معالج Multicore: ما هو وما هو عليه

الاتجاه العام هو العثور على معالج متعدد النواة داخل جهاز كمبيوتر شخصي ، لذلك ، إذا كنت لا تزال لا تعرف ما نتحدث عنه ، فقد حان الوقت لمقابلة هذه المعالجات. في الواقع ، لقد كانوا معنا لما يقرب من عقد من الزمان ، مما يمنحنا المزيد والمزيد من القوة والقدرة الأكبر على التعامل مع المعلومات ، مما يحول آلتنا إلى مراكز بيانات حقيقية مزودة بأجهزة كمبيوتر مكتبية.

فهرس المحتويات

أحدثت المعالجات متعددة النواة ثورة في السوق ، أولاً لاستهلاك الشركات الكبيرة ومراكز البيانات ، ثم للمستخدمين العاديين ، وبالتالي القفز إلى عصر جديد من المعدات عالية الأداء. حتى الهاتف الذكي لدينا معالجات متعددة النوى.

ما هي وظيفة المعالج في الكمبيوتر

ولكن قبل أن نبدأ في رؤية ما يدور حوله هذا كله حول المعالجات متعددة النواة ، يجدر تحديث القليل من الذاكرة ، وتحديد الغرض من المعالج حقًا. ربما يبدو الأمر سخيفًا في هذه المرحلة ، ولكن لا يعلم الجميع هذا العنصر الأساسي في العصر الحالي ، وقد حان الوقت.

يتكون المعالج أو وحدة المعالجة المركزية أو وحدة المعالجة المركزية من دائرة إلكترونية مصممة من الترانزستورات والبوابات المنطقية والخطوط بإشارات كهربائية قادرة على تنفيذ المهام والتعليمات. يتم إنشاء هذه التعليمات بواسطة برنامج كمبيوتر وتفاعل (أو لا) تفاعل إنسان أو حتى برامج أخرى. وبهذه الطريقة نكون قادرين على أداء المهام الإنتاجية بناءً على البيانات من خلال أجهزة الكمبيوتر.

لا يمكن تصور جهاز كمبيوتر وأي جهاز إلكتروني آخر دون وجود معالج. قد يكون أكثر أو أقل تعقيدًا ، ولكن أي جهاز قادر على تنفيذ مهمة محددة يحتاج إلى هذه الوحدة لتحويل الإشارات الكهربائية إلى بيانات ، وحتى في المهام المادية ، مثل خطوط التجميع المفيدة للبشر.

ما هو جوهر المعالج

مثل أي مكون آخر ، يتكون المعالج من عناصر مختلفة بداخله. نحن نسمي هذا المزيج من بنية العناصر ، والمكون الذي لدينا حاليًا داخل معالج الكمبيوتر لدينا هو x86 ، وهي مجموعة من الرموز والمعلمات والمكونات الإلكترونية التي يمكنها مجتمعة حساب هذه التعليمات ببساطة عن طريق القيام العمليات المنطقية والحسابية.

الهيكل الداخلي لوحدة المعالجة المركزية

جوهر أو جوهر المعالج هو الوحدة أو الدائرة المتكاملة المسؤولة عن معالجة كل هذه المعلومات. تتكون من ملايين الترانزستورات المجهزة بهيكل منطقي وظيفي ، وهي قادرة على التعامل مع المعلومات التي تدخل ، في شكل المعاملات والمشغلين لتوليد النتائج التي تسمح للبرامج بالعمل. هو إذن الكيان الأساسي للمعالج.

لجعل صوتك ، يتكون قلب المعالج من هذه العناصر الرئيسية:

• وحدة التحكم (UC): هي المسؤولة عن توجيه تشغيل المعالج بشكل متزامن ، وفي هذه الحالة النواة. يعطي أوامر على شكل إشارات كهربائية للمكونات المختلفة (وحدة المعالجة المركزية ، ذاكرة الوصول العشوائي ، الأجهزة الطرفية) بحيث تعمل بشكل متزامن. الوحدة الحسابية المنطقية (ALU): هي المسؤولة عن تنفيذ جميع العمليات المنطقية والحسابية مع الأعداد الصحيحة مع البيانات التي تتلقاها السجلات: السجلات هي الخلايا التي تسمح بتخزين التعليمات التي يتم تنفيذها ونتائج العملية المنفذة.

ما هي المزيد من النوى؟

سباق المنتجين للحصول على أقوى وأسرع منتج موجود على الإطلاق ، وفي الإلكترونيات لا يختلف. في يومها ، كان إنشاء معالج بتردد أكثر من 1 غيغاهرتز علامة فارقة. في حالة عدم معرفتك ، يقيس GHz عدد العمليات التي يمكن للمعالج تنفيذها

غيغاهرتز: ما هو وما هو جيجا هرتز في الحوسبة

السباق للحصول على المزيد من غيغاهرتز

كان أول معالج يصل إلى 1 جيجاهرتز هو DEC Alpha في عام 1992 ، ولكن عندما يتعلق الأمر بوحدة المعالجة المركزية للحواسيب الشخصية ، لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1999 عندما قامت Intel ، مع Pentium III و AMD ، مع معالجاتها المصنعة من Athlon التي وصلت إلى هذه الأرقام.. في هذا الوقت كان المصنعون يفكرون بشيء واحد فقط ، " كلما زاد غيغاهرتز كلما كان ذلك أفضل " ، حيث يمكن إجراء المزيد من العمليات لكل وحدة زمنية.

