مميزات وفوائد أجهزة الكمبيوتر ARM: كل ما تحتاج إلى معرفته

تدعوك هذه المقالة إلى الانغماس في عالم رائع من أجهزة كمبيوتر ARM. سنلقي نظرة عن كثب على تاريخهم، وكيفية عملهم، واستخداماتهم في الحياة الواقعية، والاختلافات مع المعماريات الأخرى (مثل x86 من Intel وAMD)، ونقاط قوتهم ونقاط ضعفهم.

قبل بضعة عقود فقط، إذا ذكر شخص ما كلمة "معالج"، فإن أول ما يتبادر إلى ذهنه هو العلامات التجارية مثل إنتل o AMD، مع شرائح الكمبيوتر الشخصية المعروفة. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، ظهر لاعب جديد صنع لنفسه اسمًا في هذا القطاع، وأحدث ثورة في الطريقة التي نفهم بها أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة وجميع أنواع الأجهزة الرقمية: معالجات ARM. ولكن ما هو في الحقيقة وراء هذه الهندسة المعمارية؟ ما هي مميزاتها الحقيقية مقارنة بالمعالجات التقليدية الأخرى؟

كيف يعمل معالج ARM؟ المبادئ الأساسية والاختلافات مع x86

مفتاح هندسة ARM يكمن في بساطة وكفاءة مجموعة التعليمات. نظرًا لاعتمادها على فلسفة RISC، تنفذ وحدات المعالجة المركزية ARM عمليات أساسية للغاية (الجمع والطرح ونقل البيانات والقفز وما إلى ذلك) في دورات ساعة فردية، بدلاً من التعليمات المعقدة والطويلة مثل CISC (نموذجية لـ x86 من Intel وAMD). وهذا يعني أن شريحة ARM يمكن أن تحتوي على عدد أقل من الترانزستورات، وهو ما يعني بدوره:

• انخفاض استهلاك الطاقة.
• تقليل الحرارة المتولدة.
• انخفاض تكلفة التصنيع.

في التصميمات الأحدث (مثل ARMv8 وARMv9)، يمكن لمعالج ARM العمل في وضعي 32 بت و64 بت.، مطابقة وأحيانًا متفوقة على قوة المعالجة لمنافسيها x86 في المهام اليومية. ال التخصيص الأساسي يتيح لكل مصنع إضافة وحدات محددة، وتوسيع ذاكرة التخزين المؤقت، وإضافة معالجات رسومية مساعدة أو ذكاء اصطناعي، وما إلى ذلك.

هناك أيضًا طريقتان للتشغيل:

• وضع ARM:تعليمات 32 بت، أقصى قدر من الطاقة والأداء
• وضع الإبهام:تعليمات مضغوطة 16 بت، واستهلاك أقل للطاقة وكثافة أعلى للكود، مثالية للأجهزة ذات قيود الذاكرة

البساطة لا تعني عدم وجود القوة: تحتوي الإصدارات الحالية من ARM على خط أنابيب متقدم وخط أنابيب وتوقع فرع ونوى متعددة.، وهو أداء يقترب كثيرًا من أداء أفضل شرائح x86، وخاصةً في المهام التي تكون فيها كفاءة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية.

الميزات الرئيسية لأجهزة الكمبيوتر ARM

لفهم ما يجعل الكمبيوتر المزود بمعالج ARM مميزًا بشكل كامل، يتعين علينا النظر إلى جميع ميزاته. الخصائص التقنية، سواء على مستوى الأجهزة أو على مستوى الهندسة المعمارية المنطقية:

• هندسة RISC: تعليمات بسيطة، تنفيذ سريع، عدد أقل من الترانزستورات
• التخصيص الأساسي:يمكن للمصنعين تعديل التصميم ودمج الرسومات والذكاء الاصطناعي والأمان وما إلى ذلك.
• استهلاك منخفض للغاية للطاقة: مثالي للأجهزة والمعدات المحمولة التي لا تحتوي على أنظمة تبريد نشطة
• التوافق مع 32 بت و 64 بت:تدعم الأجيال الأحدث كليهما، مما يحسن السرعة وسعة الذاكرة.
• كفاءة ذاكرة التخزين المؤقت والذاكرة:دمج ذاكرة التخزين المؤقت L1/L2 المُحسّنة وناقل البيانات
• دعم التعليمات الموسعة:وضع الإبهام، ودعم SIMD (NEON)، ووحدات النقطة العائمة، والإضافات للذكاء الاصطناعي في أحدث الموديلات
• ترخيص مفتوح:يمكن لأي شخص تطوير رقائقه الخاصة المعتمدة على ARM من خلال دفع رسوم ترخيص التصميم. وقد أدى هذا إلى تنوع كبير في المنتجات وزيادة المنافسة بين الشركات المصنعة.
• توافق واسع مع أنظمة التشغيل: Android، iOS، Windows، Linux، macOS (على أحدث أجهزة Mac)، من بين العديد من الأنظمة الأخرى

