كيف تحسن وحدة المعالجة المركزية أداء جهازك؟
إن أهم جزء في جهاز الكمبيوتر الخاص بك، إذا كان عليك أن تختار واحدًا فقط، هو وحدة المعالجة المركزية (CPU). إنها المحور الأساسي (أو “العقل”)، وهي تعالج التعليمات التي تأتي من البرامج أو نظام التشغيل أو المكونات الأخرى في جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
1 و 0: ما الذي تفعله وحدة المعالجة المركزية
بفضل وحدات المعالجة المركزية الأكثر قوة، انتقلنا من مجرد القدرة على عرض صورة على شاشة الكمبيوتر إلى Netflix، والدردشة عبر الفيديو، والبث المباشر، وألعاب الفيديو التي تشبه الواقع بشكل متزايد.
تُعَد وحدة المعالجة المركزية من عجائب الهندسة، ولكنها في جوهرها لا تزال تعتمد على المفهوم الأساسي لتفسير الإشارات الثنائية (1 و0). والفرق الآن هو أنه بدلاً من قراءة البطاقات المثقوبة أو معالجة التعليمات بمجموعات من الصمامات المفرغة، تستخدم وحدات المعالجة المركزية الحديثة ترانزستورات صغيرة لإنشاء مقاطع فيديو على TikTok أو ملء الأرقام في جدول بيانات.
أساسيات وحدة المعالجة المركزية
إن تصنيع وحدة المعالجة المركزية معقد. والنقطة المهمة هنا هي أن كل وحدة معالجة مركزية تحتوي على السيليكون (إما قطعة واحدة أو عدة قطع) الذي يضم مليارات الترانزستورات المجهرية.
كما أشرنا سابقًا، تستخدم هذه الترانزستورات سلسلة من الإشارات الكهربائية (تيار “مُشغَّل” و”تيار” مُطفأ) لتمثيل الكود الثنائي للآلة، والذي يتكون من 1 و0 . ونظرًا لوجود عدد كبير جدًا من هذه الترانزستورات، يمكن لوحدات المعالجة المركزية القيام بمهام معقدة بشكل متزايد بسرعات أكبر من ذي قبل.
لا يعني عدد الترانزستورات بالضرورة أن وحدة المعالجة المركزية ستكون أسرع. ومع ذلك، لا يزال هذا السبب الأساسي وراء امتلاك الهاتف الذي تحمله في جيبك قوة حوسبة أكبر بكثير من تلك التي امتلكها الكوكب بأكمله عندما ذهبنا إلى القمر لأول مرة .
قبل أن ننتقل إلى أعلى السلم المفاهيمي لوحدات المعالجة المركزية، دعونا نتحدث عن كيفية تنفيذ وحدة المعالجة المركزية للتعليمات بناءً على كود الآلة، والذي يُسمى “مجموعة التعليمات”. يمكن أن تحتوي وحدات المعالجة المركزية من شركات مختلفة على مجموعات تعليمات مختلفة، ولكن ليس دائمًا.
على سبيل المثال، تستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بنظام Windows مجموعة تعليمات x86-64، بغض النظر عما إذا كانت وحدة معالجة مركزية من Intel أو AMD. ومع ذلك، تحتوي أجهزة Mac من عام 2020 وما بعده على وحدات معالجة مركزية تعتمد على ARM تسمى Apple Silicon ، والتي تستخدم مجموعة تعليمات مختلفة. يوجد أيضًا عدد صغير ولكنه متزايد من أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بنظام Windows تستخدم معالجات ARM ، مثل Lenovo Yoga Slim 7x .
نظرة داخلية: النوى وذاكرة التخزين المؤقت والرسومات
الآن، دعونا نلقي نظرة على السيليكون نفسه. الرسم البياني أعلاه مأخوذ من ورقة بيضاء نشرتها شركة Intel في عام 2014 حول بنية وحدة المعالجة المركزية للشركة لـ Core i7-4770S . هذا مجرد مثال لكيفية ظهور أحد المعالجات – المعالجات الأخرى لها تخطيطات مختلفة.
يمكننا أن نرى أن هذا معالج رباعي النواة . كان هناك وقت حيث كانت وحدة المعالجة المركزية تحتوي على نواة واحدة فقط. الآن بعد أن أصبح لدينا نوى متعددة، فإنها تعالج التعليمات بشكل أسرع بكثير. يمكن أن تحتوي النوى أيضًا على ما يسمى بالترابط المتعدد المتزامن (SMT)، مما يجعل النواة الواحدة تبدو وكأنها نواة اثنتين للكمبيوتر الشخصي. وهذا، كما قد تتخيل، يساعد في تسريع أوقات المعالجة بشكل أكبر.
تتشارك النوى في هذا الرسم التخطيطي في شيء يسمى ذاكرة التخزين المؤقت L3. هذا شكل من أشكال الذاكرة المدمجة داخل وحدة المعالجة المركزية. تحتوي وحدات المعالجة المركزية أيضًا على ذاكرة تخزين مؤقتة L1 وL2 موجودة في كل نواة، بالإضافة إلى السجلات، وهي شكل من أشكال الذاكرة منخفضة المستوى. إذا كنت تريد فهم الاختلافات بين السجلات وذاكرات التخزين المؤقت وذاكرة الوصول العشوائي للنظام، فراجع هذه الإجابة على StackExchange .
