وحدات المعالجة المركزية مقابل وحدات المعالجة المركزية الافتراضية والخيوط مقابل النوى

<

div>
وحدات المعالجة المركزية هي العقل المدبر لأجهزة الكمبيوتر لدينا. فهي تعالج كل ما نقوم به على أساس يومي، من فتح تطبيق إلى مشاهدة فيلم. ولكن ما هي وحدة المعالجة المركزية بالضبط؟ وكيف تعمل؟ وما الفرق بين وحدات المعالجة المركزية ووحدات المعالجة المركزية الافتراضية التي تزداد شعبية؟

فهم أدمغة أجهزة الكمبيوتر

تم إنشاء أول أجهزة كمبيوتر إلكترونية في أوائل القرن التاسع عشر، وفقًا لدليل التاريخ الكامل <a rel="nofollow noopener" target="_blank" href="https://www.g2.com/articles/history-of-computers#:~:text=Computers%20in%20the%201800s,-1801%3A%20In%20France&text=1822%3A%20Thanks%20to%20funding%20from,to%20compute%20tables%20of%20numbers.">نشرته G2</a>ومع ذلك، كانت هذه الحواسيب كبيرة ومكلفة، ولم يكن من الممكن استخدامها إلا من قبل علماء الرياضيات والعلماء المدربين. 

يعود الفضل إلى تشارلز باباج في اختراع أول آلة حاسوبية، وهي محرك الفرق، والتي يمكن برمجتها لإجراء أي عملية حسابية يمكن إجراؤها يدويًا. ومع ذلك، لم يكتمل مشروع محرك الفرق أبدًا بسبب نقص التمويل، وفقا لمتحف تاريخ الكمبيوتر.

في عام 1937، ذكر باباج لأول مرة المحرك التحليلي، والذي أصبح أول كمبيوتر ميكانيكي عام في العالم. “يتضمن المحرك التحليلي جميع عناصر الكمبيوتر الحديث: وحدة منطق حسابية، وتدفق التحكم في شكل تفرعات مشروطة وحلقات، وذاكرة متكاملة” (ملاحظات حول الإلكترونيات).


إن وحدة المعالجة المركزية أو وحدة المعالجة المركزية هي أحد المكونات الرئيسية لجهاز الكمبيوتر اليوم. وحدة المعالجة المركزية مسؤولة عن تنفيذ التعليمات التي يتلقاها من البرامج مثل نظام التشغيل أو التطبيق. وبعبارات بسيطة، يمكنك التفكير في وحدة المعالجة المركزية باعتبارها عقل جهاز الكمبيوتر الخاص بك. تتكون وحدة المعالجة المركزية من جزأين رئيسيين: وحدة التحكم ووحدة المنطق الحسابي (ALU). إذا كانت هذه الاختصارات تربكك، فراجع نظرتنا العامة حول كيفية اختلاف وحدات المعالجة المسرعة ووحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات.

وحدة التحكم مسؤولة عن جلب التعليمات من الذاكرة وفك شفرتها ثم إرسالها إلى وحدة الحساب والمنطق لتنفيذها. تقوم وحدة الحساب والمنطق بإجراء العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات المخزنة في السجلات، وهي وحدات تخزين داخلية داخل وحدة المعالجة المركزية.

تحتوي وحدات المعالجة المركزية الحديثة أيضًا على ذاكرة تخزين مؤقتة، وهي كمية صغيرة من الذاكرة عالية السرعة تخزن التعليمات والبيانات المستخدمة بشكل متكرر. وتنقسم ذاكرات التخزين المؤقت إلى مستويات؛ حيث يتم دمج ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى 1 (L1) في شريحة وحدة المعالجة المركزية نفسها، وتوجد ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى 2 (L2) على شريحة منفصلة بالقرب من وحدة المعالجة المركزية، وتوجد ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى 3 (L3) بعيدًا عن وحدة المعالجة المركزية على شريحة خاصة بها أو حتى على لوحة دوائر كهربائية خاصة بها.

وحدة المعالجة المركزية مقابل وحدة المعالجة المركزية الافتراضية

مع ظهور الخدمات السحابية جاء ظهور وحدة المعالجة المركزية الافتراضية، أو vCPU باختصار. <a rel="nofollow noopener" target="_blank" href="https://www.techtarget.com/whatis/definition/virtual-CPU-vCPU">TechTarget يحدد vCPU</a> "كوحدة معالجة مركزية مادية (CPU) مخصصة لجهاز افتراضي (VM)." 

