计算机如何自行重启？

#1 楼

tl; dr：计算机中的电源状态由ACPI的实现（高级配置和电源接口）控制。关闭过程结束时，操作系统将设置ACPI命令，指示计算机应重新启动。作为响应，母板使用各自的重置命令或线路重置所有组件，然后执行引导程序。主板从来没有真正关闭过，它只会重置各种组件，然后表现得就像刚按下电源按钮一样。

漫长而漫漫，但（我认为）更有趣的答案是：

Soft Power及其工作原理

在过去（好吧，对于像我这样的90年代大学生来说，很久以前），我们拥有AT（先进技术）带有AT电源管理的主板。 AT电源系统非常非常简单。您计算机上的电源按钮是一个硬件开关（可能在机箱背面），您的120vac输入正好通过它。它会物理地打开和关闭电源的电源，并且当此开关处于“关闭”位置时，计算机中的所有设备都完全没电了（这使CMOS电池非常重要，因为没有电源，就无法保持硬件时钟滴答声）。因为电源开关是一种物理机制，所以没有软件方法可以打开和关闭电源。 Windows将显示著名的“现在可以安全关闭计算机”消息，因为尽管所有内容都已停放并准备关闭，但OS实际无法打开电源开关。此配置有时被称为硬电源，因为它全是硬件。

如今，情况有所不同，因为ATX主板和ATX电源的奇妙之处（如果您一直在跟踪，那就是高级技术）。除了其他许多进步（mini-DIN PS / 2，有人吗？），ATX还带来了强大的功能。软电源意味着可以通过软件控制计算机的电源。这带来了一些重要的变化：备用电源：您可能已经看到电源引脚上标有“ 5v SB”或“ 5v备用”连接器。备用电源是连接到主板的5v线，即使计算机已关闭，它也始终打开。这就是为什么在维修现代计算机时拔出或关闭PSU硬开关（如果有）很重要的原因，因为即使电源关闭，您也可能会短路5v SB并损坏主板。这也是为什么CMOS电池不再那么重要的原因-只要电源有市电，5v SB就会用来替换CMOS电池，因此，仅在完全拔掉计算机电源时才使用CMOS电池。 5v SB线很重要地使您的计算机组件（最重要的是BIOS和网络适配器）即使在关闭计算机后也可以继续运行一些简单的软件。
智能电源控制。如果查看电源的主板（P1）连接器的引脚，则会注意到两个引脚通常标记为PS_ON和PS_RDY。这些代表“电源打开”和“电源准备就绪”。如果您想进行实验，请使用计算机以外的电源，将其插入，然后小心地将接地线（黑色线之一）与PS_ON线（绿色线）短路。风扇旋转时，电源将明显打开。通过+ 5v SB运行的主板组件实际上通过将电源连接到PS_ON引脚来打开和关闭电源。由于电源中的某些电容器和其他组件需要花费一些时间才能充电，因此在PSU开启后，电源主输出的电压可能会不稳定。这就是PS_RDY引脚的用途，当电源的内部逻辑电路确定电源已“就绪”并且将提供稳定的电源时，它就会亮起。主板会一直等到PS_RDY打开才能继续引导。

因此，电源开关不再“打开”计算机。而是将其连接到主板的基本控制器，该控制器检测到该按钮已被按下，并执行许多步骤来准备系统，包括点亮PS_ON以使电源可用。电源按钮不是触发启动过程的唯一方法，扩展总线上的设备也可以这样做。这很重要，因为当计算机关闭时，以太网网络适配器实际上会保持打开状态，并寻找一个非常特定的数据包（通常称为“魔术数据包”）。如果他们检测到寻址到其MAC地址的数据包，则将触发启动过程。这就是“局域网唤醒”（WoL）的工作方式。时钟还可以启动启动程序（大多数BIOS允许您设置计算机每天启动的时间），并且USB和FireWire设备可以触发启动程序，尽管我不知道此操作的任何实现。 >
了解电源控制

好，我解释一下Soft Power既是因为我觉得它很有趣（总是我解释这些事情的一个关键原因），又是因为它允许您了解电源和运行/关闭状态的方式。您的计算机上的所有软件均由软件控制。在当前的大多数计算机中，此软件系统是高级配置和电源接口或ACPI的实现。 ACPI是标准化，统一的系统，允许软件控制计算机的电源系统。您可能听说过ACPI电源状态。电源控制的基本机制是这些“电源状态”，您的操作系统通过准备开关（电源实际断开之前发生的关机/休眠过程）来切换电源模式，然后命令主板切换电源状态。电源状态如下所示：


