Что происходит, когда аппаратное обеспечение пытается потреблять больше энергии, чем может обеспечить блок питания?

Question

Насколько я понимаю, компьютеры не всегда постоянно потребляют одинаковое количество энергии. Есть моменты, когда жесткие диски находятся в режиме ожидания и не используют столько, сколько они вращаются, и графические карты экономят энергию, когда они не используются полностью.

Что происходит, когда, например, у вас установлено 100 жестких дисков в настольном компьютере (или стойке для сервера), скажем, с блоком питания 1000 Вт, и все они находятся в режиме ожидания, а затем внезапно какой-то процесс получает доступ ко всем жестким дискам и раскручивает их, потребляя больше энергии, чем может дать блок питания?

Есть ли какой-нибудь сигнал, который посылают жесткие диски, когда они думают, что им не хватает энергии? Или каждая отдельная аппаратная часть спрашивает блок питания, может ли он предоставить ему Х ватт мощности, и он может сказать «нет, у меня нет этого в наличии»? Решает ли материнская плата согласовать этот запрос питания и безопасно ли избежать внезапного отключения питания и мгновенного отключения? Или стандартный протокол в этом случае обвалился, не пытаясь избежать этой проблемы?

Исходя из моего опыта работы с моим рабочим столом, несколькими жесткими дисками и маломощным блоком питания на 350 Вт, он мгновенно отключился бы, если все 5 жестких дисков одновременно пытались раскрутиться. К счастью, ничего плохого не произошло, но я хотел бы знать, является ли мгновенное отключение ожидаемой и запланированной реакцией аппаратных компонентов, или просто материнская плата (или блок питания) выходит из строя и неожиданно отключает все.

Чтобы прояснить мой вопрос: что меня интересует, так это то, почему общим результатом является отключение системы вместо безопасного отказа в питании устройства, которое может привести к перегрузке системы? Управление питанием через USB защищает от такого сценария, так почему же логика управления кабелями питания SATA/Molex не имеет этого (или, если он есть, почему он так часто выходит из строя)?

---

Обновление после просмотра некоторых ответов: я действительно удивлен, что в блоки питания не встроена какая-то логика управления питанием, подобная материнским платам для управления распределением питания через USB. Это то, что я получил из ответов до сих пор. Если вы знаете что-то, что говорит иначе, пожалуйста, поделитесь в качестве ответа.

Answer 1

С точки зрения электроники, когда ток, потребляемый от источника питания, превышает емкость источника питания, выходное напряжение внезапно падает. Электроника, для работы которой требуется определенное напряжение, просто выключится. Это фактически энергетическое отключение.

В лучшем случае блок питания обнаруживает это состояние перегрузки и удерживает себя в течение некоторого периода времени или тестирует, чтобы убедиться, что нагрузка все еще остается безопасным образом, удерживая выходную мощность отключенной до тех пор, пока нагрузка не исчезнет.

В худшем случае источник питания входит в циклы постоянного включения и отключения и потенциально убивает себя или одно или несколько подключенных устройств.

Не предусмотрено, чтобы устройства "запрашивали" больше энергии от источника питания, за исключением интеллектуальных устройств, таких как USB, где доступность питания была проблемой с самого начала. Системный источник питания не имеет абсолютно никакой интеллектуальной электроники.

Answer 2

Блок питания обнаруживает состояние перегрузки и отключается. Там нет положения для обсуждения требований к мощности.

Answer 3

К счастью, ничего плохого не произошло, но я хотел бы знать, является ли мгновенное отключение ожидаемой и запланированной реакцией аппаратных компонентов, или просто материнская плата (или блок питания) выходит из строя и неожиданно отключает все.

Это оба. Это психоз, который является ожидаемой и запланированной реакцией аппаратных частей. Находясь в режиме "безопасного отключения", вам необходимо либо отключить блок питания на несколько секунд, либо сбросить аварийный выключатель, который обычно находится на задней панели ¹. Очень дешевые блоки питания могут не сработать, а просто оставить оборудование неисправным из-за недостаточного тока.

Хуже того, они могут войти в цикл «ускорение, отключение, выключение, включение, ускорение, отключение…», который иногда даже саморазвивается и переходит к правильной загрузке. Здесь происходит то, что блок питания не отключается, а оборудование подвергается незапланированному износу. В таком случае я бы посоветовал полностью заменить блок питания. Бессмысленно бегать по обручам, чтобы приспособиться к тому, что изначально плохо работает. И пока вы собираетесь заменить блок питания, получите более мощный, который решает начальную проблему.

