المعالج هو وحدة المعالجة المركزية الأساسية للكمبيوتر والتي تتولى تنفيذ جميع التعليمات. ويتم تعريفها غالبًا باسم عقل الكمبيوتر. في هذا المقال، ستعرف المزيد عن وحدة المعالجة المركزية وكيفية عملها من وسام ويب.
مقدمة
تعد وحدة المعالجة المركزية (CPU) مكونًا مهمًا لأي كمبيوتر يتحكم في جميع الحسابات والأوامر المرسلة إلى مكونات الكمبيوتر والأجهزة الطرفية الأخرى.
تشتمل جميع الأجهزة والأدوات الكهربائية التي تستخدمها تقريبًا، بدءًا من أجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وحتى الهواتف ووحدات التحكم في الألعاب والساعات الذكية، على وحدة CPU.
في الواقع، تعتبر هذه الوحدة ضرورية لأجهزة الكمبيوتر، حيث إنها مطلوبة لتشغيل النظام، ويمكن استخدامها بمفردها. إن السرعة العالية لوحدة المعالجة المركزية هي إحدى وظائف أمر الإدخال، ولا تحصل مكونات الكمبيوتر على القوة التنفيذية إلا إذا كانت مرتبطة بهذه الوحدة.
نظرًا لأن وحدات المعالجة المركزية تدير البيانات من جميع أقسام الكمبيوتر في وقت واحد، فقد تعمل ببطء مع ارتفاع كمية الحسابات والعمليات أو حتى تفشل أو تتعطل مع زيادة عبء العمل.
اليوم، تتكون وحدات المعالجة المركزية الأكثر شيوعًا في السوق من مكونات أشباه الموصلات على دوائر متكاملة، والتي يتم توفيرها بتكوينات مختلفة، وأفضل المنتجين في هذا المجال هما AMD وIntel، اللتان تتنافسان في هذا المجال منذ 50 عامًا.
ما هي وحدة المعالجة المركزية (CPU)؟
وحدة المعالجة المركزية (بالإنجليزية: Central Processing Unit، اختصارًا: CPU)، المعروف أيضًا باسم المعالج هو المكون الأساسي لجهاز الكمبيوتر أو الجهاز الإلكتروني المسؤول عن تنفيذ التعليمات وإجراء العمليات الحسابية. هي بمثابة “عقل” النظام وهو ضروري لتنفيذ المهام وتشغيل البرامج.
تم تصميم المعالجات على أنها شريحة الدوائر المتكاملة (IC) الرئيسية للتعامل مع أنواع مختلفة من البيانات والتعليمات، بما في ذلك العمليات الحسابية والمنطقية، وتخزين البيانات واسترجاعها، والتحكم في التدفق. يقومون بتنفيذ هذه المهام عن طريق جلب التعليمات من الذاكرة، وفك تشفيرها، ثم تنفيذ العمليات المحددة في تلك التعليمات.
غالبًا ما يتم قياس أداء المعالج من خلال عوامل مثل سرعة الساعة (المقاسة بالجيجاهيرتز أو جيجاهرتز)، وعدد النوى، والميزات المعمارية.
تطورت المعالجات بمرور الوقت، وأصبحت أسرع وأكثر كفاءة، مما يتيح لأجهزة الكمبيوتر والأجهزة تشغيل تطبيقات أكثر تعقيدًا وتنفيذ المهام بسرعة. إنها عنصر حاسم في كل شيء بدءًا من أجهزة الكمبيوتر الشخصية والهواتف الذكية وحتى الخوادم والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
على الرغم من استخدام مصطلحي المعالج ووحدة المعالجة المركزية (CPU) بالتبادل، إلا أن وحدة المعالجة المركزية ليست المعالج الوحيد في الكمبيوتر.
تعد وحدة معالجة الرسومات (GPU) المثال الأكثر وضوحًا، على الرغم من أن القرص الصلب والأجهزة الأخرى الموجودة داخل الكمبيوتر تقوم أيضًا بمعالجة منفصلة. ومع ذلك، يُستخدم معالج النصوص بشكل شائع للإشارة إلى وحدة المعالجة المركزية (CPU).
تحتوي أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الحوسبة الأخرى جميعها على معالجات. Intel و AMD هما المنافسان الأساسيان في سوق وحدة المعالجة المركزية.
أداء المعالج
تتضمن عملية معالجة التعليمات في المعالج أربع خطوات رئيسية يتم تنفيذها بالترتيب:
استدعاء أو استرجاع التعليمات من الذاكرة (Fetch): تحصل وحدة المعالجة المركزية (CPU) أولاً على هذه التعليمات من الذاكرة لفهم كيفية إدارة الإدخال والتعليمات المرتبطة به. قد يكون هذا الإدخال واحدًا أو عددًا غير محدود من الأوامر التي يجب معالجتها بشكل منفصل.
هناك وحدة تسمى PC (اختصار لـ Program Counter) أو عداد البرنامج الذي يحتفظ بتسلسل الأوامر المسلمة لهذا الغرض. لتحديد عنوان التعليمات (القراءة من الذاكرة)، تتصل وحدة المعالجة المركزية باستمرار مع ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) في علاقة تعاونية.
فك تشفير التعليمات أو ترجمتها (Decode): يتم تحويل التعليمات إلى نموذج يستطيع المعالج فهمه (لغة الآلة أو الثنائية). لتفسير التعليمات، يجب على المعالج أولاً تحويلها إلى لغة الآلة (أو الثنائية).
تعد كتابة البرامج باللغة الثنائية مهمة صعبة منذ البداية، لذلك تتم كتابة الرموز بلغات برمجة أبسط، ومن ثم تقوم وحدة المجمع بترجمة هذه الأوامر إلى رموز قابلة للتنفيذ مناسبة لتنفيذ المعالج.
معالجة أو تنفيذ الأوامر المترجمة (Execute): تعد معالجة الأوامر وتنفيذها أهم مرحلة في أداء وحدة المعالجة المركزية. عند هذه النقطة، يتم إرسال التعليمات الثنائية والمفككة إلى عنوان محدد للتنفيذ بواسطة وحدة الحساب والمنطق (ALU) أو وحدة الحساب والمنطق.
تخزين نتائج التنفيذ (Store): بمساعدة وحدة التسجيل، يتم حفظ نتائج ومخرجات الأوامر في الذاكرة الطرفية للمعالج بحيث يمكن الرجوع إليها في التعليمات المستقبلية لزيادة سرعة (الكتابة إلى الذاكرة).
الإجراء السابق عبارة عن دورة جلب-تنفيذ، تحدث ملايين المرات كل ثانية. بعد الانتهاء من هذه العمليات الأربع الأساسية، يتم تنفيذ الأمر التالي، ويتم تكرار جميع الخطوات من البداية حتى تتم معالجة جميع التعليمات.
