सीपीयू कैश कैसे काम करता है? L1, L2 और L3 कैश क्या हैं?

सीपीयू कैश कैसे काम करता है? L1, L2 और L3 कैश क्या हैं?

हाल के वर्षों में कंप्यूटर प्रोसेसर काफी उन्नत हुए हैं। ट्रांजिस्टर हर साल छोटे होते जाते हैं, और प्रगति एक ऐसे बिंदु पर पहुंच रही है जहां मूर का नियम बेमानी होता जा रहा है।



जब प्रोसेसर की बात आती है, तो यह न केवल ट्रांजिस्टर और आवृत्तियों की गणना करता है बल्कि कैश भी होता है।

आपने कैश मेमोरी के बारे में तब सुना होगा जब CPU (Central Processing Units) की चर्चा हो रही हो। हालाँकि, हम इन CPU कैश मेमोरी नंबरों पर पर्याप्त ध्यान नहीं देते हैं, और न ही ये CPU विज्ञापनों का प्राथमिक आकर्षण हैं।





तो, CPU कैश वास्तव में कितना महत्वपूर्ण है, और यह कैसे काम करता है?

सीपीयू कैश मेमोरी क्या है?

सीधे शब्दों में कहें, एक सीपीयू मेमोरी कैश वास्तव में एक तेज़ प्रकार की मेमोरी है। कंप्यूटिंग के शुरुआती दिनों में, प्रोसेसर की गति और मेमोरी की गति कम थी। हालाँकि, 1980 के दशक के दौरान, प्रोसेसर की गति तेजी से बढ़ने लगी - तेजी से। उस समय की सिस्टम मेमोरी (RAM) बढ़ती CPU गति का सामना नहीं कर सकती थी या उससे मेल नहीं खा सकती थी, और इसलिए एक नए प्रकार की अल्ट्रा-फास्ट मेमोरी का जन्म हुआ: CPU कैश मेमोरी।



अब, आपके कंप्यूटर के अंदर कई प्रकार की मेमोरी है।

हार्ड डिस्क या एसएसडी की तरह प्राथमिक भंडारण होता है, जो डेटा के बड़े हिस्से को संग्रहीत करता है - ऑपरेटिंग सिस्टम और प्रोग्राम।

अगला, हमारे पास रैंडम एक्सेस मेमोरी है, आमतौर पर RAM के रूप में जाना जाता है . यह प्राथमिक भंडारण की तुलना में बहुत तेज है लेकिन केवल एक अल्पकालिक भंडारण माध्यम है। आपका कंप्यूटर और उस पर मौजूद प्रोग्राम अक्सर एक्सेस किए गए डेटा को संग्रहीत करने के लिए RAM का उपयोग करते हैं, जिससे आपके कंप्यूटर पर कार्यों को अच्छा और तेज़ रखने में मदद मिलती है।

अंत में, सीपीयू में अपने आप में और भी तेज मेमोरी इकाइयाँ होती हैं, जिन्हें सीपीयू मेमोरी कैश के रूप में जाना जाता है।

कंप्यूटर मेमोरी में इसकी परिचालन गति के आधार पर एक पदानुक्रम होता है। सीपीयू कैश इस पदानुक्रम में सबसे तेज होने के कारण सबसे ऊपर है। सीपीयू का ही एक हिस्सा होने के कारण यह सेंट्रल प्रोसेसिंग के सबसे करीब है।

कंप्यूटर मेमोरी भी कई प्रकार की होती है।

कैश मेमोरी स्टेटिक रैम (एसआरएएम) का एक रूप है, जबकि आपके नियमित सिस्टम रैम को डायनेमिक रैम (डीआरएएम) के रूप में जाना जाता है। DRAM के विपरीत, स्टेटिक RAM लगातार रिफ्रेश किए बिना डेटा को होल्ड कर सकती है, जो SRAM को कैशे मेमोरी के लिए आदर्श बनाता है।

सीपीयू कैश कैसे काम करता है?

आपके कंप्यूटर पर प्रोग्राम और ऐप्स को निर्देशों के एक सेट के रूप में डिज़ाइन किया गया है जिसे सीपीयू व्याख्या करता है और चलाता है। जब आप कोई प्रोग्राम चलाते हैं, तो निर्देश प्राथमिक स्टोरेज (आपकी हार्ड ड्राइव) से सीपीयू तक अपना रास्ता बनाते हैं। यह वह जगह है जहाँ स्मृति पदानुक्रम खेल में आता है।

डेटा पहले रैम में लोड होता है और फिर सीपीयू को भेजा जाता है। सीपीयू इन दिनों प्रति सेकंड बड़ी संख्या में निर्देशों को पूरा करने में सक्षम हैं। अपनी शक्ति का पूर्ण उपयोग करने के लिए, सीपीयू को सुपर-फास्ट मेमोरी तक पहुंच की आवश्यकता होती है, जहां सीपीयू कैश आता है।

