2024年5月31日发(作者：)
各种电源和CPU的状态
Jackliu
有时候我们会被BIOS或是作业系统中的电源管理搞得一头雾水，S0、C1究
竟代表着什么，如果不了解其意义以及身后所代表的内涵，很难在BIOS中调
试中做出适合的调整和设定。
各种电源状态缩写的意义
P-States：英文为CPUPerformanceStates的缩写，中文为CPU
效能状态。可以说CPU降频和降电压。CPU肯定在跑。
T-States
：英文为
ThrottlingStates
的缩写。中文意思为系统负载
状态。
CPU
根据系统温度，一跑一停的状态。
S-States：英文为SleepingStates的缩写，中文为系统睡眠状态。
进入S0-S5的ACPI状态。
G-States
：英文为
GlobalStates
的缩写，中文为全局状态。
C-States：英文为CPUStates的缩写，中文为CPU电源状态。
基本CPU停止运行。
C-States
：英文为
DEVStates
的缩写，中文为设备状态。
三种电源状态的关系
正常运作靠P-States
P-States指的就是CPUCPU依据目前运算量负荷轻重，调整运作频率的高低，
譬如1颗3.0GHz的CPU在执行Crysis3时以全速运作、上网时以1.8GHz
运作、观赏影片时以800MHz运作。在Intel方面称为EIST（EnhancedIntel
SpeedStepTechnology），AMD方面则是CnQ（Cool’n’Quiet）和Power
Now！。通常P0指的就是CPU以最高频率、最高运算量的状态运作，接下来
P1、P2、P3……就依照运作效能的多寡、省电性由少至多依序排下去。一般这
个只存在C0的状态。是唯一的。
T-States
通常不会使用，唯有当
CPU
过热或是超过我们所设定的温度时才介
入。
T-States
和
P-States
都是为了降低发热量而被使用，但是运作方式有别。
例如
1
颗
3.0GHz
的
CPU
被
P-States
要求运作在
50
％，就是真的运作在
1.5GHz
之上，而
T-States
则是将
3.0GHz
切成一半，一半时脉不运作，一半
时脉正常运作（调整
CPU
实际运作的占比）。
▲P-States和T-States的运作方式不同。
Intel
的
TurboBoost
技术就是当作业系统要求
CPU
运作在
P0
状态时，就会
收集有关目前
CPU
耗电量、启动核心数量、核心电源状态、
CPU
温度等信息，
来决定
P0
的运作时脉为多少。
▲IntelTurboBoost
简易原理说明。
S-States与待机/休眠/睡眠关系式
S-States
则是指计算机系统状态，
S0
～
S5
共有
6
种。
S0指的就是系统正常开机运作的状态，包含所有的P和C状态。S1时透过
时脉产生器将CPU关闭、系统内容被刷新（持续供电）
S1
状态也被称为
poweronsuspend
；
S2则是CPU电源完全关闭、系统内容刷新，系统整体耗电量比起S1更低一
些。
S3
一般也称为
suspendtoRAM
或是待命（
WindowsXP
）、睡眠（
Windows
7
之后），除了系统还有少量供电以外，其余大部分系统内的硬件电源均被关闭；
S4则是所谓的suspendtodisk，将系统内部的资料写入硬盘之后，将计算机
系统整体关闭，耗电量和关机一样；
S5
就是关机状态。
G-States
全局状态，不过
G-States
仅是个抽象描写系统目前的电源状态
（
ACPI
），要如何实作需额外定义。一般来说为
4
种状态：
G0为系统开机状态、
G1
为睡眠状态、
G2为软关机、
G3
为硬件关机。
C-States好多种
比较难理解的就是
CPU
待机状态
C-States
，因为这里的电源管理比较复杂，会
根据状态的不同分别调降运作时脉或电压，或者干脆完全关闭。
C-States
也不
断的加入新成员，象是
C8
～
C10
就是仅在
Haswell
系列才开始导入的
C-State
。
C0：（正常运行状态）包含在S0之下，旗下包含所有P-States，也就是CPU
内部电源全开的状态，所有的x86CPU都支援这个状态。
C1
：（挂起或待机状态）藉由软件关闭
CPU
的时脉（
stopinternalclock
）（送
出
HLT
指令），但是总线界面和
APIC
（
AdvancedProgrammableInterrupt
Controller
）均运作在全速状态，由
Intel486DX4
和之后的
CPU