Жесткие диски

Тем не менее, жесткие диски являются особым случаем, так как они, как известно, предъявляют гораздо более высокие требования к ускорению. Поэтому на некоторых жестких дисках (и материнских платах) есть возможность справиться с этим, задержав ускорение , используя перемычки, которые задерживают ускорение на фиксированное время, или поддерживая PUIS (также здесь) или ступенчатое ускорение посредством сигнализации объединительной платы. , Решения без перемычек требуют подходящей материнской платы, способной посылать соответствующий сигнал на жесткий диск (вывод 11 интерфейса SATA, реализованный WD и другими). Программное обеспечение либо предоставляется пользователю, либо иногда внедряется в BIOS.

Обновления

Чтобы прояснить мой вопрос: что меня интересует, так это то, почему общим результатом является отключение системы вместо безопасного отказа в питании устройства, которое может привести к перегрузке системы? Управление питанием USB защищает от такого сценария [...] Я действительно удивлен, что в блоки питания не встроена какая-то логика управления питанием, подобная материнским платам для управления распределением питания через USB.

USB - это стандарт связи между устройствами, которые более "интеллектуальны", чем то, что требуется от вашего обычного жесткого диска (если учесть, что вычислительной мощности на жестком диске не стоит иронизировать - некоторые из них могут работать под управлением Linux).

Но проблем здесь много:

• БП не может быть уверен в том, кто истощает ток. Одна линия питания может подключаться к четырем разъемам Molex, а линии 12 В /5 В не предназначены для передачи информации. Это может быть сделано, но вам нужно будет существенно реинжинировать и блок питания, и все оборудование, которое может нуждаться в такой функции.
• отказ в подаче питания одному устройству может нарушить цель загрузки всей системы. Или привести к потенциально катастрофическим результатам. Подумайте, что произойдет, если RAID-модуль загрузится один (или два!) диск короток из-за того, что он был "отклонен".
• если экстремальные требования тока возникли из-за аппаратного сбоя, то вся система неисправна, и поэтому, на мой взгляд, самая безопасная линия поведения - нынешняя политика отключения всего. Имейте в виду, что большие, слишком важные для сбоя системы будут создаваться по-разному и с огромными избыточностями, поэтому в этих сценариях ограниченное отключение также является лучшим ответом, и это может даже не произойти, потому что отказавший модуль не требует больше тока, но просто не запускается вообще (защита цепи и обрыв непосредственно на всех деталях с питанием. В старых высокопроизводительных системах IBM AS /400 вы могли закорачивать диск, и система продолжала бы работать, пока один отсек для дисков поднимался в огне и дыме - я видел, как это произошло. Блок был логически и электрически отключен от объединительной платы, но это, конечно, не помешало ему гореть; но с достаточным количеством денег даже это можно предотвратить).
• с другой стороны, это экономически нецелесообразно - такой умный блок питания будет стоить гораздо дороже, чем более тупой, прочный, более мощный блок питания, который будет проще построить и, вероятно, будет работать дольше, и будет решать ту же проблему одинаково хорошо (на самом деле, имея более мощный в своем распоряжении и работающий дальше от полной мощности, это решило бы эту конкретную проблему лучше).

---

(1) Я помню один мини-рабочий стол Hewlett Packard, у которого он был внутри, рядом с кабельными стрипами. Он также имел "включенный" зеленый свет внутри. Я полагаю, что это специально построенные блоки питания для какой-то конкретной схемы, которые затем используются в других местах. Отключение от сетевой розетки должно быть достаточным для сброса блока питания, но если это не так, прежде чем отдать его на мертвый, попробуйте проверить внутреннюю сторону. Никогда не знаешь.

Answer 4

В конкретном случае чего-то электромеханического, такого как жесткий диск, потребляемая мощность от устройства, как правило, будет наибольшей во время начального ускорения, и затем она будет снижаться после того, как устройство находится в устойчивом состоянии. По этой причине на хороших картах RAID (например) будет настроена ступенчатая раскрутка для всех подключенных дисков, чтобы начальная нагрузка не ложилась на блок питания сразу.

Другой сценарий, который может произойти, - это если вы близки к пределам мощности блока питания, но фактически не перешли, блок питания может не отключиться. Вместо этого, как сказали другие ответы, напряжение будет падать. Конечным результатом могут быть случайные сбои системы (например, BSOD в Windows). Отчасти это зависит от качества блока питания. Высококачественные источники питания будут справляться с тем, что их толкают ближе к своим пределам, чем их более дешевые и менее качественные аналоги.

Answer 5

Я испытал это более десяти лет назад.

В то время мой жесткий диск был почти заполнен, поэтому мне пришлось подключить еще один жесткий диск емкостью 80 ГБ. После загрузки все казалось нормально.

