कैश मेमोरी क्या है? यह वास्तव में कैसे काम करता हैं?

Cache Memory In Hindi

कैश वह शब्द है जिसे आज भी सुना जाता है। हर दिन तेजी से बढ़ते प्रोसेसर के क्षेत्र में तेजी के साथ, इस शब्दावली का उपयोग तेजी से बढ़ा है। यह भी फास्‍टर प्रोसेसिंग में सबसे प्रमुख पैरामीटर रहा है, लेकिन वास्तव में कैश क्या है? क्या यह प्रोसेसिंग युनिट हैं या मेमोरी? L1, L2 और L3 कैश क्या है?

 

Cache Memory Meaning In Hindi:

कैश मेमोरी का मतलब:

Cache memory, जिसे Cache भी कहा जाता है, एक पूरक मेमोरी सिस्टम हैं, जो कंप्यूटर के सेंट्रल प्रोसेसर द्वारा त्वरित प्रोसेसिंग के लिए अक्सर उपयोग किए जाने वाले इंस्‍ट्रक्‍शन और डेटा को अस्थायी रूप से स्‍टोर करता है।

 

Cache Memory In Hindi Language

कैश मेमोरी (“कैश” के रूप में उच्चारण) वोलेटाइल कंप्यूटर मेमोरी है जो CPU के बहुत करीब है, जिसे CPU मेमोरी भी कहा जाता है। इसमें सभी हाल के इंस्ट्रक्शंस कैश मेमोरी में स्‍टोर हैं। यह सबसे तेज मेमोरी है जो कंप्यूटर माइक्रोप्रोसेसर को हाई-स्पीड डेटा एक्सेस प्रदान करती है। कैश का अर्थ है कि इसका उपयोग यूजर द्वारा दिए गए इनपुट को स्‍टोर करने के लिए किया जाता है और जो कंप्यूटर माइक्रोप्रोसेसर के लिए कार्य करने के लिए आवश्यक है। लेकिन मेमोरी (रैंडम एक्सेस मेमोरी (RAM)) और हार्ड डिस्क की तुलना में Cache Memory की क्षमता बहुत कम है।

 

Importance of Cache memory in Hindi:

कैश मेमोरी का महत्व

कैश मेमोरी प्रोसेसर और मेमोरी के बीच के रास्ते में निहित है। इसलिए कैश मेमोरी में मेमोरी की तुलना में कम एक्‍सेस टाइम होता है और यह मुख्य मेमोरी से तेज होती है। एक कैश मेमोरी में 100ns का एक्सेस टाइम होता है, जबकि मुख्य मेमोरी में 700ns का एक्सेस टाइम हो सकता है।

कैश मेमोरी बहुत महंगी है और इसलिए क्षमता में सीमित है। पहले कैश मेमोरी अलग से उपलब्ध थीं लेकिन अब माइक्रोप्रोसेसर में चिप पर ही कैश मेमोरी होती है।

कैश मेमोरी की आवश्यकता मुख्य memory और CPU की स्‍पीड के बीच तालमेल न होने के कारण है। CPU क्‍लॉक बहुत तेज है, जबकि मुख्य मेमोरी एक्सेस टाइम तुलनात्मक रूप से धीमा है। इसलिए, कोई फर्क नहीं पड़ता कि प्रोसेसर कितना फास्‍ट है, प्रोसेसिंग स्‍पीड मुख्य मेमोरी की स्‍पीड पर निर्भर करती है (एक चेन की ताकत उसके सबसे कमजोर लिंक की ताकत है)। यह इस कारण से है कि एक कैश मेमोरी जो प्रोसेसर की स्‍पीड के करीब एक्‍सेस टाइम पेश करती है।

 

कैश मेमोरी वर्तमान में एक्सेक्यूटेड होने वाले प्रोग्राम (या उसके भाग) को स्‍टोर करती है या जिसे कुछ ही समय में एक्सेक्यूट किया जा सकता है। कैश मेमोरी अस्थायी डेटा भी स्‍टोर करती है जो CPU को अक्सर हेरफेर के लिए आवश्यक हो सकता है।

कैश मेमोरी विभिन्न एल्गोरिदम के अनुसार काम करती है, जो यह तय करती है कि उसे क्या जानकारी स्‍टोर करनी है। ये एल्गोरिदम यह तय करने की संभावना पर काम करते हैं कि कौन से डेटा की सबसे अधिक आवश्यकता होगी। इस संभावना को पिछले निरीक्षण के आधार पर काम किया जाता है।

