Es ist eine so alltägliche Aktivität, dass die meisten von uns wahrscheinlich nie aufgehört haben, darüber nachzudenken: der automatische Neustart. Was passiert genau, wenn Ihr Computer seine eigene Stromversorgung aus- und wieder einschaltet?
Die heutige Frage-Antwort-Sitzung wird uns mit freundlicher Genehmigung von SuperUser zur Verfügung gestellt - einer Unterteilung von Stack Exchange, einer Community-Drive-Gruppierung von Q & A-Websites.
Die Frage
SuperUser-Leser Seth Carnegie wundert sich über Computer Power Management:
Wie kann sich ein Computer neu starten? Wie sagt es sich nach dem Ausschalten, wieder einzuschalten? Welche Art von Software kann das?
Wie in der Tat? Welche Kombination von Software- / Hardware-Magie macht es möglich?
Die Antwort
Der SuperUser-Mitarbeiter Jcrawfordor bietet sowohl eine komprimierte als auch eine detaillierte Antwort auf die Frage, die die Frage mehr als angemessen beantwortet:
Die zu lange, nicht gelesene Antwort: Die Energiezustände in Ihrem Computer werden durch eine Implementierung von ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) gesteuert. Am Ende eines Herunterfahrens setzt Ihr Betriebssystem einen ACPI-Befehl, der angibt, dass der Computer neu gestartet werden soll. Als Reaktion darauf setzt das Motherboard alle Komponenten mit ihren jeweiligen Rücksetzbefehlen oder -zeilen zurück und folgt dann dem Bootstrap-Prozess. Das Motherboard schaltet sich nie aus, sondern setzt nur verschiedene Komponenten zurück und verhält sich dann so, als ob der Netzschalter gerade gedrückt wurde.
Lang und weitläufig, aber (meiner Meinung nach) interessantere Antwort:
Soft Power und wie es funktioniert
In den alten Tagen (na ja, okay, für einen College-Studenten wie mich waren die 90er Jahre lange her) hatten wir AT-Motherboards (Advanced Technology) mit AT Macht Management. Das AT-Stromversorgungssystem war sehr, sehr einfach. Der Netzschalter an Ihrem Computer war ein Hardware-Schalter (wahrscheinlich auf der Rückseite des Gehäuses), und Ihr 120-VAC-Eingang hat ihn direkt durchlaufen. Das Netzteil wurde physisch ein- und ausgeschaltet, und wenn sich dieser Schalter in der Position Aus befand, war alles in Ihrem Computer vollständig leer (dies machte die CMOS-Batterie sehr wichtig, da ohne sie kein Netzteil vorhanden war, um die Hardware zu halten Uhr tickt). Da es sich bei dem Netzschalter um einen physischen Mechanismus handelte, gab es keine Software zum Ein- und Ausschalten der Stromversorgung. Windows zeigte die berühmte Meldung "Es ist jetzt sicher, Ihren Computer auszuschalten" an, da das Betriebssystem den Netzschalter nicht betätigen konnte, obwohl alles geparkt und zum Ausschalten bereit war. Diese Konfiguration wurde manchmal als bezeichnet starke Kraft , weil es nur Hardware ist.
Heutzutage sieht es aufgrund der Wunder von ATX-Motherboards und anders aus ATX-Leistung (Dies ist Advanced Technology eXtended, wenn Sie den Überblick behalten.) Zusammen mit einer Reihe anderer Fortschritte (Mini-DIN PS / 2, irgendjemand?) Brachte ATX leichte Kraft . Soft Power bedeutet, dass die Stromversorgung des Computers per Software gesteuert werden kann. Dies brachte einige Importänderungen mit sich:
- Standby-Stromversorgung: Möglicherweise haben Sie einen 5-V-SB- oder 5-V-Standby-Anschluss gesehen, der in den Pinbelegungen des Netzteils gekennzeichnet ist. Das Standby-Stromversorgung ist eine 5-V-Leitung zu Ihrem Motherboard, die immer eingeschaltet ist, auch wenn der Computer ausgeschaltet ist. Aus diesem Grund ist es wichtig, einen Netzteil-Hard-Switch (falls vorhanden) abzuziehen oder auszuschalten, wenn Sie moderne Computer warten. Selbst wenn dieser ausgeschaltet ist, können Sie möglicherweise den 5-V-SB kurzschließen und das Motherboard beschädigen. Dies ist auch der Grund, warum CMOS-Batterien nicht mehr so wichtig sind - der 5-V-SB wird verwendet, um die CMOS-Batterie zu ersetzen, wenn das Netzteil mit Netzstrom versorgt wird. Daher wird die CMOS-Batterie nur verwendet, wenn Sie den Computer vollständig vom Stromnetz trennen. Mit der 5-V-SB-Leitung können Komponenten Ihres Computers (vor allem das BIOS und die Netzwerkadapter) auch bei ausgeschaltetem Computer weiterhin einfache Software ausführen.
