डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस क्या है और यह क्यों उपयोगी है?

डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस (DMA) एक डिवाइस को प्रोसेसर द्वारा प्रत्येक शब्द को कॉपी किए बिना मुख्य मेमोरी से या उसमें डेटा के ब्लॉक स्थानांतरित करने देता है। यह स्थानांतरण के दौरान प्रोसेसर को अन्य काम करने के लिए स्वतंत्र करता है, I/O को गणना के साथ ओवरलैप करता है और बल्क डेटा मूवमेंट के लिए थ्रूपुट में बहुत सुधार करता है।

क्या RAID मेरे डेटा की सुरक्षा की गारंटी देता है?

नहीं। RAID अतिरेक जानकारी संग्रहीत करके उपलब्धता में सुधार करता है और कुछ डिवाइस विफलताओं को सहन करता है, लेकिन यह एक बैकअप नहीं है: यह आकस्मिक विलोपन, भ्रष्टाचार, इसकी सहिष्णुता से परे बहु-डिवाइस विफलताओं, या साइट-स्तर की आपदाओं से रक्षा नहीं करता है, इसलिए अलग-अलग बैकअप आवश्यक रहते हैं।

भंडारण और I/O प्रणालियाँ

भंडारण और I/O प्रणालियाँ प्रोसेसर और मेमोरी को बाहरी दुनिया और स्थायी डेटा से जोड़ती हैं, जिसमें बसें और इंटरकनेक्ट, डिस्क और फ्लैश स्टोरेज, विश्वसनीयता के लिए अतिरेक, और उपकरणों और मेमोरी के बीच डेटा को कुशलता से स्थानांतरित करने वाले तंत्र शामिल हैं।

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Definition

भंडारण और I/O प्रणालियाँ वे हार्डवेयर और वास्तुशिल्प तंत्र हैं जिनके द्वारा एक कंप्यूटर परिधीय उपकरणों से डेटा स्थानांतरित करता है और उसे स्थायी रूप से संग्रहीत करता है, जिसमें शामिल इंटरकनेक्ट, नियंत्रक, भंडारण मीडिया, और विश्वसनीयता और वर्चुअलाइजेशन तकनीकें शामिल हैं।

Scope

यह क्षेत्र बताता है कि कंप्यूटर परिधीय उपकरणों के साथ कैसे संचार करते हैं और डेटा को स्थायी रूप से कैसे संग्रहीत करते हैं: I/O आर्किटेक्चर और बसें, इंटरप्ट- और DMA-संचालित स्थानांतरण, द्वितीयक भंडारण उपकरण (चुंबकीय डिस्क और सॉलिड-स्टेट ड्राइव), RAID जैसे अतिरेक के माध्यम से भंडारण विश्वसनीयता, और I/O वर्चुअलाइजेशन। यह इनपुट/आउटपुट और स्थायित्व के हार्डवेयर और वास्तुशिल्प तंत्रों का वर्णन करता है। इसमें फ़ाइल-सिस्टम सॉफ़्टवेयर एब्स्ट्रैक्शन (ऑपरेटिंग सिस्टम) और ऑन-चिप कैश और मुख्य मेमोरी (मेमोरी पदानुक्रम और कैश) शामिल नहीं हैं, हालांकि यह दोनों के साथ मिलकर काम करता है।

Sub-topics

Core questions

बसों और इंटरकनेक्ट के माध्यम से उपकरणों को प्रोसेसर और मेमोरी से कैसे जोड़ा जाता है?
व्यस्त पोलिंग के बजाय इंटरप्ट और डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस का उपयोग करके डेटा को कुशलता से कैसे स्थानांतरित किया जाता है?
चुंबकीय और सॉलिड-स्टेट स्टोरेज की प्रदर्शन और विश्वसनीयता विशेषताएँ क्या हैं?
RAID जैसे अतिरेक क्षमता को विश्वसनीयता और प्रदर्शन के लिए कैसे बदलता है?
वर्चुअल मशीनों और प्रक्रियाओं के बीच I/O को सुरक्षित रूप से कैसे वर्चुअलाइज और साझा किया जाता है?

Key concepts

I/O बसें और इंटरकनेक्ट
इंटरप्ट-संचालित I/O
डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस (DMA)
चुंबकीय डिस्क और SSD
डिवाइस नियंत्रक
RAID और अतिरेक
भंडारण विश्वसनीयता और MTTF
I/O वर्चुअलाइजेशन
थ्रूपुट और विलंबता
मेमोरी-मैप्ड I/O

