2.3: الشريط الجانبي - قانون مور

Last updated
Save as PDF

Page ID: 168372

Ly-Huong T. Pham, Tejal Desai-Naik, Laurie Hammond, & Wael Abdeljabbar
ASCCC Open Educational Resources Initiative (OERI)

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

تتقدم التكنولوجيا، وتزداد سرعة أجهزة الكمبيوتر كل عام. غالبًا ما يكون المستهلكون غير متأكدين من شراء هاتف ذكي أو جهاز لوحي أو طراز كمبيوتر شخصي اليوم لأنه سيتم طرح طراز أكثر تقدمًا قريبًا، مما يجعلهم يشعرون بالأسف لأنه لن يكون الأكثر تقدمًا بعد الآن. أدرك جوردون مور، المؤسس المشارك لشركة Fairchild وأحد مؤسسي Intel، هذه الظاهرة في عام 1965، مشيرًا إلى أن أعداد الترانزستور في المعالجات الدقيقة تتضاعف كل عام. تطورت بصيرته في النهاية إلى قانون مور، الذي ينص على أن عدد الترانزستورات على الرقاقة سيتضاعف كل عامين. (مور، 1965). تم تعميم هذا في مفهوم أن قوة الحوسبة ستتضاعف كل عامين لنفس نقطة السعر. هناك طريقة أخرى للنظر إلى هذا وهي الاعتقاد بأن نفس سعر طاقة الحوسبة سيتم خفضه إلى النصف كل عامين. على الرغم من أن الكثيرين قد توقعوا زوالها، فقد استمر قانون مور لأكثر من خمسة وخمسين عامًا. تتغير التكنولوجيا مع الابتكار في التصميم ودعم الذكاء الاصطناعي. يعتقد الخبراء الآن،

«اسم اللعبة الآن هو أن التكنولوجيا قد لا تكون ترانزستورات السيليكون التقليدية؛ الآن قد تكون الحوسبة الكمومية، وهي بنية مختلفة وتكنولوجيا النانو، والتي تتكون من البروتينات والإنزيمات العضوية.»

لذلك سيتغير تركيز قانون مور كما هو الحال في السنوات الخمس المقبلة. يعتقد الخبراء أن قانون مور لن يكون قادرًا على الاستمرار إلى أجل غير مسمى بسبب القيود المادية لتقليص حجم المكونات على الرقاقة باستمرار. في الوقت الحالي، لا يمكن رؤية مليارات الترانزستورات الموجودة على الرقائق بالعين المجردة. يُعتقد أنه إذا استمر قانون مور حتى عام 2050، فسيتعين على المهندسين تصميم ترانزستورات من مكونات أصغر من ذرة واحدة من الهيدروجين.

نسخة محدثة من قانون مور على مدى 120 عامًا (استنادًا إلى الرسم البياني لكورزويل). أحدث 7 نقاط بيانات هي جميع وحدات معالجة الرسومات NVIDIA. — الشكل\(\PageIndex{1}\): قانون مور على مدى 120 عامًا. الصورة من Jurvetson مرخصة بموجب CC BY-SA 2.0

يمثل هذا الرقم العلاقة التجريبية لقانون مور المرتبطة بعدد الترانزستورات في دائرة متكاملة كثيفة تتضاعف كل عامين تقريبًا.

ستكون هناك نقطة، يومًا ما، نصل فيها إلى قمة تكنولوجيا المعالجة حيث تحدث تحديات للمضي قدمًا في تقليص الدوائر في وقت النمو المتسارع الذي سيصبح فيه النمو المتسارع أكثر تكلفة. سيصبح قانون مور بعد ذلك قديمًا بسبب الابتكار التكنولوجي. سيستمر المهندسون في السعي لإيجاد طرق جديدة لزيادة الأداء (Moore، 1965).