开始支援，唤
醒的时间大概
10ns
（纳秒）。
C1E：（挂起或待机状态）藉由软件关闭CPU的时脉，以及降低CPU的输入
电压，其余的总线界面和APIC运作在全速状态，LGA775脚位之后的CPU
都支援，唤醒的时间10ns（纳秒）；如果在BIOS中开启C1E支援，则CPU
就会进入
C1E
而非进入
C1
状态。须注意
AMD
也使用
C1E
这个名词在
CPU
上，不过却是另外一回事，在
AMD65
奈米之后的
CPU
，所有
CPU
核心
进入
C1
状态会让
CPU
直接进入
C3
状态。
C2：(挂起或待机状态）藉由硬件关闭CPU的时脉（设定STPCLKCPU接脚），
总线界面和APIC均运作在全速状态，同样是Intel486DX4之后全部支援，
唤醒的时间100ns（纳秒）。
C2E
：（挂起或待机状态）藉由硬件关闭
CPU
的时脉，降低
CPU
的输入电压，
其余的总线界面和
APIC
运作在全速状态，
IntelCore2Duo
之后皆支援，但
仅限
Intel
的
CPU
；同样的，若在
BIOS
中将
C2E
支援开启时，就会以
C2E
替代
C2
状态，唤醒的时间
100ns
（纳秒）。
C3：（深度休眠状态）关闭CPU内部所有的时脉（包含总线界面和APIC），
将L1快取中的内容清空，IntelPentiumII和AMDAthlon之后皆支援（除
Core2DuoE4000和E6000系列不支援），此模式也称为sleep模式，唤醒
的时间50ms（毫秒）。C3下还有个deepsleep模式，由PentiumII以上
（Core2DuoE4000和E6000系列不支援）、Turion64以上所支援，除CPU
内部时脉外，也可关闭外部时脉。唤醒的时间大概
50
µs（微秒）
IntelCPU
可透过设定
SLP
或是
DSSLP
接脚进入
C3
（在这之前
CPU
必须先
进入
C2
），
AMD
则是透过读取
APCI
的暂存器和
STPCLK
的组合而定，如
果读取
PLVL_2
暂存器，则设定
STPCLK
之后会进入
C2
；若读取
PLVL_3
暂存器，则设定
STPCLK
之后会进入
C3
。
AMD
行动版
Turion64CPU
还支
援更进阶的
AltVID
功能，可于进入
C3
的同时降低
CPU
电压。
C4：（更深度休眠状态）称做deepersleep，不像C1～C3为关闭CPU的时
脉，C4更进一步降低CPU的电压供应，并把部分的L2快取内容清空以便进
一步降低能源消耗；C4从IntelPentiumM（不包含Core2DuoE4000和
E6000
系列）和
AMDTurion64
之后开始支援，唤醒的时间至少需
200ms
（毫
秒）。
C4E：（更深度休眠状态）将C4时的CPUL2快取完全清空并关闭，可进一
步降低供应给CPU的电压，此模式仅在部分CPU上出现（CoreSolo、Duo、
部分45奈米行动版Core2Duo、部分Atom）。唤醒的时间至少需200ms
（毫秒）
C6
：
C6
状态（深度节能状态）（
deeppowerdown
）可以说是完全关闭了
CPU
，
包含
L1
和
L2
快取。在此状态下，
CPU
内部的状态都会被写入到
1
个具有
独立电力来源的静态存储器中（后来的
CPU
可使用
L3
快取做为目标写入），
CPU
的电压就能够降到非常低，甚至是
0V
完全关闭，从
Intel45
奈米行动版
Core2Duo
开始支援。
C6
时的唤醒的时间比较长，约是
C4
的
50%
。
Intel在Nehalem中导入了1个电源控制模块，CPU各个部分可使用不同的
电压，因此可让某个闲置的处理核心进入C6。
▲Intel
于
Penryn
核心开始导入
C6
。
C7：（更深度节能状态）C7在C6的基础上增加了部分或者全部清空L3快
取，被整合进去的北桥，现称SystemAgent以最小的电压保持启动，外部电
压调整可从1.8V降至1.6V，从SandyBridge开始导入。
C8
：最后
1
层
L3
快取被关闭，
SystemAgent
以最小的电压保持启动，外部
电压调整可从
1.8V
降至
1.2V
。
C9：SystemAgent电压降至0V，IO关闭，外部电压调整可降至0V。
C10
：外部电压调整可降至
0V
或完全关闭（以上
C8
～
C10
在
Haswell
以后的
芯片组才开始出现）。
▲Haswell
多出来的
C8
～
C10
状态。
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