మెమరీ & స్టోరేజ్ (Memory & Storage)

మెమరీ (Memory) అంటే డేటా, ప్రోగ్రామ్‌లను తాత్కాలికంగా లేదా శాశ్వతంగా దాచే భాగం. కంప్యూటర్ మెమరీని వేగం, ధర, నిల్వ సామర్థ్యం ఆధారంగా ఒక క్రమంలో (Memory Hierarchy) అమరుస్తారు.

• ప్రాథమిక మెమరీ (Primary Memory / Main Memory): CPU నేరుగా చదవగలిగే మెమరీ. వేగంగా ఉంటుంది, కానీ సామర్థ్యం తక్కువ.
• RAM, ROM, కాష్ మెమరీ ఇందులోకి వస్తాయి.
• ద్వితీయ మెమరీ (Secondary Memory / Auxiliary Memory):
  1. డేటాను శాశ్వతంగా దాచుకునే మెమరీ. CPU నేరుగా చదవలేదు
  2. ముందు RAM లోకి వస్తుంది. వేగం తక్కువ, కానీ సామర్థ్యం ఎక్కువ, ధర తక్కువ. ఉదా: హార్డ్ డిస్క్, పెన్ డ్రైవ్, CD/DVD.
• వోలటైల్ (Volatile) మెమరీ: విద్యుత్ ఆగిపోతే డేటా పోతుంది – ఉదా: RAM, కాష్.
• నాన్-వోలటైల్ (Non-Volatile) మెమరీ: విద్యుత్ లేకపోయినా డేటా ఉంటుంది – ఉదా: ROM, హార్డ్ డిస్క్.
• మెమరీ క్రమం (వేగవంతం → నెమ్మది): రిజిస్టర్లు → కాష్ → RAM → హార్డ్ డిస్క్ → ఇతర ద్వితీయ నిల్వ.
• వేగం ఎక్కువైతే ధర ఎక్కువ, సామర్థ్యం తక్కువ.

RAM అంటే Random Access Memory. కంప్యూటర్ ఇప్పుడు వాడుతున్న ప్రోగ్రామ్‌లు, డేటా దీనిలో ఉంటాయి. కంప్యూటర్ ఆఫ్ చేస్తే RAM లోని సమాచారం పోతుంది, అందుకే దీన్ని 'తాత్కాలిక మెమరీ' అంటారు.

• లక్షణాలు:
  1. చదవడం, రాయడం రెండూ చేయవచ్చు (Read/Write Memory)
  2. డేటాను ఏ స్థానం నుండైనా ఒకే సమయంలో పొందవచ్చు (Random Access)
  3. వోలటైల్.
• రకాలు:
  1. SRAM (Static RAM): రిఫ్రెష్ అవసరం లేదు. వేగంగా ఉంటుంది కానీ ఖరీదైనది. కాష్ మెమరీలో వాడతారు.
  2. DRAM (Dynamic RAM): ప్రతి కొన్ని మిల్లీసెకన్లకు రిఫ్రెష్ చేయాలి. చౌక, ఎక్కువ సామర్థ్యం. ప్రధాన మెమరీగా వాడతారు.
  3. SDRAM, DDR: ఆధునిక DRAM రకాలు (DDR3, DDR4, DDR5 మొదలైనవి).
• వర్కింగ్ మెమరీ:
  1. RAM ను 'వర్కింగ్ మెమరీ' అని కూడా అంటారు
  2. RAM ఎక్కువ ఉంటే కంప్యూటర్ ఎక్కువ ప్రోగ్రామ్‌లు ఒకేసారి నడపగలదు.
• సామర్థ్యం: ప్రస్తుతం GB (గిగాబైట్) లలో కొలుస్తారు (ఉదా: 4 GB, 8 GB, 16 GB).
• వర్చువల్ మెమరీ (Virtual Memory): RAM నిండిపోయినప్పుడు, ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ హార్డ్ డిస్క్‌లోని కొంత భాగాన్ని RAM లా వాడుకుంటుంది. ఇది అసలు RAM కంటే నెమ్మదిగా ఉంటుంది.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా S = Static = Speed (వేగం, కాష్); D = Dynamic = Daily main memory (చౌక, ప్రధాన మెమరీ).

