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Die Powermanagement-Standards

 

Beim PC-Powermanagement (PM) existieren zwei Standards:

 

APM

      Die APM-Spezifikation regelt die Stromsparfunktionen verschiedener Gerätetypen bzw. PC-Komponenten und schafft einheitliche Software-Schnittstellen für die korrekte Nutzung des APM durch das Betriebssystem oder andere Hilfsprogramme.

      APM ist ein Standard, den Microsoft und Intel ins Leben gerufen haben. APM erlaubt die direkte Kommunikation zwischen Software und Firmware (Software, die auf dem BIOS in einem ROM-Chip fest eingebrannt, damit unveränderbar ist) des Rechners. Die Software teilt dem Rechner auf diesem Wege seine Betriebszustände mit. Die Firmware kann dadurch leichter entscheiden, welche Hardwarekomponenten heruntergefahren werden können.

      APM ist an die Einstellungen im BIOS gekoppelt. Dort werden die Zeitintervalle der Systeminaktivität bis zum Aktivieren eines Stromsparmodus geregelt.

      Vor 1997 waren im PC-BIOS PM-Optionen eher selten zufinden.

      Heute bieten die meisten BIOS-Versionen sowohl APM als auch ACPI an, da Non-Microsoft-Betriebssysteme (aber auch Windows 95) die neuen ACPI-Features nicht oder nur teilweise nutzen können, von daher der Zugriff auf das ältere APM noch möglich sein muss.

APM-Funktionen/Modi

Monitor-Powermanagement

Im BIOS findet man für die Einstellung des Monitor-Powermanagements die Funktion Video Off (oft auch Video Off Method genannt).

Diese Funktion sorgt dafür, das der Monitor als Hauptverbraucher nach definierter Zeit in einen Stromsparmodus versetzt wird.

Die möglichen Optionen gehen vom einfachen Verdunkeln des Bildschirms ("Blank Screen") über das zusätzliche Abschalten der vertikalen und horizontalen Abtastung ("V/H Sync + Blank") bis zum stufenweisen Abschalten des Monitors über den "DPMS" ("Display Powermanagement Standard").

Die Einstellungen sind je nach Fähigkeiten des Monitors und der Grafikkarte zu wählen (Informationen hierzu gibt es in den jeweiligen Handbüchern bzw. auf den Herstellerseiten im Internet).

Über DPMS kann der Monitor zunächst in den Suspend-Modus geschaltet werden, bevor er ausgeschaltet wird (siehe Abbildung 1).

Dies sollte frühestens nach 15 Minuten erfolgen, da sich bei kürzeren Intervallen die Lebensdauer des Bildschirms verringert (gilt nicht für LC-Displays).

So verträgt die Glühkathode einer Bildröhre ca. 20000 Ein-/Ausschaltvorgänge (Quelle Umweltbehörde Hamburg). Im werktäglichen Betrieb des Bildschirms bedeutet das bei einem 15 Minutenintervall bis zum Abschalten eine ungefähre Lebensdauer von 6 Jahren oder mehr.

Seit Mitte der 90er Jahre beherrschen die meisten Grafikkarten und Monitore die "DPMS"-Funktion.

Abb. 1: Reduzierung der Leistungsaufnahme eines Monitores (aus: c’t 2/94)

Hinweis:

Monitore verbrauchen je nach Modell und Größe (von 14 Zoll-Bildschirmen mit bis zu 21 Zollbildschirmen) etwa zwischen 75 Watt und 150 Watt .

Der Verbrauch lässt sich je nach erfüllter Norm (TCO 92, 95 oder 99; siehe Kapitel 4) auf unter 30 Watt (bei neueren Geräten 10 Watt) im Suspendmodus drosseln. Im Off-Modus sinkt der Verbrauch in den einstelligen Wattbereich (Quelle: www.ibm.de).

LCD-Bildschirme verbrauchen wesentlich weniger Energie So liegen die Werte bei einem 15 Zoll-LCD bei ca. 25 Watt und im Off-Modus bei <5 Watt, bei einem 18 Zoll-LCD etwa bei 65 Watt und im Off-Modus ebenfalls bei <5 Watt (Quelle: www.fujitsu-siemens.de).

 

PC-Powermanagement

Die Nicht-Monitoraspekte des APM finden sich im BIOS unter den Haupt-Rubriken Doze Mode (in neueren BIOS-Versionen oft nicht mehr enthalten), Standby Mode, Suspend Mode und HDD Power Down.