وحدات تشغيل المعالجات
يتكون كل معالج من ثلاثة مكونات تشغيلية تعمل معًا لمعالجة التعليمات:
- وحدة الحساب والمنطق (ALU): وحدة ALU هي وحدة دائرة رقمية متطورة تقوم بوظائف الحساب والمقارنة. يتم فصل وحدة الحساب والحساب (ALU) في بعض المعالجات إلى قسمين: AU (للعمليات الحسابية) وLU (للعمليات المنطقية).
- وحدة التحكم في الذاكرة (CU أو عداد البرنامج): هذه هي وحدة الدائرة التي توجه وتنظم أنشطة وحدة المعالجة المركزية (CPU) وتحدد كيفية الاستجابة للتعليمات الصادرة إلى وحدة الحساب والمنطق، بالإضافة إلى أجهزة الإدخال والإخراج. قد تعمل وحدة التحكم لكل معالج بشكل مختلف بناءً على بنيته المعمارية.
- وحدة التسجيل (Register): هي وحدة معالجة مسؤولة عن التخزين المؤقت للبيانات المعالجة والتعليمات والعناوين وتسلسلات البت والمخرجات ويجب أن تتمتع بالقدرة الكافية للقيام بذلك. تحتوي المعالجات ذات بنية 64 بت على سجلات 64 بت، بينما تحتوي المعالجات ذات بنية 32 بت على سجلات 32 بت.
بنية وحدة المعالجة المركزية
تشير بنية المعالج إلى تصميم وهيكل وحدة المعالجة المركزية (CPU) أو المعالج الدقيق. وهو يحدد كيفية تنظيم وحدة المعالجة المركزية داخليًا وكيفية تنفيذها لمهامها، بما في ذلك تنفيذ التعليمات وإجراء العمليات الحسابية وإدارة البيانات.
العلاقة بين التعليمات وتصميم أجهزة المعالج تشكل بنية المعالج، ولكن ما هي بنية 64 أو 32 بت؟ ما هي الاختلافات بين هذين المعماريين؟ للإجابة على هذا السؤال يجب علينا أولا أن نتعرف على مجموعة التعليمات وكيفية إجراء حساباتها:
مجموعة من التعليمات
مجموعة التعليمات عبارة عن مجموعة من الإجراءات التي يمكن لكل وحدة المعالجة المركزية القيام بها بشكل طبيعي. تشتمل هذه العملية على عدة آلاف من التعليمات البسيطة والأساسية (مثل الجمع والضرب والنقل وما إلى ذلك) والتي يكون تنفيذها محددًا مسبقًا للمعالج؛ إذا كانت العملية تقع خارج نطاق مجموعة التعليمات هذه، فلن يتمكن المعالج من تنفيذها.
كما ذكرنا سابقاً، المعالج هو المسؤول عن تنفيذ البرنامج. هذه البرامج عبارة عن سلسلة من التعليمات المحددة بلغة برمجة والتي يجب تنفيذها بشكل منطقي وخطوة بخطوة.
نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر لا يمكنها فهم لغات البرمجة بشكل مباشر، فيجب ترجمة هذه التعليمات إلى لغة الآلة أو النموذج الثنائي الذي يمكن لأجهزة الكمبيوتر فهمه.
يشتمل الشكل الثنائي على عددين صحيحين فقط، صفر وواحد، يمثلان الحالتين المحتملتين للترانزستورات في وضع التشغيل (واحد) أو إيقاف تشغيلها (صفر) لتدفق الكهرباء.
يمكن النظر إلى كل معالج على أنه مجموعة من الدوائر الكهربائية التي تزود وحدة المعالجة المركزية (CPU) بالتعليمات، والتي يتم تنشيطها بعد ذلك بواسطة إشارة كهربائية ويقوم بتنفيذها المعالج.
تتكون التعليمات من كمية محددة من البتات. في تعليمات 8 بت، على سبيل المثال، تتوافق البتات الأربع الأولى مع رمز التشغيل، بينما تشير البتات الأربعة التالية إلى البيانات المستخدمة. يمكن أن يتراوح طول مجموعة التعليمات من بضعة بتات إلى عدة مئات من البتات، ويمكن أن يختلف باختلاف البنيات.
الفئتين الرئيسيتين لمجموعة التعليمات
وبشكل عام، تنقسم مجموعة التعليمات إلى الفئتين الرئيسيتين التاليتين:
حسابات الكمبيوتر باستخدام مجموعة تعليمات مخفضة (Reduced instruction set computer): العمليات الموصوفة للمعالج المستند إلى RISC (مخاطر القراءة) واضحة وأساسية. تنجز هذه الحسابات الإجراءات بسرعة وفعالية أكبر، وهي مصممة لتقليل وقت التنفيذ؛ لا يتطلب RISC دوائر معقدة، كما أن تكلفة تصميمه غير مكلفة.
يتم إكمال كل تعليمات في المعالج المستند إلى RISC في دورة واحدة وتعمل فقط على البيانات المخزنة في السجلات. لذلك، فهي تعليمات بسيطة ذات تردد أكبر، وبنية توجيه معلومات أكثر تحسينًا، وعمليات تحميل وتخزين على السجلات.
كمبيوتر مجموعة التعليمات المعقدة (Complex instruction set computer): تشتمل معالجات CISC على طبقة إضافية من الكود الصغير أو البرمجة الدقيقة لتحويل التعليمات المعقدة (مثل الجمع أو الضرب) إلى تعليمات بسيطة.
تقوم الذاكرة السريعة بتخزين التعليمات القابلة للبرمجة والتي قد يتم تحديثها. يمكن تضمين المزيد من التعليمات في مجموعة التعليمات هذه مقارنة بـ RICS، ويمكن أن يختلف تنسيقها.
CISC هو تقريبًا معكوس RISC. نظرًا لأن تعليمات CISC يمكن أن تمتد إلى العديد من دورات المعالج، فهي أقل كفاءة في توجيه البيانات من أجهزة كمبيوتر RISC.
بشكل عام، قد تقوم المعالجات المستندة إلى CISC بإجراء عدة عمليات خلال تعليمات معقدة واحدة ولكنها تتطلب دورات متعددة على طول الطريق.
