は、スタートアップ時に、すなわちディスクがスピンアップされる度に新たな電力が消費される。従って、システムにおいては、各アクセス後にディスクを直ちにスピンダウンすることによって節約され得る電力と、スピンダウンおよびスピンアップを頻繁に繰り返すことによる（新たな電力消費を含む）応答時間への影響との間のトレードオフになる。
【００２１】
現在のラップトップコンピュータは、多くの電力削減方法を採用してバッテリ寿命を引き延ばしている。すべてではないにしても現在のほとんどの携帯型コンピュータは、ディスクをいつスピンダウンするかを決定するのに固定しきい値を用いている。ディスクが所定の時間にわたってアイドル状態である場合は、ディスクは自動的にスピンダウンされる。次のアクセスが行われるとディスクは再びスピンアップされる。固定しきい値は、典型的には、要求によるディスクのスピンアップからの遅延を最小限にするために数秒または数分程度である。Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  Ｋｉｔｔｙｈａｗｋ  Ｃ３０１４Ａは約３秒でスピンダウンおよびスピンアップを行う。この製造業者は約５秒の非作動後にスピンダウンを行うように推奨している。他のディスクのほとんどは、スピンダウン／スピンアップに数秒を要し、分単位の時間の経過後にスピンダウンを行うように推奨している。実際において、アクセスがないままディスクを２〜３秒間回転させることは、スピンダウンさせ次のアクセスにより直ちにスピンアップさせるより、多くの電力を消費し得る。従って、もっと積極的にディスクのスピンダウンを行うことにより、ディスクの電力消費は低減され得る。しかし、ディスクがスピンダウンした後は、最初のアクセスの待ち時間は長くなる。
【００２２】
下記の表５において、最終行のＴｄはブレークイーブンポイントであって、ディスクの回転を保持する場合のコストが、ディスクを直ちにスピンダウンさせ次のアクセスの直前にスピンアップさせる場合のコストに等しい点である。つまり、次のアクセスが将来においてＴｄ秒より長くなりそうな場合は、消費電力を減らしバッテリ寿命を節約するためには、ディスクを回転させ続けるのではなく、ディスクをスピンダウンして、次のアクセスの直前にスピンアップすべきである。ディスクの将来の動作を知ることにより、次のアクセスが将来Ｔｄ秒より長くなるならばディスクを直ちにスピンダウンすることができる。この結果、電力消費が最小限となり、最大の電力が節約される。当然ながら、これは単純なしきい値を超えて複雑である。例えば、（ａ）ディスクは、通常、消費電力量を減少させる多くの状態を有する。しかし、これらの状態から作動状態（例えば、ディスクは回転しているがディスクヘッドは止まっている状態）に戻すには、その分だけより多くの時間および電力を要する。（ｂ）次のアクセスの時間は通常は予測不能であり、保守的なスピンダウンの方法が信頼される。（ｃ）応答時間（スピンアップの待ち時間）が悪影響を受ける。表５は携帯型コンピュータのための２つのディスクドライブ、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  ＫｅｔｔｙｈａｗｋＣ３０１４ＡとＱｕａｎｔｕｍ  Ｇｏ−Ｄｒｉｖｅ  １２０との、Ｔｄ値を含む特性を示している。
【００２３】
【表５】
0003626243.tif 000006
【００２４】
新しい要求が届いたときディスクをスピンアップするための時間は、応答時間に実質的な影響を与える。ディスクがスピンダウンされている場合、要求が届いたときディスクをスピンアップするオンライン方法では、要求はディスクの準備ができるまで、典型的には少なくとも１〜２秒間、待機しなければならない。この待ち時間は、通常のディスクのアクセス時間より２、３桁は長く、従って、可能な限り避けなければならない。Ｔｄが僅か２〜３秒であってもディスクをスピンダウンするための典型的なしきい値が数分程度であることが多い理由は、スピンアップオーバヘッドが大きいことである。ディスクが数分間アクセスされていない場合は、新しい要求が実現される前にさらに２〜３秒のオーバヘッドは予期されるものでありまた道理にかなっている。
【００２５】
