मेमोरी और स्टोरेज: रैम, रोम, कैश और इकाइयां

कंप्यूटर जिस भी आंकड़े पर काम करता है, उसे कहीं रखना पड़ता है, और उसे रखने की जगहों की जो श्रृंखला होती है — प्रोसेसर के भीतर बैठे रजिस्टर से लेकर तिजोरी में रखी मैग्नेटिक टेप तक — उसे मेमोरी पदानुक्रम कहा जाता है। प्रश्नपत्र बनाने वाले हर साल इस अध्याय पर लौटते हैं, क्योंकि यह पदानुक्रम एक ऐसी सीढ़ी है जिस पर चार गुण सदा साथ चलते हैं: मेमोरी जितनी प्रोसेसर के पास होगी, उतनी ही तेज़, उतनी ही छोटी, प्रति बाइट उतनी ही महंगी और उतनी ही वोलेटाइल होगी; और जितनी दूर होगी, उतनी ही धीमी, बड़ी, सस्ती तथा स्थायी होगी। यह सीढ़ी एक बार याद कर लें, तो अधिकांश प्रश्न स्वयं हल हो जाते हैं।

मेमोरी पदानुक्रम, स्तर दर स्तर

रजिस्टर मशीन की सबसे तेज़ मेमोरी है। यह सीपीयू के भीतर ही होती है, उस क्षण अंकगणित और तर्क इकाई जिस शब्द पर काम कर रही है उसे रखती है, और बाइट में मापी जाती है। इसके बाद कैश मेमोरी आती है: स्टैटिक रैम से बनी छोटी और बहुत तेज़ मेमोरी, जो प्रोसेसर द्वारा हाल में प्रयुक्त निर्देश और आंकड़े रखती है, ताकि सीपीयू को धीमी मुख्य मेमोरी की प्रतीक्षा न करनी पड़े। प्राथमिक या मुख्य मेमोरी मदरबोर्ड पर लगी रैम और रोम है, जिसे प्रोसेसर सीधे संबोधित कर सकता है। सेकंडरी स्टोरेज — हार्ड डिस्क, सॉलिड स्टेट ड्राइव, पेन ड्राइव और डिस्क — प्रोग्राम तथा फ़ाइलें स्थायी रूप से रखती है, परंतु प्रोसेसर उसे सीधे नहीं पढ़ सकता; पहले उसकी सामग्री रैम में लानी पड़ती है। टर्शियरी या ऑफ़लाइन स्टोरेज, जैसे मैग्नेटिक टेप, बैकअप और अभिलेखन के लिए होती है।

रैम, वोलेटाइल कार्यकारी मेमोरी

रैंडम एक्सेस मेमोरी पठन-लेखन मेमोरी है: प्रोसेसर उससे पढ़ भी सकता है और उसमें लिख भी सकता है, तथा हर स्थान तक पहुंचने में समान समय लगता है, रैंडम एक्सेस का अर्थ यही है। रैम वोलेटाइल है, इसलिए बिजली बंद होते ही उसकी सामग्री मिट जाती है। इसके दो परिवार हैं। स्टैटिक रैम प्रत्येक बिट को ट्रांजिस्टरों के फ़्लिप-फ़्लॉप में रखती है, उसे रीफ़्रेश की आवश्यकता नहीं होती, वह बहुत तेज़ और बहुत महंगी है, अतः कैश के रूप में प्रयुक्त होती है। डायनामिक रैम प्रत्येक बिट को एक अत्यंत छोटे कैपेसिटर पर आवेश के रूप में रखती है, जो रिसता रहता है, इसलिए परिपथ को हर सेल को सेकंड में हज़ारों बार रीफ़्रेश करना पड़ता है; वह धीमी है परंतु कहीं अधिक घनी और सस्ती, इसीलिए हर कंप्यूटर की मुख्य मेमोरी डीरैम होती है। एसडीरैम तथा डीडीआर, डीडीआर2, डीडीआर3 और डीडीआर4 मॉड्यूल सिंक्रोनस डीरैम की क्रमिक पीढ़ियां हैं।