على مستوى الاستخدام، ولا يقتصر انتشار شرائح ARM على الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية.؛ هناك عدد متزايد من أجهزة الكمبيوتر ARM وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة والخوادم وحتى أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي تعتمد على كفاءتها وقابليتها للتوسع.

مزايا أجهزة الكمبيوتر ARM مقارنة بأجهزة Intel وAMD

إن مزايا بنية ARM مقارنة بمعالجات x86 التقليدية (Intel و AMD) واضحة تمامًا. ومن بين النقاط القوية:

• كفاءة طاقة لا مثيل لها: استهلاك الكهرباء أصغر بكثير، مما يعني عمر بطارية أطول لأجهزة الكمبيوتر المحمولة وفواتير كهرباء أقل للخوادم. تستهلك بعض شرائح ARM من الجيل الأحدث ما يقرب من 1 وات، مقارنة بـ 15-45 وات لشرائح x86 التقليدية.
• التبريد أصبح بسيطًا: عن طريق إنتاج حرارة أقل، لا تتطلب مراوح قوية أو أنظمة تبديد معقدة. يتيح هذا تصميمات بدون مراوح، وهياكل أكثر نحافة وهدوءًا.
• أقل سعر للتصنيع: عدد أقل من الترانزستورات والسيليكون، وأسهل في الإنتاج على نطاق واسع، خفض التكاليف وتمكين إنشاء أجهزة كمبيوتر بأسعار معقولة.
• المرونة والتخصيصيمكن للمصنعين إنشاء شرائح مخصصة لكل احتياج، بدءًا من أجهزة إنترنت الأشياء الصغيرة جدًا وحتى أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء.
• تحديثات مستمرة:المنافسة بين الشركات المصنعة (Apple، Qualcomm، Samsung، MediaTek، NVIDIA، وغيرها) يقود الابتكار والتحسين المستمر للأداء والكفاءة.
• دعم متعدد المنصات:من الشائع رؤية أجهزة كمبيوتر ARM متوافقة مع Android وLinux وChrome OS وWindows 10/11 وmacOS، والتي توفر تنوع هائل للمطورين والمستخدمين.

هذه المزايا تشرح لماذا غزت معالجات ARM عالم الأجهزة المحمولة وتنافس الآن بجدية في مجالات أجهزة الكمبيوتر المحمولة، والهواتف القابلة للتحويل، وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة، والخوادم؟. لقد أثبت وصول شرائح Apple Silicon إلى أجهزة Mac أنه من الممكن تحقيق توازن رائع بين الطاقة وعمر البطارية، مما مهد الطريق أمام الشركات المصنعة الأخرى لاتباع نفس النهج.

العيوب والقيود الرئيسية الحالية

بالطبع، ليس كل المزايا. كما أن أجهزة الكمبيوتر ARM لديها أيضًا قيود يجب أخذها في الاعتبار.:

• توافق محدود للبرامج: العديد من التطبيقات (خاصة تلك المصممة لـ x86) لا تعمل بشكل أصلي على ARM. على الرغم من وجود أنظمة محاكاة (مثل Rosetta 2 من Apple أو Prism على نظام التشغيل Windows)، قد يتأثر الأداء.
• انخفاض الطاقة الخام في بعض السيناريوهات:في المهام التي تتطلب الكثير من المتطلبات (تحرير الفيديو الاحترافي، والألعاب المتطرفة، والتصميم بمساعدة الكمبيوتر، والمحاكاة الافتراضية المتقدمة)، شرائح ARM إنهم عادة ما يتخلفون عن أفضل x86.
• الاعتماد على التحسينات: ل احصل على أقصى استفادة منهيجب على المطورين إنشاء إصدارات محددة من تطبيقاتهم لـ ARM.
• انخفاض المعروض من الأجهزة والمكونات: بالرغم من يتغير بسرعة، في الوقت الحالي هناك خيارات أقل للمكونات والملحقات المتوافقة بنسبة 100% مع ARM في السوق، وخاصة في أوروبا وأمريكا.
• القيود في الألعاب والتخصيص:غالبًا ما تتطلب أجهزة الكمبيوتر المخصصة للألعاب وحدات معالجة رسومية مخصصة، وذاكرة وصول عشوائي (RAM) أكبر، وإمكانية الترقية، وهي أمور مقيدة بشكل أكبر على أنظمة ARM مقارنة بمنصات x86.

