ما هي العملية الدقيقة؟

أجهزة الكمبيوتر مبرمجة بلغات البرمجة. هذه اللغات قابلة للقراءة بشكل عام وتسمح للمبرمج بتهيئة ما يفعله الكمبيوتر. يجب بعد ذلك تجميع هذا الرمز في تعليمات الكمبيوتر. تختلف التفاصيل الدقيقة لهذا الأمر اعتمادًا على بنية مجموعة التعليمات أو ISA التي يستخدمها الكمبيوتر المقصود. هذا هو السبب في وجود روابط تنزيل مختلفة لوحدات المعالجة المركزية x86 من Intel و AMD ووحدات المعالجة المركزية ARM كما هو مستخدم في أجهزة Apple الحديثة. يختلف ISA لـ x86 و ARM ؛ يجب تجميع البرنامج بشكل منفصل. كما أوضحت شركة Apple ، من الممكن بناء طبقة ترجمة رائعة ؛ ليس من الشائع القيام بذلك.

قد تعتقد أن وحدة المعالجة المركزية ترى الإرشادات التي يتم تقديمها بها ثم تقوم بتنفيذها بالترتيب. هناك العديد من الحيل التي تقوم بها وحدات المعالجة المركزية الحديثة ، بما في ذلك التنفيذ خارج الترتيب ، مما يسمح لوحدة المعالجة المركزية بإعادة ترتيب الأشياء أثناء التنقل لتحسين الأداء. ومع ذلك ، فإن الجزء الذكي المخفي جيدًا هو العمليات الصغيرة.

خط الأنابيب إلى العمليات الدقيقة

يمكن استدعاء التعليمات الفردية في رمز الجهاز التعليمات أو العمليات ؛ الشروط قابلة للتبديل. تتمثل إحدى الصعوبات في حوسبة مجموعة التعليمات المعقدة أو بنيات CISC مثل x86 في أن التعليمات يمكن أن تختلف في المدة التي تستغرقها. يشير هذا تحديدًا إلى مقدار البيانات التي يأخذونها لتمثيلها. في x86 ، يمكن أن تكون التعليمات قصيرة مثل بايت واحد أو بطول 15. قارن هذا بمعمارية RISC-V القياسية المستخدمة بواسطة وحدات المعالجة المركزية ARM الحديثة مع تعليمات 4 بايت ذات طول ثابت.

تلميح: RISC تعني حوسبة مجموعة التعليمات المخفضة.

أحد الآثار المترتبة على هذا الاختلاف في الهيكل هو أن معماريات RISC تميل إلى أن تكون أسهل كثيرًا في خط الأنابيب بكفاءة. كل تعليمة لها مراحل متعددة لتشغيلها والتي تستخدم أجهزة مختلفة. يدير خط الأنابيب تعليمات متعددة خلال هذه المراحل في وقت واحد ، مع تعليمات واحدة على وجه التحديد في كل مرحلة. تقدم خطوط الأنابيب دفعة كبيرة للأداء عند استخدامها بكفاءة. أحد العوامل الرئيسية في الاستخدام الفعال لخط الأنابيب هو ضمان استخدام كل مرحلة في وقت واحد. هذا يحافظ على كل شيء يمر عبر خط الأنابيب بسلاسة.

مع كون جميع التعليمات بنفس الطول ، تميل تعليمات RISC إلى طلب نفس وقت المعالجة مثل بعضها البعض. ومع ذلك ، في CISC ، مثل x86 ، يمكن أن تستغرق بعض الإرشادات وقتًا أطول لإكمالها من غيرها. هذا يخلق مشكلة كفاءة كبيرة عند توصيل وحدة المعالجة المركزية. في كل مرة تأتي فيها تعليمات أطول ، تتعطل في خط الأنابيب لفترة أطول. هذا يسبب فقاعة ويحمل كل شيء خلفها. العمليات الصغيرة هي الحل لذلك.