الفرق بين RISC أوCISC أو ARM مقابل x86
في فئة مجموعة التعليمات، تعد RISC وCISC نقطتي البداية والنهاية لهذا الطيف، كما تظهر أيضًا عدة مجموعات إضافية. أولاً، دعنا نتعرف على الفروق الأساسية بين RISC وCISC:
| RICS أو مدونة الممارسات المخفضة | CISC أو مجموعة التعليمات المعقدة |
|---|---|
| تعتبر مجموعات تعليمات RISC أساسية؛ فهي تؤدي إجراءً واحدًا فقط ويمكن معالجتها في دورة واحدة بواسطة المعالج. | على الرغم من أن تعليمات CISC تنفذ العديد من الإجراءات، إلا أنا لا يمكن معالجتها في دورة واحدة بواسطة وحدة المعالجة المركزية. |
| يعد توجيه المعلومات في المعالجات المستندة إلى RISC أكثر كفاءة وبساطة؛ يعد تصميم هذه التوجيهات أساسيًا جدًا بحيث يمكن تنفيذها على أجزاء. | تعد معالجات CISC أكثر تعقيدًا، كما أن تنفيذ التعليمات أكثر صعوبة. |
| لتنفيذ التعليمات، تتطلب أجهزة الكمبيوتر المستندة إلى RISC البيانات المخزنة. | ليست هناك حاجة لتحميل العمليات بشكل فردي في المعالجات المستندة إلى CISC لأنك قد تتعامل مع التعليمات مباشرة من خلال ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). |
| يتم تنفيذ جميع العمليات بواسطة برنامج RISC، والذي لا يتطلب أجهزة معقدة. | متطلبات الأجهزة لتصميم CISC أكبر. يتم تنفيذ تعليمات CISC في الأجهزة، وغالبًا ما يكون البرنامج أبسط من RISC. ولهذا السبب تتطلب الأنظمة المستندة إلى CISC تعليمات برمجية أقل، وتؤدي التعليمات جزءًا كبيرًا من العملية. |
وكما ذكرنا سابقًا، يتم استخدام مزيج من هاتين المجموعتين (CISC أو RISC) في تصميم وحدة المعالجة المركزية المعاصرة اليوم. تعتمد بنية AMD x86، على سبيل المثال، على مجموعة تعليمات CISC ولكنها تتضمن رمزًا صغيرًا لتبسيط العمليات الصعبة المشابهة لـ RISC.
الآن بعد أن حددنا الفروق بين النوعين الرئيسيين لمجموعات التعليمات، سننظر في كيفية استخدامها في بنية المعالج.
عند اختيار هاتف أو جهاز لوحي، انتبه إلى بنية وحدة المعالجة المركزية. تستخدم بعض الطرز معالجات Intel، بينما يعتمد البعض الآخر على بنية ARM.
افترض أن كل معالج لديه مجموعة تعليمات فريدة يجب إنشاؤها بشكل مستقل حتى يتمكن كل معالج من تشغيل برامج مختلفة. على سبيل المثال، لكل وحدة المعالجة المركزية AMD، كان هناك حاجة إلى إصدار Windows فريد، أو تم إنتاج الآلاف من إصدارات Photoshop لمعالجات مختلفة.
ونتيجة لذلك، تم إنشاء بنيات قياسية تعتمد على فئات RISC أو CISC، أو مزيج من الاثنين، وتم الإعلان عن مواصفات هذه المعايير. تتضمن معايير الهندسة المعمارية هذه ARM وPowerPC وx86-64 وIA-64، وسنناقش اثنين من أبرزها والاختلافات بينهما أدناه:
الفرق بين معالج 32 بت و64 بت (x86 مقابل x64)
الفرق الرئيسي بين المعالج 32 بت والمعالج 64 بت، المعروفين أحيانًا بـ x86 و x64 (أو x86-64)، هو عدد البتات المستخدمة لتمثيل البيانات وعناوين الذاكرة. فيما يلي أهم التمييزات بينهما:
- حجم البيانات وعناوين الذاكرة:
- 32 بت (x86): يستخدم المعالج بتات 32 لتمثيل البيانات وعناوين الذاكرة. وهذا يقيد المعالج بالعمل مع حوالي 2^32 (حوالي 4.3 مليار) موقع ذاكرة مختلف، مما ينتج عنه سعة ذاكرة RAM قصوى تبلغ حوالي 4 غيغابايت تقريبًا.
- 64 بت (x64 أو x86-64): يستخدم المعالج بتات 64 للبيانات وعناوين الذاكرة. وهذا يسمح له بالوصول إلى مساحة ذاكرة أكبر بكثير، نظريًا تصل إلى 2^64 (حوالي 18.4 مليون تيرابايت) من الذاكرة. في الواقع، يمكن للمعالجات 64 بت دعم ذاكرة أكبر بكثير، غالبًا تجاوز ما يحتاجه معظم التطبيقات حاليًا.
- الأداء:
- قد تقدم المعالجات 64 بت أداءً محسنًا لأنواع معينة من التطبيقات، خاصة تلك التي تعمل مع مجموعات بيانات كبيرة أو تتطلب قدرًا كبيرًا من القوة الحسابية. يرجع ذلك إلى أن المعالجات 64 بت يمكنها التعامل مع مجموعات أكبر من البيانات في وقت واحد وتحتوي على المزيد من السجلات العامة، مما يمكن أن يقلل من أوقات الوصول إلى الذاكرة.
- توافق البرامج:
- البرامج 32 بت مصممة لتشغيلها على المعالجات 32 بت وأنظمة التشغيل. على الرغم من أن البرامج 32 بت يمكنها بشكل عام العمل على المعالجات 64 بت بفضل ميزات التوافق القديمة، إلا أنها قد لا تستفيد بشكل كامل من الهندسة المعمارية 64 بت.
- دعم أنظمة التشغيل:
- يمكن للمعالجات 32 بت تشغيل كل من أنظمة التشغيل 32 بت و64 بت. ومع ذلك، يمكن للمعالجات 64 بت فقط تشغيل أنظمة التشغيل 64 بت. معظم أنظمة التشغيل الحديثة متوفرة في إصدارات 32 بت و64 بت.
- الأمان:
- غالبًا ما تحتوي المعالجات 64 بت على ميزات أمان محسنة، مثل منع التنفيذ على مستوى العتاد (DEP) وتباين تخطيط مساحة العناوين (ASLR)، والتي يمكن أن تساعد في حماية النظام من بعض أنواع البرمجيات الضارة واستغلال الثغرات.
- توافر البرامج:
- مع تزايد انتشار المعالجات 64 بت، ركز مطورو البرامج بشكل متزايد على إنشاء إصدارات 64 بت من تطبيقاتهم. وهذا يعني أن البرامج 32 بت قد تصبح أقل انتشارًا أو تحسينًا مع مرور الوقت.
باختصار، الفرق الرئيسي بين المعالجات 32 بت و64 بت يكمن في قدرتهم على تمثيل البيانات وعناوين الذاكرة. يمكن للمعالجات 64 بت التعامل مع مساحات ذاكرة أكبر وربما تقدم أداءً محسنًا لمهام معينة، مما يجعلها أكثر مناسبة لاحتياجات الحوسبة الحديثة. ومع ذلك، يعد التوافق بين نوع المعالج والبرنامج أو نظام التشغيل المستخدم أحد الاعتبارات المهمة عند اختيار بنية المعالج.
