ما هي هندسة الكمبيوتر؟

بين العروض التقديمية من شركات التكنولوجيا مثل AMD أو Apple أو Intel وأوراق المواصفات لأجهزة معينة ومنتجات أخرى ، فمن شبه المؤكد أنك على الأقل سمع العمارة كلمة. تتفاخر شركة Apple بأن شرائحها M1 و M2 تستخدم امتداد ذراع الهندسة المعمارية ، وتسلط AMD الضوء على أن هندستها المعمارية Zen 4 أفضل من معمارية Intel Raptor Lake. لكن في جميع عمليات التسويق ، لم يتم شرح ماهية "الهندسة المعمارية" حقًا. إليك كل ما تحتاج لمعرفته حول الهندسة المعمارية وسبب أهميتها.

العمارة: أساس المعالج

الهندسة المعمارية هي كلمة غامضة في التكنولوجيا ، لكنني أتحدث هنا عن معماريات مجموعة التعليمات (ISA) والبنى الدقيقة. يتم اختصار كل من ISA والبنى الدقيقة إلى البنى لأنه من غير المعتاد الخلط بين ISA والبنى الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، سأتحدث في الغالب عن معماريات وحدة المعالجة المركزية ، لكن المعالجات الأخرى مثل وحدات معالجة الرسومات تستخدم كلاً من ISA والبنى الدقيقة.

يعد ISA نقطة انطلاق جيدة لأنه الجزء الأساسي من المعالج وهو ما يحتوي على أكثر العناصر أساسية الجوانب ، مثل التعليمات (مثل الجمع والضرب) والميزات (مثل القدرة على التعامل مع الأرقام التي تحتوي على 32 عشريًا أماكن). المعالجات التي تستخدم ISA معين يمكنها فقط تشغيل التعليمات البرمجية المصممة لهذا ISA (على الرغم من أن المحاكاة هي حل بديل). لهذا السبب كانت صفقة كبيرة عندما بدأت Apple في بيع أجهزة Mac مع Apple silicon لأن macOS تم تصميمه لوحدات المعالجة المركزية Intel التي تستخدم

إلى x86 ISA وتستخدم رقائق Apple ملف ذراع ISA.

يمكن أن يكون للهندسة المعمارية الدقيقة تأثير كبير على الألعاب أو العمل الاحترافي أو حتى الاستخدام غير الرسمي للكمبيوتر.

باختصار ، فإن البنية الدقيقة هي ما يربط أجزاء مختلفة من المعالج وكيف تترابط وتتفاعل لتنفيذ ISA. لذلك إذا كانت ISA مثل لغات مختلفة ، فإن البنى الدقيقة هي لهجات. لا يتطلب تصميم شريحة جديدة تمامًا التخلص من ISA ، وإنشاء معالج جديد دون تغيير نتائج ISA في بنية دقيقة جديدة. يمكن أن تكون البنى المصغرة المبنية على نفس ISA مختلفة اختلافًا كبيرًا ولكنها تعمل بنفس الكود ، حتى لو كان أداء إحدى الشرائح أفضل من الأخرى بشكل واضح. تميل الشركات إلى إنشاء معماريات دقيقة جديدة من أجل زيادة الأداء ، أو إضافة تعليمات جديدة (تُعرف باسم الامتدادات لأنها ليست ضمن ISA الأساسي) ، أو استهداف تطبيق معين.

اليوم ، لدينا عدد قليل من ISA ، أهمها x86 (مملوك من قبل Intel و AMD) ، ARM (مملوك من قبل Arm ولكنه مرخص لشركات أخرى مثل Apple و Samsung) ، RISC-V (معيار ISA مفتوح يمكن لأي شخص استخدامه مجانًا) ، و PowerPC (مملوك لشركة IBM ويستخدم في الغالب لأشياء مراكز البيانات والعديد من وحدات التحكم سابقًا مثل PS3 و Wii). هناك ما لا يقل عن المئات ، إن لم يكن الآلاف ، من البنى الدقيقة هناك ، مع بعض المشهور منها سلسلة Zen من AMD ، وسلسلة Lake من Intel ، وسلسلة Cortex من Arm.

لقد حددت ISAs الحدود داخل التكنولوجيا

حقيقة أنه يتعين على المبرمجين إنشاء تعليمات برمجية خاصة ببعض ISA من أجل التشغيل محليًا (أي دون الحاجة إلى لاستخدام حل بديل مثل المحاكاة ، والذي غالبًا ما يكون أداؤه ضعيفًا) قد أدى بالضرورة إلى إنشاء الكثير من الجدران عندما يتعلق الأمر أجهزة الكمبيوتر. يميل المطورون إلى التركيز على ISA واحد فقط ، وهذا الارتباط غير القابل للكسر تقريبًا بين الأجهزة والبرامج قد حدد من يصنع المعالجات لأنواع معينة من الأجهزة.

يتم استخدام x86 بشكل حصري تقريبًا في أجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ووحدات تحكم الألعاب ، وهذه الأجهزة بدورها تستخدم بشكل حصري تقريبًا x86. لقد انخرط كل من ARM و RISC-V و PowerPC في هذه المجالات ، لكن x86 يهيمن عليها جميعًا. لا يكفي ذلك قامت Microsoft بعمل نسخة ARM من Windows لأن مطوري برامج الجهات الخارجية بحاجة إلى إنشاء إصدارات ARM من تطبيقاتهم، وقليل منهم لديهم. من ناحية أخرى ، سهلت ملكية Apple لنظام macOS (وإن كان ذلك يمثل تحديًا) التحول من شرائح Intel x86 إلى رقائقها الخاصة.