मेमोरी कंट्रोलर रैम से डेटा लेता है और इसे सीपीयू कैश में भेजता है। आपके सीपीयू के आधार पर, नियंत्रक सीपीयू पर या आपके मदरबोर्ड पर पाए जाने वाले नॉर्थब्रिज चिपसेट पर पाया जाता है।

मेमोरी कैश तब सीपीयू के भीतर डेटा के आगे और पीछे करता है। मेमोरी पदानुक्रम सीपीयू कैश के भीतर भी मौजूद है।

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CPU कैश मेमोरी के स्तर: L1, L2, और L3

CPU कैश मेमोरी को तीन 'स्तरों' में विभाजित किया गया है: L1, L2, और L3। मेमोरी पदानुक्रम फिर से गति और इस प्रकार, कैश के आकार के अनुसार होता है।

तो, क्या CPU कैश आकार से प्रदर्शन पर कोई फर्क पड़ता है?

L1 कैश

L1 (स्तर 1) कैश कंप्यूटर सिस्टम में मौजूद सबसे तेज मेमोरी है। पहुंच की प्राथमिकता के संदर्भ में, L1 कैश में वह डेटा होता है जिसकी सीपीयू को एक निश्चित कार्य को पूरा करते समय सबसे अधिक आवश्यकता होती है।

L1 कैश का आकार CPU पर निर्भर करता है। कुछ टॉप-एंड उपभोक्ता CPU में अब Intel i9-9980XE की तरह 1MB L1 कैश की सुविधा है, लेकिन इनकी कीमत बहुत अधिक है और अभी भी कुछ और बहुत दूर हैं। कुछ सर्वर चिपसेट, जैसे Intel की Xeon रेंज, में 1-2MB L1 मेमोरी कैश भी होता है।

कोई 'मानक' L1 कैश आकार नहीं है, इसलिए आपको खरीदने से पहले सटीक L1 मेमोरी कैश आकार निर्धारित करने के लिए CPU विनिर्देशों की जांच करनी चाहिए।

L1 कैश आमतौर पर दो खंडों में विभाजित होता है: निर्देश कैश और डेटा कैश। निर्देश कैश उस ऑपरेशन के बारे में जानकारी से संबंधित है जो सीपीयू को करना चाहिए, जबकि डेटा कैश उस डेटा को रखता है जिस पर ऑपरेशन किया जाना है।

L2 कैश

L2 (स्तर 2) कैश L1 कैश से धीमा है लेकिन आकार में बड़ा है। जहाँ एक L1 कैश किलोबाइट में माप सकता है, आधुनिक L2 मेमोरी कैश मेगाबाइट में मापता है। उदाहरण के लिए, AMD के उच्च रेटेड Ryzen 5 5600X में 384KB L1 कैश और 3MB L2 कैश (साथ ही 32MB L3 कैश) है।

L2 कैश का आकार CPU के आधार पर भिन्न होता है, लेकिन इसका आकार आमतौर पर 256KB से 8MB के बीच होता है। अधिकांश आधुनिक CPU 256KB L2 कैश से अधिक पैक करेंगे, और यह आकार अब छोटा माना जाता है। इसके अलावा, कुछ सबसे शक्तिशाली आधुनिक सीपीयू में एक बड़ा L2 मेमोरी कैश होता है, जो 8MB से अधिक होता है।

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जब गति की बात आती है, तो L2 कैश L1 कैश से पिछड़ जाता है, लेकिन फिर भी आपके सिस्टम RAM की तुलना में बहुत तेज़ होता है। L1 मेमोरी कैश आमतौर पर आपके RAM से 100 गुना तेज होता है, जबकि L2 कैश लगभग 25 गुना तेज होता है।

L3 कैश

L3 (स्तर 3) कैश पर। शुरुआती दिनों में, L3 मेमोरी कैश वास्तव में मदरबोर्ड पर पाया जाता था। यह बहुत समय पहले की बात है, जब अधिकांश CPU केवल सिंगल-कोर प्रोसेसर थे। अब, आपके CPU में L3 कैश बड़े पैमाने पर हो सकता है, जिसमें टॉप-एंड उपभोक्ता CPU में L3 कैश 32MB तक है। कुछ सर्वर CPU L3 कैश 64MB तक की विशेषता वाले इससे अधिक हो सकते हैं।

L3 कैश सबसे बड़ा लेकिन सबसे धीमा कैश मेमोरी यूनिट भी है। आधुनिक CPU में CPU पर ही L3 कैश शामिल होता है। लेकिन जब चिप पर ही प्रत्येक कोर के लिए L1 और L2 कैश मौजूद होते हैं, L3 कैश एक सामान्य मेमोरी पूल के समान होता है जिसका उपयोग पूरी चिप कर सकती है।

निम्न छवि Intel Core i5-3570K CPU के लिए CPU मेमोरी कैश स्तर दिखाती है:

ध्यान दें कि L1 कैश को दो में कैसे विभाजित किया जाता है, जबकि L2 और L3 क्रमशः बड़े होते हैं।

मुझे कितनी CPU कैश मेमोरी की आवश्यकता है?