تحتوي وحدة المعالجة المركزية الموضحة أعلاه أيضًا على وكيل النظام، ووحدة التحكم في الذاكرة، وأجزاء أخرى من السيليكون التي تدير المعلومات الواردة إلى وحدة المعالجة المركزية والصادرة منها.
أخيرًا، هناك الرسومات المدمجة في المعالج، والتي تولد كل تلك العناصر المرئية الرائعة التي تراها على شاشتك. لا تحتوي جميع وحدات المعالجة المركزية على قدرات رسومية خاصة بها. على سبيل المثال، تتطلب وحدات المعالجة المركزية المكتبية AMD Zen بطاقة رسوميات منفصلة لعرض أي شيء على الشاشة. كما لا تتضمن بعض وحدات المعالجة المركزية المكتبية Intel Core رسومات مدمجة.
وحدة المعالجة المركزية على اللوحة الأم
الآن بعد أن نظرنا إلى ما يحدث تحت غطاء وحدة المعالجة المركزية، فلنلق نظرة على كيفية تكاملها مع بقية جهاز الكمبيوتر لديك. توجد وحدة المعالجة المركزية في ما يسمى بالمقبس الموجود على اللوحة الأم لجهاز الكمبيوتر لديك.
بمجرد تثبيته في المقبس، يمكن لأجزاء أخرى من الكمبيوتر الاتصال بوحدة المعالجة المركزية من خلال شيء يسمى “الحافلات”. على سبيل المثال، تتصل ذاكرة الوصول العشوائي بوحدة المعالجة المركزية من خلال ناقل خاص بها، بينما تستخدم العديد من مكونات الكمبيوتر نوعًا معينًا من الناقلات، يسمى “PCIe”.
تحتوي كل وحدة معالجة مركزية على مجموعة من “مسارات PCIe” يمكنها استخدامها. على سبيل المثال، تحتوي وحدات المعالجة المركزية Zen 5 من AMD على 28 مسارًا تتصل مباشرة بوحدة المعالجة المركزية. ثم يتم تقسيم هذه المسارات بواسطة مصنعي اللوحات الأم بتوجيه من AMD.
على سبيل المثال، تُستخدم عادةً 16 حارة لفتحة بطاقة رسوميات x16. ثم توجد ثمانية حارات للتخزين، مثل جهاز تخزين سريع، مثل M.2 SSD . وبدلاً من ذلك، يمكن أيضًا تقسيم هذه الحارات الثمانية. يمكن استخدام حارتين لـ M.2 SSD، وحارتين لمحرك SATA الأبطأ، مثل محرك الأقراص الثابتة أو SSD مقاس 2.5 بوصة، وهكذا.
وهذا يعني 24 مسارًا، مع تخصيص المسارات الأربعة الأخرى لمجموعة الشرائح ، وهي مركز الاتصالات ووحدة التحكم في حركة المرور للوحة الأم. ثم تحتوي مجموعة الشرائح على مجموعة خاصة بها من اتصالات الناقل، مما يتيح إضافة المزيد من المكونات إلى جهاز الكمبيوتر. وكما قد تتوقع، فإن المكونات ذات الأداء الأعلى لها اتصال أكثر مباشرة بوحدة المعالجة المركزية.
كما ترى، تقوم وحدة المعالجة المركزية بمعالجة معظم التعليمات، وفي بعض الأحيان تعمل حتى على معالجة الرسومات (إذا كانت مصممة لذلك). ومع ذلك، لا تعد وحدة المعالجة المركزية هي الطريقة الوحيدة لمعالجة التعليمات. فمكونات أخرى، مثل بطاقة الرسومات، لها قدرات معالجة خاصة بها. كما تستخدم وحدة معالجة الرسومات قدرات المعالجة الخاصة بها للعمل مع وحدة المعالجة المركزية وتشغيل الألعاب أو تنفيذ مهام أخرى تتطلب رسومات مكثفة.
الفرق الكبير هو أن معالجات المكونات مصممة لأداء مهام محددة. أما وحدة المعالجة المركزية فهي جهاز عام قادر على أداء أي مهمة حوسبة يُطلب منه القيام بها. ولهذا السبب، تحتل وحدة المعالجة المركزية مكانة بارزة داخل جهاز الكمبيوتر الخاص بك، ويعتمد باقي النظام عليها للعمل.
اختيار وحدة المعالجة المركزية المناسبة لك
إذا كنت تقوم ببناء جهاز كمبيوتر ، وخاصةً جهاز مخصص للألعاب ، فأنت تريد التأكد من اختيار معالج سريع ومتطور. راجع دليلنا لأفضل وحدات المعالجة المركزية في السوق للبدء. تأكد من التحقق من قياساتك قبل طلب أي أجزاء أخرى.