ومع ذلك، فإن الاتجاه هو تقليل هذه القيود بمرور الوقت، حيث يعتمد المصنعون والمطورون بشكل متزايد على ARM.

أنواع معالجات ARM والتطور التكنولوجي

يحتوي نظام ARM البيئي على العديد من المتغيرات والعائلات، من أقدم شرائح 16 بت و32 بت إلى أحدث الوحوش ذات 64 بت الموجهة إلى الخوادم وأجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة المتطورة. دعونا نلقي نظرة على أهمها:

• ARM1، ARM2، ARM3: رواد تاريخيون، استخدموا على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر الشخصية المبكرة والأنظمة المضمنة
• ARM6، ARM7، ARM9، ARM11: تطور تدريجي في الطاقة والكفاءة، مع ذاكرة تخزين مؤقتة متكاملة ودعم الوسائط المتعددة وظهور تعليمات SIMD وThumb
• StrongARM و XScale:الرقائق المرخصة من DEC و Intel، كانت شائعة جدًا في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين في أجهزة المساعد الرقمي الشخصي (PDA) والهواتف المحمولة والأجهزة الصناعية
• القشرة-أ، القشرة-ر، القشرة-م:العائلات الأكثر أهمية اليوم. Cortex-A للتطبيقات العامة (الهواتف الذكية، والأجهزة اللوحية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة)، مع إصدارات أحادية النواة ومتعددة النواة، وNEON، وTrustZone، وقدرات الوسائط المتعددة. Cortex-R للأنظمة في الوقت الحقيقي (السيارات، والأتمتة)، وCortex-M للميكروكنترولر منخفضة الطاقة وفعالة من حيث التكلفة.
• أبل السيليكون:شرائح ARM الخاصة بشركة Apple، من M1 إلى M3، مع إصدارات Pro وMax وUltra، التي تقود الطريق في الأداء على أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المكتبية التي تعمل بنظام macOS.
• نبتة أنف العجل:مجموعة Qualcomm الرائدة، المستخدمة على نطاق واسع في الهواتف المحمولة والآن في أجهزة Ultrabook وأجهزة الكمبيوتر المحمولة مع Snapdragon X Elite وجهاز الكمبيوتر الشخصي Copilot+ الجديد.

المادة ذات الصلة:

يظهر جهاز Surface Pro جديد في شهادة صينية، مما يشير إلى تحديث مدعوم بمعالج ARM.

توافق نظام التشغيل والبرمجيات على ARM

الجانب الرئيسي هو توافق البرامج، وخاصة في أنظمة التشغيل والتطبيقات المكتبية:

• Android و iOS:أنظمة مصممة منذ البداية لـ ARM، مما يضمن التوافق والأداء الجيد على الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية.
• لينكس:دعم واسع النطاق لتوزيعات مثل Ubuntu وDebian وArch Linux وKali وGentoo وOracle Linux وغيرها الكثير، بالإضافة إلى BSD (FreeBSD وNetBSD وOpenBSD).
• ماكمنذ عام 2020، تعمل أجهزة Mac التي تعمل بمعالجات Apple Silicon على ARM فقط، مع نقل معظم التطبيقات أو محاكاتها باستخدام Rosetta 2.
• Windows 10 و11 لمعالجات ARM:إصدارات محسنة تدعم التطبيقات الأصلية ومحاكاة x86، وخاصة بفضل Windows 11 Copilot+ ومحرك Prism الخاص به.

لا يزال التحدي الأكبر الذي يواجه أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بنظام ARM في الوقت الحالي هو توافق تطبيقات سطح المكتب. على الرغم من أن العديد من التطبيقات الشائعة تحتوي بالفعل على إصدارات ARM أصلية، إلا أن هناك برامج متخصصة تتطلب المحاكاة أو غير مُحسَّنة.