यह CPU और मुख्य memory के बीच एक हाइ स्‍पीड बफर के रूप में कार्य करता है और प्रोसेसिंग के दौरान अस्थायी स्टोर बहुत एक्टिव डेटा और एक्‍शन के लिए उपयोग किया जाता है क्योंकि कैश मेमोरी मुख्य मेमोरी से तेज़ होती है। वर्तमान प्रोसेसिंग में आवश्यक डेटा और इंस्ट्रक्शंस को कैश में उपलब्ध करवाकर प्रोसेसिंग स्‍पीड बढ़ जाती है। कैश मेमोरी बहुत महंगी है और इसलिए क्षमता में सीमित है।

 

Type of Cache memory in Hindi:

कैश मेमोरी का प्रकार

कैश मेमोरी CPU की स्‍पीड में सुधार करती है, लेकिन यह महंगी है। कैश मेमोरी को अलग-अलग लेवल L1,L2,L3 में विभाजित किया गया हैं।

Cache in Hindi

1) Level 1 (L1) cache or Primary Cache

L1 प्राथमिक प्रकार की कैश मेमोरी है। L1 कैश की साइज दूसरों की तुलना में बहुत कम है जो 2KB से 64KB के बीच है, यह कंप्यूटर प्रोसेसर पर निर्भर करता है। यह कंप्यूटर माइक्रोप्रोसेसर (CPU) में एक एम्बेडेड रजिस्टर है। CPU द्वारा आवश्यक इंस्ट्रक्शंस जो सबसे पहले L1 कैश में खोजे जाते हैं। रजिस्टर्स के उदाहरण- accumulator, address register,, Program counter आदि हैं।

 

2)  (L2) cache or Secondary Cache

L2 दूसरी प्रकार की कैश मेमोरी है। L2 कैश की साइज L1 की तुलना में अधिक कैपेसिटिव है जो 256KB से 512KB के बीच है। L2 कैश कंप्यूटर माइक्रोप्रोसेसर पर स्थित है। L1 कैश में इंस्ट्रक्शन्स को खोजने के बाद, अगर नहीं मिला तो यह कंप्यूटर माइक्रोप्रोसेसर द्वारा L2 कैश में खोजा जाता हैं। हाई-स्पीड सिस्टम बस, कैश को माइक्रोप्रोसेसर से इंटरकनेक्ट करता है।

 

3) Level 3 (L3) cache or Main Memory

L3 कैश की साइज बड़ी है, लेकिन L1 और L2 की तुलना में स्‍पीड में भी धीमा है, इसकी साइज 1MB से 8MB के बीच है। मल्टीकोर प्रोसेसर में, प्रत्येक कोर में L1 और L2 अलग हो सकते हैं, लेकिन सभी कोर एक सामान्य C3 कैश शेयर करते हैं। रैम की तुलना में L3 कैश की स्‍पीड डबल हैं।

 

How Cache Memory works in Hindi:

कैशे मेमोरी कैसे काम करती है

यह समझने के लिए कि कैशे कैसे काम करती हैं, इसके पहले आपको CPU कैसे काम करता है, इसके बारे में जानकारी होनी चाहिए। तो आइए एक नजर डालते हैं-

मेमोरी आर्गेनाइजेशन

CPU – सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट कंप्यूटर के ब्रेन की तरह है; और कोड में लिखे गए इंस्ट्रक्शंस पर सिस्टम के अरिथमेटिकल, लॉजिक ऑपरेशन करता है।

एक सिस्टम का मेमोरी आर्गेनाइजेशन नीचे दिखाया गया है:

कोर CPU है, और फिर कैश हैं, फिर रैम और फिर स्टोरेज डिवाइस है।

Cache in Hindi

जब कोई एप्लिकेशन शुरू होता है या डेटा रिड / राइट करना होता है या किसी ऑपरेशन को करना होता है तो विशिष्ट ऑपरेशन से जुड़े डेटा और कमांड को धीमी गती से चलने वाले स्टोरेज डिवाइस (मैग्नेटिक डिवाइस – हार्ड डिस्क, ऑप्टिकल डिवाइस – सीडी ड्राइव आदि) से फास्‍ट डिवाइस पर शिफ्ट किया जाता है। यह फास्‍ट डिवाइस RAM है – रैंडम एक्सेस मेमोरी।