الآلات الافتراضية هي في الأساس أنظمة تشغيل مستقلة تعمل داخل نظام تشغيل آخر كما لو كانت تطبيقات. تُستخدم الآلات الافتراضية لأغراض متنوعة مثل اختبار برامج جديدة في بيئة آمنة، أو تشغيل أنظمة تشغيل متعددة (مثل Windows وLinux) على نفس الكمبيوتر، أو دمج خوادم مادية متعددة في خادم واحد لتوفير المساحة وتقليل التكاليف.


لذا، فإن وحدة المعالجة المركزية الافتراضية هي تنفيذ برمجي لوحدة المعالجة المركزية؛ فهي لا توجد فعليًا داخل جهاز الكمبيوتر الخاص بك كما هو الحال مع وحدة المعالجة المركزية الحقيقية. يقوم المشرف الافتراضي، وهو البرنامج الذي ينشئ ويدير الآلات الافتراضية، بتعيين وحدات المعالجة المركزية الافتراضية للآلة الافتراضية. يرى نظام التشغيل داخل الآلة الافتراضية كل وحدة معالجة مركزية افتراضية باعتبارها نواة وحدة معالجة مركزية حقيقية. راجع شرحنا للمشرف الافتراضي لمعرفة المزيد.

ومع ذلك، نظرًا لأن وحدات المعالجة المركزية الافتراضية تعتمد على البرامج، فهي ليست بنفس كفاءة وحدات المعالجة المركزية الحقيقية. لذلك، من المهم تحديد عدد النوى التي يحتوي عليها معالجك عند شراء جهاز كمبيوتر (على سبيل المثال، “رباعي النواة” يعني أربعة أنوية). تنطبق نفس القاعدة عند اختيار خطة استضافة خادم خاص افتراضي (VPS) أو خادم مخصص.

الفرق الرئيسي بين وحدات المعالجة المركزية ووحدات المعالجة المركزية الافتراضية هو أن وحدات المعالجة المركزية تعتمد على الأجهزة بينما تعتمد وحدات المعالجة المركزية الافتراضية على البرامج. وهذا يعني أن وحدات المعالجة المركزية موجودة فعليًا داخل جهاز الكمبيوتر الخاص بك بينما لا توجد وحدات المعالجة المركزية الافتراضية؛ بل يتم إنشاؤها بواسطة المشرفين الافتراضيين عند الحاجة. وبسبب هذا الاختلاف في التنفيذ، تكون وحدات المعالجة المركزية أكثر كفاءة بكثير من وحدات المعالجة المركزية الافتراضية؛ فهي لا تتحمل التكلفة الإضافية المرتبطة بالتشغيل في البرامج.

منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أصبحت وحدات المعالجة المركزية الافتراضية شائعة بشكل متزايد لأنها أرخص وأسهل في التخصيص من وحدات المعالجة المركزية المادية؛ ومع ذلك، إذا كنت تبحث عن الأداء، فمن الأفضل استخدام جهاز كمبيوتر مزود بعدة أنوية وحدة معالجة مركزية حيث يمكن لكل نواة معالجة التعليمات بشكل مستقل.

النوى مقابل الخيوط

قد تحتوي وحدة المعالجة المركزية على نواة واحدة أو أكثر، وهي وحدة المعالجة التي تؤدي المهام في وقت محدد. ستحافظ النواة على ترتيب تنفيذ المهام والسجلات والذاكرة المؤقتة (إن وجدت) وتنفذ العمليات عبر وحدة الحساب والمنطق. تتحكم وحدة المعالجة المركزية في النوى، لكن النواة تنفذ كل عملية برمجية أو خيط يقوم نظام التشغيل بجدولته. الخيط عبارة عن تسلسل مستقل من التعليمات التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية معالجتها. 

يمكن أن توجد خيوط متعددة داخل نفس العملية وتتشارك نفس مساحة الذاكرة. وهذا يسمح لها بالتواصل مع بعضها البعض بسهولة أكبر مما لو كانت تعمل داخل عمليات منفصلة. غالبًا ما تُستخدم الخيوط لتحسين أداء التطبيقات متعددة الخيوط من خلال السماح لأجزاء مختلفة من البرنامج بالعمل في وقت واحد على نوى أو معالجات مختلفة.

<

div class=”body-img landscape “>

باختصار، تعتبر وحدات المعالجة المركزية بمثابة العقل الذي يعتمد على الأجهزة في أجهزة الكمبيوتر لدينا، في حين أن نظيراتها الافتراضية، وحدات المعالجة المركزية الافتراضية، تعتمد على البرامج ويتم إنشاؤها بواسطة المشرفين الافتراضيين لتشغيلها داخل الآلات الافتراضية. النوى هي وحدات المعالجة القائمة على الأجهزة داخل وحدة المعالجة المركزية، في حين أن الخيوط هي التعليمات القائمة على البرامج والتي يمكن لوحدة المعالجة المركزية معالجتها.