It’s such a common place activity that most of us have likely never stopped to even think about it: the automatic restart. Whether user or application-initiated, what exactly happens when your computer cycles its own power?

今天的問答環節是由SuperUser提供的，SuperUser是Stack Exchange的一個分支，它是一個由Q&a網站組成的社群驅動分組。

問題

超級使用者讀者Seth Carnegie對計算機電源管理很好奇：

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?

怎麼會呢？是什麼結合了軟體/硬體的魔力使之成為現實？

答案

超級使用者貢獻者Jcrawfordor對這個問題提供了一個簡明而詳細的回答，這個回答充分地解決了這個問題：

太長；沒讀過答案：計算機中的電源狀態由ACPI（高階配置和電源介面）的實現控制。在關機過程結束時，作業系統會設定一個ACPI命令，指示計算機應該重新啟動。作為響應，主機板使用各自的重置命令或行重置所有元件，然後執行引導過程。主機板從來沒有真正關閉，它只是重置各種元件，然後表現得好像剛剛按下電源按鈕。

冗長而漫無邊際，但（在我看來）更有趣的答案是：

軟實力及其運作方式

在過去（好吧，對我這樣的大學生來說，90年代是很久以前的事了），我們有AT（先進技術）主機板和AT電源管理。AT動力系統非常非常簡單。你電腦上的電源按鈕是一個硬體開關（可能在箱子後面），你的120vac輸入正好透過它。它在物理上開啟和關閉電源，當這個開關處於關閉位置時，計算機中的所有東西都完全沒電了（這使得CMOS電池非常重要，因為沒有它，就沒有電源來保持硬體時鐘的滴答聲）。因為電源開關是一個物理機制，所以沒有軟體可以開啟和關閉電源。Windows會顯示著名的“現在可以安全地關閉計算機”訊息，因為儘管所有東西都已停駐並準備關閉，但作業系統不可能真正開啟電源開關。這種配置有時被稱為硬電源，因為它都是硬體。

現在的情況不同了，因為ATX主機板和ATX電源的奇蹟（如果你保持跟蹤的話，這是先進技術的延伸）。以及其他一些進步（迷你DIN PS/2，有人嗎？），ATX帶來了軟實力。軟實力意味著電腦的力量可以由軟體控制。這帶來了一些匯入更改：

• 備用電源：您可能在電源引腳中看到“5v SB”或“5v備用”聯結器。備用電源是連線主機板的5v線路，即使電腦關機，它也會一直開啟。這就是為什麼在維修現代計算機時，拔下或關閉PSU硬開關（如果有）非常重要的原因，因為即使它關閉，也可能導致5v SB短路並損壞主機板。這也是為什麼CMOS電池不再那麼重要的原因——只要電源有主電源，5v SB就用來替換CMOS電池，所以CMOS電池只在你完全拔下電腦電源時才使用。5v SB線非常重要，它允許計算機的元件（最重要的是BIOS和網路介面卡）即使在計算機關閉時也能繼續執行一些簡單的軟體。
• 智慧電源控制。如果您檢視電源主機板（P1）聯結器的插腳，您會注意到兩個通常標記為PS\u ON和PS\RDY的插腳。代表“電源開啟”和“電源準備就緒”。如果你想做實驗，就拿一個不在電腦裡的電源，把它插上，然後小心地把地線（其中一根黑線）短接到電源線上（綠線）。隨著風扇旋轉，電源將明顯開啟。主機板的元件執行在+5v的SB上，實際上透過連線電源到PS\u on引腳來開啟和關閉電源。因為電源中有一些電容器和其他元件需要一段時間才能充電，所以電源的主輸出電壓在PSU開啟後可能不會立即穩定。這就是PS RDY引腳的用途，當電源的內部邏輯確定電源已“就緒”並將提供穩定的電源時，它就會亮起。主機板會等到PS\RDY開啟後繼續引導。

