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🖥️ Unit 1 – Computer System और Organisation  ·  Lesson 02

Memory, Buses और Microprocessor

Memory की units

Computer हर चीज़ bits में store करता है। Bit (binary digit) सबसे छोटी unit है और 0 या 1 होती है। आठ bits मिलकर एक byte बनाते हैं, जिसमें A जैसा एक English character आ जाता है। चार bits को nibble कहते हैं।

1 byte →0011020304050617
Letter "A" 8 bits (01000001) के रूप में
Unitबराबरअसली size
1 Byte (B)8 bitsएक character
1 Kilobyte (KB)1024 Bछोटी text file
1 Megabyte (MB)1024 KBPhone photo ≈ 3 MB
1 Gigabyte (GB)1024 MB1 घंटे की HD movie ≈ 1.5 GB
1 Terabyte (TB)1024 GBLaptop hard disk
1 Petabyte (PB)1024 TBबड़ी companies के data centres

PB के बाद Exabyte (EB), Zettabyte (ZB) और Yottabyte (YB) आते हैं, हर एक पिछले का 1024 गुना।

🧮 Solved example

Pen drive 16 GB की है। कितने MB? 16 × 1024 = 16384 MB। 4 MB की कितनी photos आएँगी? 16384 ÷ 4 = 4096 photos।

Memory hierarchy

कोई भी एक memory एक साथ तेज़, बड़ी और सस्ती नहीं होती। इसलिए computer hierarchy use करता है: CPU के पास छोटी और बहुत तेज़ memory, दूर बड़ी और धीमी memory।

RegistersCPU के अंदर · सबसे तेज़ · कुछ bytes← speed ↑Cache memoryCPU chip पर · KB से कुछ MBRAM (main memory)GBs · power जाने पर data मिटता हैSSD / Hard diskसैकड़ों GB से TB · permanentPen drive, DVD, cloud backupportable या remote · सबसे धीमी← capacity ↓
ऊपर = सबसे तेज़ और प्रति byte महँगी, नीचे = सबसे बड़ी और सस्ती

Primary memory: RAM और ROM

Primary memory को CPU सीधे access करता है। कोई भी program चलने से पहले इसमें load होता है।

RAM – Random Access Memory

  • Read और write दोनों
  • Volatile: power off होने पर data ख़त्म
  • अभी चल रहे OS, apps और files रखती है
  • ज़्यादा RAM = ज़्यादा apps smoothly (जैसे 8 GB)

ROM – Read Only Memory

  • ज़्यादातर सिर्फ़ read (factory में लिखी)
  • Non-volatile: बिना power के भी data रहता है
  • Computer start करने वाला firmware / BIOS रखती है
  • Size में छोटी
RAM vs ROM

Types: SRAM (तेज़, cache में) और DRAM (सस्ती, main memory में)। ROM के types: PROM (एक बार लिखें), EPROM (UV light से erase) और EEPROM (बिजली से erase; pen drive की flash memory EEPROM का ही type है)।

Cache memory

RAM, CPU से बहुत धीमी है, इसलिए CPU को इंतज़ार करना पड़ता। Cache छोटी और बहुत तेज़ memory है जो वह data और instructions copy करके रखती है जिनकी CPU को जल्दी ज़रूरत पड़ने वाली है। Data cache में मिल जाए तो cache hit, नहीं तो miss और data RAM से आता है।

Example: 1000 marks जोड़ने वाले loop में वही कुछ instructions बार-बार चलते हैं। पहली बार के बाद वे cache में रहते हैं, इसलिए loop बहुत तेज़ चलता है।

Secondary storage

Secondary memory (storage) non-volatile और बहुत बड़ी होती है, पर CPU इसे सीधे use नहीं करता; data पहले RAM में copy होता है।