الاختلافات في بنية ARM وX86-64
ARM وx86-64 هما معماريتان متميزتان للمعالجات، ولكل منهما مجموعة خاصة به من الخصائص ومبادئ التصميم. فيما يلي بعض الاختلافات الرئيسية بين بنيات ARM وx86-64:
| معمارية | ARM | X86-64 |
|---|---|---|
| الفرق بين CISC و RISC | نظرًا لأن بنية ARM هي بنية وحدة المعالجة المركزية، فلا يوجد مصنع واحد. تم العثور على هذه التقنية في وحدات المعالجة المركزية Android و iPhone. | أنشأت شركة Intel بنية X86، والتي يتم استخدامها فقط في وحدات المعالجة المركزية (CPU) الخاصة بسطح المكتب والكمبيوتر المحمول الخاصة بالشركة. |
| تعقيد التعليمات | نظرًا لأن بنية ARM تستخدم دورة واحدة فقط لتنفيذ التعليمات، فإن المعالجات المستندة إلى هذه البنية تكون أكثر ملاءمة للأجهزة التي تتطلب معالجة أبسط. | تستخدم بنية Intel (أو بنية X86 المرتبطة ببرامج Windows 32 بت) بشكل متكرر حوسبة CISC، مما يؤدي إلى مجموعة تعليمات أكثر تعقيدًا إلى حد ما ووقت تنفيذ أطول. |
| مقارنة بين وحدات المعالجة المركزية المحمولة و لسطح المكتب | بسبب اعتماد بنية ARM على البرمجيات، يتم استخدامها بشكل متزايد في تصميم معالجات الهاتف؛ يعمل ARM (بشكل عام) بشكل أفضل مع التقنيات الأصغر حجمًا التي لا تتمتع بإمكانية الوصول المستمر إلى مصدر الطاقة. | نظرًا لأن بنية Intel X86 تعتمد بشكل أكبر على الأجهزة، فغالبًا ما يتم استخدامها لإنشاء معالجات للأجهزة الأكبر حجمًا مثل أجهزة الكمبيوتر المكتبية؛ تركز Intel على الأداء وتعتبر بنية متفوقة لمجموعة واسعة من التقنيات. |
| استهلاك الطاقة | نظرًا لمجموعة الحوسبة أحادية الدورة، فإن بنية ARM لا تستهلك طاقة أقل فحسب، بل تتمتع أيضًا بدرجة حرارة تشغيل أقل من بنية Intel X86؛ تعتبر بنيات ARM مثالية لتصميم معالجات الهاتف لأنها تقلل من كمية الطاقة المطلوبة للحفاظ على تشغيل النظام وتنفيذ أوامر المستخدم. | إن تصميم Intel موجه نحو الأداء، لذا يجب أن يكون مستخدمو أجهزة سطح المكتب أو الكمبيوتر المحمول الذين لديهم إمكانية الوصول إلى مصدر طاقة غير محدود على ما يرام. |
| سرعة المعالج | غالبًا ما تكون وحدات المعالجة المركزية المستندة إلى ARM أبطأ من نظيراتها المستندة إلى Intel لأنها تجري عمليات حسابية بطاقة أقل لتحقيق الاستخدام الأمثل. | لإجراء عمليات حسابية أسرع، يتم استخدام المعالجات المستندة إلى بنية Intel X86. |
| نظام التشغيل | يمكن الوصول إلى بنية ARM للاستخدام على أجهزة Android، وهي البنية الأكثر شيوعًا في كل سوق حيث يوجد حساب بالفعل. يعتمد هذا النظام على هذا السيناريو الذي يتم فيه إهدار الوقت والطاقة، مع إمكانية إفراغ عمر البطارية والتعافي تمامًا من الصدمة. | تُستخدم معمارية إنتل، التي تحمل اللقب المعماري غالب حكماني ميكاند، في الكمبيوتر اللوحي ونظام التشغيل ويندوز. بالطبع، تتوفر الآن خدمة Microsoft Service Pro Ax كبديل لبنية ARM، بالإضافة إلى الإصدار الكامل من Windows، اعتبارًا من عام 2019. انتظر حتى تحصل على نسخة كاملة من Windows قبل إرسال بريد إلكتروني إلى بنية Intel إذا كان لديك لاعب أو جهاز لوحي على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. |
باختصار، تم تصميم معماريات ARM وx86-64 لحالات استخدام مختلفة ولها نقاط قوة ونقاط ضعف خاصة بها. تتفوق معالجات ARM في كفاءة استهلاك الطاقة وتوجد بشكل شائع في الأجهزة المحمولة والمدمجة، بينما تشتهر معالجات x86-64 بتوافقها وأدائها، مما يجعلها خيارًا شائعًا لأجهزة الكمبيوتر الشخصية والخوادم.
يعتمد الاختيار بين هذه البنى على المتطلبات المحددة للجهاز أو النظام الذي يتم تصميمه.
مؤشرات أداء المعالج
أداء المعالج له تأثير كبير على سرعة تحميل البرامج وسلاسة تنفيذها، وهناك عدة معايير لقياس أداء كل معالج، أحدها هو التردد (سرعة الساعة).
لذلك، في حين يمكن اعتبار تردد كل نواة معيارًا لقياس قوة المعالجة الخاصة بها، إلا أن هذا المعيار لا يمثل بالضرورة الأداء العام للمعالج، والعديد من العوامل الأخرى مثل عدد النوى والخيوط، والبنية الداخلية (التآزر بين النوى)، وسعة ذاكرة التخزين المؤقت، وإمكانية رفع تردد التشغيل، والطاقة الحرارية، واستهلاك الطاقة، وIPC، وما إلى ذلك، تم أخذها أيضًا في الاعتبار للحكم على الأداء العام للمعالج.
التآزر هو التأثير الناتج عن تدفق أو تفاعل عنصرين أو أكثر. إذا كان هذا التأثير أكبر من مجموع التأثيرات التي يمكن أن ينتجها كل عنصر من هذه العناصر الفردية، فهذا يعني أن التآزر قد حدث.
وفيما يلي سنوضح المزيد عن العوامل المؤثرة على أداء المعالج:
تردد المعالج
تردد المعالج، والذي يشار إليه غالبًا باسم سرعة الساعة، هو مقياس لمدى سرعة قيام وحدة المعالجة المركزية (CPU) بتنفيذ التعليمات وإجراء العمليات. يتم التعبير عنه عادة بالهرتز (هرتز) ويتم قياسه عادة بالجيجاهيرتز (جيجاهرتز)، وهو ما يعادل مليار هرتز.
يمثل تردد المعالج المعدل الذي تولد به الساعة الداخلية لوحدة المعالجة المركزية نبضات كهربائية، لمزامنة تنفيذ التعليمات والعمليات. تعني سرعة الساعة الأعلى أن وحدة المعالجة المركزية يمكنها معالجة التعليمات بسرعة أكبر وإجراء العمليات الحسابية بشكل أسرع.