業界では、システムの構成部品を遮断（ｓｈｕｔｄｏｗｎ）する方法を主要な電力管理の方法とみなしている。この方法は、システム非作動の期間がはっきりしているときは良好に働くが、もっと典型的な分散的な作動パターンにおいてはうまくいかない。本発明はこれらの分散的作動パターンを考慮に入れて、これらを考慮した電力の節約を提供する。
【００２６】
装置または装置の一部の電力消費の制御については数多くの先行文献が周知である。これらには、所定の時間にわたってユーザとの対話が行われないときはタイムアウトを提供する手段が含まれる。しかし、これらの先行文献には本発明のラップトップコンピュータのための高度なディスク電力管理機構は開示されていない。このような先行文献には以下のものがある。
【００２７】
Ｗｉｌｋｅｓによる論文「Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ  Ｋｉｔｔｙｈａｗｋ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｍｏｄｅｓ」。この論文は過去の実績（直前の２〜３回の間隔時間）に基づいてスピンダウンのための時間制限しきい値を設定するディスクスピンダウンシステムについて述べている。
【００２８】
１９９３年４月６日発行の米国特許第５，２０１，０５９号「Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ  ．．．」では、定期的なキーボードポーリング割り込みを監視することにより、コンピュータがアイドルでありパワーダウンさせ得るかどうかが決定される。
【００２９】
１９９３年３月２３日発行の米国特許第５，１９７，０５５号「Ｉｄｌｅ  Ｄｅｍｏｕｎｔ  ｉｎ  ａｎ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｌｉｂｒａｒｙ」は、ドライブが最小しきい値時間にわたって作動しない場合、最低使用頻度に基づいてディスクを取り外すかまたはスピンダウンする自動記憶ライブラリに関する。
【００３０】
１９９１年１月８日発行の米国特許第４，９８４，１０３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒｅａｄｉｎｇ／Ｗｒｉｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ａ  Ｆｌｏｐｐｙ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ  ｗｉｔｈ  Ｂｕｆｆｅｒ  Ｍｅｍｏｒｙ」では、ディスクドライブのスピンアップを最小限にするために、特定のアクセスによって要求されるより多くの情報をディスクキャッシュに記憶させ、次にディスクをスピンダウンする。これにより、ディスクバッファにはない情報を求める要求を受け取るまではスピンアップは行われない。
【００３１】
１９９２年１０月２０日発行の米国特許第５、１５７、５６０号「Ｄａｔａ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｄｅｓｉｇｎｅｄ  ｔｏ  Ｒｅｄｕｃｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ」では、装置は、所定の時間にスピンドルモータおよびボイスコイルモータのうちの一方のみに電力を供給することによって電力を節約する。
１９９２年１１月２４日発行の米国特許第５、１６７、０２４号「Ｐｏｗｅｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ａ  Ｌａｐｔｏｐ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｓｌｏｗ  ａｎｄ  Ｓｌｅｅｐ  Ｍｏｄｅｓ」では、ラップトップコンピュータはスリープモードで低電力作動状態に入る（このシステムはまた、一定時間が経過する前の非作動の期間中は低速度のクロックが使用される中間電力モードも有している）。
【００３２】