G0：工作（计算机的“打开”状态）
G1：睡眠（计算机的待机状态，分为S个子状态）


S1：CPU和RAM的电源保持打开，但CPU未执行指令。外围设备已关闭电源。
S2：CPU断电，RAM保持
S3：所有组件均已关闭，但RAM和会触发恢复操作的设备（键盘）除外。当您告诉操作系统“睡眠”时，它将停止进程，然后进入此模式。
S4：休眠状态。绝对一切都已关闭。当您告诉操作系统休眠时，它将停止进程，将RAM的内容保存到磁盘，然后进入此模式。


G2：软关闭。这是计算机的“关闭”状态。除可以触发启动的设备外，所有设备都关闭电源。
G3：机械关闭。

重置实际上是如何发生的

您会注意到重新启动不是这些状态之一。那么，当计算机重新启动时，实际发生了什么？答案可能令人惊讶，因为从电源管理的角度来看，它几乎没有。有一个ACPI重置命令。当您告诉操作系统重新启动时，它会遵循其正常的关闭过程（停止所有进程，进行一些维护，卸下文件系统等），然后作为最后一步，而不是使计算机进入电源状态G2（如果您只是简单地告诉它要关机），它将设置Reset命令。这通常称为“复位寄存器”，因为像大多数ACPI接口一样，它只是一个地址，应将特定值写入该地址才能请求复位。我将引用2.0规范的作用：


可选的ACPI重置机制指定了提供完整系统重置的标准机制。实施后，此机制必须重置整个系统。这包括处理器，核心逻辑，所有总线和所有外围设备。从OSPM角度来看，断言重置机制在逻辑上等效于对机器重新通电。重置后获得控制权后，OSPM将以类似于冷启动的方式执行操作。


因此，当设置重置寄存器时，会依次发生一些事情。


所有逻辑均被重置。这意味着将各自的重置命令发送到硬件的各个位，包括CPU，内存控制器，外围控制器等。在大多数情况下，这仅意味着点亮物理RST线，就像AndrejaKo上面显示的那样。
然后启动。这是“以类似方式对冷启动执行操作”部分。主板执行与按下电源按钮后才准备好电源一样的步骤。

这两个步骤（实际上可以分解为更多的步骤）的最终结果是，它看起来就像刚启动的计算机一样，但实际上却是整个过程都在起作用。这意味着关闭和启动所需的时间更少（因为您不必等待电源准备就绪），并且重要的是允许通过关闭操作系统来启动启动。这意味着不需要使用其他启动触发器（WoL等），并且当您没有触发启动的方法时，它允许您将“重新启动”用作远程重置系统的有效方法。


这是一个很长的答案。但是，希望您现在对计算机电源管理有了更多的了解。我研究这个当然​​学到了一些东西。

#2 楼

这是一个起点：

芯片通常不会先关闭然后再打开。取而代之的是，有一条复位线，当通常所有内存都被清除并且处理器看起来像刚刚上电时，它将使处理器进入所谓的复位状态。当该引脚保持高电平（或低电平，取决于处理器）时，处理器处于复位状态。释放该引脚后，它将继续正常启动，就像第一次将其打开一样。这样做的重点是本身不会断电。

那么这如何扩展到现代PC等大型系统呢？好的现代计算机是由计算机制成的，而计算机有时是由计算机本身制成的。因此，当您将计算机设置为重设时，构成计算机的“计算机”将开始保存其状态（如果控制了重设），或者仅将其重设引脚拔出。

某些处理器和微控制器（它们是微型自包含计算机，通常比现代台式计算机晚20年）可以使用内部开关进行重置。正如我所说，一旦产生复位的信号消失了，计算机就会启动。因此，问题的前提并不完全正确。计算机不知道何时打开。知道何时需要“关闭”或重置，以及何时将保持该信号的信号消失，它将打开。

这种行为在现代计算机上可能看起来很奇怪，可以将其设置为在特定时间或通过网络打开等等。正如我所说，计算机是由计算机组成的。因此，尽管主处理器可能处于关闭状态，但内部可能还有许多其他芯片和微控制器处于打开状态。最明显的情况是实时时钟，通常由电池供电。然后，它可以打开其他芯片，这将打开其他芯片，并且连锁反应一直进行到整个计算机都打开为止。在当今的计算机上，有一条称为+5 VDC备用电压的PSU线。它为计算机“关闭”时打开的各种设备提供大约50 mW的功率。