ROM అంటే Read Only Memory. ఇందులో తయారీ సమయంలోనే డేటా నిల్వ చేస్తారు. సాధారణంగా దీన్ని చదవడం మాత్రమే సాధ్యం. విద్యుత్ ఆగినా డేటా పోదు (నాన్-వోలటైల్).

• ROM ఉపయోగం: కంప్యూటర్ ఆన్ చేసినప్పుడు మొదట నడిచే 'బూట్ ప్రోగ్రామ్' (Bootstrap / BIOS) ఇందులో ఉంటుంది.
• రకాలు:
  1. MROM (Masked ROM): తయారీ సమయంలోనే ప్రోగ్రామ్ చేస్తారు; తర్వాత మార్చలేము.
  2. PROM (Programmable ROM): వినియోగదారు ఒక్కసారి మాత్రమే ప్రోగ్రామ్ చేయగలడు; తర్వాత మార్చలేము.
  3. EPROM (Erasable Programmable ROM): అతినీలలోహిత కాంతి (UV Light) ద్వారా పూర్తిగా చెరిపి, మళ్లీ ప్రోగ్రామ్ చేయవచ్చు.
  4. EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): విద్యుత్ సంకేతాలతో చెరిపి, మళ్లీ రాయవచ్చు; ప్రత్యేక కాంతి అవసరం లేదు.
  5. ఫ్లాష్ మెమరీ (Flash Memory): EEPROM లో ఒక రకం; బ్లాక్‌లుగా చెరిపి రాయవచ్చు. పెన్ డ్రైవ్, SSD, మెమరీ కార్డు వీటిలో వాడతారు.
• BIOS:
  1. Basic Input Output System
  2. కంప్యూటర్ స్టార్ట్ అయ్యేటప్పుడు హార్డ్‌వేర్‌ను తనిఖీ చేసి ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్‌ను లోడ్ చేసే ఫర్మ్‌వేర్ (Firmware).
• RAM vs ROM:
  1. RAM = చదవడం + రాయడం, వోలటైల్
  2. ROM = ప్రధానంగా చదవడం, నాన్-వోలటైల్.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా ఎరేజర్ ఆలోచన: PROM = ఒక్కసారే రాయి; EPROM = UV తో చెరపండి; EEPROM = కరెంటుతో చెరపండి.

CPU వేగం RAM వేగం కంటే చాలా ఎక్కువ. ఈ తేడాను తగ్గించడానికి CPU, RAM మధ్య అతి వేగవంతమైన చిన్న మెమరీ ఉంటుంది – అదే కాష్ మెమరీ (Cache Memory).

• కాష్ మెమరీ: తరచూ వాడే డేటా, సూచనలను నిల్వ చేసుకుంటుంది. అందుకే CPU పదే పదే RAM కోసం ఆగనక్కర్లేదు.
• SRAM తో తయారవుతుంది (వేగంగా ఉండే చిప్).
• RAM కంటే వేగం ఎక్కువ, కానీ సామర్థ్యం తక్కువ, ధర ఎక్కువ.
• స్థాయిలు: L1 (CPU లోపలే, అతి వేగం, అతి చిన్నది), L2, L3 (పెద్దవి కానీ కొంచెం నెమ్మది).
• రిజిస్టర్లు (Registers): CPU లోపల ఉండే అతి చిన్న, అత్యంత వేగవంతమైన నిల్వ స్థానాలు. ప్రస్తుతం ప్రాసెస్ అవుతున్న డేటా/సూచనలను పట్టుకుంటాయి.
• ఉదా:
  1. ప్రోగ్రామ్ కౌంటర్ (Program Counter) – తర్వాత చేయాల్సిన సూచన చిరునామాను ఉంచుతుంది
  2. అక్యుమ్యులేటర్ (Accumulator) – ALU ఫలితాలను ఉంచుతుంది.
• మెమరీ వేగం క్రమం: రిజిస్టర్ > కాష్ > RAM > హార్డ్ డిస్క్.
• బఫర్ (Buffer): రెండు పరికరాల వేగాల తేడాను సర్దుబాటు చేయడానికి వాడే తాత్కాలిక నిల్వ (ఉదా: ప్రింటర్ బఫర్).
• కాష్ హిట్/మిస్: కావలసిన డేటా కాష్‌లో దొరికితే 'హిట్ (Hit)', దొరకకపోతే 'మిస్ (Miss)'.

