فروق المعمارية بين معالجات X86 و ARM : العمالقة!

[MasterChief]

طيب ممكن اعرف كام عملية ممكن تنفذها معالجات x86 cisc في التردد الواحد ؟

انا فاهم ان المعالج بينفذ عملية في كل تردد علي معمارية rsic ، او عملية علي اكثر من تردد في معمارية cisc

لكن معالج زي core 2quad مثلا اللي هو خليط من cisc و risc زي ما حضرتك قلت بينفذ كام عملية في التردد الواحد ؟

UP UP

[Hameedo]

طيب ممكن اعرف كام عملية ممكن تنفذها معالجات x86 cisc في التردد الواحد ؟

انا فاهم ان المعالج بينفذ عملية في كل تردد علي معمارية rsic ، او عملية علي اكثر من تردد في معمارية cisc

لكن معالج زي core 2quad مثلا اللي هو خليط من cisc و risc زي ما حضرتك قلت بينفذ كام عملية في التردد الواحد ؟

UP UP

أعتذر بشدة علي التأخير في الرد يا أخي ، لا بد أنيي قد نسيت سؤالك ونسيت الوضوع كله أصلا !

يجب التفرقة بين العملية Operation وبين التعليمة Instruction ، فالعملية هي مهمة ما يجب علي الحاسوب أن ينفذها ، وقد تتكون من عدة تعليمات وقد تتكون من تعليمة واحدة (وهنا يطلق عليها تعليمة).

في معمارية CISC ، غالبا تتكون العمليات Operations من مجموعة كبيرة من الخطوات ، مثال : ضرب 5X2 :

الخطوة الأولي هي قراءة رقم الخمسة ورقم الاثنين من الذاكرة .
الخطوة الثانية هي ارسالهما الي مسجلات معالج الضرب .
الخطوة الثالثة هي ضربهما ثم وضع النتيجة في مسجل جديد .
الخطوة الرابعة هي ارسال النتيجة من المسجل الي الذاكرة .

مجموع كل تلك الخطوات تسمي عملية ، لذا تأخذ العمليات في معمارية CISC أكثر من تردد ، لأنها تحتوي علي خطوات كثيرة يصعب تنفيذها في تردد واحد .

بينما في معمارية RISC ، تتحول تلك العملية ذات الأربع خطوات الي أربع عمليات ، كل عملية هي عبارة عن خطوة:

العملية الأولي هي قراءة رقم الخمسة ورقم الاثنين من الذاكرة .
العملية الثانية هي ارسالهما الي مسجلات معالج الضرب .
العملية الثالثة هي ضربهما ثم وضع النتيجة في مسجل جديد .
العملية الرابعة هي ارسال النتيجة من المسجل الي الذاكرة .

بالطبع سوف تتسائل ما الفارق بينهما ؟ ولك كل الحق في ذلك ، الفارق كما هو واضح ، في CISC كانت عملية واحدة من أربع خطوات ، بينما في RISC كانت أربع عمليات كل عملية بخطوة ، الفارق هنا أن RISC تقسم العمليات الأربع هذه علي أربع ترددات ، كما تمتلك تحكما كاملا فيها ، فيمكنها تفضيل عملية منهم علي عملية أخري ، أو حشر عملية جديدة في المنتصف ، بينما لا تستطيع CISC ذلك ، فقد تشغل العملية فيها أكثر من أربع ترددات ، كما لا يمكن القيام بها مجزئة ، بل يجب القيام بها مرة واحدة ، واذا حدث أي خطأ في أثناء ذلك ، نعيد العملية من جديد ، بينما لا نفعل ذلك مع RISC .

لكن بقاء الحال من المحال ، فقد تحولت معالجات X86 الي هجين بين RISC و CISC ، فالأولي تستخدم في تركيب المعالج كله ، بينما الأخيرة تستخدم في وحدة التحكم فقط ..