１９９３年４月発行の仕様書「Ｋｉｔｔｙｈａｗｋ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ」では、いくつかの節電オペレーションモードを有し、コマンドに応答して作動モードから待機モード（電子部品は作動しているがディスクはスピンダウンされる）およびスリープモードに進み得る。５秒間のしきい値により作動モードから待機モードに進むことが提案されている。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術においては、次に示す問題があった。すなわち、ディスクドライブをスピンダウンする（ドライブの円盤の回転を止める）ことによる電力節約量と、ディスクへのアクセス時に必要な待ち時間とを最適化することができなかった。また、従来技術は、ハードウェアやソフトウェアが変更されたときに柔軟に対応できなかった。
【００３４】
本発明の目的の１つは、熱分散、物理的な大きさ、重さ、および効率性などのコンピュータ装置の他の関連する特性を考慮に入れる一方で節電を行うラップトップコンピュータのディスクドライブのための節電方法を提供することである。
本発明の別の目的は、ディスクドライブによって使用される電力量を減らすことによって一回のバッテリ充電でコンピュータが作動し得る時間が延長されるように、ラップトップコンピュータのための効率的なディスク電力管理システムを提供することである。
【００３５】
本発明のさらに別の目的は、新たな回路および記憶装置ならびにこれらの装置によって消費される電力を考慮に入れた、ラップトップコンピュータのための節電方法を提供することである。
【００３６】
本発明のさらに別の目的は、携帯型コンピュータで使用される電源の寿命を延ばす一方で、このような装置および電源の大きさおよび重さを最小限に維持することである。
【００３７】
本発明のさらに別の目的は、携帯型コンピュータに接続されるまたは内蔵される様々な回路および周辺装置を監視し得る電源管理機構を提供することである。本発明のさらに別の目的は、ユーザによるディスクへのアクセス時間の遅延を防ぐまたは最小限にすることである。
【００３８】
本発明のさらに別の目的は、各アクセス後直ちにディスクをスピンダウンすることによって節約され得る電力と、ディスクアクセスが要求されディスクを再びスピンアップするときの応答時間にスピンダウンが与える影響とを均衡させるラップトップコンピュータのための効率的な節電機構を提供することである。
【００３９】
本発明のさらに別の目的は、次のアクセスが将来Ｔｄ秒より後に起こり得る場合、すなわち、次のアクセスが、システムがディスクをスピンダウンすることによって電力を節約するのに十分なほど間をおいて起こると見込まれる場合は、非作動になると直ちにディスクをスピンダウンすることによってラップトップコンピュータの電力を節約することである。
【００４０】
本発明のさらに別の目的は、ディスク電力管理において以下の要因、すなわち、スピンアップ待ち時間（既にスピンダウンされているディスクにユーザがアクセスするのに要する時間）、ディスクへの次のアクセスの予測可能度（次のディスク要求がユーザによっていつ行われるかの見込み）、およびディスク作動の中間状態のすべてを考慮に入れることである。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
本発明による節電方法は、非作動の期間によって隔てられた間隔を置いた作動期間を示す回転可能なディスクを有するコンピュータ装置と共に使用するための節電方法であって、所定のディスクの非作動期間を、各々が個別の時間領域を表す複数の状態に量子化するステップと、該装置が操作中のとき所定の時間にわたって各２つの状態間の遷移の数のカウントをメモリ内のテーブルに記憶するステップと、該各２つの状態間の記憶されたカウントの履歴を調べることにより、ディスク非作動期間を予測するステップと、該予測されたディスク非作動期間が所定のしきい値より長い場合のみ該装置を低電力モードに置くステップと、を包含しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００４２】
好ましくは、前記予測されたディスク非作動期間が前記所定のしきい値より短い場合は前記ディスクを回転させ続けるステップをさらに包含する。
