يتكون الكمبيوتر من مكونات مختلفة. يمكن القول أن المكون الداخلي الأكثر أهمية هو وحدة المعالجة المركزية الخاصة به. اختصارًا لوحدة المعالجة المركزية، وحدة المعالجة المركزية هي عقل الكمبيوتر. وهي مصنوعة من مليارات الترانزستورات الصغيرة التي تعمل كمفاتيح إلكترونية مسؤولة عن التحكم في تدفق الكهرباء عبر الدوائر المعقدة.
إلى جانب تنفيذ برامج المهام، تقوم وحدات المعالجة المركزية (CPU) بتنسيق المكونات الأخرى في الكمبيوتر، بما في ذلك ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي)، وHDD (محرك الأقراص الثابتة)، وSSD (محرك الحالة الصلبة).
توجد العديد من العوامل التي تحدد أداء المعالج وكفاءته، ولكن أحد أكثر المواضيع التي يتم مناقشتها شيوعًا هو النوى مقابل المواضيع. بشكل عام، يعتقد الناس أن وجود المزيد من النوى يعني المزيد من الأداء. ومع ذلك، فالأمر ليس بهذه البساطة دائمًا.
من المهم معرفة ما تفعله النوى مقابل الخيوط لاتخاذ القرارات الصحيحة عند شراء جهاز كمبيوتر أو تكوينه. من الناحية المثالية، قد ترغب في تحسين الطاقة قدر الإمكان دون الإفراط في الإنفاق. اعتمادًا على المهام التي تريد تنفيذها، يمكن أن يختلف المقدار المناسب من النوى والخيوط بشكل كبير.
علاوة على ذلك، إذا كنت تختار وحدة محمولة (مثل الكمبيوتر المحمول)، فإن كفاءة الطاقة أمر لا يمكنك إهماله. آخر شيء تريده عند اصطحاب جهاز الكمبيوتر الخاص بك أثناء التنقل هو نفاد البطارية في منتصف إكمال المهمة. يمكن أن يؤدي اختيار وحدة المعالجة المركزية ذات الاستهلاك الكافي للطاقة إلى تقليل مخاطر التعرض لمثل هذه المشاكل.
سأشرح في هذه التدوينة كل ما تحتاج لمعرفته حول نوى معالج الكمبيوتر وخيوطه والاختلافات بينها والعوامل الأخرى التي تؤثر على مستويات أداء المعالج.
ما هو جوهر وحدة المعالجة المركزية؟
في الأساس، النواة هي وحدة معالجة فعلية داخل وحدة المعالجة المركزية، مسؤولة عن تنفيذ المهام بشكل مستقل. يمكنك التفكير في وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك كمصنع، حيث يكون كل نواة بمثابة "عامل" يمكنه التعامل مع المهام. بشكل عام، يمكنك تنفيذ المزيد من المهام مع عدد أكبر من العاملين في فترة زمنية أقصر.
تقليديا، تم تصميم نواة وحدة المعالجة المركزية لتنفيذ المهام واحدة تلو الأخرى. وهذا يعني عدم وجود قدرات تعدد المهام في التكرارات الأولى لأجهزة الكمبيوتر. ومع ذلك، فقد تغيرت الطريقة التي تتعامل بها نوى وحدة المعالجة المركزية بشكل كبير بفضل تطور تقنيات تعدد العمليات، والتي سأتطرق إليها لاحقًا في هذه المقالة.
معالجات أحادية مقابل معالجات متعددة النواة
تميزت الإصدارات السابقة لأجهزة الكمبيوتر بوحدات معالجة مركزية أحادية النواة يمكنها تشغيل مهمة واحدة في كل مرة. لتنفيذ برامج متعددة في وقت واحد، حاول مهندسو الكمبيوتر توسيع اللوحة الأم وإضافة وحدات وحدة المعالجة المركزية المتعددة معًا. ومع ذلك، فإن بعض وحدات المعالجة المركزية (CPUs) التي تعمل بشكل مستقل قدمت الكثير من زمن الوصول وأثبتت أنها غير عملية.
