المدرب: في هذا الدرس،
سنتحدث عن بنيات وحدة المعالجة المركزية.
الآن، وحدة المعالجة المركزية أو وحدة المعالجة المركزية،
والتي يشار إليها عادةً بالمعالج، هي الجهاز الذي سيكون
بمثابة العقل المدبر لجهاز الكمبيوتر الخاص بك ويتم
استخدامه لتنفيذ كود البرنامج المختلف الموجود
داخل برنامجك أو البرامج الثابتة الخاصة بك.
وهذا يخبر الكمبيوتر بالضبط بكيفية القيام بعمله
لأي نوع من الوظائف التي تريد القيام بها.
بشكل أساسي، ستقوم وحدة المعالجة المركزية بتنفيذ العمليات
الأساسية على كل تعليمات.
ستقوم وحدة المعالجة المركزية أولاً بجلب تلك
التعليمات، وتأخذ التعليمات التالية
في التسلسل من ذاكرة النظام
أو ذاكرة التخزين المؤقت داخل المعالج، وهو
في الأساس نوع من الذاكرة عالي السرعة جدًا.
بعد ذلك، ستكون وحدة التحكم أو المعالج
قادرة على فك تشفير كل من هذه التعليمات
ثم تنفيذها أو تمريرها
إلى وحدة ثانوية ستساعدها في القيام
بهذه العملية.
على سبيل المثال، في الكثير من المعالجات،
هناك أشياء مثل وحدة الفاصلة العائمة أو وحدة
المنطق الحسابي، ويمكن استخدامها
لتنفيذ تعليمات مختلفة بناءً على نوع التعليمات
البرمجية ونوع التعليمات
التي يتم تشغيلها.
بعد ذلك، بمجرد انتهاء المعالج
من تنفيذ تلك التعليمات، فإنه سيرسل
تلك المعلومات مرة أخرى إلى السجل أو ذاكرة التخزين
المؤقت أو الذاكرة، بحيث يمكن تخزينها واستخدامها
لاحقًا بواسطة النظام لاحقًا
أثناء البرنامج أو العرض
إخراجها إلى المستخدم ليتمكن من اتخاذ إجراء
بشأنها.
هذه هي الطريقة الأساسية التي تعمل بها المعالجات
في اللوحة الأم وداخل جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
الآن، عندما ننظر إلى المعالج نفسه،
نجد أن له بنيته الخاصة.
وعلى غرار الطريقة التي تمتلك
بها اللوحة الأم عامل الشكل الذي يحدد ما يمكنها
القيام به، فإن بنية المعالج ستحدد القدرات
التي يتمتع بها هذا المعالج.
هناك ثلاثة بنيات رئيسية
سوف تصادفها في
الميدان كفني.
يُعرف الأول باسم X86.
الآن، يُطلق على X86 أيضًا أحيانًا اسم IA-32
أو مجموعة تعليمات معمارية Intel 32 بت.
وذلك لأن X86 تم تطويره في الأصل بواسطة Intel مع بعض
أجهزة الكمبيوتر الشخصية
الأولى في السبعينيات والثمانينيات.
بمرور الوقت، انتقلت أجهزة الكمبيوتر
من 8 بت إلى 16 بت إلى 32 بت، وعلى طول الطريق، أنشأت
إنتل هذا التوافق العكسي وأصبحت كل هذه الأنظمة
تُعرف باسم جيل معالجات X86.
وذلك لأن المعالجات الأولى التي
استخدمتها شركة إنتل في أجهزة
الكمبيوتر كانت تسمى سلسلة 8086.
والسلسلة التالية أصبحت السلسلة
286، ثم 386، ثم 486، ثم 586، وبعد ذلك تحولوا
إلى استخدام
الأسماء التجارية، وأشياء
مثل Celeron أو Pentium، وأشياء من هذا القبيل.
وفي كلتا الحالتين، كانت جميع
هذه الأجهزة في الأصل عبارة عن معالجات X86،
واستمر الأمر على هذا النحو
حتى وصلنا إلى معالجات 64 بت.
بمجرد انتقالنا إلى معالج
64 بت، بدأنا نطلق عليه معالج
X64 أو بنية X64.
الآن، في أي وقت ترى فيه X64 كمجموعة تعليمات،
فهذا يعني أننا قمنا الآن بتوسيع مجموعة
تعليمات X86 أو 32 بت لنكون
قادرين على دعم عمليات 64 بت.
يعد هذا أمرًا مهمًا يجب أن
تفهمه لأنه عندما تتعامل مع معالجات 32 بت، وهي
معالجات X86، يمكنها فقط دعم الحد الأقصى
من الذاكرة وهو أربعة جيجابايت من ذاكرة
الوصول العشوائي.
لا يمكنهم فعليًا معالجة
أي شيء أكبر من أربعة غيغابايت
لأنه لا يوجد سوى 32 بت متاحة للمعالجة.
وإذا أخذت 2 أس 32، فستحصل على
حوالي 4 مليارات بت، أي حوالي
أربعة غيغابايت.
لذا يمكنك أن ترى لماذا كان من المهم
بالنسبة لنا أن نتجاوز معالج X86 لأن أربعة
غيغابايت من ذاكرة الوصول العشوائي
ليست كثيرًا في الأنظمة الحديثة.
في الواقع، يمكن اعتبار
ذلك نظام ذاكرة منخفض جدًا هذه الأيام.