కంప్యూటర్ సమాచారాన్ని 0, 1 లుగా మాత్రమే అర్థం చేసుకుంటుంది. ఈ సమాచారాన్ని కొలవడానికి వాడే యూనిట్లను తెలుసుకోవడం ప్రతి పరీక్షకు అవసరం.

• బిట్ (Bit):
  1. Binary Digit
  2. అతి చిన్న యూనిట్ – 0 లేదా 1.
• నిబుల్ (Nibble) = 4 బిట్లు.
• బైట్ (Byte) = 8 బిట్లు. ఒక అక్షరాన్ని (character) నిల్వ చేయడానికి సాధారణంగా 1 బైట్ అవసరం.
• పెద్ద యూనిట్లు (ఒక్కొక్కటి 1024 రెట్లు):
• 1 కిలోబైట్ (KB) = 1024 బైట్లు
• 1 మెగాబైట్ (MB) = 1024 KB
• 1 గిగాబైట్ (GB) = 1024 MB
• 1 టెరాబైట్ (TB) = 1024 GB
• 1 పెటాబైట్ (PB) = 1024 TB
• తర్వాత ఎక్సాబైట్ (EB), జెట్టాబైట్ (ZB), యోట్టాబైట్ (YB)
• ఎందుకు 1024?: బైనరీలో 2¹⁰ = 1024.
• వర్డ్ (Word): CPU ఒకేసారి ప్రాసెస్ చేసే బిట్ల సంఖ్య (ఉదా: 32-బిట్, 64-బిట్ ప్రాసెసర్).
• డేటా ట్రాన్స్‌ఫర్ వేగం: bps (bits per second), Kbps, Mbps (బిట్లలో) – ఇంటర్నెట్ వేగాన్ని ఈ యూనిట్లలో చెబుతారు. 'B' పెద్ద అక్షరం అంటే బైట్, 'b' చిన్న అక్షరం అంటే బిట్.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా క్రమం: Bit → Byte → KB → MB → GB → TB → PB. ప్రతి మెట్టు 1024 రెట్లు. చిన్న చిట్కా: 'KMG TP' (కిలో, మెగా, గిగా, టెరా, పెటా).

ద్వితీయ నిల్వ పరికరాలు డేటాను శాశ్వతంగా దాచుకుంటాయి. వీటిలో నిల్వ చేసే పద్ధతి ఆధారంగా మూడు రకాలు ఉన్నాయి: మాగ్నెటిక్ (అయస్కాంత), ఆప్టికల్ (కాంతి), ఫ్లాష్ (ఎలక్ట్రానిక్).