Deviceकैसे store करता हैआम use
Hard Disk Drive (HDD)घूमती magnetic plattersसस्ती बड़ी storage, 1–4 TB
Solid State Drive (SSD)Flash chips, कोई moving part नहींतेज़ laptops; seconds में boot
Pen drive / memory cardFlash memoryFiles ले जाना, phone storage
CD / DVD / Blu-rayOptical (laser)पुराने software, movies
Cloud storageInternet से remote serversGoogle Drive, backups

Memory और CPU के बीच data transfer: system bus

Computer के parts तारों के sets से जुड़े होते हैं जिन्हें buses कहते हैं। System bus के तीन हिस्से हैं:

CPURAMAddress bus: "address 2048 दो"Control bus: READ signalData bus: 2048 पर रखी valueData bus + WRITE: result 2052 पर रखो
तीन buses से CPU memory कैसे read और write करता है
Busक्या ले जाती हैदिशा
Data busअसली data / instructionsTwo-way (bidirectional)
Address busMemory location numberOne-way: CPU → memory
Control busREAD, WRITE, clock जैसे signalsदोनों तरफ़
🧮 Address bus width

n wires वाली address bus 2ⁿ अलग locations point कर सकती है। 16 lines: 2¹⁶ = 65536 locations (64 KB)। 32 lines: 2³² ≈ 4 GB। इसीलिए पुराने 32-bit computers लगभग 4 GB से ज़्यादा RAM use नहीं कर पाते थे।

Microprocessor

Microprocessor एक ही integrated-circuit chip पर पूरा CPU है। Intel 4004 (1971) पहला था; आज के Intel Core, AMD Ryzen, Apple M-series और Qualcomm Snapdragon chips में अरबों transistors हैं।

4-bitIntel 4004 · 19718-bitIntel 8080 · 197416-bitIntel 8086 · 197832-bitIntel 80386 · 198564-bitआज: multi-core
Microprocessors का word size समय के साथ बढ़ा

Multi-core: एक chip में 2, 4, 8 या ज़्यादा cores; हर core अलग processor है, इसलिए कई काम साथ-साथ चलते हैं। Microcontroller: छोटी chip जिसमें CPU, memory और I/O साथ होते हैं — washing machine, remote control और Arduino boards में।

Processor specification पढ़ना

TermमतलबExample
Word sizeCPU एक बार में कितने bits process करता है64-bit
Clock speedहर second कितने cycles3.2 GHz = 3.2 अरब cycles/second
CoresChip पर अलग processors8 cores
Cache sizeChip पर तेज़ memory16 MB L3 cache
Powerगर्मी / battery useपतले laptops के लिए 15 W

सारांश और practice

  • bit → nibble (4) → byte (8 bits) → KB → MB → GB → TB → PB (हर बार ×1024)।
  • Speed में registers > cache > RAM > SSD/HDD; size में उल्टा।
  • RAM volatile है; ROM non-volatile है और startup firmware रखती है।
  • Buses: data (two-way), address (one-way), control।
  • Microprocessor = chip पर CPU; multi-core chips काम parallel में चलाती हैं।
✅ Practice

1) 2 GB को KB में बदलें। 2) CPU में 20 address lines हैं। कितनी memory locations address कर सकता है? 3) RAM होते हुए भी cache क्यों चाहिए?

Answers: 1) 2 × 1024 × 1024 = 2097152 KB। 2) 2²⁰ = 1048576 (1 M) locations। 3) Cache, RAM से बहुत तेज़ है, इसलिए CPU को कम इंतज़ार करना पड़ता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

RAM को volatile memory क्यों कहते हैं?
क्योंकि power बंद होते ही इसका data मिट जाता है। इसलिए shut down से पहले file को secondary storage में save करना ज़रूरी है।
1 KB में कितने bytes होते हैं?
Computer memory में 1 KB = 1024 bytes (2 की power 10)। इसी तरह 1 MB = 1024 KB और 1 GB = 1024 MB।
Data bus और address bus में क्या फ़र्क है?
Address bus वह location (address) ले जाती है जहाँ CPU read या write करना चाहता है, और one-way होती है। Data bus असली data ले जाती है और two-way होती है।
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