Cache Memory Kya Hai?

इस पोस्ट में हम समझेंगे, कंप्यूटर और लैपटॉप में cache memory kya hai।  इस पोस्ट में, हम देखेंगे कि इस cache memory का क्या महत्व है, इस cache memory का एक विशिष्ट आकार क्या है, और cache memory के विभिन्न स्तर क्या हैं जो हम कंप्यूटर के अंदर पाते हैं। इस cache memory को समझने से पहले, आइए देखें कि हम अपने कंप्यूटर के अंदर किस तरह की मेमोरी देखते हैं।

पहली तरह की memory जो हमें अपने कंप्यूटर के अंदर मिलती है, वह है non-volatile तरह की memory। हार्ड डिस्क ड्राइव की तरह। इस हार्ड डिस्क ड्राइव में mechanically घूमने वाली फास्ट डिस्क होती है, जिसे प्लेटर्स के रूप में भी जाना जाता है। और यदि आप किसी व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हार्ड डिस्क ड्राइव को देखते हैं, तो डिस्क की typical rotating गति या तो 5400 या 7200 RPM है। चूंकि इस हार्ड डिस्क ड्राइव में mechanically rotating भाग होता है, इसलिए गति के मामले में, वे काफी धीमी होती हैं। इस हार्ड डिस्क ड्राइव के साथ मिलने वाली typical read या write स्पीड 80 से 150 MBPS तक होती है। लेकिन अगर आप सीपीयू की क्लॉक स्पीड देखें तो यह 1 गीगाहर्ट्ज़ से 4 गीगाहर्ट्ज़ तक की रेंज में है। इसलिए, भले ही प्रोसेसर डेटा को अधिक गति से स्वीकार करने में सक्षम है, लेकिन यह उसी दर पर इस हार्ड डिस्क ड्राइव के माध्यम से डेटा प्राप्त नहीं कर सकता है।

 अब Random Access Memory देखते हैं। हार्ड डिस्क ड्राइव की तुलना में Random Access Memory तेज होती है। इसलिए, यह RAM हार्ड डिस्क ड्राइव की तुलना में सीपीयू को अधिक तेज दर पर डेटा प्रदान कर सकता है। लेकिन फिर भी, यह सीपीयू की घड़ी की गति से धीमी है। रैम की विशिष्ट गति 400 मेगाहर्ट्ज से 800 मेगाहर्ट्ज तक होती है। फिर भी, यह सीपीयू की घड़ी की गति से धीमी है। लेकिन अगर आप उनमें से DDR3 और DDR4 जैसी नई पीढ़ियों को देखते हैं, तो वे 1600 मेगाहर्ट्ज या 2100 मेगाहर्ट्ज तक बहुत तेज गति से काम कर सकते हैं।

अब यदि आप इन RAM की गति देखते हैं, तो वे सीपीयू की गति के बराबर हैं। अब, आप कह सकते हैं कि RAM का यह नया version सीपीयू को उस rate पर डेटा की supply कर सकता है जिस पर वे चाहते हैं। लेकिन नहीं । आधुनिक समय के प्रोसेसर जो हम उपयोग कर रहे हैं वे सिंगल-कोर प्रोसेसर नहीं हैं, लेकिन वे मल्टी कोर प्रोसेसर हैं। यह प्रोसेसर डुअल-कोर, क्वाड-कोर, या शायद ऑक्टा-कोर भी हो सकता है। यदि सभी कोर एक ही समय में डेटा के लिए पूछ रहे हैं, तो यह RAM एक ही समय में सभी कोर को डेटा देने में सक्षम नहीं हो सकता है। और यही वह जगह है जहां यह cache memory काम  में आती है।

Memories के बीच cache memory सबसे तेज है। cache memory भी Random Access Memory  है लेकिन यह एक विशेष प्रकार की RAM है, जिसे static RAM के रूप में जाना जाता है। डायनेमिक RAM के विपरीत, जिसे हम सामान्य RAM के अंदर पाते हैं, यह static RAM काफी तेज है। और इस cache memory का विशिष्ट आकार किलो मेगा बाइट्स की सीमा में कुछ मेगा बाइट्स तक है। CPU द्वारा अक्सर आवश्यक डेटा की supply इस cache memory  द्वारा की जा सकती है। आमतौर पर, सीपीयू द्वारा आवश्यक कुछ निर्देश और डेटा इस cache memory में संग्रहीत किए जाते हैं।

