У первого универсального электронного компьютера ENIAC было 18 000 электронных ламп и энергопотребление на уровне 140 кВт. В результате счета за электроэнергию поднялись до непривычных сумм. После изобретения транзистора потребление электроэнергии существенно понизилось, и компьютерная промышленность потеряла интерес к требованиям энергопотребления. Но в наши дни управление электропитанием по ряду причин опять оказалось в центре внимания, и операционная система играет в этом вопросе не последнюю роль.

Начнем с настольных персональных компьютеров. У них довольно часто встречается блок питания мощностью 200 ватт (который обычно имеет КПД 85%, теряя 15% поступающей электроэнергии на нагрев). Если 100 миллионов таких машин будут включены по всему миру в одно и то же время, то все вместе они будут потреблять 20 000 МВт электроэнергии. Такое количество вырабатывается двадцатью среднестатистическими атомными электростанциями. Если запросы энергопотребления могли бы быть снижены наполовину, то можно было бы избавиться от 10 атомных электростанций. С точки зрения охраны окружающей среды, избавление от 10 атомных электростанций (или эквивалентного количества электростанций, работающих на обычном топливе) является большой победой, за которую стоит побороться.

Другой областью, где энергопотребление играет немалую роль, являются компьютеры с автономным электропитанием, в числе которых можно назвать ноутбуки, карманные и планшетные компьютеры с выходом в Интернет. Суть проблемы в том, что батареи не могут хранить нужный заряд достаточно долго, в лучшем случае это время не превышает нескольких часов. Более того, несмотря на большой объем проведенных исследований со стороны компаний, выпускающих аккумуляторы, компьютерных компаний и компаний по выпуску бытовой электроники, существенного прогресса не произошло. В отрасли, привыкшей удваивать производительность каждые 18 месяцев (согласно закону Мура), отсутствие какого-либо прогресса похоже на нарушение законов физики, но пока ничего не удается сделать. Поэтому приоритетом повестки дня является снижение энергопотребления компьютеров, чтобы продлить время их работы от аккумуляторной батареи. Операционная система, в чем мы убедимся далее, играет в этом деле далеко не последнюю роль.

На самом низком уровне производители оборудования стараются поднять энергоэффективность своих электронных приборов. Используемые при этом технологии включают уменьшение размеров транзисторов, применение динамического изменения напряжения питания, использование шин с небольшим перепадом напряжения (low-swing) и адиабатных шин и другие, подобные этим технологии. Эти вопросы выходят за рамки тематики книги, но заинтересовавшиеся читатели могут найти неплохой обзор в статье (Venkatachalam and Franz, 2005).

Есть два основных подхода к снижению энергопотребления. Первый из них предусматривает, что операционная система выключит незадействованные компоненты компьютера (в основном это устройства ввода-вывода), поскольку в выключенном состоянии устройства переводятся в режим пониженного энергопотребления или вовсе не потребляют энергию. При втором подходе прикладная программа для снижения энергопотребления может ухудшить качество пользовательского восприятия программы, чтобы растянуть время работы батареи. Эти подходы будут рассмотрены по очереди, но сначала будет уделено внимание конструкции оборудования с уклоном на его энергопотребление.