【００４３】
ある実施例では、前記装置に付属するメモリ内のテーブルに前記状態を記憶するステップをさらに包含する。
【００４４】
ある実施例では、前記予測をメモリ内のテーブルに記憶するステップをさらに包含する。
【００４５】
好ましくは、所定の非作動期間にわたって該ディスクを回転させ続ける場合に比べて、前記ディスクを止め、後で再びスピンアップすることによって電力消費が低減されるとき、各状態に対してディスクアクセス間の要求間隔時間を決定することにより前記所定のしきい値を導き出すステップをさらに包含する。
【００４６】
好ましくは、メモリ内に第２の所定のしきい値を記憶し、ディスク非作動期間がこれを超えると優先され、前記予測されたディスク非作動期間に係わりなく、前記ディスクを低電力モードに置くステップをさらに包含する。
【００４７】
ある実施例では、前記装置を、前記低電力モードから、前記予測されたディスク非作動期間に係わりなくユーザによる所望に応じて該ディスクを回転させ続けるモードに切り換えるステップをさらに包含する。
【００４８】
ある実施例では、前記コンピュータ装置がディスクドライブコントローラである。
【００４９】
ある実施例では、前記コンピュータ装置における変更に基づいて各２つの状態間の遷移の数のテーブルを変更するステップをさらに包含する。
【００５０】
ある実施例では、各２つの状態間の遷移の数についてのメモリ内の複数のテーブルであって、各々が所定のコンピュータ装置に関連するテーブルを記憶するステップと、
該状態についてのメモリ内の複数のテーブルであって、各々が所定のコンピュータ装置に関連するテーブルを記憶するステップと、
をさらに包含する。
【００５１】
ある実施例では、使用されるコンピュータソフトウェアにおける変化に基づいて各２つの状態間の遷移の数の前記テーブルを変更するステップをさらに包含する。
【００５２】
好ましくは、次のディスクアクセスがいつ起きるかの予測に基づいて次のディスクアクセスに先立って前記ディスクをスピンアップするステップをさらに包含する。
【００５３】
【作用】
本発明は、ラップトップコンピュータのための節電システムに関する。この節電システムは、近い将来アクセスが行われる様子がないときはハードディスクドライブをスピンダウンする。ディスクをスピンダウンするかどうかは、ディスク作動の過去の履歴に対応してコンピュータによって決定される。次のディスクアクセスがいつ行われるかの予測が、ディスク作動の過去の履歴に基づいて行われ、これにより、ディスクのスピンダウンは、固定しきい値節電機構により通常行われる場合より早く行われる。ディスクの回転を止めることによって、バッテリの電力または一回のバッテリ充電が節約され、ラップトップコンピュータの作動時間が延長される。
【００５４】
本発明の方法は、ディスクドライブの動作をモデル化するマルコフ連鎖を用いる。このモデルは複数の状態を定義し、各状態は連続したディスクアクセス間の各々異なる時間間隔に対応する。ディスクドライブの実際の動作に基づいた状態の変化を監視することによって、マルコフ連鎖のための分布頻度表が生成される。すなわち、状態変化の履歴が導き出される。所定件数が監視されると、システムは操作モードに移り、該モードでは、頻度分布は、最後のディスクアクセスからの時間間隔に基づいて次の状態（すなわち、次のディスクアクセスまでの時間間隔）を予測するための確率分布として用いられる。
【００５５】
次のディスクアクセスまでの最も可能性のある時間がしきい値Ｔｄより長い場合は（このとき、ディスクをスピンダウンして次にディスクアクセスで再びスピンアップするコスト（電力消費）はディスクを回転させ続ける場合より小さい）、ディスクドライブは直ちにスピンダウンされる。次のアクセスまでの最も可能性のある時間がしきい値Ｔｄより短い場合は、ディスクは回転を続ける。システムが第２のしきい値より長くアイドルの状態である場合は、ディスクは確率分布を参照せずにスピンダウンされる。この節電システムは「節電」スイッチを介してユーザによってスイッチオン／オフされ得る。このスイッチはハードウェアまたはソフトウェアのいずれかによって装備され得る。ユーザは必要なときは（例えばシステムパラメータが変わるとき）システムを無視してもよい。