ولحل هذه المشكلة، صمم المهندسون معالجات متعددة النواة. نظرًا لأن كل نواة تعمل بشكل مستقل، فيمكن لكل نواة التعامل مع مجموعة التعليمات الخاصة بها دون التأثير على نواة أخرى. وهذا يعني أنه كلما زاد عدد النوى في معالج الكمبيوتر، زاد عدد المهام التي يمكنه تنفيذها في وقت واحد.
تستهلك وحدة المعالجة المركزية أحادية النواة طاقة أقل بكثير وقد تكون كافية للمهام اليومية مثل تصفح الويب. ولكن بما أنها تأتي بقدرات أداء محدودة، فإنها تصبح أقل تفضيلاً. على الرغم من أنك قد لا تزال تجدها في بعض الأنظمة القديمة، إلا أن وحدات المعالجة المركزية أحادية النواة أصبحت قديمة إلى حد كبير في سوق اليوم.
عادة، تأتي أجهزة الكمبيوتر اليومية مع اثنين أو أربعة أو ثمانية أو 16 مركزًا لوحدة المعالجة المركزية. أكبر عدد من النوى في وحدات المعالجة المركزية الموجهة للمستهلك في السوق هو 64. ويمكن للمعالجات التي تستهدف مراكز البيانات وخوادم المؤسسات أن تحزم المزيد من النوى. على سبيل المثال، معالج AMD EPYC 9654 مزود بـ 96 مركزًا.
ما هو موضوع المعالجة؟
في معالجة الكمبيوتر، يشير الخيط (أو خيط التنفيذ) إلى مهمة فردية أو خط عمل تعالجه وحدة المعالجة المركزية. يعتبر كل مؤشر ترابط أصغر سلسلة من التعليمات المبرمجة التي يمكن لنظام التشغيل الخاص بك إدارتها بشكل مستقل. يمكن أن يكون أي شيء بدءًا من تشغيل برنامج أو حفظ ملف.
نواة وحدة المعالجة المركزية لديك هي المسؤولة عن معالجة هذه الخيوط. في أي وحدة معالجة مركزية، يمكن لكل نواة تنفيذ مؤشر ترابط واحد على الأقل في المرة الواحدة. كما ذكرنا سابقًا، يؤدي وجود عدد أكبر من النوى إلى تحسين قدرات تعدد المهام، ولكن القدرة على التعامل مع المزيد من سلاسل العمليات يمكن أن تؤدي أيضًا إلى نفس الشيء.
يمكن أن تساعدك معرفة الاختلافات في إمكانيات الخيوط مقابل النوى، إلى جانب فهم أدوارها في وحدة المعالجة المركزية لديك، في اتخاذ الخيار الأفضل لاحتياجاتك.
ما هو تعدد الخيوط؟
كما يمكنك أن تتخيل، فإن إرسال خيط واحد فقط إلى شريحة المعالج، وانتظار انتهاء المهمة، ثم إرسال الخيط التالي يمكن أن يستغرق وقتًا طويلاً للغاية. ولهذا السبب، طور مهندسو الكمبيوتر أساليب واستراتيجيات مختلفة لمعالجة المزيد من سلاسل العمليات في وقت أقل.
الحل الأكثر وضوحًا هو تقسيم الخيط إلى سلاسل منفصلة وأصغر وتشغيل وحدة المعالجة المركزية (CPU) لها بالتوازي. ويشار إلى هذا باسم "تعدد مؤشرات الترابط" (لا ينبغي الخلط بينه وبين تعدد مؤشرات الترابط المتزامنة أو المؤقتة). يمكن أن يكون البرنامج مترابطة بشكل خفيف أو كثيف اعتمادًا على كيفية تطويره.
