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।
| Unit | बराबर | असली size |
|---|---|---|
| 1 Byte (B) | 8 bits | एक character |
| 1 Kilobyte (KB) | 1024 B | छोटी text file |
| 1 Megabyte (MB) | 1024 KB | Phone photo ≈ 3 MB |
| 1 Gigabyte (GB) | 1024 MB | 1 घंटे की HD movie ≈ 1.5 GB |
| 1 Terabyte (TB) | 1024 GB | Laptop hard disk |
| 1 Petabyte (PB) | 1024 TB | बड़ी companies के data centres |
PB के बाद Exabyte (EB), Zettabyte (ZB) और Yottabyte (YB) आते हैं, हर एक पिछले का 1024 गुना।
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।
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
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।
| Device | कैसे store करता है | आम use |
|---|---|---|
| Hard Disk Drive (HDD) | घूमती magnetic platters | सस्ती बड़ी storage, 1–4 TB |
| Solid State Drive (SSD) | Flash chips, कोई moving part नहीं | तेज़ laptops; seconds में boot |
| Pen drive / memory card | Flash memory | Files ले जाना, phone storage |
| CD / DVD / Blu-ray | Optical (laser) | पुराने software, movies |
| Cloud storage | Internet से remote servers | Google 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:
| Bus | क्या ले जाती है | दिशा |
|---|---|---|
| Data bus | असली data / instructions | Two-way (bidirectional) |
| Address bus | Memory location number | One-way: CPU → memory |
| Control bus | READ, WRITE, clock जैसे signals | दोनों तरफ़ |
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।
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
| Term | मतलब | Example |
|---|---|---|
| Word size | CPU एक बार में कितने bits process करता है | 64-bit |
| Clock speed | हर second कितने cycles | 3.2 GHz = 3.2 अरब cycles/second |
| Cores | Chip पर अलग processors | 8 cores |
| Cache size | Chip पर तेज़ memory | 16 MB L3 cache |
| Power | गर्मी / battery use | पतले 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।
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।