琐碎的事情：
英特尔386 EX处理器上的重置引脚是引脚编号110。



在英特尔i7-900上，它已经降落了编号AL39。

由于系统非常复杂，我希望有人能够提供一个答案，从高层的角度解释事物的工作方式。

#3 楼

这篇博客文章介绍了Linux如何触发重新启动。
摘录：

Linux有多种重置x86的方法。其中一些仅是32位的，因此我将不理会它们，因为说实话，您只是在做什么。而且，它们太可怕了。因此，剩下了五个。


kbd-通过键盘控制器重新启动。原始的IBM PC将CPU复位线连接到键盘控制器。写入适当的魔术值会使线路产生脉冲，机器复位。这一切非常简单，除了现代机器没有键盘控制器（它们实际上是嵌入式控制器的一部分），甚至更现代的机器甚至都不假装有键盘控制器。现在，嵌入式控制器运行软件。而且，众所周知，软件是可怕的。但是，更糟糕的是，嵌入式控制器上的软件是由BIOS作者编写的。因此，很明显，任何这种作法都假装成某种虚构的小说。有些机器对硬件处于Windows可以编程的确切状态非常挑剔。有些机器工作10次中的9次，然后由于一些奇怪的计时问题而锁定。其他人根本不工作。


三元组-尝试生成三重故障。这是通过加载一个空的中断描述符表，然后调用int（3）来完成的。中断失败（没有IDT），故障处理程序失败（没有IDT），并且CPU进入条件，理论上应该触发复位。除非似乎并没有要求发生这种情况，否则它就不适用于一堆机器。


pci-实际上不是pci。传统的PCI配置空间访问是通过将32位值写入io端口0xcf8来标识总线，设备，功能和配置寄存器来实现的。然后，端口0xcfc包含有问题的寄存器。但是，如果您将适当的魔术值对写入0xcf9，则计算机将重新启动。壮观！并且没有以任何方式进行标准化（肯定不是PCI规范的一部分），因此不同的芯片组可能有不同的要求。 Booo。


efi-EFI运行时服务提供了重新启动计算机的入口点。通常甚至可以正常工作！只要EFI运行时服务都可以正常工作，这可能就很麻烦。


acpi-ACPI规范的最新版本允许您提供地址（通常是内存或系统IO空间）以及在那写的值。想法是将值写入地址会重置系统。事实证明，这样做通常会失败。也不可能通过ACPI表示PCI重新启动方法，因为PCI重新启动方法需要一对值，而ACPI仅给您一个值。

#4 楼

它扰乱了一个I / O位置，该位置将一条数据线拉低，从而告诉CPU它应停止执行任何操作，然后从BIOS中的某个位置开始运行代码。

#5 楼

当然，在电源管理之前的过去，计算机仍然可以自行重启。 （有人记得冻结的程序何时意味着您必须使用Ctrl + Alt + Delete重新启动计算机吗？）

在我的旧486上，汇编语言命令JMP FFFF:0000（即，将CPU的指令指针设置为所述地址）将导致整个计算机重新启动。换句话说，FFFF：0000寻址BIOS中的位置，该位置具有有关计算机在首次启动时应执行的操作的指令。我怀疑AndrejaKo的答案描述的Reset Pin或电源管理前的几天中的Reset按钮，还会将指令指针强制到相同的地址。

Google搜索JMP FFFF：0000会显示关于此的许多有趣的页面。

#6 楼

还有一个叫看门狗的东西。
此设备用作死人的开关。
计算机必须每分钟向看门狗发出信号，通知它仍在运行。当计算机崩溃时，例如
通过无休止的循环运行，它将无法
向仍按预期运行的看门狗发出信号，
在这种情况下，看门狗将执行硬件重置。
在流行的终结者电视系列节目中得到了证明，
机器人被高压电涌击倒。
它会在2分钟内复位。

#7 楼

回到旧的IBM PC-1上，键盘控制器很奇怪地处理了重启。 IBM嵌入了一个小型微处理器来处理键盘，并且它具有一些备用I / O线，因此他们使用其中一根线来驱动主CPU的复位线。发送到键盘控制器的命令将导致CPU复位，就好像刚接通电源一样。

我猜想这种传统一直持续到“ AT”时代，也许它的痕迹今天仍保留在ACPI中。

添加：关于上述重置方案，有一个有趣的细节。在早期引导序列期间，代码在RAM中寻找可能由先前执行的代码设置的特定模式。如果存在此代码，则跳过某些POST（开机自检）诊断。该模式只会出现在“热”启动中。