अब इस cache memory के विभिन्न स्तरों को देखते हैं। cache memory के पहले स्तर को level 1 cache या  L1 cache के रूप में जाना जाता है। तो, इस स्तर 1 cache में, मेमोरी की एक छोटी मात्रा स्वयं सीपीयू के अंदर एकीकृत होती है। और सीपीयू के अंदर सभी कोर का व्यक्तिगत level 1 cache है। सीपीयू के अंदर इस level 1 cache एकीकृत के रूप में, वे सीपीयू की समान गति से काम कर सकते हैं। और यही कारण है कि, सभी cache में level 1 cache सबसे तेज़ है। अब, इस level 1 cache का विशिष्ट मेमोरी साइज 2KB से 64 KB तक है। अब इस level 1 cache के अंदर, cache दो प्रकार का होता है। एक instruction cache है और दूसरा डेटा cheche है। इसलिए, instruction cache उन सभी instructions को संग्रहीत करता है जो CPU द्वारा आवश्यक होते हैं और डेटा cache CPU द्वारा आवश्यक डेटा संग्रहीत करता है।

अब, cache के दूसरे level को देखते हैं। तो, इस cache को या तो level 2cache या L2 cache के रूप में जाना जाता है। अब, यह level 2 cache या तो सीपीयू के अंदर हो सकता है या यह सीपीयू के बाहर हो सकता है। अब, यह level 2 cache सभी कोर के लिए अलग हो सकता है या इसे CPU के सभी कोर के बीच shared किया जा सकता है। यदि यह level 2 cache CPU के बाहर है, तो यह CPU के साथ बहुत उच्च गति वाली बस से जुड़ा हुआ है। तो, इस level 2 cache की memory का आकार 256 KB से 512 KB की सीमा में है। लेकिन गति के मामले में, वे L1 cache की तुलना में धीमी हैं।

 अब, तीसरे प्रकार के cache को Level3 cache के रूप में जाना जाता है। सभी प्रोसेसर में यह level 3 cache नहीं होता है, लेकिन कुछ उच्च अंत प्रोसेसर में यह level 3 cache होता है। और इस level 1 cache का उपयोग इस level 1 और level 2 cache के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए किया जाता है। अब यह level 3 cache सभी कोर के बीच shared किया गया है। और यह CPU के बाहर है। इस level 3 cache का मेमोरी साइज 1 MB की रेंज में हाई-एंड प्रोसेसर के लिए 8 MB तक है। लेकिन यह L1 और L2 cache की तुलना में धीमा है। लेकिन फिर भी, यह Random Access Memory या RAM से तेज है।

 अब सीपीयू कुछ डेटा की जरूरत है जब प्रक्रिया flow को देखते हैं। जब भी CPU को कुछ डेटा की आवश्यकता होती है, तो सबसे पहले, यह L1 cache के अंदर दिखेगा। तो, अगर यह L1 cache के अंदर नहीं मिलेगा, तो यह L2 cache के अंदर दिखेगा। और अगर डेटा L2 cache के अंदर है तो यह L3 cache में दिखेगा। इसलिए, यदि CPU cache memory के अंदर डेटा पाता है तो इसे cache हिट के रूप में जाना जाता है। लेकिन अगर cache के अंदर डेटा उपलब्ध नहीं है तो इसे cache मिस के रूप में जाना जाता है। मान लीजिए कि L3 cache में डेटा उपलब्ध नहीं है, तो CPU Random Access Memory या RAM के अंदर दिखेगा। और फिर भी, अगर यह RAM के अंदर कोई डेटा नहीं खोजता है, तो उसे हार्ड डिस्क ड्राइव से वह डेटा मिलेगा। जब आप अपना कंप्यूटर पहली बार शुरू कर रहे हैं या आप पहली बार कुछ एप्लिकेशन खोल रहे हैं, तो वह डेटा cache memory या RAM में उपलब्ध नहीं होगा। उस समय सीपीयू को हार्ड डिस्क ड्राइव से वह डेटा मिलेगा। लेकिन, एक बार एप्लिकेशन ओपन हो जाए और उसके बाद यदि उसे कुछ डेटा की आवश्यकता हो तो सीपीयू को वह डेटा RAM या cache memory में से मिल जाएगा।

अब, आप पूछ सकते हैं कि यदि यह cache memory इतनी तेज़ है तो इस cache memory का आकार केवल मेगा बाइट्स में क्यों है। कारण यह है कि यह cache memory अन्य यादों की तुलना में बहुत अधिक महंगा है। और यही कारण है कि आप सीपीयू मेमोरी के कुछ मेगा बाइट्स केवल सीपीयू के अंदर ही पाते हैं। जब भी आप अपने लिए कुछ डेस्कटॉप या लैपटॉप खरीद रहे हों, तो न केवल Random Access Memory देखें, बल्कि यह भी देखें कि सीपीयू में कितनी cache memory है। क्योंकि यह cache memory प्रोसेसर के समग्र प्रदर्शन को तय करती है। और यही बात स्मार्टफोन प्रोसेसर के लिए भी लागू होती है। मुझे उम्मीद है कि इस पोस्ट में आप समझ गए होंगे कि cache memory क्या है और कंप्यूटर के अंदर इस cache memory का क्या महत्व है।

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