ونتيجة لذلك أصبح المعالج قادرا علي أخذ العملية الكبيرة ذات الأربع خطوات ، وتقسيمها الي أربع عمليات (كل عملية بخطوة) لتتوافق مع RISC ، والتي تحكم تركيب المعالج كله .

(هنا تأتي الاجابة المباشرة علي سؤالك)

ونتيجة لهذا التصميم الهجين ، أصبحت كفاءة معالجات X86 تقاس بالتعليمات وليست بالعمليات ، أي بالتعلميات التي يستطيع تنفيذها في التردد الواحد ، لكن الأمر ليس بالسهولة التي يبدو عليها :

1-نتيجة وجود وحدة التحكم ، والتي تقوم بتحويل العمليات الكبيرة الي تعليمات (خطوات) صغيرة ، العملية التي يطلق عليها الترجمة Decoding ، (كما شرحت في المقال) ، أصبح علي المعالج أن يكون سريعا بما يكفي لترجمة عدد كبير من التعليمات في التردد الواحد. ، اذن فلكل معالج عدد معين من التعليمات يستطيع ترجمتها في التردد الواحد .

2-بعد الانتهاء من عملية الترجمة ، يجب علي وحدة التوزيع الملحقة بوحدة التحكم تحويل التعليمة الي المعالج الخاص بها ، فلو كانت تعليمة ضرب ، فانها تحول الي معالج الضرب مثلا ، وهذه عملية أخري تحتاج الي سرعة في التنفيذ من جانب عتاد التوزيع ، اذن فلكل معالج عدد معين من التعلميات يستطيع توزيعها في التردد الواحد .

3-بعد الانتهاء من التوزيع يأتي دور التنفيذ ، أي تنفيذ عملية الضرب في معالج الضرب ، وبحسب تعقيد وكفاءة تصميم معالج الضرب ، فانه يستطيع انجاز عدد معين من التعليمات في التردد الواحد أيضا ، اذن فلكل معالج عدد معين من التعلميات يستطيع تنفيذها في التردد الواحد .

اذن فلكل معالج عدد معين من التعليمات التي يترجمها / يوزعها / ينفذها في التردد الواحد .

معالج Core 2 ، يستطيع ترجمة 5 تعلميات ، وتنفيذ 5 أيضا ، مما يعني أنه يستطيع توزيع 5 أيضا .

[MrEhabYoussrey]

مقال جيد بروفيسـور حميدو ..
ما زال هنـاك الملايين لا يعرفون كم مقدار قوة معالجات ARM ..
الأمر الذي أسترسلته بسهولة و يسر..

أما الصراع .. فلقد بدأ بالفعل ..
توعدت ARM ل INTEL منذ سنتان أنها ستطلق معالج للحاسبات المحمولة وبه ستأخذ حصة كبيرة من الســوق.
(مقابل سيطرة Intel علي سوق المحمول وقتها)

فأطلقت معالجها Cortex-A9 الذى أثار ضجة عند إصداره
الآن حاسبات ARM المحمولة منتشرة بأمريكا و تزداد إنتشارا معوقها الوحيد أنها تعمل فقط بأنظمة تشغيل Linux.

المصادر:
https://www.arm.com/markets/mobile_s...mpp/24816.html
https://www.arm.com/products/CPUs/AR...A9_MPCore.html
https://arstechnica.com/gadgets/news...lfoundries.ars
https://www.geek.com/articles/chips/...ex-a9-20090917

[MasterChief]

الف شكر يا استاذ حميدو مش عارف اقوللك ايه غير جزاك الله خيرا وانا كده فهمت القصة وربطها ببعض وحاستأذنك لو وقفت قدامي اي حاجة تاني اسألك فيها .

شكرا ليك مرة تانية ..