Eine Vorstufe des Standby Modus. Es werden nur ausgewählte Komponenten "eingeschläfert" und je nach Einstellung die CPU-Geschwindigkeit reduziert. Das Heruntertakten funktioniert nur bei PCs mit einer CPU, die den System-Management-Modus (SMM) unterstützt. Diese Betriebsart erlaubt es der CPU, die Register in einen geschützten Speicherbereich zu sichern. Bei Intels Pentium ist der SMM ab den P54C-Modellen mit 75 MHz bis 200 MHz vorhanden, gleiches gilt für die MMX-Prozessoren. Bei 486 und "kleineren" Pentiums ist dieser Modus nicht möglich.

Vorsicht: Dieser Modus kann einen Rechner, der mit einer Daueraufgabe beschäftigt ist, durch Verlangsamung des Prozessortaktes ungewollt ausbremsen!

 

Das System ist aktiv, aber es werden alle Komponenten in den ersten Stromsparmodus geschaltet. Durch Tastendruck oder Mausbewegung lässt sich das System sofort wieder aktivieren.

 

Dabei wird der PC softwareseitig abgeschaltet. Das entspricht bei ATX-Netzteilen dem Drücken des Ein-/Ausschalters.

 

Diese Funktion regelt die Zeit, bis eine IDE-Festplatte in den Standbymodus versetzt wird.

 

Hinweis:

Festplatten benötigen bei Zugriffen ca. 10 Watt, ohne Zugriff ca. 3 bis 5 Watt, wobei die Werte von Modell zu Modell etwas abweichen.

Man kann also 3 bis 5 Watt sparen, wenn die Festplatten aufgrund Ihrer Inaktivität heruntergefahren werden.

Hinsichtlich der geringen Einsparmöglichkeiten und der ebenfalls auftretenden Verschleißerscheinungen bei zu häufigem Abschalten sollte man die Festplatten ebenfalls frühestens nach 15 Minuten in den Schlafmodus versetzen.

 

Die Energiesparzustände weiterer Komponenten werden vom Betriebssystem bzw. von einzelnen Treibern direkt geregelt. So spart z.B. der Leerlaufprozess von Windows NT beispielsweise bei einem Pentium II mit 300 MHz ca. 6Watt gegenüber dem "Nichtstun" ohne Leerlaufprozess.

Im APM-BIOS (bzw. dem APM-Bereich der neueren BIOS-Versionen) gibt es meist die Möglichkeit durch die Einstellungen "Min-/Max-Saving" voreingestellte Timer-Werte für PM zu verwenden.

Durch die Wahl "User Define" oder "Custom" kann man aber auch alle Timer einzeln setzen.

Im APM sind Ereignisse (PM-Events) vorgesehen, durch die ein Rechner (re)aktiviert werden kann. Die PM-Events auslösenden IRQ (Interrupts) sind für das Powermanagement aktivierbar. Bei vielen BIOS-Versionen ist dem einzelnen IRQ die Standardgerätezuweisung beigefügt (siehe Abbildung 3).

In der Regel können die Standardeinstellungen belassen werden.

 

Hinweise:

Zu beachten ist, dass auch im ausgeschalteten Zustand von PC und Monitor noch Strom verbraucht wird (bis 5 Watt)!

Es ist also ratsam, bei längerem Nichtgebrauch die Geräte vom Netz zu trennen.

Dies kann über den Einsatz einer Stromleiste mit Ein-/Ausschalter oder über das Ausschalten des Netzschalters am PC (oft auf der Rückseite der Geräte), erfolgen. Der Monitor ist damit ebenfalls vom Netz getrennt, wenn er über den PC mit Strom versorgt wird (Stromkabelverbindung zwischen PC und Monitor).

Achtung:

Ist der PC vom Netz getrennt, können Funktionen wie Wake on LAN, das ist das Aktivieren eines PC über das Netzwerk via Netzwerkkarte, nicht mehr aufrecht erhalten werden. Der Zugriff per Wake on LAN ist für eine effektive Installation oder Wartung in einem zeitgemäßen Netzwerk aber unabdingbar.

