مع انتشار شرائح ARM في أجهزة الكمبيوتر المحمولة عالية الأداء وخوادم الحافة، فمن المنطقي أن نتساءل عما إذا كانت هذه الأجهزة الجديدة تستحق الشراء التالي. لقد حان الوقت لفهم الاختلافات الفنية بين معالجات ARM ومعالجات x86-64 الأقدم التي 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 باسم معالجات “x86”. والآن، أصبحت بنية 64 بت التي تستخدمها جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة اليوم أعلى من طراز x86، والذي يُشار إليه الآن باسم “x86-64”.
كل هذا يبدو مربكًا بعض الشيء، لكنه يساعد في تفسير سبب وجود نوعين مختلفين من ملفات البرنامج المجلدات الموجودة على Windows.
لتبسيط الأمور، يتم وضع جميع التطبيقات ذات 32 بت في مجلد x86 بينما يتم وضع التطبيقات ذات 64 بت في مجلد آخر. وقد كان هذا هو العرف المعمول به منذ أن أصدرت شركة Microsoft إصدارها ذي 64 بت من نظام التشغيل Windows XP في عام 2001.
لتبسيط الأمور قليلاً، سنشير إلى “x86-64” باسم “x86″، حيث أن هناك أوجه تشابه كافية بين شرائح 32 بت و64 بت لتجميعها معًا.
يأتي مصطلح “x86” من أصل المعالج الحديث، وهو المعالج الدقيق الذي ابتكرته شركة إنتل والذي أطلق عليه اسم 8086. تعمل هذه الشريحة ذات الـ 16 بت تحت مجموعة من التعليمات التي لا تزال تستخدم إلى حد كبير بواسطة المعالجات الحديثة اليوم لأداء مهام الحوسبة المتقدمة.
لا يزال كل شيء، من محرر النصوص إلى برامج عرض الفيديو المتقدمة، يتمتع بالقدرة على العمل تحت بنية وُلدت في عام 1978!
منذ إصدار المعالج الدقيق 8086، استمرت شركة إنتل في استخدام نفس تسمية النماذج المستقبلية مثل 80286 و80386 حتى كسرت هذا التقليد بإصدار سلسلة Pentium. ومع ذلك، لا نزال نكرم تلك الرقائق القديمة بتصنيف جميع المعالجات اللاحقة التي تستخدم مجموعة التعليمات الخاصة بها على أنها “x86”.
حتى معالجات 64 بت الأكثر حداثة والتي أصدرتها AMD لأول مرة في سلسلة Opteron في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين حصلت على نفس التسمية، حيث أن الغالبية العظمى من معالجات 64 بت في أنظمة سطح المكتب والخوادم لا تزال تعتمد على ركيزة 8086 المتواضعة الآن.
مجموعات التعليمات
تعتمد كافة وظائف المعالج على ما يسمى بمجموعة التعليمات. وهي عبارة عن مجموعة ثابتة من العمليات الأولية التي يمكن للشريحة تنفيذها. وكل تعليمة تخبر الشريحة بالقيام بأشياء مثل العمليات الحسابية الأساسية ونقل البيانات. وفي أسفل كل جزء من التعليمات البرمجية في كل برنامج تقوم بتشغيله على جهازك توجد طبقة تتواصل مع المعالج. وتستخدم هذه الطبقة أيضًا التعليمات البرمجية الخاصة بها والمعروفة باسم لغة التجميع، والتي تترجم خطوة واحدة إلى الأسفل إلى التعليمات الأساسية التي يشار إليها غالبًا باسم التعليمات البرمجية الآلية أو لغة الآلة.
وهنا نصل إلى الفرق الأساسي بين شرائح ARM وx86.
استخدام شرائح x86 حوسبة مجموعة التعليمات المعقدة (CISC)في حين تستخدم شرائح ARM الحوسبة باستخدام مجموعة التعليمات المختصرة (RISC)في حين تحاول شرائح CISC بذل المزيد من “العمل” في تعليمة واحدة مع التضحية بدورات الساعة لإنجاز هذه المهمة، فإن شرائح RISC تحتوي (كما يوحي الاسم) على مجموعة تعليمات أصغر بكثير تقسم كل شيء إلى خطوات أبسط يمكن تنفيذها في دورة ساعة واحدة.
سيسك مقابل. مخاطرة
إذا احتاجت شريحة CISC إلى ضرب رقمين، فقد تقوم بتشغيل أمر واحد: MULT 2, 3سيغطي 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 الأخرى. أولاً، LOAD تعليمات لنقل الأرقام من المسجلين إلى وحدة التنفيذ. ثم، PROD تعليمات لضرب الأرقام. وأخيرًا، STOR تعليمات لوضع النتيجة في السجل الصحيح.