بعد بضع سنوات ، وجد المصنعون حدًا لعدد غيغاهرتز من معالجاتهم ، لماذا؟ لأنه بسبب الكمية الهائلة من الحرارة التي تم توليدها في قلبها ، مما يضع سلامة المواد وخافضات الحرارة المستخدمة للحد الأقصى. وبالمثل ، تم تشغيل الاستهلاك لكل هرتز حيث تم زيادة التردد.

السباق للحصول على المزيد من النوى

عند هذا الحد ، كان على الشركات المصنعة إجراء تحول في النموذج ، وبهذه الطريقة ظهر الهدف الجديد ، " كلما كان النوى أفضل كلما كان ذلك أفضل ". دعونا نفكر ، إذا كانت النواة مسؤولة عن القيام بالعمليات ، فعندئذٍ يمكننا زيادة عدد النوى مرتين أو ثلاث مرات… عدد العمليات التي يمكن القيام بها. من الواضح أن الأمر كذلك ، مع نواتين يمكننا إجراء عمليتين في نفس الوقت ، ومع أربعة يمكننا القيام 4 من هذه العمليات.

إنتل بنتيوم إكستريم إيديشن 840

تم ترك الهدف الذي حددته Intel للوصول إلى 10 جيجاهرتز من خلال بنية NetBurst ، وهو أمر لم يتحقق حتى الآن ، على الأقل ليس مع أنظمة التبريد المتاحة للمستخدمين العاديين. لذلك كانت أفضل طريقة لتحقيق قابلية جيدة للتوسع في الطاقة وقدرة المعالجة هي وجود معالجات تحتوي على عدد معين من النوى وكذلك بتردد معين.

بدأ تنفيذ المعالجات ثنائية النواة ، إما بتصنيع معالجين فرديين ، أو أفضل بكثير ، من خلال دمج اثنين من DIE (الدوائر) على شريحة واحدة. وبالتالي توفير الكثير من المساحة على اللوحات الأم ، على الرغم من أنها تتطلب تعقيدًا أكبر لتنفيذ هيكل اتصالاتها مع المكونات الأخرى ، مثل ذاكرة التخزين المؤقت ، الحافلات ، إلخ.

المعالجات الأولى ذات النواة الواحدة

في هذه المرحلة ، من المثير للاهتمام معرفة أي من المعالجات متعددة النواة ظهرت في السوق. وكما يمكنك أن تتخيل ، كانت البدايات كما هو الحال دائمًا ، لاستخدام الشركات على الخوادم ، وأيضًا مثل IBM دائمًا. كان أول معالج متعدد النوى هو IBM POWER4 مع نواتين على DIE واحد وتردد أساسي يبلغ 1.1 جيجاهرتز ، تم تصنيعه في عام 2001.

ولكن لم يكن حتى عام 2005 عندما ظهرت أول معالجات ثنائية النواة للاستهلاك الجماعي من قبل المستخدمين على أجهزة الكمبيوتر المكتبية الخاصة بهم. قامت Intel بسرقة المحفظة من AMD قبل بضعة أسابيع من إصدار Intel Pentium Extreme Edition 840 مع HiperThreading ، ونشرت لاحقًا AMD Athlon X2.

بعد ذلك ، بدأ المصنعون في الجري وبدأوا في إدخال نويات بشكل عشوائي ، مع ما يترتب على ذلك من تصغير حجم الترانزستورات. حاليًا ، تعتمد عملية التصنيع على ترانزستورات 7 نانومتر فقط تنفذها AMD في الجيل الثالث من Ryzen ، و 12 نانومتر تنفذها Intel. من خلال هذا ، تمكنا من تقديم عدد أكبر من النوى والدوائر في نفس الشريحة ، وبالتالي زيادة قوة المعالجة وتقليل الاستهلاك. في الواقع ، لدينا ما يصل إلى 32 معالجًا أساسيًا في السوق ، وهي معالجات AMD's Threadrippers.

ماذا نحتاج للاستفادة من نوى المعالج

يبدو المنطق بسيطًا جدًا ، وإدخال النوى وزيادة عدد العمليات المتزامنة. ولكن في البداية كان هذا صداعًا حقيقيًا لمصنعي الأجهزة وخاصةً لمنشئي البرامج.

وأن البرامج صممت (جمعت) للعمل فقط مع نواة. لا نحتاج فقط إلى معالج ليكون قادرًا جسديًا على إجراء العديد من العمليات المتزامنة ، بل نحتاج أيضًا إلى أن البرنامج الذي يولد هذه التعليمات يمكنه القيام بذلك عن طريق التواصل مع كل من النوى المتاحة. حتى أنظمة التشغيل اضطرت إلى تغيير بنيتها لتكون قادرة على استخدام النوى المتعددة بكفاءة في وقت واحد.