[alimorshid]

الف شكر لك يا دكتور على المعلومات الرهيبة التى ساهمت فى توسيع مجال معرفتى بالكومبيوتر
لكن بعد اذنك عندى سؤال
هل معنى الارقام التى نراها مع نسخ الوندوز مثل 64 bit او 32 bit
و ايضا مع المعالجات ان هذه الارقام تعتبر سعة المسجلات ؟؟
و هل هذا هو سبب ان تطبيقات ال 64 bit لا تعمل على تطبيقات ال 32 bit
انا معالجى q6600 64 bit و استخدم vista 32 bit
هل اذا انتقلت الى نسخة 64 bit سيزيد الاداء ام لا ؟؟
ارجو التوضيح

و شكرا مقدما

[Hameedo]

هل معنى الارقام التى نراها مع نسخ الوندوز مثل 64 bit او 32 bit
و ايضا مع المعالجات ان هذه الارقام تعتبر سعة المسجلات ؟؟
و هل هذا هو سبب ان تطبيقات ال 64 bit لا تعمل على تطبيقات ال 32 bit
انا معالجى q6600 64 bit و استخدم vista 32 bit

نعم ، هذه الأرقام تعتبر سعة المسجلات :

احتفظت معالجات Phenom بدعمها لتقنية المعالجة بامتداد 64Bit ، مثل معالجات Athlon 64 .

والحقيقة أن القليل يفهم معني تقنية المعالجة بامتداد 64bit ، علي الرغم من كونها شيئا أساسيا في الحاسوب .

والفكرة كلها تكمن في الذاكرة وليست في المعالجة .

في بداية اختراع الحاسوب كان الهم الشاغل للجميع هو جعل الحاسوب قادرا علي تخزين الحروف الأبجدية !

ولأن التخزين يتم علي الذاكرة ، والتي لا توفر سوي الواحد أو الصفر ، وجب علي كل حرف أن يأخذ نصيبه من هذه الأرقام بحيث يظل متفردا عن باقي الحروف .

مثال : حرف A يتم تخزينة باستخدام 2 بت من الذاكرة : 11
حرف B باستخدام 2 بت أخري : 10
حرف C باستخدام : 01
حرف D باستخدام : 00

وهنا توقفت الأبجدية عند حرف D ، لذا وجب استخدام عدد أكبر من البتات (جمع بت) للحصول علي عدد أكبر من الحروف .

رأينا أن استخدام 2 بت للتخزين لم يكف سوي لأربع حروف .
كذلك استخدام 3 بت لن يكفي سوي لثمانية حروف .
واستخدام 4 بت لن يكفي الا لتخزين 16 حرف .
لكن استخدام 6 بت سوف يكفي 64 حرف ، والأبجدية 27 حرف ، اذن فـ 6 بت تكفي لتخزين الأبجدية وتزيد ايضا .

ولقد عمل الحاسوب باستخدام منظومة تخزين بعرض 6 بت لفترة ليست بالقصيرة ، وتسمي هذه المنظومة باسم عرض الكلمة : Word Width ، فكل حرف له عدد معين من البتات تمثله ، هذا العدد هو عرض الكلمة التي يتم تخزينها علي الذاكرة !

ان أهمية عرض الكلمة هذا لا تتوقف عند تحديد عدد حروف الأبحدية التي يمكنني تخزينها ، لكن تمتد بعمق الي تركيب الذاكرة والمعالج !

فبدلا من جعل سلك عناوين واحد لكل بت واحدة في الذاكرة ، أقوم بجعل سلك عناوين واحد لكل ستة بت في الذاكرة ، لأنني لن أقوم بقراءة كلمة أقل من 6 بت في المرة الواحدة أبدا .

هذا عن الذاكرة لكن ماذا عن المعالج ؟

هذا يدفعنا للكلام عن عملية المعالجة ..

وعملية المعالجة تتم علي قسمين من الدوائر ، قسم التسجيل Registers ، وقسم المعالجة Processing .

فلكي يحسب المعالج هذه المعادلة :3+6 = 9 ، فانه يقوم بالأتي :

-ينتزع أولا بيانات المعادلة من الذاكرة العشوائية RAM ، فينتزع الثلاثة، ويتنزع الستة ، وينتزع بيانات عملية الجمع (وتسمي هنا تعليمات جمع)، ويتم وضع كل ذلك في الذاكرة المخبأة .

