Cache Memory क्या है। कंप्यूटर मे कैश मेमोरी का प्रयोग क्यो किया जाता है।

इस  पोस्ट मे बताया गया है की कैश मेमोरी क्या है (Cache Memory In Hindi) और कंप्यूटर मे कैश मेमोरी का प्रयोग क्यो किया जाता है, कैश मेमोरी कितने प्रकार की होती है, types of cache memory in hindi तथा Cache Mapping Technique क्या है य़ह कितने प्रकार की होती है।  Disk caching क्या है। कैश मेमोरी के क्या लाभ है और क्या हानियाँ है। कैश मेमोरी मे Level क्या होते है, और कैश मेमोरी के बारे मे पूरी जानकारी दी गई है।

Cache Memory क्या है।

Cache Memory एक विशेष उच्च गति (High Speed) वाली अस्थायी मेमोरी ( temporary memory) है। जो आकार में Primary और Secondary memory से छोटी, लेकिन गति मे तेज होती है।
यह मेमोरी आमतौर पर सीधे सीपीयू चिप में एकीकृत होती है या एक अलग चिप पर रखी जाती है जिसमें सीपीयू के साथ एक अलग बस इंटरकनेक्ट (Bus interconnect) होता है। कैश मेमोरी को केवल सीपीयू द्वारा एक्सेस किया जा सकता है। जिस कारण इसे सीपीयू मेमोरी भी कहा जाता है, सीपीयू इसे प्राथमिक मेमोरी की तुलना में अधिक तेज़ी से एक्सेस कर सकता है। कैश मेमोरी का उपयोग मुख्य मेमोरी से डेटा तक पहुंचने के औसत समय को कम करने के लिए किया जाता है।

यह मेमोरी उन डेटा और कार्यक्रमों को रखती है जो अक्सर सीपीयू द्वारा उपयोग किए जाते हैं। इसलिए, यह सुनिश्चित करती है कि जब भी सीपीयू को इस डेटा की आवश्यकता हो, तब सीपीयू के लिए डेटा तुरंत उपलब्ध हो सके। यदि इसे सरल शब्दो में कहे तो, सीपीयू द्वारा पहली बार उपयोग किए जाने पर डेटा और निर्देश को रैम से लिया जाता हैं। उस डेटा या निर्देशों की एक प्रतिलिपि (Copy) कैश मेमोरी में संग्रहीत (Store) कर ली जाती है, और अगली बार जब CPU को उस डेटा या निर्देशों की आवश्यकता होती है, तो वह उस डेटा को सबसे पहले कैश में दिखता है।
यदि आवश्यक डेटा वहां पाया जाता है, तो इसे मुख्य मेमोरी के बजाय कैश मेमोरी से पुनर्प्राप्त (Recover) किया जाता है। जिससे इन निर्देशों तक तेजी से पहुंचने से CPU की समग्र गति (Overall speed) बढ़ जाती है। इस प्रकार, कैश मेमोरी रैम और सीपीयू के बीच बफर के रूप में कार्य करके, सिस्टम प्रदर्शन (System performance) को गति देती है।

नोट!
1. जब CPU द्वारा की डेटा को कैश मेमोरी मे खोजा जाता है और यदि वह आवश्यक डेटा वहां पाया जाता है, तो इसे Cache hit कहते है।
2. CPU द्वारा कैश मेमोरी मे डेटा को मे खोजने मे लगने वाले समय को Hit latency कहते है।
3. यदि कैश मेमोरी मे डेटा नही मिलता तो इसे Cache miss कहते है।

कंप्यूटर मे कैश मेमोरी की अवश्यकता क्यो पडी ?

जैसा की हम जानते है की कंप्यूटर का CPU बहुत Fast होता है यह बहुत तेजी से कार्य करता है। परन्तु Secondary memory (Hard disk)  बहुत Slow होती है जिस कारण से CPU को सेकंडरी मेमोरी से डेटा access करने मे अधिक समय लगता है। जिसकी वजह से System की Speed भी Slow हो जाती है । इस Problem को Solve करने के लिए Man memory (RAM) का प्रयोग किया गया जो की सेकंडरी मेमोरी की तुलना मे काफी तेज होती है,
लेकिन फिर भी समस्या यह थी की यह मेमोरी भी CPU की तुलना मे Slow थी, और फिर इस समस्या के समाधान के लिए Cache Memory को लाया गया। यह मेमोरी प्राइमरी और सेकंडरी मेमोरी से Fast थी इसकी गति करीब-करीब CPU के बराबर है और इसका access time भी बहुत कम है। इसलिए हमे कंप्यूटर मे कैश मेमोरी का प्रयोग करने की अवश्यकता पडी ।

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कैश मेमोरी के प्रकार या Level of Cache Memory

एक कंप्यूटर में कैश मेमोरी के कई अलग-अलग Level हो सकते हैं। इन Level की संख्या सीपीयू से Cache Memory की दूरी को संदर्भित करती है। जैसे Level 1 सबसे पास की कैश मैमोरी है तथा Level 3 सबसे दूर की। कैश मेमोरी के सभी लेवल रैम से तेज होते हैं। तथा CPU के सबसे नज़दीकी कैश हमेशा सभी लेवल से तेज़ होता है लेकिन यह अधिक खर्चीला होता है और सबसे कम डेटा को संग्रहीत करता है।