تعود مفاهيم دمج استراتيجيات تعدد العمليات المختلفة إلى الخمسينيات. ولكن لم تستخدم Intel تقنية تسمى تعدد مؤشرات الترابط المتزامنة (SMT) حتى أواخر التسعينيات لتطوير تقنية تعدد مؤشرات الترابط القائمة على الأجهزة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية. أطلقت إنتل على الوظيفة اسم تقنية الخيوط المفرطة وأدخلته في شريحة معالج سطح المكتب Intel Pentium 4 في عام 2002.
باستخدام تقنية Hyper-Threading من Intel، يمكن لما يصل إلى خيطين مشاركة نفس موارد وحدة المعالجة المركزية الأساسية لإكمال المهام المطلوبة. بمعنى آخر، لديك إمكانية الوصول فعليًا إلى مضاعفة عدد "العاملين" الذين يمكنهم إكمال مهامك. ومع ذلك، فإن كل مجموعة مكونة من عاملين تتقاسم نفس الموارد.
خيوط المعالجة المتعددة: إيجابيات وسلبيات
تتمثل الفائدة الأساسية لـ Hyper-Threading في أنها تزيد أداء النظام بشكل كبير من خلال استخدام المزيد من موارد المعالجة المتاحة. ومع ذلك، في بعض الحالات، قد يظل الترابط الفردي هو المفضل.
في معظم الحالات، خاصة أثناء المهام اليومية المتعددة، لا تصل نوى وحدة المعالجة المركزية بجهاز الكمبيوتر الخاص بك إلى الحد الأقصى. وهذا يعني أنه لا يزال هناك مجال لمزيد من المعالجة. تعمل ميزة Hyper-Threading على فتح قوة المعالجة غير المستخدمة في نواة وحدة المعالجة المركزية لتشغيل سلاسل العمليات الأخرى، وبالتالي تجربة أكثر انسيابية في استخدام أقصى إمكانات وحدة المعالجة المركزية.
على الرغم من أن تقنية Hyper-Threading مفيدة، إلا أن لها أيضًا عيوبًا واضحة. العيب الرئيسي هو زيادة استهلاك الطاقة. بالمقارنة مع الرقائق المستندة إلى ARM، تشتهر معالجات Intel بسحب الكثير من الطاقة من أجهزة الكمبيوتر المحمولة، ويعد Hyper-Threading أحد الأسباب وراء ذلك.
مع زيادة الطاقة التي يتم سحبها إلى المعالج، يؤدي Hyper-Threading إلى ارتفاع درجات الحرارة والاختناق الحراري، حيث تتباطأ وحدة المعالجة المركزية لمنع ارتفاع درجة الحرارة. علاوة على ذلك، تتطلب الأجهزة المحمولة التي تتميز بوحدات المعالجة المركزية Intel CPU أنظمة تبريد أكبر حجمًا، مما قد يؤدي إلى زيادة وزن الجهاز وأبعاده بشكل كبير.
وأخيرًا، نظرًا لأن تحسين الأداء يعتمد بشكل كبير على التطبيق، فإن الأمر في نهاية المطاف في أيدي المبرمجين لتصميم التطبيقات التي تستخدم تقنية Hyper-Threading. وهذا يزيد من تحديات تطوير البرامج التي تزيد من الكفاءة. علاوة على ذلك، فإن البرامج التي لا تدعم تقنية Hyper-Threading قد لا تعمل بسلاسة في ظل ظروف كثيفة الاستخدام للمعالج.
المزيد من النوى مقابل الخيوط: أيهما أفضل؟
وبما أن الأمر يعتمد بشكل كبير على البرامج التي تنوي استخدامها، فمن الصعب اعتبار أحدهما أكثر أهمية من الآخر في جميع الحالات. يتم ترجمة المزيد من النوى عمومًا إلى المزيد من الموارد المتاحة. من ناحية أخرى، قد يؤدي المزيد من المواضيع إلى تحسين قدرات تعدد المهام، ولكن ليس دائمًا.