-يبدأ جزء في المعالج يسمي معالج التشفير Decode بقراءة تعليمات الجمع أولا ، وعندما يدرك أن العملية المطلوبة هي علمية جمع ، يقوم بتحويل المعادلة كلها الي معالج الجمع .

-في معالج الجمع يتم تخزين رقم ثلاثة في مسجل Register ، والمسجل هو تسمية أكثر أناقة للذاكرة المخبأة Cache ، وسميت باسم مسجل لأنها داخل المعالج وليست خارجه مثل الذاكرة المخبأة .

والمسجل هو ذاكرة صغيرة جدا جدا ، تقاس مساحتها بالبتات ، ولا تتعدي هذا الحاجز أبدا ، فلن نجدها تقاس بالبايتات مثلا، ذلك لأن المعالج يسجل فيها البيانات المطلوبة فقط ، رقم ثلاثة في مثالنا .

وفي ذلك الوقت كانت مساحة أي مسجل هي 6 بت ، لأن عرض الكلمة لكل ما يحتاجه الحاسوب من حروف وأرقام هو 6 بت فقط !

ويتكرر الأمر مع رقم ستة ، حيث يتم تسجيله في مسجل آخر بمساحة 6 بت أيضا .

ولأن مساحة المسجل 6 بت فقط ، وعرض الكلمة هو 6 بت ، فلن نحتاج سوي لسلك عنوان واحد فقط ، وعرض حزمة 6 بت فقط !

وذلك يعني أن انتزاع البيانات من المسجلات هو أمر في قمة السهولة ، فهو لا يتطلب مجهودا يذكر .

-بعد انتهاء التخزين يتم انتزاع الثلاثة والستة من مسجليهما ، ويدخلان معالج الجمع ، وهو عبارة عن مجموعة دوائر كهربية مرتبة بطريقة معينة ، بحيث تؤدي وظيفة الجمع ، وبعد انتهاء العملية ، يسجل الناتج وهو رقم 9 في مسجل جديد ، تمهيدا لنقله الي الذاكرة المخبأة/العشوائية .

وبهذا رأينا كيف أن عرض الكلمة البالغ 6 بت ، يؤثر كثيرا علي تركيب عناوين الذاكرة ، و مساحة المسجلات .

فيما بعد احتاج المهندسون لعرض كلمة أكبر ، لتخزين نطاق أعرض من الرموز والأشكال ، فقرروا استخدام نظام 8 بت ، ثم احتاجوا المزيد فقرروا استخدام نظام مضاعفات رقم ثمانية ، 16 ،24 ،32 ، 64 .. الخ .

وحتي زمن قريب ، كان تركيب المعالجات يعتمد علي نظام 32 بت ، فمساحة مسجلات المعالج 32 بت فقط .

لكن نظام عناوين الذاكرة ظل 8 بت فقط (سلك واحد لكل 8بت)، وذلك احتياطا لتخزين البيانات التي تكون بعرض كلمة 8بت ، وهي عدد ليس بالهين ، حتي في الوقت الحالي، وتم اطلاق اسم البايت علي كل 8بت .

ولأننا نسير بنظام المضاعفات ، فان عرض الكلمة الأكبر من 8 بت ، لن يكون سوي 16 أو24 أو 32 أو 64 ، وفي حالة 16 مثلا ، فالتخزين يتم باستخدام مجموعتين 8 بت ، وفي حالة 24 فالتخزين يكون بثلاث مجموعات 8بت ، وفي حالة 32 بت فالتخزين يكون بأربع مجموعات .. الخ .