• హార్డ్ డిస్క్ డ్రైవ్ (HDD): అయస్కాంత పూత ఉన్న తిరిగే ప్లాటర్లు (Platters)పై డేటాను నిల్వ చేస్తుంది. కంప్యూటర్‌లో ప్రధాన నిల్వ పరికరం.
• డేటా ట్రాక్‌లు (Tracks), సెక్టార్లు (Sectors) గా విభజించబడి ఉంటుంది.
• సామర్థ్యం GB, TB లలో.
• వేగాన్ని RPM (Revolutions Per Minute) లో చెబుతారు – ఉదా: 5400, 7200 RPM.
• డేటాను చదివే/రాసే భాగం – రీడ్/రైట్ హెడ్ (Read/Write Head).
• SSD (Solid State Drive):
  1. కదిలే భాగాలు లేవు
  2. ఫ్లాష్ మెమరీ చిప్‌లతో తయారవుతుంది. HDD కంటే వేగం ఎక్కువ, శబ్దం లేదు, తక్కువ విద్యుత్, షాక్‌ను తట్టుకుంటుంది. కానీ ధర ఎక్కువ.
• ఫ్లాపీ డిస్క్ (Floppy Disk):
  1. పాత నిల్వ పరికరం
  2. 3.5 అంగుళాల డిస్క్ సామర్థ్యం 1.44 MB. ఇప్పుడు వాడటం లేదు.
• మాగ్నెటిక్ టేప్ (Magnetic Tape):
  1. క్రమానుసార (Sequential) యాక్సెస్ మాత్రమే
  2. డేటా బ్యాకప్, ఆర్కైవ్‌ల కోసం ఇప్పటికీ వాడతారు. అత్యంత చౌకైన నిల్వ.
• ప్రత్యక్ష (Direct/Random) యాక్సెస్ vs క్రమానుసార (Sequential) యాక్సెస్:
  1. డిస్క్ – రాండమ్ యాక్సెస్ (నేరుగా కావలసిన చోటికి వెళ్తుంది)
  2. టేప్ – క్రమంగా చదవాలి.
• డిస్క్ ఫార్మాటింగ్: డిస్క్‌ను వాడటానికి సిద్ధం చేసే ప్రక్రియ.

ఆప్టికల్ డిస్కులు లేజర్ కాంతి సహాయంతో డేటాను చదువుతాయి, రాస్తాయి. ఫ్లాష్ నిల్వ పరికరాలు ఎలక్ట్రానిక్ చిప్‌లపై పనిచేస్తాయి.

• CD (Compact Disc): సామర్థ్యం సుమారు 700 MB (కొన్నిసార్లు 650 MB). ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లేజర్ వాడతారు.
• CD-ROM: చదవడం మాత్రమే.
• CD-R: ఒక్కసారి రాయవచ్చు (Recordable).
• CD-RW: మళ్లీ మళ్లీ రాయవచ్చు (Re-Writable).
• DVD (Digital Versatile / Video Disc):
  1. సామర్థ్యం – ఒక పొర (single layer) 4.7 GB
  2. రెండు పొరలు (dual layer) సుమారు 8.5 GB. ఎరుపు లేజర్ వాడతారు.
• బ్లూ-రే డిస్క్ (Blu-ray Disc):
  1. సామర్థ్యం – ఒక పొర 25 GB
  2. రెండు పొరలు 50 GB. నీలం-వైలెట్ లేజర్ వాడతారు
  3. హై-డెఫినిషన్ వీడియో నిల్వకు.
• కాంతి తరంగదైర్ఘ్యం తక్కువైతే ఎక్కువ డేటా సరిపోతుంది: CD (ఇన్‌ఫ్రారెడ్) < DVD (ఎరుపు) < బ్లూ-రే (నీలం) సామర్థ్యంలో.
• పెన్ డ్రైవ్ / USB ఫ్లాష్ డ్రైవ్:
  1. ఫ్లాష్ మెమరీతో
  2. తేలికగా తీసుకెళ్లవచ్చు
  3. USB పోర్టులో కలపాలి.
• మెమరీ కార్డ్ (SD / microSD): కెమెరా, మొబైల్ ఫోన్లలో వాడతారు.
• క్లౌడ్ స్టోరేజ్ (Cloud Storage): ఇంటర్నెట్ ద్వారా సర్వర్లలో డేటా దాచడం – ఉదా: Google Drive, OneDrive, Dropbox.
• పరిమాణం/సామర్థ్యం పోలిక: ఫ్లాపీ (1.44 MB) < CD (700 MB) < DVD (4.7 GB) < బ్లూ-రే (25 GB).