यह RAM- DRAM (Dynamic Random Access Memory) का प्रकार है। RAM को यहां रखा गया है क्योंकि यह फास्‍टर डिवाइस है, और जब भी प्रोसेसर द्वारा डेटा / कमांड / इंस्ट्रक्शंस की आवश्यकता होती है, तो वे उन्हें स्‍लो स्‍पीड वाले स्‍टोरेज डिवाइस की तुलना में फास्‍ट रेट पर प्रदान करते हैं। वे स्‍टोरेज डिवाइस के लिए कैश मेमोरी के रूप में कार्य करते हैं। हालाँकि वे धीमे स्टोरेज डिवाइस की तुलना में बहुत तेज़ हैं लेकिन प्रोसेसर बहुत तेज़ स्‍पीड से प्रक्रिया करता है और वे उस रेट पर आवश्यक डेटा / इंस्ट्रक्शंस प्रदान करने में सक्षम नहीं होते हैं। इसलिए ऐसी डिवाइस की जरूरत है जो रैम से तेज हो जो प्रोसेसर की जरूरतों को पूरा कर सके।

इसलिए आवश्यक डेटा को तेज मेमोरी के अगले लेवल पर ट्रांसमिट किया जाता है, जिसे Cache मेमोरी के रूप में जाना जाता है। Cache भी एक प्रकार की RAM है, लेकिन यह Static RAM – SRAM है। SRAM, DRAM की तुलना में तेज और महंगी है, क्योंकि DRAM के विपरीत जो चार्ज के रूप में डेटा को स्टोर करने के लिए 1 ट्रांजिस्टर और कैपेसिटर का उपयोग करता है, SRAM में डेटा को स्टोर करने के लिए फ्लिप-फ्लॉप (6 ट्रांजिस्टर) हैं। और यही नहीं, उन्हें समय-समय पर (बस्टेबल लैचिंग सर्किट्री की वजह से) रिफ्रेश करने की जरूरत नहीं हैं, क्योंकि DRAM इसे और तेज़ बनाता है।

 

भाग दो:

यह मेमोरी आम तौर पर विभिन्न लेवल में विभाजित होती है। निम्नलिखित आकृति में हम प्रक्रिया प्रवाह देख सकते हैं:

Cache in Hindi

मान लें कि सिस्टम में तीन लेवल का कैश है (लेवल का मतलब है कि समग्र कैश मेमोरी को अलग-अलग हार्डवेयर सेग्मेंट्स में विभाजित किया जाता है, जिनकी प्रोसेसिंग स्‍पीड और मेमोरी भिन्न होती हैं)।

RAM से डेटा को 3rd लेवल (L3 cache) के कैश में ट्रांसफर किया जाता है। L3 कैश ओवरऑल कैश मेमोरी का एक सेगमेंट है। L3 कैश, RAM से फास्‍ट है लेकिन L2 कैश से स्‍लो है।

आगे की प्रोसेस को तेज करने के लिए दूसरे क्रम में L2 कैश का उपयोग किया जाता है। वे प्रोसेसर के तत्काल आसपास के क्षेत्र में स्थित हैं। लेकिन कुछ आधुनिक प्रोसेसर में L2 कैश इनबिल्ट होता है जिससे प्रोसेस फास्‍ट होती है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह आवश्यक नहीं है कि एक सिस्‍टम में कैश के 3 लेवल हों; इसमें कैश का 1 या 2 लेवल हो सकता है। कोर लेवल पर पहले लेवल का कैश है जो कि L1 कैश मेमोरी है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले कमांड / इंस्ट्रक्शंस / डेटा को मेमोरी के इस भाग में स्‍टोर किया जाता है। इसे प्रोसेसर में ही बनाया गया है। इस प्रकार यह सभी कैश मेमोरी में सबसे तेज है।

 

प्रोसेस फ्लो

इसलिए जब भी प्रोसेसर को कोई एक्‍शन करने या किसी कमांड को एक्‍सेक्‍यूट करने की आवश्यकता होती है, तो यह पहले डेटा रजिस्टरों के स्‍टेट को चेक करता है।

यदि आवश्यक इंस्ट्रक्शंस / डेटा वहां पर मौजूद नहीं है, तो यह कैश मेमोरी के पहले लेवल – L1 में देखता है, और यदि डेटा मौजूद नहीं है तो यह आगे चलकर दूसरे और कैश मेमोरी के तीसरे लेवल तक जाता है।