من المهم ملاحظة أنه على الرغم من أن سرعة الساعة تعد عاملاً أساسيًا في تحديد أداء المعالج، إلا أنها ليست المؤشر الوحيد. تلعب عوامل أخرى، مثل بنية المعالج وعدد النوى وحجم ذاكرة التخزين المؤقت وكفاءة تنفيذ التعليمات، دورًا مهمًا أيضًا في تحديد الأداء العام.
في السنوات الأخيرة، وبسبب القيود المادية والمخاوف بشأن كفاءة الطاقة، ركزت الشركات المصنعة لوحدة المعالجة المركزية على تحسين الأداء بطرق تتجاوز مجرد زيادة سرعات الساعة.
يتضمن ذلك تطوير معالجات متعددة النواة وتنفيذ تحسينات معمارية لتقديم أداء أفضل دون زيادة مفرطة في استهلاك الطاقة أو توليد الحرارة.
عند اختيار وحدة المعالجة المركزية لتطبيق أو نظام معين، من المهم ألا تأخذ في الاعتبار سرعة الساعة فحسب، بل أيضًا مجموعة المواصفات بأكملها وكيفية توافقها مع حالة الاستخدام المقصودة.
الذاكرة المؤقتة (RAM)
هناك عامل آخر يؤثر على أداء المعالج وهو سعة ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج أو ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)؛ يعمل هذا النوع من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بشكل أسرع بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الرئيسية للنظام لأنها تقع بالقرب من المعالج، ويستخدمها المعالج لتخزين البيانات بشكل مؤقت وتقليل وقت نقل البيانات من/إلى ذاكرة النظام.
ونتيجة لذلك، قد يكون لذاكرة التخزين المؤقت تأثير كبير على أداء المعالج؛ كلما زادت ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) في وحدة المعالجة المركزية، زاد أدائها.
ولحسن الحظ، وبغض النظر عن وعود البائع، يمكن لجميع المستخدمين الآن استخدام أدوات قياس الأداء واختبار أداء وحدات المعالجة المركزية (CPUs) بأنفسهم.
يمكن أن تكون ذاكرة التخزين المؤقت، التي يُشار إليها بالحرف L، متعددة الطبقات. تتميز المعالجات غالبًا بثلاثة أو أربعة مستويات من الذاكرة المؤقتة، حيث تكون الطبقة الأولى (L1) أسرع من الطبقة الثانية (L2)، والطبقة الثانية أسرع من الطبقة الثالثة (L3)، والطبقة الثالثة أسرع من الرابعة. طبقة (L4). غالبًا ما توفر الذاكرة المؤقتة عشرات الميجابايت من مساحة التخزين، وكلما زادت هذه السعة، ارتفع سعر وحدة المعالجة المركزية.
ذاكرة التخزين المؤقت هي المسؤولة عن تخزين البيانات. هذه الذاكرة أسرع من ذاكرة الوصول العشوائي للكمبيوتر وبالتالي تقلل الوقت الذي يستغرقه تنفيذ الأوامر. في الواقع، تقوم وحدة المعالجة المركزية بفحص ذاكرة التخزين المؤقت أولاً.
- الذاكرة المؤقتة من المستوى الأول (L1)، والتي تسمى الذاكرة المؤقتة الأولى أو ذاكرة التخزين المؤقت الداخلية، هي الذاكرة الأقرب إلى المعالج وتتميز بسرعة عالية وحجم أصغر من المستويات الأخرى من الذاكرة المؤقتة؛ تقوم هذه الذاكرة بتخزين أهم البيانات اللازمة للمعالجة؛ لأن المعالج، عند معالجة التعليمات، يذهب أولا إلى المستوى الأول من ذاكرة التخزين المؤقت.
- تتميز الذاكرة المؤقتة من المستوى الثاني (L2)، والتي تسمى الذاكرة المؤقتة الخارجية، بسرعة أقل وحجم أكبر من L1، واعتمادًا على بنية المعالج، يمكن استخدامها بشكل مشترك أو منفصل. على عكس L1، تم وضع L2 على اللوحة الأم في أجهزة الكمبيوتر القديمة، ولكن اليوم، في المعالجات الجديدة، يتم وضع هذه الذاكرة على المعالج نفسه ولها تأخير أقل من طبقة ذاكرة التخزين المؤقت التالية، L3.
- الذاكرة المؤقتة L3 هي الذاكرة المشتركة بين جميع النوى في المعالج، وهي ذات سعة أكبر من الذاكرة المؤقتة L1 أو L2، ولكنها أبطأ من حيث السرعة.
- مثل L3، تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت L4 على حجم أكبر وسرعة أقل من L1 أو L2؛ عادةً ما تتم مشاركة L3 أو L4.
معالجة النوى
النواة هي وحدة معالجة المعالج التي يمكنها أداء أو معالجة جميع أنشطة الحوسبة بشكل مستقل. من هذا المنظور، يمكن اعتبار النواة بمثابة معالج صغير داخل وحدة المعالجة المركزية الأكبر.
يحتوي هذا القسم من المعالج على نفس الوحدات التشغيلية للحساب والعمليات المنطقية (ALU)، والتحكم في الذاكرة (CU)، والسجلات (Register) التي تجري عملية معالجة التعليمات من خلال دورة جلب وتنفيذ.
في الأصل، كانت المعالجات تحتوي على نواة واحدة فقط، ولكن معالجات اليوم عمومًا متعددة النواة، مع وجود نواتين أو أكثر على الأقل في دائرة متكاملة تعالج عمليتين أو أكثر في نفس الوقت. من المهم ملاحظة أن كل نواة يمكنها تنفيذ تعليمات واحدة فقط في كل مرة.
تستخدم المعالجات ذات النوى المتعددة المعالجة المتوازية (الحوسبة المتوازية) لتنفيذ مجموعات من التعليمات أو البرامج بشكل أسرع من ذي قبل. في الواقع، وجود المزيد من النوى لا يعني أن الأداء الإجمالي للمعالج سوف يتحسن. نظرًا لحقيقة أن العديد من التطبيقات لا تستخدم المعالجة المتوازية بعد.
أنواع النوى في المعالجات
- المعالجات أحادية النواة (Single-core): أقدم أنواع المعالجات هو معالج أحادي النواة يمكنه تنفيذ أمر واحد فقط في كل مرة، وهو غير فعال في تنفيذ المهام المتعددة. في هذا المعالج، بدء عملية ما يتطلب انتهاء العملية السابقة، وإذا تم تنفيذ أكثر من برنامج فإن أداء المعالج سينخفض بشكل ملحوظ. يتم حساب أداء المعالج أحادي النواة من خلال قياس قوته وعلى أساس التردد.