【００５６】
本発明の方法は、ディスクの非作動の期間を、各々が個別の時間領域を表す複数の状態に量子化するステップと、装置の作動中に装置を監視することにより複数の状態間の遷移の統計を得るステップと、各非作動時間間隔が生じるときこれを表す値を決定しこれを記憶するステップと、記憶された値に基づいて次の非作動時間間隔を予測するステップと、予測された非作動期間が所定のしきい値Ｔｄより長い場合のみ装置を低電力モードに置くステップとを包含する。
【００５７】
【実施例】
図１は本発明で用いられるハードウェアの構成要素を示す。ラップトップコンピュータ４０はコンピュータに情報またはコマンドを入力するためのキーボード４１を含む。コンピュータ４０内にはハウジング５０が配備され、回転可能なディスク５１を収容している。ディスク５１には、ディスク５１を回転させるためのモータアーム５４が接続されている。アーム５４はまた、アーム５４を駆動するモータ５２に接続されている。ハウジング５０内にはまた、ユーザによって作動され得る節電スイッチ５３が設けられている。スイッチ５３はオンおよびオフ位置を有する。コンピュータのユーザがスイッチ５３をオン位置にスイッチするだけで、節電機構が作動する。ユーザがオフ位置にスイッチすると、ソフトウェア駆動の節電機構は無視される。
【００５８】
ラップトップコンピュータ４０はまた、画面６０とオペレーティングシステム５５とを収容するディスプレイ５６を有する。オペレーティングシステム５５は、本発明の節電機構を自動的に実現するルーチンを含む。また、コンピュータのユーザは、図２の画面６０に示すようなコマンドをタイプ入力することによってこの節電機構を実現し得る。画面の第１行には節電というルーチン名が現れ、ユーザはこれを作動させ得る。ユーザは画面の２行目のボックス６２のオフ命令またはボックス６３のオン命令を作動させることによって節電機構を作動または無視し得る。図２の２行目のボックス６３には「Ｘ」印が入れられており、これは、節電機構がユーザによって使用されていることを示す。画面６０の３行目は、画面６０の４行目に示す水平方向の時間尺６５に示された秒数だけ経過した後ディスク５１がスピンダウンされる予定であることを示す。スライダーアーム６６は時間尺６５に沿って移動し得、何秒後にディスクがスピンダウンする予定であるかの時間を示す。この時間は、後述するディスクのスピンダウンの第２のしきい値として作用する。従って、第２のしきい値はユーザの必要および所望によって調整され得る。この時間の数値表示が画面６０の４行目のボックス７０に示される。図２では、この時間は５秒に設定されている。画面６０の５行目はボックス６７を有し、「次のアクセス時間を予測」と表示されている。ディスクが次にアクセスされる時間の予測をシステムが行うことを望む場合は、ユーザは「オン」ボックス６９を作動させる。望まない場合は「オフ」ボックス６８を作動させることにより予測が行われないようにする。
【００５９】
ディスクへの次の要求がいつ行われるかを予測するためにはマルコフ連鎖が使用される。マルコフ連鎖は、ディスクでの最も最近の要求間隔時間（ｉｎｔｅｒａｒｒｉｖａｌ  ｔｉｍｅ）、すなわち最近の２つのディスクアクセス間の時間に対応する。マルコフ連鎖は状態間の遷移の可能性を有する１組の状態によって記述される。図３は３つの状態１０、２０、３０を有するマルコフ連鎖の例を示す。矢印は状態間の遷移を示す。例えば、状態１０では、状態変更の可能性が３つある。状態１０は、参照番号１１によって示されるようにそれ自体に遷移し得る。参照番号１２によって示されるように状態３０に遷移し得る。または、参照番号１３によって示されるように状態２０に遷移し得る。同様に、状態２０は、参照番号１４によって示されるように状態１０に遷移し得る。参照番号１５によって示されるようにそれ自体に遷移し得る。または、参照番号１６によって示されるように状態３０に遷移し得る。同様に、状態３０は、参照番号１７によって示されるように状態２０に遷移し得る。参照番号１８によって示されるように状態１０に遷移し得る。または、参照番号１９によって示されるようにそれ自体に遷移し得る。
