Phiên Hỏi & Đáp hôm nay đến với chúng tôi theo lịch sự của SuperUser - một phân khu của Stack Exchange, một nhóm các trang web Hỏi & Đáp dành cho cộng đồng.
Câu hỏi
Người đọc SuperUser Seth Carnegie thắc mắc về quản lý năng lượng máy tính:
How can a computer restart itself? After it’s off, how does it tell itself to come back on again? What kind of software is it that can do this?
Thật vậy sao? Sự kết hợp của ma thuật phần mềm / phần cứng làm cho nó xảy ra?
Câu trả lời
Quá lâu, không đọc câu trả lời: Trạng thái nguồn trong máy tính của bạn được điều khiển bằng cách thực hiện ACPI (cấu hình nâng cao và giao diện nguồn). Khi kết thúc quá trình tắt máy, hệ điều hành của bạn đặt lệnh ACPI cho biết máy tính nên khởi động lại. Đáp lại, bo mạch chủ reset tất cả các thành phần bằng cách sử dụng các lệnh hoặc các lệnh reset tương ứng của chúng, và sau đó thực hiện theo quy trình bootstrap. Các bo mạch chủ không bao giờ thực sự tắt, nó chỉ reset các thành phần khác nhau và sau đó hoạt động như thể nút nguồn vừa được nhấn.
Dài và rambling nhưng (theo ý kiến của tôi) câu trả lời thú vị hơn:
Quyền lực mềm và cách hoạt động
Trong những ngày xa xưa (tốt, được rồi, với một sinh viên đại học như tôi những năm 90 đã lâu rồi), chúng tôi đã có các bo mạch chủ AT (Công nghệ Tiên tiến) với AT power sự quản lý. Hệ thống điện AT rất, rất đơn giản. Nút nguồn trên máy tính của bạn là một phần cứng chuyển đổi (có thể là ở mặt sau của vụ án) và đầu vào 120vac của bạn đã đi qua nó. Nó bật lên và tắt nguồn, và khi công tắc này ở vị trí Tắt, mọi thứ trong máy tính của bạn đã chết hoàn toàn (điều này làm cho pin CMOS rất quan trọng, vì không có nguồn điện để giữ phần cứng đồng hồ đánh dấu). Bởi vì công tắc nguồn là một cơ chế vật lý, không có cách nào để bật và tắt nguồn. Windows sẽ hiển thị thông điệp “Hiện tại an toàn để tắt máy tính” vì mặc dù mọi thứ đã được sử dụng và sẵn sàng tắt, hệ điều hành không thể thực sự lật công tắc nguồn. Cấu hình này đôi khi được gọi là sức mạnh cứngbởi vì đó là tất cả phần cứng.
Ngày nay mọi thứ khác nhau, vì những điều kỳ diệu của bo mạch chủ ATX và ATX điện (Công nghệ tiên tiến được eXtended nếu bạn đang theo dõi). Cùng với một số tiến bộ khác (mini-DIN PS / 2, bất cứ ai?), ATX đã mang lại quyền lực mềm. Quyền lực mềm có nghĩa là sức mạnh của máy tính có thể được điều khiển bằng phần mềm. Điều này mang lại một số thay đổi nhập:
- Nguồn dự phòng: bạn có thể đã thấy đầu nối “5v SB” hoặc “5v standby” được gắn nhãn trong các pin cấp nguồn. Các nguồn điện dự phòng là dòng 5v cho bo mạch chủ luôn bật, ngay cả khi máy tính bị tắt. Đây là lý do tại sao điều quan trọng là rút phích cắm hoặc tắt công tắc cứng PSU (nếu có) khi bảo dưỡng máy tính hiện đại, bởi vì ngay cả khi tắt máy, bạn vẫn có khả năng làm ngắn mạch 5v SB và làm hỏng bo mạch chủ. Đây cũng là lý do tại sao pin CMOS không thực sự quan trọng nữa - 5v SB được sử dụng để thay thế pin CMOS bất cứ khi nào nguồn điện có nguồn điện chính, vì vậy pin CMOS chỉ được sử dụng khi bạn rút toàn bộ máy tính. Dòng 5v SB quan trọng cho phép các thành phần của máy tính của bạn (quan trọng nhất là BIOS và bộ điều hợp mạng) để tiếp tục chạy một số phần mềm đơn giản ngay cả khi máy tính bị tắt.
