英特尔Intel CPU睿频原理探讨_intel处理器的pcu是什么概念

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参考自：
《自动控制原理（第五版）》 胡寿松

自控课的大作业我选择通过英特尔睿频技术来讲解自控原理在实际生活中的应用，和其他人相比属于剑走偏锋。之所以选择了这个课题，完全是出于兴趣，只是在做的时候能收集到的互联网资料相对较少，因此完成这个课题颇费了一番力气，尽管这篇博文看起来十分短小。

写的对不对我不知道，反正知识点我是get到了。

1理论基础·反馈控制方式

为了体现一定的专业性，这篇文章照例要和课本理论相结合。先来回顾一下自动控制原理的一些基础知识点。
下图为反馈（闭环）控制系统原理框图，用于表明自动控制系统的组成以及信号的传递情况：

先解释一下图中出现的专业名词：
信号类
●给定量：人为给定、要求系统输出量参照变化的外部指令信号
●被控量（输出量）：被控对象中某个需要被控制的物理量
●干扰信号：对系统输出量产生不利影响的信号
比较量（反馈量）：其值等同于被控量
基本元件类
●比较器：将所检测的被控量实际值与给定元件给出的参考两进行比较，确定两者之间的偏差
●控制器：下达指令的装置
●执行器：直接驱动被控对象，使其被控量发生变化
●被控对象：系统中被控制的设备或过程

反馈环节，是指把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比产生偏差信号的过程。其中若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈，反之为正反馈。输出量反馈，使系统能在存在无法预计扰动的情况下，自动减少系统的偏差，故称作反馈控制，是自动控制系统的基本控制方式；其具体工作原理为将输出量的实际值与给定值进行比较，得出偏差，用偏差值产生调节作用消除偏差，使输出量维持期望的输出。这里的偏差即给定量与反馈量之差。

2睿频技术简介

回顾完自控系统框图后，让我们先了解一下睿频技术的相关概念。

2.1基本概念

英特尔睿频加速技术（Intel Turbo Boost Technology）是英特尔2012年起应用在酷睿 ™处理器的独有功能。当开启睿频加速之后，CPU会根据当前的任务量动态改变处理器时钟频率（主频），从而在执行重任务时发挥最大的性能，轻任务时发挥最大节能优势。

专业名词解释

1. 主频： CPU主频，即CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）。主频越高，CPU的运算速度就越快。
2. 处理器架构： 架构是将晶体管连接在一起，让它进行计算的方式方法。目前Intel不断迭代的微架构都是在基础上进行优化，即增加晶体管数量，添加新的指令集等。
3. TDP（Thermal Design Power）：散热设计功耗。芯片达到最大负荷的时候热量释放的指标。是CPU电流热效应以及CPU工作时产生的单位时间热量，属于散热设计规范参考。该参数与CPU功耗不同，且高于CPU功耗。

睿频与超频的区别
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1. 超频：用户强制CPU所有内核运行比额定频率高的频率上，功耗、电流、电压和温度都可能超出规定范围，操作不当会造成系统不稳定乃至损坏。超频需要人工调整各种指标。
2. 睿频：CPU根据实际运行程序的需求，动态的增加处理器的运行频率来提高处理器的性能，同时保持处理器继续稳定运行在规定的参数内。睿频是CPU自动实现的，无需人工设置，并且CPU运行稳定。

2.2睿频原理简述

2.2.1架构特点

在支持睿频的英特尔处理器中，每个处理核心都带有自己的PLL同步逻辑单元，每个核心的时钟频率独立且具有单独的核心电压。
这样的好处是处于空闲状态下的处理核心几乎可以完全被关闭。而在之前的多核心处理器中，所有的处理核心都具备相同的核心电压，即活跃的处理核心与不活跃的处理核心都要消耗相同的功耗。

2.2.2关键设备：PCU

在CPU中的PCU(Power Control Unit，功耗控制单元)可以监控CPU的功耗。
当应用负载提高时，PCU可以为系统睿频提供参考：由于处理器为每个内核提供整体的额定功率，如果一个或多个内核未使用满其额定功率，则处理器可自动智能地把未使用的功率转移至工作的内核，从而提升核心频率最终提升性能。

2.2.3睿频具体过程

在多核处理器中，一个核心仅能同时处理一个任务。
当操作系统处理复杂进程导致主动核心负荷变大时，操作系统会请求提升性能，这时cpu架构可以在通过PCU检查相关参数后激活睿频方式。
在进入睿频方式后，繁忙CPU内核的频率会提升一级， 同时CPU功耗控制单元持续侦测各参数，保证在TDP允许范围内。
如果侦测到的热功耗数值足够低，或者有其他的核心处在空闲的状态，cpu架构继续提升处理器的时钟频率。

3 CPU睿频反馈控制原理

结合上文，下面让我们尝试绘制CPU睿频反馈控制系统原理框图。
i)被控对象：处理核心
ii)被控量（输出量）：主频
iii)控制装置： PCU ，操作系统
iiii)输入量：当前进程

图作者是我朋友，在课题组里担任美工角色，其它啥也不懂，因此这幅作品的优点在于好看，缺点在于只是好看。

下面我们来对这一控制系统进行分类。
按照系统输入信号进行分类，该系统属于伺服控制系统，其输入信号是一个未知的随时间任意变化的函数，要求输出量能够精确地跟随输入信号变化。
按照系统时间变量特性分类，该系统属于离散时间系统，控制系统各环节的输入量和输出量均为时间的离散函数。
按系统参数特性分类，该系统属于定常系统，其系统参数在系统运行过程中相对于时间是不变的（忽略微小变化时成立；实际工程上属于时变系统）。
按系统数学模型分类，Emm…