وبالمثل ، يتمتع ARM بقبضة خانقة على الهواتف والأجهزة اللوحية ، وكان هذا صحيحًا لمدة عقدين تقريبًا. بحلول الوقت بدأت Intel في صنع شرائح x86 للهواتف في أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، كان السوق بأكمله تقريبًا يستخدم ARM لسنوات ، ووجدت Intel صعوبة في إقناع الشركات بالتبديل.

اليوم ، يبدو أن الحدود التي أنشأتها أجهزة الدولة الأيديولوجية قد ترسخت في الغالب. من غير المحتمل للغاية أن تتجاوز رقائق ARM على الإطلاق x86 في أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة (على الرغم من ذلك تحقق Apple تقدمًا كبيرًا هنا) ، ومن المؤكد تمامًا أن الهواتف الذكية ستستخدم دائمًا ذراع. ومع ذلك ، هناك منافسة كبيرة في الأسواق الناشئة مثل مراكز البيانات وأجهزة إنترنت الأشياء (IoT). يقدم RISC-V أيضًا حجة مقنعة مفادها أن العديد من الشركات تفضل صنع شرائح RISC-V الخاصة بها للتطبيقات التي لا تمثل فيها الحاجة إلى التوافق عبر نظام بيئي واسع مصدر قلق حقًا. ربما في المستقبل البعيد ، ستصبح بعض هذه المعايير الدولية غير صالحة للاستخدام ، ولكن يبدو من المحتمل أن عددًا قليلاً فقط من أجهزة ISA الرئيسية ستكون ذات صلة في أي لحظة.

يمكن للهندسة المعمارية الدقيقة أن تجعل تجربتك على الجهاز أو تفسدها

على الرغم من أنه لا يمكنك التعامل مع تسويق الشركات دون ذرة من الأمل ، إلا أنه من الصحيح أن العمارة الدقيقة يمكن أن يكون لها تأثير كبير على الألعاب أو العمل الاحترافي أو حتى الاستخدام غير الرسمي للكمبيوتر. إذا كنت تتساءل عما إذا كنت بحاجة إلى أحدث هندسة دقيقة في جهازك أم لا ، فإليك بعض الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار.

غالبًا لا تستفيد الألعاب من كل شيء يجب أن تقدمه الهندسة الدقيقة الجديدة لوحدة المعالجة المركزية ، مثل تعزيز التعليمات لكل ساعة (IPC) ، نظرًا لأن الألعاب لا تستخدم في الواقع العديد من الموارد الأولية. ومع ذلك ، يمكن أن تأتي البنى الدقيقة مع تعزيزات لسرعة الساعة ، وذاكرة تخزين مؤقت إضافية ، وخصائص أخرى قد تكون أفضل للألعاب. إذا كنت تلعب ألعاب الفيديو بمعدلات إطارات عالية ، فقد يتم تحسين تجربتك بشكل كبير باستخدام أحدث معالج. قد يكون الوقت قد حان للنظر في الترقية إذا كان عمر وحدة المعالجة المركزية لديك أكثر من خمس سنوات.

قد تكون الترقية إلى وحدة معالجة الرسومات الجديدة باستخدام بنية دقيقة جديدة فكرة جيدة أيضًا. تقدم بطاقات الرسومات الجديدة أحيانًا ميزات جديدة مثل DLSS من Nvidia (والتي تتوفر فقط على بطاقات RTX ذات العلامات التجارية ، و DLSS 3 فقط على سلسلة RTX 40) وتشفير AV1 موجودان فقط في أحدث وحدات معالجة الرسومات RTX 40 و RX 7000 و Arc Alchemist. بالإضافة إلى ذلك ، أداء الألعاب يتوقف على بطاقة الرسومات ، وغالبًا ما يتم إقران البنى الدقيقة الجديدة ببطاقات تتمتع بقدرة حصانية خام أكبر بكثير و VRAM مقارنةً بالأقدم تلك.

هل يجب عليك الترقية إلى وحدات المعالجة المركزية ذات البنى الجديدة؟

عندما يتعلق الأمر بالعمل الاحترافي والإبداعي مثل العرض وتحرير الفيديو والمهام الأخرى ، فإن الحصول على وحدة معالجة مركزية أو وحدة معالجة رسومات جديدة غالبًا ما يستحق كل هذا العناء لكل من الميزات الجديدة والأداء العالي بشكل عام. تعليمات وحدة المعالجة المركزية الإضافية مثل AVX مفيدة في بعض الأحيان ، على سبيل المثال. يمكن أن تختلف مكاسب الأداء المحتملة بشكل كبير اعتمادًا على التطبيق ، ومع ذلك ، يجب عليك البحث في برنامجك لمعرفة ما إذا كان بإمكانه الاستفادة من الأجهزة الأحدث.

بالنسبة للمستخدمين العاديين ، فإن مزايا الأجهزة الجديدة ليست واضحة لأن التطبيقات الأساسية يمكن أن تعمل على أي شيء تم صنعه خلال العقد الماضي. على الرغم من ذلك ، بالنسبة لمستخدمي الكمبيوتر المحمول على وجه الخصوص ، غالبًا ما تجلب العمارة الدقيقة كفاءة متزايدة ، وعادة ما تعني الكفاءة الأفضل استهلاكًا أقل للطاقة ، مما يعني بدوره عمر بطارية أفضل.