【００６０】
下記の表６は１つの状態から別の状態への各遷移の確率を示す。
【００６１】
【表６】
0003626243.tif 000007
【００６２】
各参照番号は以下のように状態間の遷移の確率に対応する。例えば、参照番号１１は、状態１０がそれ自体に遷移する８０％の確率を表す。参照番号１２は、状態１０が状態３０に遷移する５％の確率を表す。参照番号１３は、状態１０が状態２０に遷移する１５％の確率を表す。参照番号１４は、状態２０が状態１０に遷移する５０％の確率を表す。参照番号１５は、状態２０がそれ自体に遷移する２５％の確率を表す。参照番号１６は、状態２０が状態３０に遷移する２５％の確率を表す。参照番号１７は、状態３０が状態２０に遷移する２０％の確率を表す。参照番号１８は、状態３０が状態１０に遷移する１０％の確率を表す。参照番号１９は、状態３０がそれ自体に遷移する７０％の確率を表す。
【００６３】
従って、時間ｔにおいてマルコフ連鎖が状態２０にある場合、時間ｔ＋１においては２５％の確率で状態２０に留まり、５０％の確率で状態１０に遷移し、また２５％の確率で状態３０に遷移し得る。
【００６４】
マルコフ連鎖の各状態は連続したディスクアクセス間の所定の時間範囲に対応し、ディスクでの最も最近の要求間隔時間、すなわち、最も最近の２つのアクセス間の時間に対応し得る。次のアクセスが将来Ｔｄ秒より長い時間後に起こると予測される場合、ディスクは直ちにスピンダウンする。ディスクは次のディスクアクセスにより直ちにスピンアップする。これは予測−要求モデル（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ−Ｄｅｍａｎｄ  Ｍｏｄｅｌ）と呼ばれる。もっと精巧な連鎖では、次のアクセスを予測するために２つ以上の最近の要求間隔時間を用い得る。これらの連鎖はまた、予測された要求間隔時間を用いて、次のアクセスに先だってディスクをスピンアップさせることができる。予測された要求間隔時間はまた予測されたバッテリ寿命により変動し得る。
【００６５】
予測スピンダウンのためのマルコフ連鎖モデルをハードウェアで実現する１つの方法は、メモリを利用してディスクアクセス間の時間を、可能なアクセス時間の範囲であるバケット（ｂｕｃｋｅｔ）に分類することである。バケットは上述したおよび図１に示すような状態に対応する。下記の表７はコンピュータメモリ内のテーブルに配置されるバケット（状態）の一例を示す。
【００６６】
【表７】
0003626243.tif 000008
【００６７】
この表７に基づけば、１．５秒の要求間隔時間はバケット番号４に対応する。Ｔｄが５秒であると予め計算されている場合は、要求間隔時間がバケット番号０〜６に含まれるアクセスにたいしては、ディスクはスピンダウンを行うべきではない。しかし、ディスクアクセス間の次の要求間隔時間がもっと大きい番号のバケットに含まれるときは直ちにディスクをスピンダウンする。これにより、次のディスクアクセス要求への応答時間は低下するが、エネルギーの節約になる。次のディスクアクセスの時間の予測に基づいて次のディスクアクセスの前にディスクをスピンアップし得るならば、この性能の低下は防止または縮小され得る。
【００６８】
マルコフ連鎖モデルは、各２つのバケット（状態）間の遷移数のカウントを記憶することによって経時により構築される。遷移行列の一例を表８に示す。
【００６９】
【表８】
0003626243.tif 000009
【００７０】
この行列は１つの可能な遷移行列である。ほとんどの遷移はバケット０同士間のものであり、これは、最後のアクセスがその前のアクセスの１００ミリ秒以内に起こるならばディスクをスピンダウンすべきではないということを強く示している。しかし、バケット６はほとんどバケット７に遷移する、すなわち、最後のアクセスがその前のアクセスの３〜５秒後に起こるならば次のアクセスは５〜１００秒の間に起こり得、従って、直ちにスピンダウンすべきであるということは、それほど確定的ではない。
【００７１】
バケット数を多くした根拠は、バケット数が多いほどより正確な予測を行う見込みが大きいためである。特定のバケット数および各バケットの範囲は、ディスクのパラメータ、予測バッテリ寿命、アプリケーションミックス、走らせるプログラムなどに基づいて特定のシステムにより調整すべきである。
