कैश मेमोरी क्या है और हमें इसकी आवश्यकता क्यों है?

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जैसा कि आप शीर्षक से बता सकते हैं, आज हम कैश मेमोरी के विषय में गहराई से जाने वाले हैं। तो, बिना किसी देरी के, चलिए शुरू करते हैं!

इस पोस्ट में, आप जानेंगे:

कैश मेमोरी क्या है?
कैश मेमोरी कहाँ स्थित है?
कैश मेमोरी क्यों ज़रूरी है?
कैश मेमोरी क्या है?
जब कोई प्रोग्राम चलता है या कंप्यूटर पर डेटा प्रोसेस होता है, तो वह डेटा मुख्य मेमोरी या RAM में ट्रांसफर होने से पहले सेकेंडरी मेमोरी में रहता है। RAM से, डेटा फिर CPU रजिस्टर में भेजा जाता है, लेकिन यह प्रक्रिया धीमी हो सकती है, जिससे कंप्यूटर धीमा हो सकता है। इसे संबोधित करने के लिए, कैश मेमोरी का उपयोग किया जाता है।

कैश मेमोरी RAM और CPU के बीच स्थित मुख्य मेमोरी के भीतर तेज़ गति से काम करती है। यह CPU और मुख्य मेमोरी के बीच बफर के रूप में कार्य करती है, जो कंप्यूटर को तेज़ी से चलाने में मदद करने के लिए अस्थायी रूप से डेटा संग्रहीत करती है। कैश मेमोरी स्थायी भंडारण नहीं है; डेटा यहाँ केवल तब तक रखा जाता है जब तक कंप्यूटर चालू रहता है और कंप्यूटर बंद होने पर गायब हो जाता है। अनिवार्य रूप से, जब डेटा की आवश्यकता होती है, तो CPU सबसे पहले कैश मेमोरी की जाँच करता है कि क्या यह उपलब्ध है। यदि नहीं, तो यह RAM में खोज करने के लिए आगे बढ़ता है।

कैश मेमोरी का आकार
अन्य प्रकार की मेमोरी की तुलना में कैश मेमोरी बहुत छोटी होती है। इसका आकार रजिस्टर मेमोरी से भी छोटा होता है, जो आम तौर पर एक मानक कंप्यूटर में 256 KB से 4 MB तक होता है। हालाँकि, सुपर कंप्यूटर में, कैश मेमोरी का आकार काफी बड़ा होता है। नीचे दिया गया आरेख दर्शाता है कि किस प्रकार की मेमोरी का आकार और गति सबसे बड़ी है।

कैश मेमोरी कैसे काम करती है?
जब CPU को डेटा या प्रोग्राम की आवश्यकता होती है, तो यह सबसे पहले L1 कैश में खोज करता है। यदि डेटा वहाँ नहीं मिलता है, तो यह L2 कैश में चला जाता है, और फिर यदि आवश्यक हो तो L3 कैश में चला जाता है। जब कैश से डेटा सफलतापूर्वक प्राप्त हो जाता है, तो इसे “कैश हिट” कहा जाता है। यदि डेटा नहीं मिलता है, तो इसे “कैश मिस” कहा जाता है, और फिर CPU मुख्य मेमोरी (RAM) में खोज करेगा। यदि यह RAM में नहीं मिलता है, तो यह हार्ड डिस्क जैसी सेकेंडरी मेमोरी में दिखेगा।

कैश मेमोरी के प्रकार
कंप्यूटर में कैश मेमोरी को अलग-अलग स्तरों में विभाजित किया जाता है, जो यह निर्धारित करता है कि CPU डेटा तक कैसे पहुँचता है। कैश मेमोरी CPU के सबसे करीब स्थित होती है और बहुत तेज़ी से काम करती है, हालाँकि इसका आकार काफी छोटा होता है। कैश मेमोरी के तीन मुख्य प्रकार हैं:

स्तर 1 या L1 कैश:
L1 कैश सीधे CPU चिप से जुड़ा होता है। चूँकि यह CPU चिप से जुड़ा होता है, इसलिए इसकी गति सबसे अधिक होती है। CPU और L1 कैश की क्लॉक स्पीड लगभग समान होती है, जिससे यह अधिकांश कंप्यूटर में प्राथमिक कैश बन जाता है। अक्सर एक्सेस किए जाने वाले डेटा को यहाँ संग्रहीत किया जाता है। L1 कैश का आकार 64 KB से 1 MB तक होता है। L1 कैश का एक सामान्य उदाहरण एड्रेस रजिस्टर है।

स्तर 2 या L2 कैश:
L2 कैश, L1 कैश की तरह, CPU चिप पर रहता है, लेकिन CPU कोर के भीतर नहीं। यह CPU और RAM के बीच स्थित एक अलग चिप है। यदि L1 कैश में डेटा नहीं मिलता है, तो CPU L2 कैश में खोज करता है। यही कारण है कि L2 कैश को अक्सर सेकेंडरी कैश के रूप में संदर्भित किया जाता है। इसका आकार L1 कैश से बड़ा होता है, जो 64 KB से लेकर 6 MB तक होता है, और मुख्य सिस्टम के ओवरलोड होने पर कंप्यूटर को धीमा होने से रोकने के लिए यह उच्च गति पर भी काम करता है।

स्तर 3 या L3 कैश:
L3 कैश L1 और L2 दोनों कैश से बड़ा होता है, लेकिन इसकी गति कम होती है। इसका उपयोग प्रोसेसिंग गति को बेहतर बनाने, L1 कैश के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए किया जाता है। L3 कैश की गति RAM से दोगुनी होती है। इसका आकार आमतौर पर 3 MB से लेकर 64 MB तक होता है।