الاختلافات بين ARM وإنتل

مع انتشار شرائح ARM الآن في كل مكان في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والخوادم الطرفية عالية الأداء، فمن المشروع أن نتساءل عما إذا كانت هذه الأجهزة الجديدة تستحق الشراء التالي. لقد حان الوقت لفهم الاختلافات التقنية بين معالجات ARM وأسلافها الأكثر قوة والتي كانت تدير سوق الرقائق دون عوائق في السابق.

ماذا يعني x86-64 على أي حال؟

يُشار أحيانًا إلى معالجات Intel الموجودة في أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة بمعالجات “x86”. إن بنية 64 بت التي تستخدمها جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة اليوم تقع الآن فوق طراز x86، والذي يشار إليه الآن باسم “x86-64”.

يبدو كل هذا مربكًا بعض الشيء، لكنه يساعد في تفسير سبب وجود اختلافين ملفات البرنامج المجلدات على ويندوز.

لتبسيط الأمور، يتم وضع جميع تطبيقات 32 بت في المجلد x86 ويتم وضع تطبيقات 64 بت في المجلد الآخر. لقد كان هذا تقليدًا منذ أن أصدرت Microsoft إصدار 64 بت من نظام التشغيل Windows XP في عام 2001.

لتبسيط الأمور قليلاً، سنشير إلى “x86-64” باسم “x86″، نظرًا لوجود أوجه تشابه كافية بين شرائح 32 بت و64 بت لتجميعها معًا.

التسمية “x86” تأتي من جد المعالجة الحديثة، وهو معالج دقيق أنشأته شركة إنتل يسمى 8086. تعمل هذه الشريحة ذات 16 بت بموجب مجموعة تعليمات لا تزال تستخدم في جزء كبير منها بواسطة المعالجات الحديثة اليوم لأداء مهام الحوسبة المتقدمة.

كل شيء بدءًا من محرر النصوص الخاص بك إلى برنامج عرض الفيديو المتقدم لا يزال يتمتع بالقدرة على العمل ضمن بنية وُلدت في عام 1978!

منذ إصدار المعالج الدقيق 8086، واصلت إنتل استخدام اصطلاح التسمية للنماذج المستقبلية مثل 80286 و80386 حتى كسرت التقاليد بإصدار سلسلة بنتيوم. ومع ذلك، ما زلنا نشيد بتلك الرقائق القديمة من خلال تصنيف جميع المعالجات اللاحقة التي تستخدم مجموعة التعليمات الخاصة بها على أنها “x86”.

حتى معالجات 64 بت الأكثر حداثة التي أصدرتها AMD لأول مرة في سلسلة Opteron في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين تم منحها نفس التصنيف، حيث تستمر الغالبية العظمى من معالجات 64 بت في أنظمة سطح المكتب والخوادم في الوقوف على دعامة المعالجات المتواضعة الآن 8086.

مجموعات التعليمات

تعتمد جميع وظائف المعالج على ما يسمى بمجموعة التعليمات. هذه مجموعة من العمليات البدائية التي يمكن للرقاقة تنفيذها. تخبر كل تعليمات الشريحة بالقيام بأشياء مثل الرياضيات الأساسية ونقل البيانات. في أسفل كل جزء من التعليمات البرمجية في كل برنامج تقوم بتشغيله على جهازك توجد طبقة تتحدث إلى المعالج. تستخدم هذه الطبقة أيضًا كودها الخاص المعروف باسم لغة التجميع، والذي يترجم خطوة واحدة إلى الأسفل إلى التعليمات الأساسية التي يشار إليها غالبًا باسم كود الآلة أو لغة الآلة.

هذا هو المكان الذي نصل فيه إلى الفرق الأساسي بين شرائح ARM وx86.

استخدام رقائق x86 حوسبة مجموعة التعليمات المعقدة (CISC)، بينما تستخدم شرائح ARM حوسبة مجموعة التعليمات المخفضة (RISC). في حين تحاول شرائح CISC وضع المزيد من “العمل” في تعليمات واحدة مع التضحية بدورات الساعة لإنجاز هذه المهمة، فإن شرائح RISC لديها (كما يوحي الاسم) مجموعة تعليمات أصغر بكثير تقسم كل شيء إلى خطوات أبسط يمكن تنفيذها في خطوة واحدة. دورة الساعة.

CISC مقابل RISC

إذا احتاجت شريحة CISC إلى ضرب رقمين، فقد تقوم بتشغيل أمر واحد: MULT 2, 3. سيغطي هذا الأمر الفردي تحميل الأرقام من الذاكرة، وضربها معًا، وتخزين النتيجة في موقع الذاكرة الصحيح. تتطلب شريحة RISC التي تقوم بنفس العملية العديد من الخطوات الإضافية. اولا LOAD تعليمات لنقل الأرقام من المسجلين إلى وحدة التنفيذ. ثم PROD تعليمات لمضاعفة الأرقام. وأخيراً أ STOR تعليمات لوضع النتيجة في السجل الصحيح.