- المعالجات ثنائية النواة (Dual-core): يتكون المعالج ثنائي النواة من نواتين قويتين وله نفس أداء المعالجات أحادية النواة. الفرق بين هذا المعالج والمعالج أحادي النواة هو أنه ينتقل ذهابًا وإيابًا بين مجموعة متغيرة من تدفقات البيانات، وإذا كان هناك المزيد من الخيوط أو الخيوط قيد التشغيل، فيمكن للمعالج ثنائي النواة التعامل مع مهام المعالجة المتعددة بكفاءة أكبر.
- المعالجات رباعية النواة (Quad-core): المعالج رباعي النواة هو نموذج محسن للمعالج متعدد النواة الذي يقسم عبء العمل بين النوى ويوفر قدرات أكثر فعالية في تنفيذ المهام المتعددة من خلال الاستفادة من أربعة مراكز؛ وبالتالي، فهو أكثر ملاءمة للاعبين والمستخدمين المحترفين.
- المعالجات سداسية النواة (Hexa-Core): نوع آخر من المعالجات متعددة النواة هو المعالج سداسي النواة الذي يؤدي العمليات بسرعة أعلى من الأنواع رباعية النواة وثنائية النواة. على سبيل المثال، تحتوي معالجات Intel Core i7 على ستة مراكز مناسبة للاستخدام اليومي.
- المعالجات ثماني النواة (Octa-Core): تم تطوير المعالجات ثماني النواة بثمانية أنوية مستقلة وتقدم أداءً أفضل من الأنواع السابقة. تتضمن هذه المعالجات مجموعة مزدوجة من المعالجات رباعية النواة التي تقسم الأنشطة المختلفة بين أنواع مختلفة. وهذا يعني أنه في كثير من الحالات، يتم استخدام الحد الأدنى من النوى المطلوبة للمعالجة، وإذا كانت هناك حالة طارئة أو حاجة، يتم استخدام النوى الأربعة الأخرى أيضًا في إجراء العمليات الحسابية.
- المعالجات العشرية النواة (Deca-Core): تتكون المعالجات العشرية النواة من عشرة أنظمة مستقلة أقوى من المعالجات الأخرى في تنفيذ العمليات وإدارتها. هذه المعالجات أسرع من الأنواع الأخرى وتؤدي المهام المتعددة بأفضل طريقة ممكنة، ويتم طرح المزيد والمزيد منها في السوق يوميًا.
الفرق بين المعالجة أحادية النواة ومتعددة النواة
بشكل عام، يتم تحديد القرار بين معالج قوي أحادي النواة ومعالج متعدد النواة ذو طاقة عادية فقط من خلال كيفية استخدام المعالج، ولا توجد نسخة مكتوبة مسبقًا للجميع. يعد الأداء العالي للمعالجات أحادية النواة أمرًا حيويًا للبرامج التي لا تتطلب أو لا يمكنها استخدام مراكز متعددة.
لا يعني المزيد من النوى دائمًا أداءً أعلى، ولكن إذا تم ضبط التطبيق للاستفادة من النوى المتعددة، فسوف يعمل بشكل أسرع مع المزيد من النوى. بشكل عام، إذا كنت تستخدم عادةً التطبيقات المُحسّنة للمعالجة أحادية النواة، فلن يساعدك المعالج الذي يحتوي على عدد كبير من النوى.
لنفترض أنك تريد نقل شخصين من النقطة أ إلى النقطة ب. بالطبع، ستعمل سيارة لامبورغيني على ما يرام، ولكن إذا كنت تريد نقل 50 شخصًا، فيمكن أن تكون الحافلة حلاً أسرع من رحلات لامبورغيني المتعددة. الأمر نفسه ينطبق على المعالجة أحادية النواة مقابل المعالجة متعددة النواة.
أصبحت نوى المعالج أصغر بشكل متزايد في السنوات الأخيرة، ونتيجة لذلك، يمكن وضع المزيد من النوى على شريحة المعالج، ويجب أيضًا تحسين نظام التشغيل والبرمجيات لاستخدام المزيد من النوى لتقسيم التعليمات وتنفيذها في نفس الوقت على النوى. التفريق بين التخصيص الخاص بك. سنشهد أداءً متميزًا إذا تم ذلك بشكل صحيح.
تقليديًا، تم تنفيذ جميع مراكز وحدات المعالجة المركزية متعددة النواة بشكل مشابه وكانت لها نفس الأداء وتقييم الطاقة. كانت المشكلة في وحدات المعالجة المركزية (CPU) هذه هي أنه لم يكن من الممكن تقليل استهلاك الطاقة إلى ما بعد نقطة معينة عندما يكون المعالج خاملاً أو يقوم بعمليات خفيفة.
لا تمثل هذه مشكلة عندما يكون هناك وصول غير محدود إلى مصادر الطاقة، ولكنها قد تكون مشكلة عندما يعتمد النظام على البطاريات أو مصدر طاقة محدود للمعالجة.
هذا هو المكان الذي ولد فيه مفهوم تصميم المعالج غير المتماثل. بالنسبة للهواتف الذكية، تبنت إنتل بسرعة حلاً يتمثل في أن بعض النوى تكون أكثر قوة وتوفر أداءً أفضل، ويتم تنفيذ بعض النوى بطريقة منخفضة الاستهلاك.
هذه النوى جيدة فقط لتشغيل مهام الخلفية أو التطبيقات الأساسية مثل قراءة وكتابة رسائل البريد الإلكتروني أو تصفح الويب.
يتم تشغيل النوى عالية الطاقة تلقائيًا عند تشغيل لعبة فيديو أو عندما يحتاج برنامج ثقيل إلى مزيد من الأداء للقيام بمهمة محددة.
على الرغم من أن خلط النوى عالية الطاقة ومنخفضة الاستهلاك في وحدات المعالجة المركزية ليس مفهومًا جديدًا، إلا أنه لم يتم استخدامه على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر حتى أصدرت شركة إنتل الجيل الثاني عشر من معالجات Alder Lake.
توجد نوى E (منخفضة الاستهلاك) ونواة P (قوية) في كل طراز من معالجات الجيل الثاني عشر من Intel؛ يمكن أن تختلف النسبة بين هذين النوعين من النوى، ولكن في معالجات سلسلة Alder Lake Core i9، ثمانية نوى مخصصة للمعالجة الثقيلة وثمانية نوى للمعالجة الخفيفة. التصميمات الأساسية P وE لسلسلة i7 وi5 هي 8.4 و6.4 على التوالي.
هناك العديد من الفوائد لاستخدام النهج المعماري الهجين في نوى المعالج، حيث يستفيد مستخدمو الكمبيوتر المحمول أكثر من غيرهم لأن معظم المهام اليومية، مثل تصفح الويب، لا تتطلب أداءً متطلبًا. لن يسخن الكمبيوتر أو الكمبيوتر المحمول بشكل زائد إذا تم استخدام نوى منخفضة الطاقة فقط، وستستمر البطارية لفترة أطول.
من السهل إنتاج النوى منخفضة الطاقة ورخيصة الثمن، لذا فإن استخدامها لتعزيز وتحرير النوى القوية والمتقدمة يبدو فكرة ذكية.