Damit die PC nicht dauerhaft im Stromverbrauchsmodus gehalten werden müssen, um diesen Zugriff zu ermöglichen, können beispielsweise Zeiten festgelegt werden, zu denen der PC nicht vom Netz getrennt wird (sogannte Wartungs- oder Installationsfenster). In den übrigen Zeiten können die Geräte vom Netz getrennt werden.

Die Umweltbehörde ist diesbezüglich mit den übrigen Entscheidungsträgern innerhalb der FHH im Gespräch.

 

ACPI

      ACPI wurde von Compaq, Intel, Microsoft, Phoenix, Toshiba schon 1996 als offener Industriestandard entwickelt.

      Es ist das Schlüsselelement des "Operating System Directed Power Management" (OSPM):

      Dabei übernimmt das ACPI-Betriebssystem beim Hochfahren die direkte Kontrolle über die Verwaltung des Stromverbrauchs und die Plug-and-Play-Funktionen eines Computers von den traditionellen BIOS-Schnittstellen, wie z.B. APM-BIOS und PnP-BIOS.

      ACPI ersetzt damit also APM und das PnP-BIOS.

      Durch die Integration des PnP-BIOS und weiterer Komponenten ist die Funktionalität des ACPI wesentlich umfangreicher als die des APM.

       

ACPI-Funktionen

Im Folgenden sollen die wichtigsten Funktionen des ACPI kurz vorgestellt werden:

 

System Power Management

Das Betriebssystem koordiniert dabei alle hardwaremäßig zur Verfügung stehenden PM-Möglichkeiten und ist für die Verarbeitung von "Aufweck-Ereignissen" verantwortlich.

 

Geräte Power Management

Hier wird der Stromverbrauch einzelner Komponenten geregelt. So können die Geräte nach Bedarf aktiviert bzw. deaktiviert werden.

 

CPU Power Management

Ist das Betriebssystem inaktiv aber nicht im Schlafmodus wird die CPU nach vorgegebenen Intervallen in Stromsparzustände geschaltet.

 

Plug and Play

ACPI erstellt eine Tabelle über Systemkomponenten und ermöglicht so die Verwaltung der Ressourcen.

 

System Events

Ereignisse aus den Bereichen PnP, sowie des thermischen und Power Managements.

Es bestehen vielfältige Möglichkeiten diese Ereignisse zu interpretieren.

 

Akku-Management

Energiemanagement für tragbare Computer.

 

Temperatursteuerung

Messen und Regeln der Betriebstemperatur einzelner Komponenten über im System integrierte Kühlungseinrichtungen.

 

Zustandsdefinitionen:

ACPI definiert für jede Geräteklasse verschiedene Stufen der Aktivität - von der vollen Betriebsbereitschaft bei maximalem Stromverbrauch bis hinunter zum komplett abgeschalteten Zustand.

Ein ACPI-BIOS gibt dem Betriebssystem in Tabellen Auskunft über die vorhandenen Geräte und ihre verschiedenen Betriebsarten. In einer eigenen, abstrakten Maschinensprache definiert es Methoden, um die einzelnen Komponenten ein- und auszuschalten beziehungsweise in die verschiedenen Stromsparmodi zu versetzen. Das Betriebssystem braucht dann nur noch diese Informationen zu interpretieren, ohne die genauen Details der Geräte kennen zu müssen.

Dem ACPI liegt dabei immer ein fest definierter Zustand zugrunde.

Die Zustände werden in die vier Kategorien

unterteilt.

Die verschiedenen Zustandsdefinitionen und ihr Zusammenwirken sind in der Anlage (Kap. 9.1) näher beschrieben.

Die folgende Tabelle zeigt den Zusammenhang zwischen dem Energieverbrauch und den verschiedenen ACPI-Zuständen (Durchschnitts-PC ohne Monitor; entsprechende APM-Zustände sind ebenfalls aufgeführt):

Energieverbrauch [W]

ACPI-Global-/Schlafzustand

APM

ca. 50

G0(S0): working

normal condition

< 30

G1(S1): low wake up

standby

G1(S2): S1 + CPU/cache context lost

< 5

G1(S3): save to RAM

 

G1(S4): save to disk

 

ca. 2

G2(S5): soft off

suspend (soft off)

0

G3: mechanic off

hard off

Tabelle 2: Zusammenhang Energieverbrauch und ACPI/APM-Zustände (aus einem Vortrag von Herrn Schäfle, Siemens AG, der Umweltbehörde Hamburg zur Verfügung gestellt)

 

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