जैसे- जैसे लेवल की संख्या आगे बढ़ती है साथ ही इनमे डेटा संग्रहण की क्षमता भी बढ़ जाती है परन्तु इसके साथ ही इनकी कीमत भी बढ जाती है। कैश मेमोरी के विभिन्न स्तरो के बारे मे नीचे विस्तार से बताया गया है।

Level 1 (L1)

यह Cache Memory का सबसे पहला लेवल होता है, इसे primary या internal cache भी कहा जाता है। क्योक यह सीधे Processor Chip में लगी होती है। इसकी Storage capacity 8 KB से 128 KB तक की होती है। यह सभी लेवल मे सबसे तेज होता है।

Level 2 (L2)

यह लेवल कैश लेवल L1 से थोडा slow होता है। परन्तु इसकी संग्रहण क्षमता L1 से अधिक होती है। इसे secondary cache भी कहते है। L2 कैश को सीपीयू पर एम्बेड किया जा सकता है, या फिर यह एक अलग चिप या को प्रोसेसर पर हो सकता है जिसे एक high-speed system bus के द्वारा CPU से connect किया जाता है। इस कैश लेवल की Storage capacity 512 KB से 8 MB तक की हो सकती है।

Level 3 (L3)

कैश मेमोरी लेवल 3 (L3) कैश L1 और L2 के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए विकसित विशिष्ट मेमोरी है। इसकी संग्रहण क्षमता लेवल 1 और लेवल 2 से अधिक होती है परन्तु यह गति मे L1 तथा L2 तुलना मे थोडा slow होती है। पर्सनल कंप्यूटर में अक्सर 8 MB तक का L3 कैश होता है।

Cache Mapping Technique क्या है य़ह कितने प्रकार की होती है।

Cache Mapping

जब main memory से डेटा कैश मेमोरी मे लाया जाता है तो वह डेटा कैश मे किस प्रकार store होगा या किस line मे रख जाएगा और CPU उस डेटा को कैसे fetch करेगा Cache Mapping कहलाता है। या सरल शब्दो मे हम कह सकते है की Cache Mapping एक ऐसी तकनीक है जिसके द्वारा मुख्य मेमोरी से डेटा को कैश मेमोरी में लाया जाता है। कंप्यूटर मे तीन अलग-अलग प्रकार की मैपिंग का उपयोग किया जाता है जो निम्न प्रकार हैं:-

1. Direct mapping
2. Associative mapping
3. Set-Associative mapping

नोट !
1. Main memory मे समान आकार के Partitions बनाये जाते है इन Partitions को blocks या frames कहते है।
2. Cache memory मे भी समान आकार के Partitions बनाये जाते है इन Partitions को lines कहा जाता है।

(1) Direct mapping

Direct Mapping Technique, cache mapping की सबसे सरलतम तकनीक है, इस पद्धति में मुख्य मेमोरी से प्राप्त डेटा (Block) को पहले से fix एक विशिष्ट लाइन पर कॉपी किया जाता है । इस तकनीक मे एक बार मे, एक लाइन मे केवल एक ही ब्लॉक हो सकता है यदि किसी नए ब्लॉक को लोड करने की आवश्यकता पडती है तो पुराने ब्लॉक को ट्रैश किया जाता है।

(2) Associative mapping

जैसा की हमने Direct Mapping मे जाना की इसमे मेन मेमोरी के ब्लॉक कैश मेमोरी मे एक fix ब्लॉक मे कॉपी होते है भले ही पूरी कैश मेमोरी खाली पडी हो,इस समस्या से निपटने के लिए Associative mapping को लाया गया । इस Mapping Technique मे main memory के Block Cache Memory की किसी भी Line मे Copy हो सकते है।

(3) Set-Associative mapping

यह एक ऐसी Cache Mapping Technique है जिसमे Direct mapping और Associative mapping दोनो की विशेषता होती है। इसमे कैश मेमोरी को set मे विभाजित कर लिया जाता है, और जब मेन मेमोरी से ब्लॉक कैश मे कॉपी होता है तो वह एक fix set के किसी भी Block मे Copy हो सकता है।


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कैश मेमोरी के लाभ (Advantages of cache memory)

1. यह मेमोरी प्राइमरी और सेकंडरी मेमोरी की तुलना में बहुत तेज होती है।
2. इसे CPU प्राथमिक मेमोरी की तुलना में अधिक तेज़ी से एक्सेस कर सकता है।
3. यह मुख्य मेमोरी की तुलना में कम एक्सेस समय लेती है।
4. कैशे मेमोरी RAM की तरह ही अस्थायी उपयोग के लिए डेटा संग्रहीत करती है।

कैश मेमोरी का नुकसान (Disadvantages of cache memory)

1. इसकी संग्रहण क्षमता (Storage Capacity) बहुत कम होती है।
2. कैशे मेमोरी बहुत महंगी (Costly) होती है।