حتى لو كانت البطارية تعمل على تشغيل نظامك، فإن تضمين النوى منخفضة الطاقة سيكون مفيدًا. على سبيل المثال، إذا كنت تمارس الألعاب وتحتاج إلى كل طاقة المعالج، فقد تلبي النوى القوية هذا المتطلب، بينما تكون النوى منخفضة الطاقة مسؤولة عن تشغيل مهام الخلفية أو التطبيقات مثل Skype، وما إلى ذلك.
على الأقل في حالة وحدات المعالجة المركزية Alder Lake من Intel، من المفترض أن تعمل النوى P وE بشكل مستقل عن بعضها البعض. لسوء الحظ، نظرًا لأن دمج المعالجات المنفصلة يعد فكرة جديدة لمعالجات x86، فإن هذا التعديل الأساسي في بنية x86 مليء بالتعقيدات.
قبل ظهور مفهوم النوى الهجينة (أو الجمع بين النوى القوية أو P والنوى منخفضة الاستهلاك أو E)، لم يرى مطورو البرمجيات سببًا لتطوير منتجات متوافقة مع هذه البنية، لذلك لم تكن برمجياتهم على دراية بالفرق بين النوى المنخفضة الاستهلاك.
الاستهلاك والنوى عالية الاستهلاك، مما تسبب في مشاكل. قد تكون هناك شكاوى من حدوث أعطال أو سلوك غريب لبعض التطبيقات (مثل Denuvo) في بعض الظروف.
ما هي سلاسل معالجة المواضيع؟
سلاسل المعالجة هي تسلسلات من التعليمات المعطاة للمعالج للتنفيذ. يستطيع كل معالج بشكل عام معالجة تعليمة واحدة، تعرف بالتعليمة الرئيسية، وإذا تم تزويد المعالج بتعليمين، يتم تنفيذ التعليمة الثانية بعد الأولى.
هذه التقنية لديها القدرة على تقليل سرعة وحدة المعالجة المركزية وأدائها. وفي هذا الصدد، يقوم صانعو المعالجات بتقسيم كل نواة مادية إلى نواتين افتراضيتين (Threads)، قد يقوم كل منهما بتشغيل خيط معالجة مختلف، ويمكن لكل نواة تنفيذ خيطي معالجة في وقت واحد إذا كان يحتوي على خيطين.
الفرق بين المعالجة النشطة والمعالجة السلبية
المعالجة النشطة هي الإجراء الذي يتطلب من المستخدم تعيين البيانات لتنفيذ التعليمات يدويًا. تُستخدم المعالجة النشطة بشكل شائع في تصميم الحركة والنمذجة ثلاثية الأبعاد وتحرير الفيديو والألعاب.
نظرًا لأن أداء النواة الواحدة وسرعة النواة العالية أمران حاسمان في هذا النوع من المعالجة، فإننا نحتاج إلى عدد أقل من النوى ولكن أكثر قوة لإجراء مثل هذه العمليات والاستفادة من الأداء السلس.
في المقابل، تشير المعالجة السلبية إلى التعليمات التي غالبًا ما يتم تشغيلها بالتوازي وتركها بمفردها، مثل العرض ثلاثي الأبعاد والفيديو. تتطلب مثل هذه المعالجة معالجات ذات عدة مراكز وتردد أساسي أعلى، مثل عائلة Threadripper من AMD.
يعد العدد الهائل من الخيوط وقدرتها على الاستخدام أحد المتغيرات الرئيسية في إجراء المعالجة السلبية. في مصطلحات الشخص العادي، الخيط عبارة عن مجموعة من البيانات التي يتم تسليمها إلى المعالج عن طريق تطبيق للمعالجة، مما يسمح للمعالج بإنجاز العديد من المهام في نفس الوقت بفعالية وسرعة. يمكنك الاستماع إلى الموسيقى أثناء تصفحك للويب بفضل خيوط النظام.
الخيوط ليست مكونات مادية لوحدة المعالجة المركزية، ولكنها تشير إلى مقدار العمل الذي يمكن أن تقوم به نوى المعالجة، والمعالج الذي يحتوي على عدد كبير من الخيوط ضروري لتنفيذ عدد كبير من التعليمات الثقيلة للغاية في وقت واحد.
يتناسب عدد الخيوط في وحدة المعالجة المركزية مع عدد النوى. يمكن لكل نواة عادةً أن تدعم خيطين، وجميع المعالجات لديها سلاسل رسائل نشطة تخصص مؤشر ترابط واحد على الأقل لكل نشاط.
ما هو التداول الفائق أو SMT؟
تمثل مفاهيم المعالجة الفائقة (Hyperthreading) في معالجات Intel وتعدد العمليات المتزامنة (SMT) في معالجات AMD ممارسة فصل النوى المادية إلى نوى افتراضية. يوفر هذان العنصران آلية لجدولة وتنفيذ التعليمات المقدمة إلى وحدة المعالجة المركزية بكفاءة.
تدعم معظم المعالجات في الوقت الحاضر تقنية Hyperthreading أو (SMT) ويمكنها تشغيل خيطين لكل نواة. بعض المعالجات المنخفضة الجودة، مثل سلسلة Intel Celeron وسلسلة AMD’s Ryzen 3، لا تدعم هذه الإمكانية ولديها مؤشر ترابط واحد فقط لكل نواة.
لأسباب مختلفة، مثل تجزئة السوق، تأتي بعض وحدات المعالجة المركزية Intel المتطورة مزودة بتقنية Hyperthreading معطلة، وبالتالي، من الأفضل عادةً قراءة قسم وصف النوى والخيوط قبل شراء أي معالج. تحقق من ذلك.
يتيح لك Hyperthreading، المعروف أيضًا باسم Multithreading المتزامن، جدولة التعليمات بشكل أكثر فعالية واستخدام مناطق أساسية خاملة الآن. تعطي الخيوط أداءً أكبر بنسبة 50٪ تقريبًا من النوى المادية.
بشكل عام، إذا كنت تقوم فقط بالمعالجة النشطة على مدار اليوم، مثل النمذجة ثلاثية الأبعاد، فلن تستخدم جميع مراكز وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك. نظرًا لأن هذا النوع من المعالجة غالبًا ما يستخدم نواة واحدة أو اثنتين فقط، فإن استخدام خيوط المعالجة الفائقة أو SMT للحساب الذي يتطلب كل إمكانات نوى المعالج والخيوط المتاحة يمكن أن يحدث فرقًا كبيرًا في الأداء.
وحدة المعالجة المركزية في الألعاب
تم تصميم ألعاب الكمبيوتر للأنظمة أحادية النواة قبل ظهور المعالجات متعددة النواة، ولكن مع إطلاق AMD لأول معالج ثنائي النواة في عام 2005 والإصدار اللاحق للمعالجات رباعية وستة وثمانية النواة، لم يعد هناك أي مشكلة.