في حين أن شريحة CISC قد تبدو أكثر كفاءة لأن أوامرها تبدو أكثر بساطة، ضع في اعتبارك بعض الاختلافات المهمة:

• أولاً، تقوم شرائح CISC بتنفيذ الأوامر عبر دورات ساعة متعددة، بينما يتم تنفيذ كل تعليمات في شريحة RISC على مدار دورة ساعة واحدة. وبسبب هذا، لدينا افتراضية MULT قد يتم تشغيل الأمر بنفس عدد الدورات مثل مجموعة تعليمات RISC التي تؤدي نفس المهمة.
• ثانيًا، يجب تخزين جميع تعليمات ومنطق CISC في الترانزستورات. يمكن لرقائق RISC استخدام عدد أقل من الترانزستورات لأنها تحتاج إلى تخزين تعليمات أقل.
• ثالثًا، العدد الأقل من الترانزستورات التي يتطلبها RISC يسمح باستخدام أقل للطاقة.

هناك بعض المزايا لـ CISC. أولاً، لا يحتاج الكمبيوتر إلى بذل الكثير من العمل للتحويل من لغة برمجة على المستوى البشري مثل لغة C إلى لغة التجميع على مستوى المعالج. في الواقع، فإن MULT الأمر المذكور أعلاه يشبه إلى حد كبير الأمر C foo = foo * bar.

تطلب شرائح RISC من المترجم القيام بالكثير من العمل للحصول على التعليمات البرمجية في لغة التجميع. يمكن لرقائق CISC أيضًا إجراء عملياتها مباشرة على ذاكرة النظام بينما يتعين على شرائح RISC سحب البيانات من الذاكرة إلى سجلات المعالج قبل العمل معها.

وفي منافسة الأداء وجهاً لوجه بين الاثنين، فيما يتعلق بالمستهلكين، ليس هناك فائز واضح. ومع ذلك، فإن لدى RISC نقطة أخرى في جعبتها للحصول على ميزة في CISC.

استهلاك الطاقة

بين CISC وRISC، لا يوجد أي منافسة على الإطلاق عندما يتعلق الأمر باستخدام الطاقة. RISC يأخذ التاج بشكل قاطع هنا. توفر مجموعة التعليمات المخفضة مساحة أقل للرقاقة، مما يجعل الشريحة أصغر حجمًا وبالتالي أقل استهلاكًا للطاقة.

تتمتع الرقائق الأصغر حجمًا التي تحتوي على مكونات مجهرية أقل أيضًا بمقاومة كهربائية أقل للتعامل معها ولا تتطلب قدرًا كبيرًا من القوة الكهربائية للتشغيل. أفضل دراسة حالة لهذا هي التكنولوجيا التي أثبتت جدواها في الهاتف الذكي، وهو جهاز “كمبيوتر خفيف” يتمتع بقدر هائل من الأداء لحجمه الصغير نسبيًا ولكنه قادر على البقاء في كثير من الحالات لأكثر من 24 ساعة باستخدام بطارية صغيرة نسبيًا.

ومع ذلك، فإن هذا لا يعني أن جميع أجهزة الكمبيوتر ستبدأ في استخدام شرائح ARM لتقليل استهلاك الطاقة. في سوق أجهزة الكمبيوتر المكتبية، حيث يعتمد النظام عادةً على الاتصال المباشر بمقبس الحائط بدلاً من البطارية، لا تمثل كفاءة الطاقة أولوية كبيرة. لا تزال شرائح CISC تؤدي أداءً مذهلاً في هذه المواقف، وليس هناك ما يشير إلى أن هذا سيتغير في أي وقت قريب حقًا.

هل يجب أن أحصل على نظام ARM أو x86؟

مع قيام Microsoft أيضًا بإصدار Windows 11 الخاص بها لبنية ARM وقيام Apple بتبديل أجهزة Mac الخاصة بها لاستخدام شرائح ARM، فقد تكون مهتمًا بالحصول على كمبيوتر ARM أيضًا. ومع ذلك، فإنه يقسم كل شيء إلى سؤال واحد بسيط للغاية: هل تحاول الضغط على كل جزء من الأداء لكل واط/ساعة من الطاقة التي توفرها بطاريتك؟ أم أنك تميل أكثر إلى زيادة الأداء الخام عبر جهازك على حساب عمر البطارية؟

بالنسبة لغالبية حالات الاستخدام التي قد يشتري شخص ما نظامًا لها، يكون القرار بهذه البساطة. وفي النهاية، تأكد فقط من أنك لا تنسى إحضار كابل الشحن معك!

مصدر الصورة: رجل مهندس يرتدي بدلة معقمة ويحمل شريحة Microchip من DepositPhotos

لقد كان ميغيل خبيرًا في نمو الأعمال والتكنولوجيا لأكثر من عقد من الزمان وقام بكتابة البرامج لفترة أطول. ومن قلعته الصغيرة في رومانيا، يقدم وجهات نظر باردة وتحليلية للأشياء التي تؤثر على عالم التكنولوجيا.