【００７２】
本発明によって提起される１つの問題は、次のアクセスまたは要求間隔時間の予測が不正確である場合にどうすべきかということである。次のディスクアクセスまたは要求間隔時間の予測はディスクをスピンダウンすべきであると示しているにも係わらずアクセスがＴｄ秒以内に起こる場合、修復は簡単である。すなわち、要求により直ちにディスクをスピンアップすればよい。しかし、予測によりディスクは回転を続けているにも係わらずアクセスが起こらない場合は、ディスクを永久に回転させ続けるのは電力の浪費であり、手続き全体が役立たなくなる。この問題を避けるために、本発明は第２のしきい値を用いる。ディスクが予測によってスピンダウンされていないがアクセスが起こらずに所定時間が経過した場合、ディスクは自動的にスピンダウンする。第２のしきい値に加えて、コンピュータのユーザは図２のオフボックス６２を作動させることによって節電機構を無効にしてもよい。これは、例えば、コンピュータはコンセントに差し込まれているが、バッテリ電源上では作動していないときに起こり得る。
【００７３】
上記の表５に示すように、コンピュータシステムは異なる構成要素およびソフトウェアを用い、また異なるＴｄ値を有するという事実を考慮すれば、別のコンピュータ、新しいシステム構成要素、新しいオペレーティングシステムなどが使用されるときでも本発明は適応可能であり、バケットおよび／または得られる遷移テーブルを変更し得る。言い換えれば、本発明は異なるシステムパラメータおよび複数のディスクドライブに対しても適応可能である。
【００７４】
本発明は特定の好適な実施態様について述べたが、本実施態様は単に例示的なものであって、構造ならびに構成部品の組み合わせおよび配置の詳細については本発明の精神および範囲から離れることなく多くの変更が可能である。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の節電方法によれば、少なくとも以下の効果が得られる。
【００７６】
ユーザによるディスクへのアクセス時間の遅延を防ぐか、または最小限にすることが可能である。
【００７７】
各アクセス後直ちにディスクをスピンダウンすることによって節約され得る電力と、ディスクアクセスが要求されディスクを再びスピンアップするときの応答時間にスピンダウンが与える影響とを均衡させるラップトップコンピュータのための効率的な節電機構を提供できる。
【００７８】
次のアクセスが将来Ｔｄ秒より後に起こり得る場合、すなわち、次のアクセスが、システムがディスクをスピンダウンすることによって電力を節約するのに十分なほど間をおいて起こると見込まれる場合は、非作動になると直ちにディスクをスピンダウンすることによってラップトップコンピュータの電力を節約することができる。
【００７９】
ディスク電力管理において以下の要因、すなわち、スピンアップ待ち時間（既にスピンダウンされているディスクにユーザがアクセスするのに要する時間）、ディスクへの次のアクセスの予測可能度（次のディスク要求がユーザによっていつ行われるかの見込み）、およびディスク作動の中間状態のすべてを考慮に入れることによって、ディスクアクセスが発生したときの待ち時間を最小にしつつ、電力消費は最大限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスクドライブを有するラップトップコンピュータのシステム構成要素を示す図である。
【図２】ラップトップコンピュータの節電メニューの表示を示す図である。
【図３】３つの状態を有するマルコフ連鎖および矢印によって示されるこれらの状態の間の確率遷移を示す状態遷移図である。
【符号の説明】
４０  ラップトップコンピュータ
４１  キーボード
５０  ハウジング
５１  ディスク
５２  モータ
５３  節電スイッチ
５４  アーム
５５  オペレーティングシステム
５６  ディスプレイ
６０  画面
【図１】
0003626243.tif 000010
【図２】
0003626243.tif 000011
【図３】
0003626243.tif 000012