يعد الحد الأقصى لاستخدام النوى الإضافية. لم يكن الأمر كذلك منذ أن تم منح المعالجات القدرة على القيام بعدة مهام في وقت واحد.
للحصول على تجربة لعب مُرضية، يجب على كل لاعب اختيار وحدة معالجة مركزية ومعالج رسوميات متوازن (سنقوم بتحليل معالج الرسومات والغرض منه في مقالة مختلفة).
لا يمكن لرسومات النظام استخدام إمكاناتها الكاملة إذا كان أداء وحدة المعالجة المركزية ضعيفًا أو بطيئًا ولا يمكنها تنفيذ الأوامر بسرعة كافية. وبطبيعة الحال، العكس صحيح أيضا. في مثل هذه الحالة، نشير إلى الرسومات باعتبارها عنق الزجاجة.
ما هو عنق الزجاجة Bottleneck؟
في أجهزة الكمبيوتر، يتم تعريف عنق الزجاجة (Bottleneck) على أنه مكون يحد من الأداء بسبب الاختلاف في القدرات القصوى لمكونين من مكونات الأجهزة.
ببساطة، إذا حصلت وحدة الرسومات على تعليمات بشكل أسرع مما تستطيع وحدة المعالجة المركزية تقديمه، فسوف تظل في وضع الخمول حتى تصبح المجموعة التالية من التعليمات جاهزة، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات الإطارات. وبسبب قيود وحدة المعالجة المركزية، تكون درجة أداء الرسومات محدودة في هذه الحالة.
الشيء نفسه قد يحدث في الاتجاه المعاكس. إذا كان المعالج القوي يقوم بتسليم الأوامر إلى وحدة الرسومات بشكل أسرع من قدرة وحدة الرسومات على استقبالها، فإن قدرات المعالج تكون مقيدة بأدائه الضعيف.
يمنح النظام المزود بوحدة معالجة مركزية ورسومات مناسبة للمستخدم أداءً أفضل وأكثر سلاسة. النظام المتوازن يلبي هذه المعايير. بشكل عام، النظام المتوازن هو النظام الذي لا تولد فيه الأجهزة اختناقات للعمليات التي يحتاجها المستخدم ويعطي تجربة مستخدم أفضل دون الاستخدام المفرط لمكونات النظام (أكثر من اللازم أو أقل من اللازم).
يفضل التركيز على بعض العوامل الأساسية أثناء إنشاء نظام متوازن:
- لا يمكنك إعداد نظام متوازن لتجربة لعب مثالية بمجرد شراء أغلى المعالج والرسومات المتاحة.
- لا ينجم Butlink بالضرورة عن جودة المكونات أو قدمها ويرتبط بشكل مباشر بأداء أجهزة النظام.
- لا يقتصر الارتباط السريع للرسومات على الأنظمة المتقدمة، كما أن التوازن مهم جدًا أيضًا في الأنظمة ذات الأجهزة المنخفضة.
- إنشاء روابط الروبوتات لا يقتصر على المعالج والرسومات، ولكن التفاعل بين هذين المكونين يمنع هذه المشكلة إلى حد كبير.
إرساء نظام متوازن بين وحدة الرسومات والمعالج
عندما يتعلق الأمر بالألعاب أو معالجة الرسومات، فإن تأثير قوة المعالج على تحسين جودة تجربة اللعب للمستخدم سيكون ملحوظًا إذا كان هناك تنسيق وثيق بين وحدة الرسومات والمعالج؛ بالإضافة إلى ذلك، يعد نوع اللعبة وطرازها عاملين مهمين في اختيار الأجهزة.
ربما لا يزال من الممكن استخدام وحدات المعالجة المركزية رباعية النواة لتشغيل العديد من الألعاب، ومع ذلك، ستوفر المعالجات السداسية أو أكثر طريقة لعب أكثر سلاسة.
تعتبر الآن وحدات المعالجة المركزية متعددة النواة مطلوبة لأي جهاز ألعاب يلعب ألعاب إطلاق النار من منظور الشخص الأول (FPS) أو ألعاب متعددة اللاعبين عبر الإنترنت.
في الختام
كما أوضحنا، وحدة المعالجة المركزية (CPU) هي قلب الكمبيوتر أو الجهاز الإلكتروني، وهي المسؤولة عن تنفيذ التعليمات وإجراء العمليات الحسابية. هي مكون أساسي يلعب دورًا مركزيًا في الأداء العام للجهاز ووظائفه.
كانت الوجبات الرئيسية من المقالة “ما هي وحدة المعالجة المركزية (CPU)؟ كل ما تحتاج لمعرفته حول المعالجات” وقد شمل:
- وظيفة وحدة المعالجة المركزية: تقوم وحدة المعالجة المركزية بتنفيذ مهام مثل تنفيذ التعليمات، وإجراء العمليات الحسابية والمنطقية، وإدارة البيانات، والتحكم في تدفق العمليات.
- بنية المعالج: تشير بنية المعالج إلى تصميم وبنية وحدة المعالجة المركزية، بما في ذلك جوانب مثل مجموعات التعليمات، ومسار البيانات، وذاكرة التخزين المؤقت، وسرعة الساعة، والمزيد.
- معالجات 32 بت مقابل معالجات 64 بت: تستخدم معالجات 32 بت 32 بت للبيانات وعناوين الذاكرة، بينما تستخدم معالجات 64 بت 64 بت. يمكن لمعالجات 64 بت التعامل مع مساحات ذاكرة أكبر وتقديم أداء أفضل لمهام معينة.
- ARM مقابل x86-64: معالجات ARM شائعة في الأجهزة المحمولة والأنظمة المدمجة، والمعروفة بكفاءتها في استهلاك الطاقة. تُستخدم معالجات x86-64 في أجهزة الكمبيوتر والخوادم الشخصية، حيث يتم تقييمها من حيث توافقها وأدائها.
- تردد المعالج (سرعة الساعة): يحدد تردد المعالج، الذي يتم قياسه بالهرتز (هرتز) أو الجيجاهيرتز (جيجاهرتز)، مدى سرعة قيام وحدة المعالجة المركزية بتنفيذ التعليمات. إنه عامل مهم في أداء وحدة المعالجة المركزية.
- مراكز المعالجة: تتيح المعالجات متعددة النواة، ذات مراكز المعالجة المتعددة، التنفيذ المتوازي للمهام، مما يحسن المهام المتعددة وقوة المعالجة الإجمالية. يؤثر عدد النوى وسرعاتها على الأداء.
يعد فهم هذه المفاهيم أمرًا حيويًا عند اختيار وحدة المعالجة المركزية (CPU) أو تحليل أداء الجهاز، حيث إن المعالج جزء لا يتجزأ من أنظمة الحوسبة والأنظمة الإلكترونية الحديثة.