जब भी प्रोसेसर द्वारा आवश्यक डेटा कैश में नहीं पाया जाता है तो इसे CACHE MISS के रूप में जाना जाता है और यह एक्‍सेक्‍यूशन में देरी करता है जिससे सिस्टम स्‍लो हो जाता है। यदि डेटा कैश मेमोरी में पाया जाता है तो इसे CACHE HIT के नाम से जाना जाता है।

यदि आवश्यक डेटा कैश मेमोरी में नहीं मिलता है, तो प्रोसेसर रैम में चेक करता है। और अगर यह भी विफल हो जाता है तो यह धीमे स्टोरेज डिवाइस में इसे देखने जाता है।

तो उपरोक्त प्रोसेस को रेखांकन के रूप में संक्षेपित किया जा सकता है:

 

भाग III

Cache Controller (सबसे अच्छा हिस्सा)

तो हम कह सकते हैं कि कैश का उपयोग प्रोसेसिंग / एक्‍सेक्‍यूशन को तेज करके सिस्टम को तेज बनाने के लिए किया जाता है।

लेकिन कैश के बारे में केवल इतना ही नहीं है। सवाल उठता है कि कैश कैसे जानता है कि डेटा या कमांड / इंस्ट्रक्शंस का टुकड़ा महत्वपूर्ण है और निकट भविष्य में प्रोसेसर इसके बारे में पूछ सकता है। इसका जवाब है कैश कंट्रोलर जो कैश से जुड़ा होता है। यह कैश पर निम्नलिखित 2 सिद्धांतों को लागू करता है:

पहला मामला: जिन डेटा या इंस्ट्रक्शंस को आमतौर पर बहुत उपयोग किया जाता है या कंप्यूटर अक्सर उपयोग करता है, उन्हें कैश में स्‍टोर किया जाता हैं।

दूसरा मामला: कैश का उपयोग संभावित डेटा को रिड करने के लिए किया जाता है, यह वह डेटा है जिसे निकट भविष्य में सबसे अधिक रिड किया जाना है।

आइए हम इसे उदाहरण के द्वारा समझते हैं।

पहले मामले को लें। एक उदाहरण पर विचार करें। मान ले की आप निबंध एम. एस. वर्ड में टाइप कर रहे हैं और कुछ शब्दों को आप बार-बार टाइप कर रहे हैं।

मान लीजिए कि यह चल रहा है …

बेहतर तरीका यह होगा कि आप उस शब्द को कॉपी कर लें और जब भी जरूरत होगी वहाँ पर पेस्‍ट करेंगे तो आपका काफी टाइम बच जाएगा और प्रक्रिया को स्‍पीड देगा।

इस तरह से कैश कंट्रोलर काम करता है, इसलिए प्रोसेसर के मांगने से पहले ही कैश में मौजूद होने के लिए सबसे संभावित डेटा उपलब्ध कर देता है।

दूसरे मामले पर विचार करते हैं। यह मामला समझने के लिए सिर्फ एक उदाहरण है। हम कहते हैं कि एक यूजर एक फ़ोल्डर ओपन है जिसमें 1,2,3,4 और 5 नाम की 5 फाइलें हैं।

अब जैसे ही कोई यूजर 1 नंबर की फाइल को ओपन करेगा, तो कंट्रोलर 2 नबंर की फाइल का अनुमान लगाएगा और उसे कैशे में स्‍टोर करेगा। इससे कैशे हिट हो जाएगा, जिससे एक्‍सेक्‍यूशन तेजी से होगा।

 

निष्कर्ष:

तो हम कह सकते हैं कि कैश मेमोरी एक हाई-स्पीड रैंडम एक्सेस मेमोरी है जिसका उपयोग सिस्टम सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट द्वारा डेटा / इंस्ट्रक्शन को अस्थायी रूप से स्टोर करने के लिए किया जाता है। यह प्रोसेसर के सबसे लगातार और सबसे संभावित डेटा और इंस्ट्रक्शंस को “करीब” स्‍टोर करके एक्‍सेक्‍यूशन समय को कम कर देता है, जहां सिस्टम CPU जल्दी से प्राप्त कर सकता है।

 

Cache Memory Hindi.

Cache Memory Hindi, What is Cache Memory in Hindi. Cache Memory Meaning In Hindi, Cache Memory In Hindi Language.

Summary
Reviewed Item
What is Cache Memory in Hindi.
Author Rating
51star1star1star1star1star