- Kiểm soát nguồn điện thông minh. Nếu bạn nhìn vào pinout cho đầu nối bo mạch chủ của bộ cấp nguồn (P1), bạn sẽ thấy hai chân thường được gắn nhãn PS_ON và PS_RDY. Các thiết bị này có chức năng “cấp nguồn” và “nguồn điện sẵn sàng”. Nếu bạn muốn thử nghiệm, hãy lấy một nguồn điện không có trong máy tính, cắm nó vào, và cẩn thận rút ngắn đường nối đất (một trong những dây màu đen) thành đường dây PS_ON (dây màu xanh lá cây). Nguồn điện sẽ hiển thị rõ ràng, với quạt quay lên. Các thành phần của bo mạch chủ chạy tắt của + 5v SB thực sự bật và tắt nguồn điện của bạn bằng cách kết nối nguồn với chân PS_ON. Vì có một số tụ điện và các thành phần khác trong nguồn điện mất một chút thời gian để sạc, điện áp từ các đầu ra chính của nguồn điện có thể không ổn định ngay lập tức sau khi PSU bật. Đây là những gì mà pin PS_RDY dành cho, nó xuất hiện khi logic bên trong của nguồn cung cấp điện xác định rằng nguồn cung cấp điện đã sẵn sàng và sẽ cung cấp điện ổn định. Bo mạch chủ chờ cho đến khi PS_RDY bật để tiếp tục khởi động.
Vì vậy, công tắc nguồn của bạn không còn “bật” máy tính nữa. Thay vào đó, nó được kết nối với bộ điều khiển cơ bản của bo mạch chủ, phát hiện nút đã được nhấn và thực hiện một số bước để sẵn sàng hệ thống, bao gồm chiếu sáng PS_ON sao cho nguồn sẽ khả dụng. Nút nguồn không phải là cách duy nhất để kích hoạt quá trình khởi động, các thiết bị trên xe buýt mở rộng của bạn cũng có thể làm như vậy.Điều này quan trọng vì các adapter mạng ethernet của bạn thực sự ở lại khi máy tính của bạn tắt và tìm một gói rất cụ thể thường được gọi là "gói Magic". Nếu chúng phát hiện gói này được gửi đến địa chỉ MAC của chúng, chúng sẽ kích hoạt quá trình khởi động. Đây là cách thức hoạt động của “Wake-on-LAN” (WoL). Đồng hồ cũng có thể khởi động (hầu hết BIOS cho phép bạn đặt thời gian máy tính khởi động mỗi ngày) và các thiết bị USB và FireWire có thể kích hoạt khởi động, mặc dù tôi không biết bất kỳ việc triển khai nào.
Hiểu về điều khiển công suất
Vâng, tôi giải thích điều Mềm cả bởi vì tôi nghĩ nó thú vị (luôn là lý do chính để tôi giải thích mọi thứ) và bởi vì nó cho phép bạn hiểu được sức mạnh và trạng thái chạy / tắt của máy tính được điều khiển bằng phần mềm như thế nào. Trong hầu hết các máy tính hiện tại, hệ thống phần mềm này là việc triển khai Cấu hình nâng cao và giao diện nguồn, hoặc ACPI. ACPI là một hệ thống thống nhất, được chuẩn hóa cho phép phần mềm điều khiển hệ thống điện của máy tính của bạn. Bạn có thể đã nghe nói về Trạng thái nguồn ACPI. Cơ chế điều khiển công suất cơ bản là “trạng thái nguồn”, hệ điều hành của bạn chuyển qua chế độ nguồn bằng cách chuẩn bị cho công tắc (các quá trình tắt / ngủ đông xảy ra trước khi tắt nguồn), và sau đó chỉ huy bo mạch chủ để chuyển đổi trạng thái nguồn. Trạng thái nguồn trông như thế này:
- G0: Làm việc (trạng thái “bật” của máy tính)
-
G1: Ngủ (trạng thái chờ của máy tính của bạn, được chia thành S sẽ thay thế)
- S1: nguồn cho CPU và RAM vẫn bật, nhưng CPU không thực hiện các lệnh. Các thiết bị ngoại vi được tắt nguồn.
