1980 के दशक में माइक्रोप्रोसेसर गति मेमोरी एक्सेस समय की तुलना में तेजी से बढ़ी। यह जल्द ही स्पष्ट हो गया कि मेमोरी को एक्सेस करने की गति में सुधार करने और पूरे सिस्टम को अधिक कुशल बनाने के लिए कुछ किया जाना चाहिए। प्रोसेसिंग गति और मेमोरी गति के बीच उन विसंगतियों ने कैश के विकास को जन्म दिया।
कैश क्या है
कैश का आविष्कार कंप्यूटर विज्ञान के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण घटनाओं में से एक था। लेकिन वास्तव में कैश क्या है? यह कैसे काम करता है?
अपने मूल स्तर पर कैश एक तेज प्रकार की मेमोरी है। इसमें मेमोरी का एक छोटा पूल होता है जिसमें निर्देश होते हैं जिनकी कंप्यूटर को किसी विशेष कार्य को करते समय सबसे अधिक आवश्यकता होगी। कंप्यूटर जटिल एल्गोरिदम और प्रोग्रामिंग कोड के ज्ञान का उपयोग करके उस जानकारी को कैश में लोड करता है। कंप्यूटर में कैश सिस्टम होने का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि CPU को जिस क्रम में आवश्यकता हो, उस क्रम में डेटा तक निर्बाध पहुंच हो।
यह देखने के लिए कि यह कैसे काम करता है, आपको यह जानना होगा कि कंप्यूटर में तीन प्रकार की मेमोरी होती है। पहले हार्ड ड्राइव या SSD में पाई जाने वाली प्राथमिक मेमोरी है। यह मशीन में मेमोरी का सबसे बड़ा भंडार है। फिर RAM या रैंडम एक्सेस मेमोरी है, जो प्राथमिक मेमोरी डिवाइस की तुलना में तेज लेकिन छोटी है। अंत में, CPU के भीतर मेमोरी यूनिट हैं, जिन्हें कैश के रूप में जाना जाता है। कैश सभी मेमोरी प्रकारों में सबसे तेज है।
जब कोई प्रोग्राम लॉन्च होता है, तो वह प्रोग्राम के कोड में पाए जाने वाले निर्देशों की एक श्रृंखला को निष्पादित करना शुरू करता है। वह जानकारी पहले RAM में लोड होती है और फिर CPU पर जाती है। निर्देशों को पूरा करने के लिए डेटा का सर्वोत्तम उपयोग करने के लिए, CPU को हाई-स्पीड मेमोरी की आवश्यकता होती है। यहीं पर कैश आता है।
कैश के स्तर
CPU के भीतर, कैश के तीन अलग-अलग स्तर हैं: L1, L2, और L3। कुछ कंपनियां L4 कैश पर भी काम कर रही हैं।
L1 कैश तीनों में सबसे तेज और सबसे छोटा है। इसमें वह डेटा होता है जिसकी CPU को संचालन करने के लिए सबसे अधिक आवश्यकता होती है। L1 आमतौर पर लगभग 256KB रखता है, हालांकि कुछ ने इसे 1MB तक बढ़ा दिया है।
इस छोटे कैश का दोहरा उद्देश्य है, जिसमें एक इंस्ट्रक्शन कैश और एक डेटा कैश दोनों हैं। इंस्ट्रक्शन कैश उन संचालन से संबंधित है जो CPU को करने हैं, और डेटा कैश उस जानकारी को रखता है जिस पर प्रक्रिया की जानी है।
इसके बाद L2 कैश आता है। L2 धीमा है और L1 से अधिक जानकारी रखता है। इसमें 256K और 8MB के बीच डेटा होता है जिसकी कंप्यूटर को आगे एक्सेस करने की सबसे अधिक संभावना होगी।
अंत में, हम L3 कैश देखते हैं। यह सबसे बड़ा और सबसे धीमा कैश है, जो 4MB से 50MB तक कहीं भी स्टोर करता है।
कैश कैसे काम करता है
जब आपके कंप्यूटर पर कोई प्रोग्राम शुरू होता है, तो डेटा RAM से L3 कैश, फिर L2 और अंत में L1 में प्रवाहित होता है। जबकि प्रोग्राम चल रहा होता है, CPU इसे चलाने के लिए आवश्यक जानकारी की तलाश L1 कैश से शुरू करके पीछे की ओर करता है। यदि CPU को आवश्यक जानकारी मिल जाती है, तो इसे कैश हिट कहा जाता है। यदि यह आवश्यक जानकारी नहीं ढूंढ पाता है, तो यह कैश मिस है, और कंप्यूटर को आवश्यक जानकारी खोजने के लिए कहीं और देखना पड़ता है।
कंप्यूटर की दक्षता में विलंबता एक महत्वपूर्ण कारक है। विलंबता एक सूचना के टुकड़े को पुनः प्राप्त करने के लिए आवश्यक समय है। L1 कैश सबसे तेज है, और इसलिए इसमें सबसे कम विलंबता है। जब कैश मिस होता है, तो विलंबता बढ़ जाती है क्योंकि कंप्यूटर को आवश्यक जानकारी खोजने के लिए विभिन्न कैश में खोजते रहना पड़ता है।
नए कंप्यूटर्स में बहुत छोटा CPU ट्रांजिस्टर आकार होता है जिसने बोर्ड पर अधिक जगह बनाना संभव बना दिया है जिस पर कैश को सीधे रखा जा सके। भौतिक रूप से कैश को CPU के करीब रखने से विलंबता कम होती है।
हालांकि कैश कुछ ऐसा नहीं है जिसे कंप्यूटर बेचने वाले अक्सर इंगित करते हैं, इसकी जांच करना उचित है। तेज कैश में कम विलंबता होगी, जिससे आपके प्रोग्राम तेजी से और अधिक कुशलता से चलेंगे।