السوق وأهم مصنعي أجهزة الكمبيوتر ARM

تبرز اليوم العديد من الشركات والأجهزة باعتبارها رائدة في سوق ARM لأجهزة الكمبيوتر:

• ابل:مع أجهزة MacBook وiMac وMac Mini وMac Studio التي تعتمد على Apple Silicon. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم كل من iPhone وiPad وApple Watch وApple TV أيضًا تقنية ARM.
• مایکروسوفت:تمثل أجهزة الكمبيوتر ARM في مجموعتي Surface Pro X وSurface Copilot+ التزام Redmond، مع الدعم الأصلي لنظام التشغيل Windows وجهود التحسين.
• كوالكوم: رائدة في مجال الهواتف المحمولة مع نبتة أنف العجل، وهو متوفر حاليًا في أجهزة Ultrabook وأجهزة الكمبيوتر المحمولة المزودة بمعالج Snapdragon X Elite وCopilot+ PC.
• Google:نظام التشغيل Chrome OS على أجهزة Chromebook، مع عمر بطارية رائع وتوافق مع تطبيقات Android.
• سامسونج، إتش بي، أيسر، لينوفو:إنهم يقدمون أجهزة كمبيوتر محمولة وأجهزة لوحية وأجهزة قابلة للتحويل مزودة بشرائح ARM ونظام التشغيل Windows 11 ARM المثبت مسبقًا، مع إعطاء الأولوية للاستقلالية والتصميم خفيف الوزن.
• فطيرة التوت: منصة الصانع التي جلبت ARM إلى ملايين المستخدمين، وعززت البرمجة والروبوتات وإنترنت الأشياء.

الاختلافات الرئيسية بين ARM و x86 (Intel/AMD)

بالنسبة للعديد من الأشخاص، السؤال الرئيسي هو: كيف يختلف معالج ARM حقًا عن معالج Intel أو AMD x86؟

• نوع التعليمات:تستخدم ARM تقنية RISC، مع تعليمات بسيطة وقصيرة؛ x86 هو CISC، مع تعليمات معقدة وطويلة.
• الأداء لكل واطتتميز ARM بكفاءة الطاقة، وهي مثالية للبطاريات والأنظمة السلبية؛ قوة x86 الخام للمهام الصعبة.
• هندسة معمارية:ARM هو نظام معياري وقابل للتخصيص، في حين أن x86 هو أكثر انغلاقًا وتجانسًا.
• توافق البرامج:يحتوي x86 على عقود من البرامج الأصلية، ولكن ARM يتحرك بسرعة مع التطبيقات والمنصات المتعددة.
• السوق المستهدف:تسيطر شركة ARM على سوق الأجهزة المحمولة وإنترنت الأشياء، كما تشهد نموًا في سوق أجهزة الكمبيوتر المحمولة والخوادم؛ x86 على أجهزة الكمبيوتر والألعاب والإصدارات القديمة.

مستقبل أجهزة الكمبيوتر ARM: ماذا يمكننا أن نتوقع؟

El مستقبل ARM إنه يظهر كخيار متوازن للغاية لأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر القابلة للتحويل، وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة، وبشكل متزايد، أجهزة الكمبيوتر المكتبية والخوادم. وسيكون المفتاح هو تحفيز المطورين على تحسين التطبيقات وتحسين المحاكاة، مع الحفاظ على الابتكار في الطاقة والكفاءة.

وتستمر شركة أبل في قيادة الطريق من خلال نظامها البيئي المغلق والسيليكون، في حين تراهن مايكروسوفت وجوجل وغيرهما من الشركات المصنعة على توسيع التوافق والأداء على ARM. يتجه الاتجاه نحو أجهزة أخف وزناً بشكل متزايد، مع استقلالية كبيرة وأداء كافٍ لـ 90% من الاستخدام اليومي.، مما يترك القوة الخام لـ x86 في الخلفية.

يتم تحويل مشهد الحوسبة بشكل جذري بواسطة ARM، والذي لقد انتقلت من كونها لاعباً رئيسياً في الهواتف المحمولة إلى أن تصبح خياراً مهيمناً بشكل متزايد على أجهزة الكمبيوتر والخوادم. يعد اختيار جهاز مزود بمعالج ARM بمثابة وعد بالكفاءة والتنوع ومستقبل مليء بالابتكار.

دانيال تيراسا

محرر متخصص في قضايا التكنولوجيا والإنترنت بخبرة تزيد عن عشر سنوات في الوسائط الرقمية المختلفة. لقد عملت كمحرر ومنشئ محتوى لشركات التجارة الإلكترونية والاتصالات والتسويق عبر الإنترنت وشركات الإعلان. لقد كتبت أيضًا في مواقع الاقتصاد والمالية والقطاعات الأخرى. عملي هو أيضا شغفي. الآن من خلال مقالاتي في Tecnobits، أحاول استكشاف كل الأخبار والفرص الجديدة التي يقدمها لنا عالم التكنولوجيا كل يوم لتحسين حياتنا.