- S2: CPU tắt, RAM được duy trì
- S3: Tất cả các thành phần được tắt nguồn trừ RAM và các thiết bị sẽ kích hoạt sơ yếu lý lịch (bàn phím). Khi bạn yêu cầu hệ điều hành của mình “Ngủ”, nó sẽ dừng quá trình và sau đó vào chế độ này.
- S4: Ngủ đông. Tuyệt đối mọi thứ đều bị tắt. Khi bạn nói với hệ điều hành của bạn để Hibernate, nó dừng quá trình, lưu nội dung của RAM vào đĩa, và sau đó vào chế độ này.
- G2: Tắt mềm. đây là trạng thái "tắt" của máy tính của bạn. Tắt nguồn cho tất cả mọi thứ ngoại trừ các thiết bị có thể kích hoạt khởi động.
- G3: Cơ khí tắt.
Cách đặt lại thực sự xảy ra
Bạn sẽ nhận thấy rằng khởi động lại không phải là một trong các trạng thái này. Vậy điều gì thực sự xảy ra khi máy tính của bạn khởi động lại? Câu trả lời có thể đáng ngạc nhiên, bởi vì từ góc độ quản lý năng lượng, gần như không có gì. Có lệnh reset ACPI. Khi bạn yêu cầu hệ điều hành khởi động lại, nó tuân theo quy trình tắt bình thường của nó (dừng tất cả các tiến trình của bạn, thực hiện một chút bảo trì, tháo dỡ hệ thống tập tin của bạn, vv), và sau đó là bước cuối cùng, thay vì gửi máy đến trạng thái nguồn G2 (vì nếu bạn đơn giản nói với nó là Shut Down), nó sẽ đặt lệnh Reset. Điều này thường được gọi là “Đặt lại đăng ký”, vì hầu hết giao diện ACPI chỉ là một địa chỉ mà một giá trị cụ thể nên được ghi vào để yêu cầu đặt lại. Tôi sẽ trích dẫn thông số 2.0 về những gì nó làm:
The optional ACPI reset mechanism specifies a standard mechanism that provides a complete system reset. When implemented, this mechanism must reset the entire system. This includes processors, core logic, all buses, and all peripherals. From an OSPM perspective, asserting the reset mechanism is the logical equivalent to power cycling the machine. Upon gaining control after a reset, OSPM will perform actions in like manner to a cold boot.
Vì vậy, khi thiết lập lại đăng ký được thiết lập, một vài điều xảy ra theo thứ tự.
- Tất cả logic được đặt lại. Điều này có nghĩa là gửi các lệnh reset tương ứng tới các bit khác nhau của phần cứng bao gồm CPU, bộ điều khiển bộ nhớ, bộ điều khiển ngoại vi, vv Trong hầu hết các trường hợp, điều này có nghĩa là chiếu sáng một dây RST vật lý, như AndrejaKo đã xuất hiện ở trên.
- Máy tính sau đó được bootstrapped. Đây là phần “thực hiện hành động theo cách thức giống như một phần khởi động lạnh”. Bo mạch chủ thực hiện các bước tương tự như nó sẽ xảy ra nếu nguồn điện vừa mới sẵn sàng sau khi nút nguồn được nhấn.
Hiệu ứng cuối cùng của hai bước này (thực ra là phá vỡ nhiều bước hơn) là nó trông giống mọi thứ giống như máy tính vừa mới khởi động, nhưng sức mạnh thực sự là toàn bộ thời gian. Điều này có nghĩa là cần ít thời gian hơn để tắt và khởi động (vì bạn không phải đợi nguồn cấp điện sẵn sàng), và quan trọng là cho phép khởi động hệ điều hành bằng cách tắt hệ điều hành. Điều này có nghĩa là một trình kích hoạt khởi động khác không cần phải được sử dụng (WoL vv) và cho phép bạn sử dụng Reboot làm cách hiệu quả để đặt lại hệ thống từ xa, khi bạn không có cách kích hoạt khởi động.
Đó là một câu trả lời dài. Nhưng hey, hy vọng bạn biết thêm về quản lý năng lượng máy tính bây giờ. Tôi chắc chắn đã học được một số điều nghiên cứu này.
Có cái gì để thêm vào lời giải thích? Âm thanh trong các ý kiến. Bạn muốn đọc thêm câu trả lời từ những người dùng Stack Exchange có hiểu biết công nghệ khác? Xem toàn bộ chuỗi thảo luận tại đây.