- Intelligente Stromversorgungssteuerung. Wenn Sie sich eine Pinbelegung für den Anschluss Ihres Netzteil-Motherboards (P1) ansehen, werden Sie zwei Stifte bemerken, die normalerweise beschriftet sind PS_ON und PS_RDY . Diese stehen für "Power Supply On" und "Power Supply Ready". Wenn Sie experimentieren möchten, nehmen Sie ein Netzteil, das nicht an einen Computer angeschlossen ist, schließen Sie es an und schließen Sie eine Erdungsleitung (eines der schwarzen Kabel) vorsichtig an die PS_ON-Leitung (das grüne Kabel) an. Die Stromversorgung schaltet sich sichtbar ein und der Lüfter dreht sich. Die Komponenten des Motherboards, die mit +5 V SB betrieben werden, schalten Ihr Netzteil ein und aus, indem Sie den PS_ON-Pin mit Strom versorgen. Da einige Kondensatoren und andere Komponenten im Netzteil einen Moment zum Aufladen benötigen, sind die Spannungen an den Hauptausgängen des Netzteils möglicherweise nicht unmittelbar nach dem Einschalten des Netzteils stabil. Dafür ist der PS_RDY-Pin gedacht. Er leuchtet auf, wenn die interne Logik des Netzteils feststellt, dass das Netzteil „bereit“ ist und eine stabile Leistung liefert. Das Motherboard wartet, bis PS_RDY eingeschaltet ist, um den Startvorgang fortzusetzen.
Ihr Netzschalter schaltet den Computer also nicht mehr ein. Stattdessen wird es an die Basis-Controller Ihres Motherboards angeschlossen, die erkennen, dass die Taste gedrückt wurde, und eine Reihe von Schritten ausführen, um das System vorzubereiten, einschließlich des Aufleuchten von PS_ON, damit Strom zur Verfügung steht. Der Netzschalter ist nicht die einzige Möglichkeit, den Startvorgang auszulösen. Geräte auf Ihrem Erweiterungsbus können dies auch. Dies ist wichtig, da Ihre Ethernet-Netzwerkadapter tatsächlich eingeschaltet bleiben, wenn Ihr Computer ausgeschaltet ist, und nach einem ganz bestimmten Paket suchen, das häufig als "Magic-Paket" bezeichnet wird. Wenn sie dieses an ihre MAC-Adresse adressierte Paket erkennen, lösen sie den Startvorgang aus. So funktioniert „Wake-on-LAN“ (WoL). Die Uhr kann auch einen Startvorgang starten (in den meisten BIOS können Sie eine Zeit festlegen, zu der der Computer jeden Tag gestartet werden soll), und USB- und FireWire-Geräte können einen Startvorgang auslösen, obwohl mir keine Implementierung bekannt ist.
Grundlegendes zur Leistungssteuerung
Nun, ich erkläre die Soft Power-Sache sowohl, weil ich sie interessant finde (immer ein Hauptgrund, warum ich Dinge erkläre), als auch weil Sie verstehen können, wie die Stromversorgung und der Betriebs- / Ausschaltzustand Ihres Computers von der Software gesteuert werden. In den meisten aktuellen Computern ist dieses Softwaresystem eine Implementierung des Erweiterte Konfiguration und Stromschnittstelle oder ACPI . ACPI ist ein standardisiertes, einheitliches System, mit dem Software das Stromversorgungssystem Ihres Computers steuern kann. Sie haben vielleicht von der gehört ACPI-Leistungszustände . Der grundlegende Mechanismus der Stromversorgungssteuerung sind diese „Stromzustände“. Ihr Betriebssystem schaltet durch die Stromversorgungsmodi, indem es sich auf den Wechsel vorbereitet (die Prozesse zum Herunterfahren / Ruhezustand, die vor dem tatsächlichen Abschalten der Stromversorgung auftreten) und dann das Motherboard anweist, die Stromzustände zu wechseln . Die Machtzustände sehen folgendermaßen aus:
- G0: Funktioniert (Status "Ein" Ihres Computers)
-
G1: Ruhezustand (Standby-Status Ihres Computers, unterteilt in die S-Unterzustände)
- S1: Die Stromversorgung von CPU und RAM bleibt eingeschaltet, aber die CPU führt keine Anweisungen aus. Peripheriegeräte sind ausgeschaltet.