रोम और उसका परिवार

रीड ओनली मेमोरी नॉन-वोलेटाइल है: बिजली के बिना भी वह अपनी सामग्री बनाए रखती है और सामान्य उपयोग में उसमें लिखा नहीं जाता। स्विच दबाते ही मशीन को जिसकी आवश्यकता होती है, वही उसमें रहता है — बूटस्ट्रैप लोडर और बायोस — इसी कारण रोम की सामग्री को फ़र्मवेयर कहा जाता है। इस परिवार के चार सदस्य जोड़ों में पूछे जाते हैं। एमरोम मास्क्ड रोम है, जिसे निर्माता स्थायी रूप से लिखता है। पीरोम को उपयोगकर्ता पीरोम बर्नर से एक बार लिख सकता है, फिर कभी नहीं। ईपीरोम को उसकी क्वार्ट्ज़ खिड़की पर पराबैंगनी प्रकाश डालकर मिटाया जाता है, जिसके बाद उसे फिर लिखा जा सकता है। ईईपीरोम को विद्युत संकेत से, बाइट दर बाइट, चिप को परिपथ से निकाले बिना मिटाया और फिर लिखा जाता है; फ़्लैश मेमोरी ईईपीरोम का ही तेज़, ब्लॉक में मिटने वाला रूप है, और पेन ड्राइव, मेमोरी कार्ड तथा सॉलिड स्टेट ड्राइव सभी इसी से बनते हैं।

कैश हिट और वर्चुअल मेमोरी

जब प्रोसेसर कोई शब्द मांगे और वह कैश में मिल जाए, तो उसे कैश हिट कहते हैं; न मिले तो कैश मिस, और तब शब्द मुख्य मेमोरी से लाना पड़ता है। प्रोसेसर कई स्तर प्रयोग करते हैं: एल1 प्रत्येक कोर के भीतर और सबसे छोटा, फिर एल2, फिर कोरों के बीच साझा बड़ा एल3। वर्चुअल मेमोरी इसके उलट काम करती है। रैम कम पड़ने पर ऑपरेटिंग सिस्टम निष्क्रिय पृष्ठों को हार्ड डिस्क के आरक्षित भाग, स्वैप स्पेस या पेज फ़ाइल में भेज देता है, जिससे भौतिक रैम से बड़े प्रोग्राम भी चल जाते हैं। इससे मशीन ऐसा व्यवहार करती है जैसे उसमें वास्तविक से अधिक रैम हो, परंतु गति की कीमत पर।

सेकंडरी स्टोरेज और उसकी तीन तकनीकें

सेकंडरी स्टोरेज को उसकी भौतिकी के आधार पर बांटा जाता है। मैग्नेटिक उपकरण एक परत को चुंबकित करते हैं: घूमती प्लेटों, रीड-राइट हेड, ट्रैक, सेक्टर और सिलिंडर वाली हार्ड डिस्क, पुरानी फ़्लॉपी डिस्क, तथा मैग्नेटिक टेप, जो अनुक्रमिक अभिगम वाला एकमात्र सामान्य उपकरण है। ऑप्टिकल उपकरण लेज़र से गड्ढे जलाते और पढ़ते हैं: 700 एमबी की कॉम्पैक्ट डिस्क, एक तरफ़ एक परत वाली 4.7 जीबी की डीवीडी, और प्रति परत 25 जीबी की ब्लू-रे डिस्क। फ़्लैश या सॉलिड स्टेट उपकरणों में कोई चलने वाला पुरजा नहीं होता और वे फ़्लोटिंग गेट सेल में आवेश फंसाते हैं: पेन ड्राइव, एसडी कार्ड और एसएसडी, जो हार्ड डिस्क से तेज़, नि:शब्द तथा झटका सहने में कहीं अधिक सक्षम हैं।

भंडारण की इकाइयां

बिट एक द्विआधारी अंक है, 0 या 1। चार बिट से एक निबल और आठ बिट से एक बाइट बनती है, जितनी जगह एक वर्ण को चाहिए। बाइट के ऊपर हर चरण 1,024 से गुणा होता है, जो 2 का दसवां घात है: 1,024 बाइट से एक किलोबाइट, 1,024 केबी से एक मेगाबाइट, 1,024 एमबी से एक गीगाबाइट, 1,024 जीबी से एक टेराबाइट, और यह सीढ़ी पेटाबाइट, एक्साबाइट, ज़ेटाबाइट तथा योटाबाइट तक चलती है। शब्द लंबाई वह बिट संख्या है जिसे प्रोसेसर एक बार में संभालता है, आज की मशीनों में 32 या 64 बिट।