بالنسبة للبرامج ذات الخيوط الكثيفة، غالبًا ما يؤدي وجود المزيد من الخيوط المخصصة لنواة وحدة المعالجة المركزية إلى تنفيذ أفضل وأسرع. من ناحية أخرى، قد تظهر البرامج المُحسّنة للبنى الأساسية لوحدة المعالجة المركزية ذات الترابط الواحد انخفاضًا في الأداء عند تمكين Hyper-Threading على وحدة المعالجة المركزية.
ومع ذلك، فقد لاحظ البعض أن العديد من الألعاب – سواء القديمة أو الجديدة – تعمل بشكل أفضل بشكل ملحوظ عند إيقاف تشغيل Hyper-Threading. على سبيل المثال، يدعي أحد مستخدمي موقع Reddit أنه رأى شيئًا عن ملف زيادة بنسبة 30% في معدل الإطارات في الثانية في معظم الألعاب بمجرد تعطيل تقنية Hyper-Threading على وحدة المعالجة المركزية Intel Core i9 الخاصة به.
لسنوات عديدة، سيطرت شركة Intel على سوق وحدة المعالجة المركزية في أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المكتبية من خلال شرائح توفر ضعف عدد الخيوط التي توفرها النوى، وذلك بفضل تقنية Hyper-Threading. ومع ذلك، فقد بدأ بعض المنافسين مؤخرًا العمل على بنى مختلفة لوحدة المعالجة المركزية (CPU) والتي أثبتت أنها أكثر كفاءة بشكل لا يصدق مع تقديم نوى وحدة المعالجة المركزية ذات الخيط الواحد.
Apple Silicon، على سبيل المثال، عبارة عن سلسلة من الرقائق المستندة إلى ARM والتي أثبتت أنها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بشكل ملحوظ من النماذج المستندة إلى Intel في أجهزة كمبيوتر Apple الحديثة. أيضًا، تحولت العديد من أجهزة الكمبيوتر المحمولة الجديدة التي تعمل بنظام Windows، بما في ذلك Microsoft Surface Pro 11، إلى معالجات ARM لتحسين عمر البطارية والأداء لحالات الاستخدام اليومي. جميع هذه الرقائق المستندة إلى ARM تأتي مع نوى أحادية الخيط.
مع أخذ كل الأمور بعين الاعتبار، فإن وجود المزيد من سلاسل العمليات لا يترجم بالضرورة إلى أداء أفضل لوحدة المعالجة المركزية. ومع ذلك، فإن وجود عدد أكبر من النوى يعد عاملاً محددًا أكثر مباشرة لقدرة المعالج على التعامل مع الأوامر الأكثر تعقيدًا واستهلاكًا للموارد.
ما هي العوامل الأخرى التي تحدد أداء وحدة المعالجة المركزية؟
لقد قمنا بتغطية الاختلافات بين نواة المعالج والخيط في أجهزة الكمبيوتر. ومع ذلك، هذه ليست العوامل الوحيدة التي تحدد الناتج النهائي لوحدة المعالجة المركزية لديك.
تعد سرعة الساعة (أيضًا "معدل الساعة" أو ببساطة "التردد") أحد أدوات التمييز الأساسية في معالجات الكمبيوتر. باختصار، تقيس سرعة الساعة عدد الدورات التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية إكمالها في الثانية. على سبيل المثال، يمكن للمعالج الذي تبلغ سرعته 3.2 جيجا هرتز تنفيذ 3.2 مليار دورة في الثانية.
هناك معلمة أخرى يجب مراعاتها وهي ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية. ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية هي ذاكرة عالية السرعة تقوم بتخزين البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر. تعمل ذاكرة التخزين المؤقت الأكبر والأسرع على تسريع قدرة وحدة المعالجة المركزية على تنفيذ المهام التي تتطلب الوصول المتكرر إلى البيانات.
يتم تصنيع معالجات الكمبيوتر باستخدام عمليات التصنيع نانومتر (نانومتر) (مثل 7 نانومتر أو 5 نانومتر). العقد الأصغر تعني أنه يمكن تركيب عدد أكبر من الترانزستورات على الشريحة، مما يؤدي إلى زيادة كفاءة الطاقة والأداء، حيث تنتقل الإشارات لمسافات أقصر وبالتالي تتطلب وقتًا وطاقة أقل.