وبهذه الطريقة ، بدأ المبرمجون في العمل وبدأوا في تجميع البرامج الجديدة بدعم متعدد النواة ، بحيث يتمكن البرنامج حاليًا من استخدام جميع النوى المتوفرة على الكمبيوتر بكفاءة. وبذلك تضاعف خيوط التنفيذ بالمبلغ اللازم. لأنه إذا ، بالإضافة إلى النوى ، ظهر أيضًا مفهوم خيط التنفيذ.

في المعالج متعدد النواة ، من الضروري موازاة العمليات التي ينفذها البرنامج ، وهذا يعني أن كل نواة تمكن من تنفيذ مهمة بالتوازي مع أخرى ، وعلى التوالي ، واحدة تلو الأخرى. تُسمى هذه الطريقة في إنشاء مهام مختلفة في وقت واحد من أحد البرامج بسلاسل العمليات ، وسلاسل العمل ، وسلاسل العمليات ، أو ببساطة المواضيع باللغة الإنجليزية. يجب أن يكون كل من نظام التشغيل والبرامج قادرًا على إنشاء سلاسل عمليات متوازية للاستفادة من الطاقة الكاملة للمعالج. هذا مرتفع لأن تصميم CAD أو تحرير الفيديو أو البرامج تعمل بشكل جيد للغاية ، في حين أن الألعاب لديها طريقة للذهاب.

ما هي خيوط المعالج؟ الاختلافات مع النوى

HyperThreading و SMT

نتيجة لما سبق ، تظهر تقنيات الشركات المصنعة للمعالج. أشهرها هو HyperThreading الذي بدأت Intel في استخدامه في معالجاتها ، وبعد ذلك ستقوم AMD بذلك في تكنولوجيا CMT أولاً ، ثم مع تطور SMT (Multi-Threading Multi-Threading).

تتكون هذه التقنية من وجود نواتين في واحد ، لكنها لن تكون نوى حقيقية ، ولكنها منطقية ، وهو شيء يسمى في البرمجة معالجة الخيوط أو الخيوط. لقد تحدثنا بالفعل عن ذلك من قبل. تكمن الفكرة في تقسيم عبء العمل مرة أخرى بين النوى ، وتقسيم كل مهمة من المهام التي يجب تنفيذها في سلاسل الرسائل بحيث يتم تنفيذها عندما يكون القلب مجانيًا.

هناك معالجات تحتوي على نواتين فقط ، على سبيل المثال ، ولكن لديها 4 خيوط بفضل هذه التقنيات. تستخدمه Intel بشكل أساسي في معالجات Intel Core عالية الأداء ووحدات المعالجة المركزية للكمبيوتر المحمول ، في حين قامت AMD بتطبيقها عبر مجموعتها الكاملة من معالجات Ryzen.

ما هو HyperThreading؟

كيف تعرف عدد النوى التي يمتلكها المعالج الخاص بي

نحن نعلم بالفعل ما هي النوى وما هي الخيوط وأهميتها لمعالج متعدد النوى. لذا فإن آخر شيء تركناه هو معرفة كيفية معرفة عدد النوى التي يمتلكها معالجنا.

يجب أن تعلم أن Windows في بعض الأحيان لا يفرق بين النوى والخيوط ، لأنها ستظهر باسم النوى أو المعالجات ، على سبيل المثال في أداة "msiconfig". إذا فتحنا مدير المهام ، وانتقلنا إلى قسم الأداء ، فيمكننا رؤية قائمة حيث يظهر عدد النوى والمعالجات المنطقية لوحدة المعالجة المركزية. لكن الرسومات التي ستظهر لنا ستكون مباشرة من النوى المنطقية ، تمامًا مثل تلك التي تظهر في شاشة الأداء إذا فتحناها.

كيف تعرف عدد النوى التي يمتلكها المعالج الخاص بي

الخلاصة والروابط المثيرة للاهتمام

نصل إلى النهاية ، ونأمل أن نكون قد شرحنا بجدارة ما هو المعالج متعدد النوى ، وأهم المفاهيم المتعلقة بالموضوع. يوجد حاليًا وحوش حقيقية مع ما يصل إلى 32 نواة و 64 خيطًا. ولكن لكي يكون المعالج فعالاً ، ليس فقط عدد النوى وترددها مهمًا ، ولكن أيضًا كيف يتم بناؤه ، وكفاءة حافلات البيانات الخاصة به والاتصال وطريقة عمل نوىه ، وهنا تتبع Intel خطوة AMD. سنرى أجهزة Ryzen 3000s الجديدة قريبًا والتي تعد بتفوقها على أقوى معالجات Intel المكتبية ، لذا ترقبوا مراجعاتنا.

إذا كان لديك أي أسئلة أو نقاط حول الموضوع ، أو تريد توضيح شيء ما ، فإننا ندعوك للقيام بذلك باستخدام مربع التعليق أدناه.