اللوحة الأم

تعتبر اللوحة الأم محور لوحة الدائرة الرئيسي لطبقة الكومبو. تقوم لوحة الوصل بتوصيل مدخلات ومكونات الكمبيوتر. كما أنه يتحكم في الطاقة التي يستقبلها القرص الصلب وبطاقة الفيديو. تعد اللوحة الأم مكونًا مهمًا، حيث تحتوي على وحدة المعالجة المركزية (CPU) والذاكرة وموصلات الإدخال والإخراج. تتصل كل من وحدة المعالجة المركزية والذاكرة ومكونات التخزين، من بين أشياء أخرى، باللوحة الأم. تأتي اللوحات الأم بأشكال وأحجام مختلفة؛ وتختلف أسعار اللوحات الأم أيضًا حسب درجة التعقيد. يعتمد التعقيد على مدى صغر حجم الكمبيوتر أو قابليته للتوسعة. تحتوي معظم اللوحات الأم الحديثة على العديد من المكونات المتكاملة، مثل معالجة الفيديو والصوت، والتي تتطلب مكونات منفصلة.

رسم توضيحي للوحة الأم — الشكل\(\PageIndex{2}\): اللوحة الأم للكمبيوتر من MH Rhee مرخصة بموجب CC BY-SA 2.0

ذاكرة الوصول العشوائي

عند بدء تشغيل الكمبيوتر، يبدأ تحميل المعلومات من القرص الثابت إلى ذاكرة العمل الخاصة به. تسمى ذاكرة الكمبيوتر قصيرة المدى بذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، والتي تنقل البيانات بشكل أسرع بكثير من القرص الثابت. يتم تحميل أي برنامج تقوم بتشغيله على الكمبيوتر في ذاكرة الوصول العشوائي للمعالجة. ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) هي مكون عالي السرعة يخزن جميع المعلومات التي يحتاجها الكمبيوتر للاستخدام الحالي وفي المستقبل القريب. الوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي أسرع بكثير من استرجاعها من القرص الصلب. لكي يعمل الكمبيوتر بفعالية، يجب تثبيت الحد الأدنى من ذاكرة الوصول العشوائي. في معظم الحالات، ستؤدي إضافة المزيد من ذاكرة الوصول العشوائي إلى السماح بتشغيل الكمبيوتر بشكل أسرع. عند زيادة حجم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، يتم تقليل عدد المرات التي يتم فيها تنفيذ عملية الوصول هذه، مما يجعل الكمبيوتر يعمل بشكل أسرع. ميزة أخرى لذاكرة الوصول العشوائي هي أنها ذاكرة متقلبة أو مؤقتة. هذا يعني أنه يمكنه تخزين البيانات طالما أنه يتلقى الطاقة؛ عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر، يتم فقدان أي بيانات مخزنة في ذاكرة الوصول العشوائي. هذا هو السبب في أننا بحاجة إلى محركات أقراص صلبة ومحركات أقراص SSD تحتوي على المعلومات عند إيقاف تشغيل النظام.

يتم تثبيت ذاكرة RAM بشكل عام في كمبيوتر شخصي باستخدام وحدة ذاكرة مزدوجة مضمنة (DIMM). يعتمد نوع DIMM المقبول في الكمبيوتر على اللوحة الأم. كما هو موضح في قانون مور، زادت كمية الذاكرة وسرعات وحدات DIMM بشكل كبير على مر السنين.

القرص الصلب والقرص الصلب

أثناء استخدام ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) كذاكرة عاملة، يحتاج الكمبيوتر أيضًا إلى مكان لتخزين البيانات على المدى الطويل. تستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر الشخصية اليوم قرصًا ثابتًا لتخزين البيانات على المدى الطويل. القرص الصلب هو قرص مادة مغناطيسية؛ محرك الأقراص الثابتة أو HDD هو الجهاز لتخزين البيانات في القرص الصلب. القرص هو المكان الذي يتم فيه تخزين البيانات عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر واسترجاعها من وقت تشغيل الكمبيوتر. يوفر HDD الكثير من التخزين بتكلفة غير مكلفة مقارنة بـ SSD.

محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة

SSD هو جهاز من الجيل الجديد يحل محل الأقراص الصلبة. فهي أسرع بكثير، وتستخدم الذاكرة المستندة إلى الفلاش. تُستخدم رقائق أشباه الموصلات لتخزين البيانات، وليس الوسائط المغناطيسية. يقوم المعالج المضمن (أو الدماغ) بقراءة البيانات وكتابتها. يعد الدماغ، الذي يُطلق عليه اسم وحدة التحكم، عاملاً مهمًا في تحديد سرعة القراءة والكتابة. تتناقص أسعار SSD، لكنها باهظة الثمن. لا تحتوي أقراص SSD على أجزاء متحركة، على عكس الأقراص الصلبة، التي تتعامل مع التآكل الناتج عن الدوران والكسر.

مقارنة SSD مقابل HDD

تمثل علامات الاختيار أفضل اختيار في الفئة.

مقارنة بين محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ومحركات الأقراص الثابتة
سمة	SSD (محرك الأقراص ذو الحالة الصلبة)	HDD (محرك القرص الصلب)
سحب الطاقة/عمر البطارية	استهلاك أقل للطاقة، بمعدل 2 إلى 3 واط، مما يؤدي إلى زيادة طاقة البطارية لمدة تزيد عن 30 دقيقة.	المزيد من سحب الطاقة - بمتوسط 6 - 7 واط وبالتالي يستخدم المزيد من البطارية.
التكلفة	باهظ الثمن، حوالي 0.20 دولارًا لكل غيغابايت (بناءً على شراء محرك أقراص سعة 1 تيرابايت).	فقط حوالي 0.03 دولار لكل جيجابايت، رخيصة جدًا (شراء طراز 4 تيرابايت)
سعة	لا تزيد عادةً عن 1 تيرابايت لمحركات الأقراص بحجم الكمبيوتر المحمول؛ 4 تيرابايت كحد أقصى لأجهزة الكمبيوتر المكتبية.	عادةً ما تكون حوالي 500 جيجابايت و2 تيرابايت كحد أقصى لمحركات الأقراص بحجم الكمبيوتر المحمول؛ و10 تيرابايت كحد أقصى لأجهزة الكمبيوتر المكتبية.
وقت تشغيل نظام التشغيل	متوسط وقت بدء التشغيل حوالي 10-13 ثانية.	متوسط وقت بدء التشغيل حوالي 30-40 ثانية.
الضوضاء	لا توجد أجزاء متحركة، وبالتالي لا يوجد صوت.	يمكن سماع النقرات الصوتية والدوران.
الاهتزاز	لا يوجد اهتزاز حيث لا توجد أجزاء متحركة.	يمكن أن يؤدي دوران الأطباق أحيانًا إلى الاهتزاز.
تم إنتاجه بالحرارة	سحب منخفض للطاقة وعدم وجود أجزاء متحركة، لذلك يتم إنتاج القليل من الحرارة.	لا ينتج HDD الكثير من الحرارة، ولكنه سيحتوي على كمية حرارة أكبر قابلة للقياس من SSD بسبب الأجزاء المتحركة وسحب الطاقة العالي.
معدل الفشل	متوسط الوقت بين معدل الفشل البالغ 2.0 مليون ساعة.	متوسط الوقت بين معدل الفشل البالغ 1.5 مليون ساعة.
سرعة نسخ الملفات/الكتابة	بشكل عام أعلى من 200 ميجابايت/ثانية وما يصل إلى 550 ميجابايت/ثانية لمحركات الأقراص المتطورة.	يمكن أن يتراوح النطاق من 50 إلى 120 ميجابايت/ثانية.
التشفير	تشفير القرص الكامل (FDE) مدعوم في بعض الموديلات.	تشفير القرص الكامل (FDE) مدعوم في بعض الموديلات.
سرعة فتح الملف	أسرع بنسبة تصل إلى 30% من الأقراص الصلبة.	أبطأ من SSD.
هل تأثرت المغناطيسية؟	SSD آمن من أي تأثيرات للمغناطيسية.	يمكن للمغناطيسات مسح البيانات.

مرجع

مور، جوردون إي (1965). «حشر المزيد من المكونات على الدوائر المتكاملة» (PDF). مجلة الإلكترونيات. ص 4. تم استرجاعه 2012-10-18.