Но через несколько дней система зависла или время от времени вспыхивал. После каждой вспышки система возвращалась в нормальное состояние, но в обозревателе диск С исчезал или происходило что-то другое. Произошла ошибка, появились сообщения ... Но самое странное, что мой основной жесткий диск теперь выглядит как более 1 ТБ в файле diskmgmt.msc и других инструментах разбиения диска.

Я не мог выяснить причину, но я решил заменить блок питания, когда увидел объявление, размещенное рядом со своим магазином в известном магазине ПК, о замене старых клавиатур / мышей / блоков питания на новые. Я взял новый блок питания домой и заплакал, заметив, что 24-контактный разъем не подходит к моей 20-контактной материнской плате. Через час я заметил, что можно извлечь 4 дополнительных контакта, чтобы сделать его совместимым с 20 контактами. С тех пор больше ничего странного не происходит, и компьютер работал долго и счастливо.

Просто старого блока питания достаточно для старых вещей и нового жесткого диска в обычных случаях. Но в некоторых ситуациях энергопотребление значительно возрастает и перегружает источник, что приводит к падению напряжения и отключению питания. Произойдет неопределенное поведение, например потеря данных, отключение жесткого диска или его не распознавание ...

Это стоило мне десятков гигабайт данных и преподало мне новый урок.

Конец истории

---

Теперь о феномене:

Обычно источник питания обеспечивает (почти) постоянное напряжение в пределах своего рабочего диапазона мощности. Если устройство потребляет больше энергии, напряжение немного падает, и оно пытается увеличить мощность, чтобы сбалансировать нагрузку и увеличить напряжение до нормального значения.

Однако, как только мощность увеличивается по сравнению с его способностью, ситуация не может быть восстановлена, напряжение будет падать вечно и никогда не вернется. Если падение напряжения находится в допустимом диапазоне устройств (например, от 12 В до 11,5 В), оно все равно будет работать. Если он упадет слишком низко, очевидно, что вся система выйдет из строя, потому что чипы больше не работают с этим напряжением.

Может быть, умный источник питания может просто отключить устройство, которое вызывает ситуацию перегрузки, но это очень сложно и требует отдельных выходов для разных устройств и постоянного измерения их энергопотребления. Как насчет того, чтобы несколько устройств одновременно увеличивали мощность? Какой из них вы решите закрыть? Если это процессор или оперативная память, вы их отключите?

Нет никакого способа предотвратить это, кроме как не включать это устройство или требовать, чтобы устройство управляло его собственным питанием. Это видно по стандарту USB. USB-устройства всегда запускаются с минимальной потребляемой мощностью (1 единица нагрузки). После подключения он проведет переговоры с хостом, чтобы дать ему больше мощности. Если запрос будет одобрен, он будет питать другие необходимые детали (например, жесткий диск в корпусе). Вы также можете видеть, что в старых корпусах USB с жестким диском, для которых требуется 2 порта USB, если вы подключите только основной кабель, он откажется запускаться, потому что видит, что энергии недостаточно.

Answer 6

Когда ваша система начинает потреблять больше тока, на который рассчитан блок питания, одно или несколько из следующих действий будут происходить в порядке вероятности:

1. Микропрограмма системы обнаружит сбой питания и остановит процессор и / или попытается отключить питание. Состояние сбоя питания может быть обнаружено многими способами. Ни один из этих способов не предполагает цифровой связи с источником питания. Некоторые материнские платы имеют сложные чипы для мониторинга, другие имеют базовые схемы для этого.

2. Почти все (даже более дешевые) блоки питания имеют схему защиты от перегрузки по току. Как только предел тока будет превышен в течение определенного периода времени (обычно менее миллисекунды), блок питания просто полностью отключится. Это потребует отсоединения от сети (тянущая вилка или выключатель) и повторного подключения, прежде чем он снова заработает.

3. Потребляемый ток будет перегружен независимо от линии электропередачи, с которой он потребляет ток, и напряжение начнет падать, чтобы увеличить подаваемый ток. Регуляторы мощности материнской платы больше не будут подавать правильное напряжение на процессор и / или другие компоненты. Материнская плата, процессор или память не смогут функционировать, и система полностью остановится или отключится.

4. Блок питания будет потреблять слишком много тока, в результате чего компоненты будут нагреваться и перегорать. Это может произойти только в случае отсутствия или отказа вышеперечисленных вещей вместе с другими средствами защиты, которые существуют для предотвращения такой ситуации.

Если вы хотите узнать об электрических деталях различных вещей, которые вы слушаете, вы должны спросить EE.

Answer 7

В случае с ПК есть еще один фактор: блок питания посылает сигнал «сила-это-хорошо». Во время запуска у него есть определенный период времени, чтобы установить это (как, конечно, в самый момент запуска мощность не будет хорошей).

