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Comment mon ordinateur est-il capable de se redémarrer?

C’est une activité si courante que la plupart d’entre nous ne se sont probablement jamais arrêtés pour y penser: le redémarrage automatique. Qu’il soit initié par l’utilisateur ou par l’application, que se passe-t-il exactement lorsque votre ordinateur fait un cycle d’alimentation?

La question

Le lecteur SuperUser Seth Carnegie s’interroge sur la gestion de l’alimentation de l’ordinateur:

Comment un ordinateur peut-il se redémarrer? Une fois éteint, comment se dit-il de se remettre en marche? Quel type de logiciel peut faire cela?

Comment en effet? Quelle combinaison de magie logicielle / matérielle permet cela?

La réponse

Le contributeur SuperUser Jcrawfordor offre à la fois une réponse condensée et détaillée à la question qui répond plus que adéquatement à la question:

Le trop long; ne l’a pas lu répondre: Les états d’alimentation de votre ordinateur sont contrôlés par une implémentation d’ACPI (configuration avancée et interface d’alimentation). À la fin d’un processus d’arrêt, votre système d’exploitation définit une commande ACPI indiquant que l’ordinateur doit redémarrer. En réponse, la carte mère réinitialise tous les composants à l’aide de leurs commandes ou lignes de réinitialisation respectives, puis suit le processus d’amorçage. La carte mère ne s’éteint jamais, elle ne réinitialise que divers composants, puis se comporte comme si le bouton d’alimentation venait d’être enfoncé.

Réponse longue et décousue mais (à mon avis) plus intéressante:

Soft Power et son fonctionnement

Dans l’ancien temps (enfin, d’accord, pour un étudiant comme moi, les années 90 c’était il y a longtemps), nous avions des cartes mères AT (Advanced Technology) avec AT puissance la gestion. Le système d’alimentation AT était très, très simple. Le bouton d’alimentation de votre ordinateur était une bascule matérielle (probablement à l’arrière du boîtier) et votre entrée 120vac était passée à travers. Il a physiquement allumé et éteint l’alimentation de votre alimentation, et lorsque cet interrupteur était en position Off, tout dans votre ordinateur était complètement mort (cela rendait la batterie CMOS très importante, car sans elle, il n’y avait pas d’alimentation pour garder le matériel horloge). Comme l’interrupteur d’alimentation était un mécanisme physique, il n’existait aucun moyen logiciel pour allumer et éteindre l’appareil. Windows afficherait le fameux message «Vous pouvez maintenant éteindre votre ordinateur en toute sécurité» car, bien que tout soit parqué et prêt à s’éteindre, il n’était pas possible pour le système d’exploitation de basculer réellement l’interrupteur d’alimentation. Cette configuration était parfois appelée puissance dure, parce que tout est matériel.

De nos jours, les choses sont différentes, à cause des merveilles des cartes mères ATX et Puissance ATX (c’est la technologie avancée optimisée si vous gardez une trace). Avec un certain nombre d’autres avancées (mini-DIN PS / 2, n’importe qui?), ATX a apporté douce puissance. La puissance douce signifie que l’alimentation de l’ordinateur peut être contrôlée par un logiciel. Cela a apporté quelques modifications d’importation:

  • Alimentation en veille: vous avez peut-être vu un connecteur «5v SB» ou «5v standby» étiqueté dans les broches d’alimentation. La alimentation de secours est une ligne 5v vers votre carte mère qui est toujours allumée, même lorsque l’ordinateur est éteint. C’est pourquoi il est important de débrancher ou d’éteindre un interrupteur dur PSU (le cas échéant) lors de l’entretien d’ordinateurs modernes, car même lorsqu’il est éteint, vous pourriez potentiellement court-circuiter le SB 5v et endommager la carte mère. C’est aussi pourquoi les batteries CMOS ne sont plus vraiment aussi importantes – le 5v SB est utilisé pour remplacer la batterie CMOS chaque fois que l’alimentation est alimentée par le secteur, de sorte que la batterie CMOS n’est utilisée que lorsque vous débranchez complètement l’ordinateur. La gamme 5v SB permet surtout aux composants de votre ordinateur (surtout le BIOS et les adaptateurs réseau) de continuer à exécuter des logiciels simples même lorsque l’ordinateur est éteint.
  • Contrôle intelligent de l’alimentation. Si vous regardez un brochage pour le connecteur de la carte mère (P1) de votre alimentation, vous remarquerez deux broches généralement étiquetées PS_ON et PS_RDY. Ceux-ci signifient «alimentation activée» et «alimentation prête». Si vous aimez expérimenter, prenez une alimentation qui n’est pas dans un ordinateur, branchez-la et court-circuitez soigneusement une ligne de terre (l’un des fils noirs) à la ligne PS_ON (le fil vert). Le bloc d’alimentation s’allumera visiblement, le ventilateur tournera. Les composants de la carte mère fonctionnant sous + 5v SB allument et éteignent réellement votre alimentation en connectant l’alimentation à la broche PS_ON. Étant donné que certains condensateurs et autres composants du bloc d’alimentation mettent un certain temps à se recharger, les tensions des sorties principales du bloc d’alimentation peuvent ne pas être stables immédiatement après la mise sous tension du bloc d’alimentation. C’est à cela que sert la broche PS_RDY, elle s’allume lorsque la logique interne de l’alimentation détermine que l’alimentation est «prête» et fournira une alimentation stable. La carte mère attend que PS_RDY soit activé pour continuer le démarrage.

Ainsi, votre interrupteur d’alimentation «n’allume» plus l’ordinateur. Au lieu de cela, il est connecté aux contrôleurs de base de votre carte mère, qui détectent que le bouton a été enfoncé et exécutent un certain nombre d’étapes pour préparer le système, y compris l’allumage de PS_ON afin que l’alimentation soit disponible. Le bouton d’alimentation n’est pas le seul moyen de déclencher le processus de démarrage, les périphériques de votre bus d’extension peuvent également le faire. Ceci est important car vos adaptateurs réseau Ethernet restent en fait allumés lorsque votre ordinateur est éteint et recherchent un paquet très spécifique souvent appelé «paquet magique». S’ils détectent ce paquet adressé à leur adresse MAC, ils déclencheront le processus de démarrage. C’est ainsi que fonctionne «Wake-on-LAN» (WoL). L’horloge peut également lancer un démarrage (la plupart des BIOS vous permettent de définir une heure à laquelle l’ordinateur doit démarrer chaque jour), et les périphériques USB et FireWire peuvent déclencher un démarrage, bien que je ne connaisse aucune implémentation de cela.

Comprendre le contrôle de l’alimentation

Eh bien, j’explique le truc de Soft Power à la fois parce que je pense que c’est intéressant (toujours une raison clé pour laquelle j’explique les choses) et parce qu’il vous permet de comprendre comment l’alimentation et l’état de fonctionnement / arrêt de votre ordinateur sont tous contrôlés par un logiciel. Dans la plupart des ordinateurs actuels, ce système logiciel est une implémentation du Configuration avancée et interface d’alimentation, ou ACPI. ACPI est un système standardisé et unifié permettant au logiciel de contrôler le système d’alimentation de votre ordinateur. Vous avez peut-être entendu parler du États d’alimentation ACPI. Le mécanisme de base du contrôle de l’alimentation est ces «états d’alimentation», votre système d’exploitation bascule entre les modes d’alimentation en se préparant au commutateur (les processus d’arrêt / mise en veille prolongée qui se produisent avant que l’alimentation ne s’éteigne réellement), puis en ordonnant à la carte mère de changer d’état . Les états d’alimentation ressemblent à ceci:

  • G0: Fonctionnement (état «allumé» de votre ordinateur)
  • G1: Veille (états de veille de votre ordinateur, répartis entre les sous-états S)
    • S1: l’alimentation du CPU et de la RAM reste allumée, mais le CPU n’exécute pas les instructions. Les périphériques sont hors tension.
    • S2: CPU hors tension, RAM maintenue
    • S3: Tous les composants hors tension, à l’exception de la RAM et des périphériques qui déclencheront une reprise (clavier). Lorsque vous dites à votre système d’exploitation de «Veille», il arrête les processus, puis entre dans ce mode.
    • S4: Hibernation. Absolument tout est éteint. Lorsque vous dites à votre système d’exploitation de mettre en veille prolongée, il arrête les processus, enregistre le contenu de la RAM sur le disque, puis entre dans ce mode.
  • G2: Soft Off. il s’agit de l’état «éteint» de votre ordinateur. Tout est hors tension, sauf pour les périphériques qui peuvent déclencher un démarrage.
  • G3: arrêt mécanique.

Comment se produit la réinitialisation

Vous remarquerez que le redémarrage n’est pas l’un de ces états. Alors, que se passe-t-il réellement lorsque votre ordinateur redémarre? La réponse peut être surprenante, car du point de vue de la gestion de l’alimentation, presque rien. Il y a une commande de réinitialisation ACPI. Lorsque vous dites à votre système d’exploitation de redémarrer, il suit son processus d’arrêt normal (arrête tous vos processus, effectue un peu de maintenance, démonte vos systèmes de fichiers, etc.), puis comme étape finale, au lieu d’envoyer la machine à l’état d’alimentation G2 (comme si vous lui aviez simplement dit d’arrêter), il définit la commande Reset. Ceci est généralement appelé le «registre de réinitialisation», car comme la plupart des interfaces ACPI, il s’agit simplement d’une adresse sur laquelle une valeur spécifique doit être écrite afin de demander une réinitialisation. Je vais citer la spécification 2.0 sur ce qu’elle fait:

Le mécanisme de réinitialisation ACPI en option spécifie un mécanisme standard qui fournit une réinitialisation complète du système. Une fois mis en œuvre, ce mécanisme doit réinitialiser l’ensemble du système. Cela inclut les processeurs, la logique de base, tous les bus et tous les périphériques. Du point de vue OSPM, affirmer le mécanisme de réinitialisation est l’équivalent logique de la mise sous tension de la machine. Lors de la prise de contrôle après une réinitialisation, OSPM effectuera des actions de la même manière qu’un démarrage à froid.

Ainsi, lorsque le registre de réinitialisation est défini, certaines choses se produisent en séquence.

  • Toute la logique est réinitialisée. Cela signifie envoyer les commandes de réinitialisation respectives à divers bits du matériel, y compris le processeur, le contrôleur de mémoire, les contrôleurs de périphériques, etc. Dans la plupart des cas, cela signifie simplement allumer un fil RST physique, comme AndrejaKo l’a montré ci-dessus.
  • L’ordinateur est ensuite amorcé. Il s’agit de la partie «effectuer des actions de la même manière qu’un démarrage à froid». La carte mère effectue les mêmes étapes que si le bloc d’alimentation venait juste d’être prêt après avoir appuyé sur le bouton d’alimentation.

L’effet final de ces deux étapes (qui se décomposent en fait en beaucoup plus d’étapes) est que tout ressemble à l’ordinateur qui vient de démarrer, mais la puissance était en fait tout le temps. Cela signifie moins de temps nécessaire pour arrêter et démarrer (puisque vous n’avez pas à attendre que le bloc d’alimentation soit prêt), et permet surtout au démarrage d’être lancé par l’arrêt du système d’exploitation. Cela signifie qu’un autre déclencheur de démarrage n’a pas besoin d’être utilisé (WoL, etc.) et vous permet d’utiliser le redémarrage comme un moyen efficace de réinitialiser le système à distance, lorsque vous n’avez pas de moyen de déclencher le démarrage.

C’était une longue réponse. Mais bon, j’espère que vous en savez plus sur la gestion de l’alimentation des ordinateurs maintenant. J’ai certainement appris certaines choses en recherchant cela.

Avez-vous quelque chose à ajouter à l’explication? Sonnez dans les commentaires. Vous voulez lire plus de réponses d’autres utilisateurs de Stack Exchange férus de technologie? Consultez le fil de discussion complet ici.

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