على الرغم من أن شريحة CISC قد تبدو أكثر كفاءة لأن أوامرها تبدو أبسط، إلا أنه يجب أن تضع في اعتبارك بعض الاختلافات المهمة:
- أولاً، تنفذ شرائح CISC الأوامر على مدار دورات ساعة متعددة، بينما يتم تنفيذ كل تعليمة في شريحة RISC على مدار دورة ساعة واحدة. وبسبب هذا، فإن فرضيتنا
MULTقد يتم تشغيل الأمر بنفس عدد الدورات مثل مجموعة تعليمات RISC التي تؤدي نفس المهمة. - ثانيًا، يجب تخزين جميع تعليمات ومنطق CISC في ترانزستورات. يمكن لشرائح RISC استخدام عدد أقل من الترانزستورات لأنها تحتاج إلى تخزين عدد أقل من التعليمات.
- ثالثًا، يسمح العدد الأقل من الترانزستورات المطلوبة بواسطة RISC باستخدام طاقة أقل.
هناك بعض المزايا لـ CISC. أولاً، لا يحتاج الكمبيوتر إلى بذل الكثير من العمل للتحويل من لغة برمجة على مستوى الإنسان مثل C إلى لغة تجميع على مستوى المعالج. في الواقع، MULT الأمر المذكور أعلاه يشبه إلى حد كبير الأمر C foo = foo * bar.
تطلب شرائح RISC من المترجم القيام بمزيد من العمل لتحويل التعليمات البرمجية إلى لغة التجميع. يمكن لشرائح CISC أيضًا تنفيذ عملياتها مباشرة على ذاكرة النظام بينما يتعين على شرائح RISC سحب البيانات من الذاكرة إلى سجلات المعالج قبل العمل عليها.
في منافسة الأداء المباشرة بين الشركتين، لا يوجد فائز واضح من وجهة نظر المستهلكين. ومع ذلك، تمتلك RISC ورقة رابحة أخرى يمكنها من خلالها التفوق على CISC.
استهلاك الطاقة
لا يوجد أي تنافس بين CISC وRISC عندما يتعلق الأمر باستخدام الطاقة. وتحتل RISC الصدارة هنا بكل تأكيد. توفر مجموعة التعليمات المخفضة مساحة أقل على الرقاقة، مما يجعل الشريحة أصغر وبالتالي أقل استهلاكًا للطاقة.
كما أن الرقائق الأصغر حجماً التي تحتوي على عدد أقل من المكونات المجهرية تتمتع بمقاومة كهربائية أقل ولا تتطلب قدراً كبيراً من الطاقة لتشغيلها. وأفضل دراسة حالة لهذا الأمر هي التكنولوجيا المثبتة للهواتف الذكية، وهو جهاز “خفيف الوزن مثل الكمبيوتر” يتمتع بقدر هائل من الأداء على الرغم من حجمه الصغير نسبياً، إلا أنه يتمكن في كثير من الحالات من الاستمرار لأكثر من 24 ساعة باستخدام بطارية صغيرة نسبياً.
ولكن هذا لا يعني أن كل أجهزة الكمبيوتر سوف تبدأ في استخدام شرائح ARM لتقليل استهلاك الطاقة. ففي سوق أجهزة الكمبيوتر المكتبية، حيث يعتمد النظام عادة على الاتصال المباشر بمقبس الحائط بدلاً من البطارية، لا تشكل كفاءة الطاقة أولوية كبيرة. ولا تزال شرائح CISC تعمل بشكل مذهل في مثل هذه المواقف ولا توجد أي علامة على تغير هذا في أي وقت قريب.
هل يجب أن أحصل على نظام ARM أو x86؟
مع إصدار Microsoft أيضًا لنظام التشغيل Windows 11 الخاص بها للهندسة المعمارية ARM وتحول Apple إلى استخدام شرائح ARM في أجهزة Mac الخاصة بها، فقد تكون مهتمًا بالحصول على كمبيوتر شخصي يعمل بمعالج ARM أيضًا. ومع ذلك، فإن كل شيء يتلخص في سؤال بسيط للغاية: هل تحاول الاستفادة من كل ذرة من الأداء لكل واط في الساعة من الطاقة التي توفرها البطارية؟ أم أنك أكثر ميلاً إلى دفع قدر كبير من الأداء الخام عبر جهازك على حساب عمر البطارية؟
بالنسبة لغالبية حالات الاستخدام التي يرغب شخص ما في شراء نظام من أجلها، فإن القرار بسيط للغاية. في النهاية، تأكد من عدم نسيان إحضار كابل الشحن معك!