لكن تأتي مشكلة مسجلات المعالج فلقد ظلت بمساحة 32 بت لوقت طويل ، لأن معظم تطبيقات الحاسوب لم تتعدي هذا الحاجز ... واحتاج الوضع الي تغيير مع ظهور قصور في تطبيقات أجهزة الخوادم وقواعد البيانات الطويلة ، حيث احتاجت عرض كلمة أكبر من 32 بت .

وهنا كان القرار بدعم عرض الكلمات بامتداد 64 بت ، وذلك عن طريق زيادة مساحة المسجلات في المعالج بحيث تصبح 64 بت .

من موضوع : فروق المعمارية بين معالجات Phenom X4 و Phenom II X4 و Athlon II X4 .. ما الجديد ؟

هل اذا انتقلت الى نسخة 64 bit سيزيد الاداء ام لا ؟؟

سوف يزيد في التطبيقات التي تستفيد من عرض كلمة 64 بت ، وهي تطبيقات قليلة جدا حاليا ، لكن أهمها برنامج Photoshop .

[MrEhabYoussrey]

القليل هي الألعاب الحـالية ..

أما البرامج المدعمة لل 64 تزداد يوما بعد يوم .. حيث الآن و بالمسـتقبل ستزداد مساحات الذاكرة والتي ستعجز أنظمة تشغيل ال 32 بت عن إدارتها و سيتم الإتجاه في تصميم البرامج و الألعاب إلي 64

x64 Software:

https://www.start64.com/index.php

https://www.fileguru.com/downloads/x64

https://extended64.com/

[خالد القنطار]

السيد محمد دائمآ تفاجئني بمواضيعك المميزة وتحليلك الدقيق لكافة النواحي المعقدة أشكرك جزيل الشكر وأتمنى لك التوفيق ولك أعلى تقيم من جهتي . عندي بعض الأسئلة وأتمنى أن تتكرم بالإجابة عليها,السؤال الأول شخصي لاحضت بعض الإخوان من المشاركين يخاطبونك بالدكتور سؤالي هل أنت دكتور فعلآ أم أنه مجرد لقب ,وإذا كنت دكتور فما هو إختصاصك . السؤال الثاني هو سؤال تقني مؤلف من أكثر من شق بالنسبة للمعالجات من نوع arm من هي الشركة المصنعة لهذه المعالجات وهل من المرجح أنها سوف تدخل مجال المنافسة مع الطرف الآخر في المدى المنظور ,وإذا دخلت المنافسة هل ستكون هذه المنافسة من مصلحة المستهلك ,من وجهة نضرك هل تستطيع معالجات arm التفوق على معالجاتx86 من ناحية الأداء إذا ما دخلت المنافسة .وشكرآ جزيلآ لك على كل المعلومات القيمة التي قدمتها.

[Hameedo]

هل أنت دكتور فعلآ أم أنه مجرد لقب

نعم

بالنسبة للمعالجات من نوع arm من هي الشركة المصنعة لهذه المعالجات

شركة ARM (اسم الشركة) ، والشركة تبيع تصميمات لمعالجات ARM ولا تقوم ببيع أي عتاد ، لكنها تسمح لأي شركة أخري بشراء تصميماتها وتنفيذها عتاديا ، وعلي سبيل المثال لا الحصر ، شركة Nvidia اشترت تصميم معالج ARM Cortex A9 ، و هو معالج مزدوج النواة ، وقامت بدمجه في شريحتها متعددة الأغراض2 Tegra .

وهل من المرجح أنها سوف تدخل مجال المنافسة مع الطرف الآخر في المدى المنظور ,وإذا دخلت المنافسة هل ستكون هذه المنافسة من مصلحة المستهلك ,

في القريب العاجل ، لا أتوقع ذلك ، لكن علي المستوي البعيد ، نعم ، وسيكون ذلك في مصلحة المستخدم بالطبع ، حيث تتصاعد الأصوات المنادية بالاكتفاء من معمارية X86 ، حيث لاحظ الكثير عدم كفاءة هذه المعمارية ، وخصوصا في تصميم المعالجات ، حيث تشغل حيزا كبيرا ، وتعاني من نقاط الاختناق ، ولو تواجدت عدة معماريات مختلفة في الأسواق لوجدت أن عجلة التطور تصبح أسرع ، بدلا من الاعتماد علي معمارية واحدة منذ أكثر من عشرة سنوات!