Key theories

सस्ते डिस्क की अतिरेक सरणियाँ (RAID): डेटा स्ट्रिपिंग और समता या मिररिंग के साथ कई कमोडिटी डिस्क को मिलाकर ऐसा भंडारण प्राप्त होता है जो एक डिस्क की तुलना में बड़ा, तेज और अधिक विश्वसनीय होता है; RAID स्तर क्षमता, प्रदर्शन और दोष सहिष्णुता के बीच के व्यापार-बंदों को औपचारिक रूप देते हैं।
वियोजित I/O स्थानांतरण: डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस और इंटरप्ट-संचालित I/O उपकरणों को निरंतर प्रोसेसर की भागीदारी के बिना मेमोरी से डेटा स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं, I/O को गणना के साथ ओवरलैप करते हैं और समग्र सिस्टम थ्रूपुट में सुधार करते हैं।

Mechanisms

परिधीय उपकरण बसों और नियंत्रकों के माध्यम से सिस्टम से जुड़ते हैं और इंटरप्ट के साथ प्रोसेसर को संकेत देते हैं। बल्क डेटा को डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, जो प्रति-शब्द प्रोसेसर की भागीदारी के बिना एक उपकरण और मेमोरी के बीच ब्लॉक को स्थानांतरित करता है। द्वितीयक भंडारण चुंबकीय डिस्क या फ्लैश पर डेटा को स्थायी रूप से संग्रहीत करता है, और उपकरणों के सरणियाँ प्रदर्शन में सुधार और विफलताओं को सहन करने के लिए स्ट्रिपिंग, मिररिंग और समता (RAID) का उपयोग करती हैं। वर्चुअलाइजेशन परतें इन उपकरणों को मेहमानों के बीच मल्टीप्लेक्स करती हैं।

Clinical relevance

भंडारण और I/O अक्सर एंड-टू-एंड सिस्टम प्रदर्शन और स्थायित्व का निर्धारण करते हैं: डेटाबेस, फ़ाइल सर्वर और डेटा-गहन एप्लिकेशन अक्सर गणना के बजाय भंडारण थ्रूपुट और विलंबता से बंधे होते हैं। RAID और संबंधित अतिरेक योजनाएं डेटा केंद्रों में डिवाइस की विफलता से बचाती हैं, और कुशल I/O वर्चुअलाइजेशन क्लाउड कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक है जहां कई किरायेदार भौतिक हार्डवेयर साझा करते हैं।

History

प्रारंभिक मशीनों ने प्रोग्राम्ड I/O और समर्पित चैनलों का उपयोग किया; इंटरप्ट-संचालित I/O और डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस I/O को गणना के साथ ओवरलैप करने के लिए उभरे। चुंबकीय डिस्क ने दशकों तक द्वितीयक भंडारण पर प्रभुत्व जमाया, और पैटर्सन, गिब्सन और काट्ज़ द्वारा 1988 के RAID प्रस्ताव ने अतिरेक को एक मानक विश्वसनीयता तकनीक के रूप में स्थापित किया। फ्लैश-आधारित सॉलिड-स्टेट ड्राइव ने बाद में भंडारण पदानुक्रम को नया रूप दिया, और क्लाउड कंप्यूटिंग के उदय के साथ I/O वर्चुअलाइजेशन केंद्रीय हो गया।

Debates

वियोजित बनाम स्थानीय भंडारण: इस बात पर लगातार चर्चा हो रही है कि भंडारण को स्थानीय रूप से कंप्यूट से जोड़ा जाना चाहिए या तेज नेटवर्क पर वियोजित किया जाना चाहिए; वियोजन डेटा केंद्रों में उपयोग और लचीलेपन में सुधार करता है लेकिन विलंबता बढ़ाता है और उच्च-प्रदर्शन इंटरकनेक्ट पर निर्भर करता है।

Key figures

David A. Patterson
Garth Gibson
Randy H. Katz
John L. Hennessy

Seminal works

hennessy2019
patterson1988raid
silberschatz2018

Frequently asked questions

डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस क्या है और यह क्यों उपयोगी है?: डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस (DMA) एक डिवाइस को प्रोसेसर द्वारा प्रत्येक शब्द को कॉपी किए बिना मुख्य मेमोरी से या उसमें डेटा के ब्लॉक स्थानांतरित करने देता है। यह स्थानांतरण के दौरान प्रोसेसर को अन्य काम करने के लिए स्वतंत्र करता है, I/O को गणना के साथ ओवरलैप करता है और बल्क डेटा मूवमेंट के लिए थ्रूपुट में बहुत सुधार करता है।
क्या RAID मेरे डेटा की सुरक्षा की गारंटी देता है?: नहीं। RAID अतिरेक जानकारी संग्रहीत करके उपलब्धता में सुधार करता है और कुछ डिवाइस विफलताओं को सहन करता है, लेकिन यह एक बैकअप नहीं है: यह आकस्मिक विलोपन, भ्रष्टाचार, इसकी सहिष्णुता से परे बहु-डिवाइस विफलताओं, या साइट-स्तर की आपदाओं से रक्षा नहीं करता है, इसलिए अलग-अलग बैकअप आवश्यक रहते हैं।