所以，你的電源開關不再“開啟”電腦。相反，它連線到主機板的基本控制器，它檢測到按鈕被按下，並執行一系列步驟來準備系統，包括開啟PS\ U以便可以使用電源。電源按鈕不是觸發啟動過程的唯一方法，擴充套件總線上的裝置也可以這樣做。這一點很重要，因為當您的計算機關閉時，您的乙太網介面卡實際上保持開啟狀態，並查詢一個非常特定的資料包（通常稱為“魔法資料包”）。如果它們檢測到這個資料包的MAC地址，它們將觸發啟動過程。這就是“區域網喚醒”（WoL）的工作原理。時鐘還可以啟動引導（大多數BIOS允許您設定計算機每天的引導時間），USB和FireWire裝置可以觸發引導，儘管我不知道這有什麼實現。

瞭解電源控制

好吧，我解釋軟實力的事情，既因為我覺得它很有趣（這一直是我解釋事情的一個關鍵原因），也因為它讓你瞭解你的電腦的權力和執行/關閉狀態都是如何由軟體控制的。在當前大多數計算機中，這個軟體系統是高階配置和電源介面（ACPI）的實現。ACPI是一個標準化、統一的系統，允許軟體控制計算機的電源系統。你可能聽說過ACPI電源狀態。電源控制的基本機制是這些“電源狀態”，您的作業系統透過電源模式進行切換，方法是準備切換（在電源實際關閉之前發生的關機/休眠過程），然後命令主機板切換電源狀態。電源狀態如下所示：

• G0:正在工作（計算機處於“開啟”狀態）
• G1: Sleeping (your computer’s standby states, divided in to the S substates)
  • S1:CPU和RAM的電源保持開啟，但CPU不執行指令。外圍裝置已關閉。
  • S2:CPU關閉，RAM保持
  • S3：除RAM和將觸發恢復（鍵盤）的裝置外，所有元件都已斷電。當您告訴作業系統“睡眠”時，它將停止程序，然後進入此模式。
  • S4：冬眠。絕對所有的東西都關掉了。當您告訴作業系統休眠時，它會停止程序，將RAM的內容儲存到磁碟，然後進入此模式。
• G2：軟關閉。這是計算機的“關閉”狀態。除了可以觸發啟動的裝置外，所有裝置的電源都已關閉。
• G3：機械關閉。

重置是如何發生的

您會注意到重新啟動不是這些狀態之一。那麼當你的電腦重新啟動時會發生什麼呢？答案可能令人驚訝，因為從電源管理的角度來看，它幾乎什麼都不是。有一個ACPI重置命令。當您告訴作業系統重新啟動時，它會按照正常的關機過程（停止所有程序、執行一點維護、解除安裝檔案系統等），然後作為最後一步，它不會將機器傳送到電源狀態G2（就像您簡單地告訴它關機一樣），而是設定Reset命令。這通常被稱為“復位暫存器”，因為與大多數ACPI介面一樣，它只是一個地址，特定的值應該寫入該地址以請求復位。我將引用2.0規範來說明它的功能：

The optional ACPI reset mechani** specifies a standard mechani** that provides a complete system reset. When implemented, this mechani** must reset the entire system. This includes processors, core logic, all buses, and all peripherals. From an OSPM perspective, asserting the reset mechani** is the logical equivalent to power cycling the machine. Upon gaining control after a reset, OSPM will perform acti*** in like manner to a cold boot.

所以，當重置暫存器被設定時，一些事情會依次發生。

• 所有邏輯復位。這意味著將相應的復位命令傳送到各種硬體位，包括CPU、記憶體控制器、外圍控制器等。在大多數情況下，這僅僅意味著點亮一根物理RST線，正如AndrejaKo在上面所示。
• 然後計算機啟動。這是“以類似於冷啟動的方式執行操作”部分。主機板執行的步驟與按下電源按鈕後電源剛剛就緒時相同。

這兩個步驟的最終效果（實際上分解為更多的步驟）是，它看起來就像計算機剛剛啟動一樣，但實際上整個過程都是通電的。這意味著關閉和啟動所需的時間更少（因為您不必等待電源準備就緒），而且重要的是允許作業系統關閉時啟動。這意味著不需要使用另一個啟動觸發器（WoL等），並且允許您在無法觸發啟動時使用重新啟動作為遠端重置系統的有效方法。

回答得太長了。不過，希望你現在對電腦電源管理有更多的瞭解。我在這方面確實學到了一些東西。