अच्छा सवाल है। अधिक बेहतर है, जैसा कि आप उम्मीद कर सकते हैं। नवीनतम सीपीयू में स्वाभाविक रूप से पुरानी पीढ़ियों की तुलना में अधिक सीपीयू कैश मेमोरी शामिल होगी, संभावित रूप से तेज कैश मेमोरी के साथ भी। एक चीज जो आप कर सकते हैं वह है सीखना सीपीयू की प्रभावी ढंग से तुलना कैसे करें . वहाँ बहुत सारी जानकारी है, और विभिन्न सीपीयू की तुलना और इसके विपरीत सीखने से आपको सही खरीदारी निर्णय लेने में मदद मिल सकती है।

सीपीयू मेमोरी कैश के बीच डेटा कैसे चलता है?

बड़ा सवाल: सीपीयू कैश मेमोरी कैसे काम करती है?

अपने सबसे बुनियादी शब्दों में, डेटा RAM से L3 कैश, फिर L2 और अंत में L1 में प्रवाहित होता है। जब प्रोसेसर किसी ऑपरेशन को करने के लिए डेटा की तलाश कर रहा होता है, तो वह पहले इसे L1 कैश में खोजने की कोशिश करता है। यदि सीपीयू इसे ढूंढता है, तो स्थिति को कैश हिट कहा जाता है। यह फिर इसे L2 और फिर L3 में खोजने के लिए आगे बढ़ता है।

यदि सीपीयू को किसी भी मेमोरी कैश में डेटा नहीं मिलता है, तो वह इसे आपके सिस्टम मेमोरी (रैम) से एक्सेस करने का प्रयास करता है। जब ऐसा होता है, तो इसे कैश मिस के रूप में जाना जाता है।

अब, जैसा कि हम जानते हैं, कैशे को मुख्य मेमोरी और सीपीयू के बीच सूचना के आगे और पीछे की गति को तेज करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। मेमोरी से डेटा एक्सेस करने में लगने वाला समय 'लेटेंसी' कहलाता है।

L1 कैश मेमोरी में सबसे कम विलंबता है, जो सबसे तेज और कोर के सबसे करीब है, और L3 में सबसे अधिक है। कैश मिस होने पर मेमोरी कैश लेटेंसी बढ़ जाती है क्योंकि सीपीयू को सिस्टम मेमोरी से डेटा को पुनः प्राप्त करना होता है।

जैसे-जैसे कंप्यूटर तेज और अधिक कुशल होते जाते हैं, विलंबता कम होती जाती है। कम विलंबता DDR4 RAM और सुपर-फास्ट SSDs विलंबता को कम करते हैं, जिससे आपका पूरा सिस्टम पहले से कहीं अधिक तेज़ हो जाता है। उसमें आपके सिस्टम मेमोरी की स्पीड भी जरूरी है।

सीपीयू कैश मेमोरी का भविष्य

कैश मेमोरी डिज़ाइन हमेशा विकसित हो रहा है, विशेष रूप से जैसे-जैसे मेमोरी सस्ती, तेज़ और सघन होती जाती है। उदाहरण के लिए, एएमडी के सबसे हालिया नवाचारों में से एक स्मार्ट एक्सेस मेमोरी और इन्फिनिटी कैश है, जो दोनों कंप्यूटर के प्रदर्शन को बढ़ाते हैं।

साझा करना साझा करना कलरव ईमेल एएमडी बनाम। इंटेल: सबसे अच्छा गेमिंग सीपीयू क्या है?

यदि आप एक गेमिंग पीसी बना रहे हैं और एएमडी और इंटेल सीपीयू के बीच फटा हुआ है, तो यह जानने का समय है कि आपके गेमिंग रिग के लिए कौन सा प्रोसेसर सबसे अच्छा है।

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लेखक के बारे में गेविन फिलिप्स(945 लेख प्रकाशित)

गेविन विंडोज एंड टेक्नोलॉजी एक्सप्लेन्ड के लिए जूनियर एडिटर हैं, जो वास्तव में उपयोगी पॉडकास्ट के लिए एक नियमित योगदानकर्ता और एक नियमित उत्पाद समीक्षक हैं। उनके पास बीए (ऑनर्स) कंटेम्परेरी राइटिंग है, जिसमें डेवोन की पहाड़ियों से डिजिटल आर्ट प्रैक्टिस के साथ-साथ एक दशक से अधिक का पेशेवर लेखन अनुभव है। वह चाय, बोर्ड गेम और फुटबॉल का भरपूर आनंद लेता है।

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