من وجهة نضرك هل تستطيع معالجات arm التفوق على معالجاتx86 من ناحية الأداء إذا ما دخلت المنافسة

نعم تستطيع وبكفاءة شديدة ، هي فقط تحتاج الي أن يزيد حجمها ويزداد ترددها ، وهو شئ محتم حدوثه ، متي الله أعلم !

معالجات ARM تتفوق بالفعل علي مثيلاتها من المعالجات ذات الأداء المتواضع واستهلاك الطاقة المنخفض ، وهي تهدد Intel بالاسنحاب من هذه الأسواق تماما ، ولولا وجود ARM لسيطرت Intel و AMD علي تلك الأسواق أيضا .

[Stokon]

موضوع رائع و مفيد جدا
شكرا على الأبداع و المجهود

[abdallah937]

ماشاء الله اخي حميدو شرح ممتاز ومعلومات اقرأها لاول مره زادك الله

[medy91]

اللهم ما زدك علما وايماناً

[ts_reseau]

jaka laho khayra wazadaka laho 3ilha

[MMM_Pc]

أستاذ محمد

قبل كده حضرتك شرحت MMX,SSE فى الصفحة الأولى للموضوع و لكن تظهر دائما فى المعالجات الحديثة التعليمات SSE2,SSE3,SSSE3,SSE4.1,SSE4.2 فأرجو من حضرتك اضافة اى معلومات عنهم :confused:

وشكرا

[Hameedo]

مجرد تحديثات لاضافة المزيد من المسجلات Registers مثلا ، أو بعض التعليمات الاضافية .

فكرة تعليمات SSE عموما هي توفير الوسط المناسب لأداء عمليات معقدة ، فكما قلت هي مجرد اضافة 8 مسجلات ، كل مسجّل بمساحة 128 بت ، ويسمح هذا بتخزين بيانات كثيرة علي المسجل الواحد ، مثل تخزين بيانات أربعة ألوان مثلا ، حيث كل لون يستخدم عرض 32 بت ، أي أن أربعة ألوان تشغل مساحة 128 بت ، وهي نفس مساحة المسجل الواحد ، ويسمح هذا بأداء المعالجة علي الأربعة ألوان بسرعة وفي وقت واحد .

اذا لم يكن المسجل ذو الـ128 بت موجودا ، لاحتجنا الي تخزين الأربعة ألوان في أربعة مسجلات ، وتضييع الوقت في قراءة هذه المسجلات تباعا ، و معالجة محتوياتهم بالتدريج .

تعليمات SSE2 ، زادت عدد المسجلات الي 16 مسجّل ، كما قدّمت تعليمات عتادية للحساب بدقة 64 بت للنقاط العائمة ، أي يمكن تخزين لونين بدقة 64 بت علي المسجل الواحد ، ثم أداء عملية ضرب/جمع بالاحكام الثنائي Double Precision عليهما .

في SSSE3 مثلا ، تمّ دعم الضرب التراكمي ، وهو اضافة مسجل جديد يعمل كمركم Accumulator ، لعمليات الضرب الطويلة ذات النقاط العائمة بحيث تسجّل القيم الوسطية لهذه العمليات في هذا المسجل ، تمهيدا لاتسخدامها في تكملة الحساب .

مثال : 2X3X4 ، يتم ضرب 2X3 وتسجيل الناتج في هذا المركم ، ثم ضرب الناتج من نفس المسجّل في رقم 4 مباشرة .

في SSE4 ، تم تقديم المزيد من التعليمات ، وأبرزها تعليمة Dot Product ، مثال :
A B = (2 x 4) + (5 x 3) = -8 + 15 = 23