سيكون لدى معظم أجهزة الكمبيوتر 8 أو 16 أو 32 أو حتى 64
جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي كذاكرة
النظام الرئيسية.
ولكي تتمكن من معالجة كل ذلك،
تحتاج إلى الانتقال إلى مجموعة تعليمات
64 بت باستخدام معالج X64.
في كثير من الأحيان، ستسمع الإشارة
إلى هذا بناءً على اسم علامتهم التجارية، إما AMD64 أو Intel 64، اعتمادًا على
الطراز الذي يتم تصنيعه بواسطة
الشركة المصنعة.
لكن كلاهما يعتبر معماريات تعتمد على X64
لهذا المعالج المعين.
الآن، شيء آخر مهم يجب
تذكره عندما يتعلق الأمر بـ 64 بت مقابل
32 بت هو حقيقة أن أنظمة 32
بت يمكنها تشغيل برامج 32 بت فقط ولكن
معالجات 64 بت يمكنها تشغيل برامج 64 بت وبرامج 32 بت لأن
فهي متوافقة تمامًا مع
الإصدارات السابقة.
لهذا السبب، فإن
معظم الأنظمة التي ستصادفك هذه الأيام
ستكون معالجات تعتمد على X64 نظرًا لاستخدامها
بكثافة في سوق أجهزة الكمبيوتر الشخصية ودعمها على
نطاق واسع بواسطة Windows وجميع أشكاله المختلفة.
الآن، النوع الثالث من المعالجات
التي قد تصادفك هو ما يُعرف بمعالج ARM.
يرمز ARM إلى أجهزة RISC المتقدمة وRISC
هو في الواقع اختصار بحد ذاته،
وهو مكتوب R-I-S-C، وهو كمبيوتر
مجموعة التعليمات المخفضة.
الآن، تم استخدام ARM لفترة طويلة للأجهزة
منخفضة الطاقة، وأشياء مثل
الأجهزة اللوحية والهواتف المحمولة وأشياء من هذا القبيل.
ولكن بالعودة إلى أوائل عام 2020،
قررت شركة Apple إطلاق سلسلة جديدة من المعالجات
لأجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة
الخاصة بها والتي تستخدم شرائح
ARM أيضًا والمعروفة باسم سلسلة
M1، وM1 Pro، وM1 Max، والآن الأحدث هي الخروج مع سلسلة M2
وما بعدها.
يتم الآن نقل كل هذه الأشياء
إلى مجموعة تعليمات ARM هذه لأن
ARM يسمح لك بالقيام ببعض الأشياء الخاصة جدًا
التي لا يمكنك القيام بها في معالج يستند إلى X86 أو X64.
والأهم من ذلك
هو عمر البطارية الممتد.
تنتج ARM في الواقع حرارة أقل بكثير
لتتمكن من إجراء جميع الحسابات نفسها
مثل المعالج المستند إلى X64 أو X86، وهذا يوفر في الواقع
الكثير من طاقة البطارية والكثير
من التبريد.
لذلك فهو يحظى بشعبية كبيرة في النظام على تكوينات الرقائق، وأشياء مثل
أجهزة التلفاز الذكية، ومكبرات الصوت الذكية، وغيرها
من الأجهزة بالإضافة إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة الأحدث.
ولذلك عندما تستخدم شيئًا
لا يستند إلى Windows، مثل
جهاز Apple أو Chromebook أو حتى هاتف
أو جهاز لوحي يعمل بنظام Android،
فإن هذه الأجهزة تميل إلى استخدام المعالجات
المستندة إلى ARM بدلاً من X64 أو X86 بسبب بطاريتها الأطول. الحياة واستهلاك
أقل للطاقة مما يخلق حرارة أقل داخل
الجهاز.
الآن، عندما تنظر إلى معالج يستند إلى RISC أو يستند
إلى ARM مقابل معالج يستند إلى X64 أو X86، فأنت تتعامل مع
مجموعة التعليمات المخفضة هذه بدلاً
من مجموعة التعليمات المعقدة الكاملة.
الآن قد تعتقد أن هذا يمنحك في الواقع قدرة أقل
ولكنه ليس كذلك.
عندما تستخدم نظامًا يستند إلى RISC، تستخدم
أنظمة RISC هذه عددًا أقل من التعليمات لتتمكن من القيام بنفس
المهمة ولكنها تعتمد بشكل أكبر على التعليمات
البرمجية لتتمكن من القيام بذلك.
يسمح هذا لكل جزء من التعليمات البرمجية الموجودة داخل
RISC بالقيام بالمزيد من الأشياء باستخدام تعليمات
برمجية أقل وهذا يؤدي إلى استهلاك أقل للطاقة
وعمر بطارية أطول.
مع استمرارنا في التطور في أجهزة الكمبيوتر،
ستلاحظ أن المعالجات المستندة إلى RISC وARM ستصبح
أكثر شيوعًا في مجموعة واسعة من الأنظمة
بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر المكتبية
والمحمولة.
وقد بدأ هذا بالفعل في شق طريقه
إلى بيئة Windows حيث
بدأوا الآن في تقديم إصدارات Windows 11
التي ستدعم معالجًا يستند إلى ARM.
بمجرد خروج ذلك من الإصدار التجريبي إلى الإنتاج العام، سنرى
عددًا أكبر من أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة
التي تستخدم ARM بما يتجاوز مجرد استخدامها لأنظمة Apple.