عمليات صغيرة فعالة

بدلاً من التعامل مع كل تعليمات على أنها المستوى الوحيد للعملية الذي يمكن إجراؤه ، تقدم العمليات الدقيقة طبقة سفلية جديدة. يمكن تقسيم كل عملية إلى العديد من العمليات الصغيرة. من خلال تصميم العمليات الدقيقة بعناية ، يمكنك تحسين خط الأنابيب.

ومن المثير للاهتمام أن هذا يوفر ميزة جديدة. في حين أن ISA بشكل عام ، لنفترض أن x86 لا يزال كما هو بين العديد من الأجيال المختلفة لوحدة المعالجة المركزية ، يمكن تصميم العمليات الصغيرة بشكل مخصص لكل جيل من الأجهزة. يمكن القيام بذلك من خلال فهم عميق لمقدار الأداء الذي يمكن ضغطه خارج كل مرحلة من مراحل خطوط الأنابيب لكل عملية صغيرة.

في الأيام الأولى للعمليات الدقيقة ، كانت عبارة عن اتصالات سلكية صلبة تعمل على تنشيط أو تعطيل وظائف معينة اعتمادًا على العملية الدقيقة. في تصميم وحدة المعالجة المركزية الحديثة ، تتم إضافة عملية صغيرة إلى المخزن المؤقت لإعادة الترتيب. إنه هذا المخزن المؤقت الذي يمكن أن تقوم به وحدة المعالجة المركزية بإعادة الترتيب الموجه نحو الكفاءة. إنها عمليات صغيرة ، وليست تعليمات فعلية ، يتم إعادة ترتيبها.

في بعض الحالات ، خاصة مع وحدات المعالجة المركزية الأكثر تقدمًا ، يمكن عمل المزيد. اندماج العمليات الصغيرة هو المكان الذي يتم فيه دمج العديد من العمليات الصغيرة في عملية واحدة. على سبيل المثال ، قد تؤدي سلسلة من العمليات الصغيرة البسيطة إجراءً يمكن تنفيذه بتعليمات واحدة أكثر تعقيدًا. من خلال تقليل عدد العمليات الصغيرة التي يتم إجراؤها ، يمكن أن تكتمل العملية بشكل أسرع. هذا يقلل أيضًا من عدد تغييرات الحالة التي تقلل من استهلاك الطاقة. يمكن حتى تحليل التعليمات الكاملة ودمجها في هياكل تشغيل دقيقة أكثر كفاءة.

تستفيد بعض وحدات المعالجة المركزية (CPU) من ذاكرة التخزين المؤقت للعمليات الدقيقة. هذا يخزن تسلسلات العمليات الدقيقة التي تم فك تشفيرها بالكامل والتي يمكن إعادة استخدامها إذا تم استدعاؤها مرة أخرى. عادةً ما يُشار إلى حجم ذاكرة التخزين المؤقت هذه بعدد العمليات الصغيرة التي يمكن تخزينها بدلاً من سعة البايت.

خاتمة

العملية الصغيرة هي تنفيذ خاص بوحدة المعالجة المركزية لمجموعة التعليمات. يتم فك التعليمات إلى سلسلة من العمليات الصغيرة. هذه العمليات الصغيرة أسهل بكثير في تخطيط الأنابيب بشكل أكثر كفاءة وبالتالي الاستفادة بشكل أفضل من موارد وحدة المعالجة المركزية. نظرًا لأن العمليات الصغيرة لا يتم ترميزها بشكل ثابت في مجموعة التعليمات ، فيمكن تخصيصها للأجهزة المحددة لكل جيل من وحدات المعالجة المركزية. غالبًا ما يتم تقصير العمليات الصغيرة إلى العمليات الدقيقة أو حتى عمليات μops. يستخدم هذا الحرف اليوناني μ ( يُنطق Mu ) ، رمز SI للبادئة الدقيقة.