تلعب العوامل الأخرى مثل IPC (التعليمات لكل دورة)، وسرعة الناقل، وقوة التصميم الحراري أيضًا دورًا في مقدار الأداء الذي يمكنك الضغط عليه من وحدة المعالجة المركزية.
قبل أن أنهي كلامي، اسمحوا لي أن أقدم لكم أدائنا العالي السحابة الافتراضية الخاصة في كلاودزي. نحن نقدم وحدات معالجة مركزية فائقة السرعة 3.2 و4.2 جيجا هرتز، وتخزين NVMe، ونطاق ترددي عالي، واتصالات تصل سرعتها إلى 10 جيجابت في الثانية. إذا كنت تبحث عن جهاز افتراضي قوي للغاية، فتأكد من مراجعة خطط VPS الخاصة بنا للحصول على موثوقية وسرعة لا تقبل المنافسة!
السحابة الافتراضية الخاصة
هل تريد خادم VPS سحابيًا عالي الأداء؟ احصل على منتجك اليوم وادفع فقط مقابل ما تستخدمه مع Cloudzy!
ابدأ هناالأفكار النهائية: الموضوع مقابل الأساسية
عندما يتعلق الأمر بأداء الكمبيوتر، فإن وحدة المعالجة المركزية هي القسم الأساسي المسؤول عن تنفيذ البرامج. نواة وحدة المعالجة المركزية هي وحدة مادية في وحدة المعالجة المركزية لمعالجة المهام. عادةً، تتميز وحدات المعالجة المركزية (CPUs) بوجود نوى متعددة، يقوم كل منها بتنفيذ مؤشر ترابط واحد على الأقل.
يشير الخيط غالبًا إلى أصغر تسلسل من التعليمات التي يتم إرسالها إلى وحدة المعالجة المركزية (CPU) لتتم معالجتها. يمكن لكل نواة وحدة المعالجة المركزية التعامل مع موضوع واحد على الأقل في المرة الواحدة. في المعالجات التي تتميز بتقنية Hyper-Threading، يتم زيادة هذا العدد إلى اثنين، مما يعني أنه يمكن لخيطين استخدام موارد المركز في وقت واحد لتنفيذ مهام مختلفة.
في حين أن النوى التي تدعم تقنيات SMT يمكنها التعامل مع أكثر من مؤشر ترابط واحد في نفس الوقت وتقديم مهام متعددة أفضل من الناحية النظرية، إلا أن ذلك لا يترجم دائمًا إلى زيادة مباشرة في مخرجات المعالجة.
التعليمات
هل من الأفضل أن يكون لديك المزيد من النوى مقابل الخيوط؟
يختلف باختلاف البرامج التي تنوي استخدامها. عادةً ما تعمل التطبيقات ذات الخيوط الثقيلة بشكل أفضل في حالة وجود عدد أكبر من الخيوط، في حين أن بعض البرامج قد تعمل بشكل أفضل على النوى ذات الخيوط الواحدة. ومع ذلك، فإن المزيد من النوى يترجم إلى زيادة مباشرة في أداء وحدة المعالجة المركزية.
كم عدد المواضيع في جوهر؟
في معظم وحدات المعالجة المركزية Intel اليوم، يمكن لكل نواة التعامل مع خيطين في وقت واحد، وذلك بفضل تقنية تسمى Hyper-Threading. ولكن هذا ليس هو الحال بالنسبة لجميع شرائح المعالج. على سبيل المثال، تحتوي وحدات المعالجة المركزية المستندة إلى ARM على مؤشر ترابط واحد لكل نواة.
ما الفرق بين النواة والمعالج؟
النواة هي وحدة معالجة فعلية داخل معالج الكمبيوتر (CPU). داخل المعالج، يمكن أن يكون هناك مراكز متعددة، وهي وحدات معالجة فردية يمكنها تنفيذ التعليمات بشكل مستقل.