- S2: CPU ausgeschaltet, RAM erhalten
- S3: Alle Komponenten außer RAM und Geräten, die einen Lebenslauf auslösen (Tastatur), werden ausgeschaltet. Wenn Sie Ihrem Betriebssystem sagen, dass es in den Ruhezustand wechseln soll, werden die Prozesse gestoppt und dieser Modus aufgerufen.
- S4: Winterschlaf. Absolut alles ist ausgeschaltet. Wenn Sie Ihrem Betriebssystem den Ruhezustand mitteilen, werden Prozesse gestoppt, der RAM-Inhalt auf der Festplatte gespeichert und anschließend in diesen Modus versetzt.
- G2: Soft Off. Dies ist der Status "Aus" Ihres Computers. Alles außer Geräten, die einen Start auslösen können, ist ausgeschaltet.
- G3: Mechanisch aus.
Wie das Zurücksetzen tatsächlich geschieht
Sie werden feststellen, dass ein Neustart nicht zu diesen Zuständen gehört. Was passiert also tatsächlich, wenn Ihr Computer beim Neustart neu gestartet wird? Die Antwort kann überraschend sein, da dies aus Sicht der Energieverwaltung der Fall ist fast nichts . Es gibt ein ACPI-Rücksetzbefehl . Wenn Sie Ihr Betriebssystem anweisen, einen Neustart durchzuführen, folgt es seinem normalen Herunterfahrvorgang (stoppt alle Ihre Prozesse, führt einige Wartungsarbeiten durch, hebt die Bereitstellung Ihrer Dateisysteme auf usw.) und schaltet den Computer als letzten Schritt in den Energiesparmodus G2 (wie wenn Sie es einfach zum Herunterfahren aufgefordert hätten) setzt den Befehl Zurücksetzen. Dies wird im Allgemeinen als "Reset-Register" bezeichnet, da es sich wie bei den meisten ACPI-Schnittstellen nur um eine Adresse handelt, an die ein bestimmter Wert geschrieben werden sollte, um ein Zurücksetzen anzufordern. Ich zitiere die 2.0-Spezifikation dazu:
Der optionale ACPI-Rücksetzmechanismus gibt einen Standardmechanismus an, der ein vollständiges Zurücksetzen des Systems ermöglicht. Bei der Implementierung muss dieser Mechanismus das gesamte System zurücksetzen. Dies umfasst Prozessoren, Kernlogik, alle Busse und alle Peripheriegeräte. Aus OSPM-Sicht ist die Bestätigung des Rücksetzmechanismus das logische Äquivalent zum Aus- und Wiedereinschalten der Maschine. Wenn OSPM nach einem Reset die Kontrolle erlangt, führt es Aktionen wie bei einem Kaltstart aus.
Wenn also das Rücksetzregister gesetzt ist, passieren einige Dinge nacheinander.
- Alle Logik wird zurückgesetzt. Dies bedeutet, dass die entsprechenden Rücksetzbefehle an verschiedene Hardware-Bits gesendet werden, einschließlich CPU, Speichercontroller, Peripheriecontroller usw. In den meisten Fällen bedeutet dies einfach das Aufleuchten eines physischen RST-Kabels, wie AndrejaKo oben gezeigt hat.
- Der Computer wird dann gebootet. Dies ist der Teil "Aktionen wie bei einem Kaltstart ausführen". Das Motherboard führt die gleichen Schritte aus, als wäre das Netzteil gerade fertig, nachdem der Netzschalter gedrückt wurde.
Der Endeffekt dieser beiden Schritte (die tatsächlich in viel mehr Schritte zerfallen) besteht darin, dass alles so aussieht, als wäre der Computer gerade gestartet worden, aber die Stromversorgung war tatsächlich die ganze Zeit eingeschaltet. Dies bedeutet weniger Zeit zum Herunterfahren und Starten (da Sie nicht warten müssen, bis das Netzteil bereit ist) und ermöglicht vor allem, dass der Startvorgang durch das Herunterfahren des Betriebssystems eingeleitet wird. Dies bedeutet, dass kein anderer Startauslöser verwendet werden muss (WoL usw.), und Sie können Reboot als effektive Methode zum Zurücksetzen des Systems aus der Ferne verwenden, wenn Sie keine Möglichkeit haben, den Start auszulösen.
Das war eine lange Antwort. Aber hey, hoffentlich wissen Sie jetzt mehr über Computer Power Management. Ich habe sicherlich einige Dinge gelernt, um dies zu erforschen.
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