Это действует как выключатель для компьютера, если сигнал падает, машина немедленно выключается (как, например, если бы вы держали выключатель питания), поскольку это считается менее разрушительным, чем потенциально ненадежная работа электроники, вызывающая незапланированные операции записи.

Давным-давно компьютеры не имели такой защиты, поэтому старый совет заключался в том, чтобы вынимать дискеты из машины перед ее выключением.

Answer 8

Это зависит от SMPS, его качества и того стандарта EE, которому он соответствует. У меня был подобный опыт несколько лет назад, когда мой SMPS взорвался, я учился в колледже, и у меня было меньше денег, поэтому я купил китайский SMPS. Раньше это работало, но как только температура ЦП повышалась, а вентиляторы ЦП включались, система начинала зависать, а иногда я также получал синий экран. Сначала я не мог понять, что это происходит из-за SMPS, но после того, как я временно поменял местами SMPS с моим другом, моя система работала нормально, но новый SMPS сгорел в моей системе друзей. Местный поставщик дал мне 1 месяц гарантии, но не хотел его соблюдать, но в конце концов он дал мне использованный SMPS, я взял его, но система использовалась для бесконечной перезагрузки, на этот раз проблема заключалась в том, что smps не смог обеспечить достаточно власть даже запустить систему. Позже я купил перекрестный SMPS, и после этого все прошло хорошо. Но когда моя материнская плата взорвалась, я снова использовал smps в моем проекте колледжа для изготовления холодильника с использованием устройства Пельтье, и там я заметил, что перекрестный SMPS используется для отключения, если я закорачивал выход или использую его, чтобы наложить на него большую нагрузку, но это никогда не взрывался, в то время как китайские никогда не выключались, а горели под нагрузкой.

Answer 9

Чтобы ответить на ваш вопрос "Обновление", нет протокола согласования мощности, потому что для него нет варианта использования. Представьте себе интеллектуальные компьютерные компоненты, которые могут договориться о мощности. Что бы вы ожидали от них, если им не хватает энергии? Стой?

Проблема в том, что крупнейшие потребители электроэнергии в типичной системе имеют важное значение для ее функционирования. Если у вас есть процессор, жесткий диск, DRAM или видеочип, который останавливается, конечный пользователь получает тот же результат, что и отключение: система вообще не работает.

С другой стороны, такая интеллектуальная система управления питанием создаст кучу собственных проблем. Несовместимые версии протокола, устройства и блоки питания, предоставляющие неточные значения мощности и подобные проблемы, могут привести к тому, что системы, отказывающиеся от загрузки, в противном случае могли бы работать нормально.

На самом деле, поскольку вы упомянули управление питанием через USB, вот забавный факт: практически ни одно устройство не реализует спецификацию управления питанием через USB. Известно, что немногие устройства (которые приходят на ум Sony PSP) надежно работают только с оригинальными зарядными устройствами и оставляют у конечных пользователей гораздо худшее впечатление по сравнению с аналогичными устройствами, которые игнорируют эту часть спецификации USB.

Answer 10

электричество 101: аппаратное обеспечение будет извлекать необходимую энергию из источника питания (независимо от того, откуда оно поступает), если источник питания не способен обеспечить спрос 3 может произойти: а) оно сгорит. b) он будет продолжать подавать питание под огромной нагрузкой до тех пор, пока не произойдет A или C c) источник питания отключит выход из-за внутренней защиты от перегрузки на месте.

А и В очень вероятны в потребительских приложениях, а С маловероятны в этих приложениях. С, вероятно, в оборудовании коммерческого класса (1000 Вт + источники питания), но А и В все же случаются очень часто в целом.

Вы можете изобразить блок питания как кран. есть определенное количество давления и доступного объема. пропорционально кран подключен к плотине с регулятором давления. Размер трубы - это напряжение, оно постоянно на выходе, усилители - это то, что может быть хлопотно, если не хватает усилителей, то есть, когда что-то выходит из строя. Конечно, если на кране не будет достаточного давления, вы получите "коричневые обрывы" оборудования, но, как я уже сказал, за "плотиной". Это вряд ли произойдет с жесткими дисками, но все же возможно, так как большая часть энергии потребляется видеокартой и процессором (обычно), но если у вас большой дисковый массив, это может стать проблемой.

Answer 11

Эксплуатация блока питания с избыточной пропускной способностью в течение короткого и длительного периода времени может иметь различные последствия. Это в основном зависит от участвующих компонентов. Электропитание может быть отключено (предохранитель, отключена температура), детали могут расплавиться (или стареть быстрее), или питание станет шумным, падение напряжения (или повышение). Эффект, который это оказывает на систему, варьируется от выключений до (более неприятных) битовых ошибок и неудачных вычислений (и в результате этого поврежденные данные или синие экраны).