कंप्यूटर और विकास के मूल सिद्धांत (Fundamentals of Computer & Evolution)

शब्द Computer की उत्पत्ति लैटिन क्रिया computare से हुई है, जिसका अर्थ है "गणना करना" या "एक साथ गणना करना।" हालाँकि, आधुनिक कंप्यूटर साधारण अंकगणित से कहीं अधिक कार्य करते हैं: वे दस्तावेज़ लिखते हैं, फ़ोटो संपादित करते हैं, उपग्रह कक्षाओं को नियंत्रित करते हैं, संगीत लिखते हैं, चिकित्सीय बीमारियों का निदान करते हैं, और दुनिया भर में अरबों लोगों को जोड़ते हैं।

A कंप्यूटर को औपचारिक रूप से एक इलेक्ट्रॉनिक, प्रोग्राम करने योग्य डेटा-प्रोसेसिंग मशीन के रूप में परिभाषित किया गया है जो कच्चे डेटा को इनपुट के रूप में स्वीकार करता है, इसे निर्देशों के संग्रहीत सेट (एक प्रोग्राम) की दिशा में संसाधित करता है, आउटपुट के रूप में सार्थक जानकारी उत्पन्न करता है, और परिणामों को भविष्य की पुनर्प्राप्ति के लिए द्वितीयक भंडारण में सहेजता है।

डेटा बनाम सूचना को समझना

कंप्यूटिंग को समझने के लिए, हमें डेटा और सूचना:

• डेटा (कच्चे तथ्य): डेटा असंगठित, असंसाधित तथ्यों, आंकड़ों, प्रतीकों, संख्याओं या टिप्पणियों को संदर्भित करता है जिनमें संदर्भ का अभाव होता है। अपने आप में, कच्चे डेटा बिंदु पूर्ण अर्थ नहीं बताते हैं। उदाहरण: संख्याएँ 85, 92, 78, 90 कच्चा डेटा हैं।
• सूचना (प्रसंस्कृत डेटा): सूचना वह डेटा है जिसे व्यवस्थित रूप से व्यवस्थित, संसाधित, संरचित और प्रासंगिक बनाया गया है ताकि यह मनुष्यों के लिए सार्थक और कार्रवाई योग्य बन सके। उदाहरण: "आरव ने अपनी टर्म-1 कक्षा 6 की परीक्षा में कुल 86.25% अंक प्राप्त किए और प्रथम श्रेणी हासिल की" जानकारी है।

चार स्तंभ: आईपीओएस चक्र

दुनिया का हर कंप्यूटर सिस्टम-डिजिटल कलाई घड़ी से लेकर पेटास्केल वेदर सुपरकंप्यूटर तक-मौलिक इनपुट-प्रोसेस-आउटपुट-स्टोरेज (आईपीओएस) चक्र:

मनुष्यों को हमेशा गिनने, फ़सलों पर नज़र रखने, वस्तुओं का व्यापार करने और खगोलीय कैलेंडर की गणना करने की आवश्यकता होती है। सिलिकॉन माइक्रोचिप्स के अस्तित्व में आने से बहुत पहले, सरल आविष्कारकों ने लकड़ी, हाथीदांत, पीतल के गियर और छिद्रित कार्ड का उपयोग करके यांत्रिक उपकरणों का निर्माण किया था।

आविष्कारों की गणना की कालानुक्रमिक समयरेखा

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटरों को मौलिक स्विचिंग तकनीक, आंतरिक वास्तुकला, प्रोग्रामिंग भाषाओं और नियोजित ऑपरेटिंग विशेषताओं के आधार पर पांच विशिष्ट पीढ़ियों में वर्गीकृत किया गया है:

आधुनिक कंप्यूटर आकार, आकार, पावर रेटिंग और लागत की जबरदस्त विविधता में आते हैं। उन्हें उनके परिचालन पैमाने के आधार पर मोटे तौर पर चार प्रमुख श्रेणियों में वर्गीकृत किया गया है:

1. सुपर कंप्यूटर (कंप्यूटिंग के टाइटन्स)

• विवरण: सुपर कंप्यूटर पृथ्वी पर सबसे तेज़, सबसे बड़े, सबसे शक्तिशाली और सबसे महंगे कंप्यूटर हैं। इनमें हजारों प्रोसेसर एक साथ समानांतर रूप से काम करते हैं।
• प्रदर्शन माप: गति को FLOPS (फ्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशंस प्रति सेकंड) में मापा जाता है, जो आमतौर पर Petaflops ($10^{15}$ ऑपरेशंस/सेकंड) या Exaflops ($10^{18}$) तक पहुंचता है। संचालन/सेकंड).
• अनुप्रयोग: राष्ट्रीय मौसम पूर्वानुमान, तूफानों पर नज़र रखना, जलवायु परिवर्तन मॉडलिंग, परमाणु ऊर्जा सिमुलेशन, अंतरिक्ष मिशन प्रक्षेप पथ (इसरो, नासा), और आणविक दवा खोज।
• उदाहरण: फ्रंटियर (यूएसए), फुगाकु (जापान), और भारत के राष्ट्रीय सुपर कंप्यूटर: परम सिद्धि-एआई, प्रत्युष, और मिहिर.

2. मेनफ़्रेम कंप्यूटर (एंटरप्राइज़ वर्कहॉर्स)

• विवरण: बड़े, अति-विश्वसनीय बहु-उपयोगकर्ता कंप्यूटरों को भारी मात्रा में डेटा संसाधित करने और 99.999% अपटाइम के साथ एक साथ अरबों वित्तीय लेनदेन निष्पादित करने के लिए इंजीनियर किया गया है।
• अनुप्रयोग: केंद्रीय बैंकिंग लेनदेन प्रसंस्करण (एटीएम नेटवर्क और कार्ड स्वाइप को संभालना), एयरलाइन उड़ान आरक्षण प्रणाली, सरकारी कर रिकॉर्ड और जनगणना डेटाबेस।
• मुख्य लाभ: सैकड़ों या हजारों दूरस्थ उपयोगकर्ता सिस्टम को धीमा किए बिना सरल टर्मिनलों का उपयोग करके ठीक उसी सेकंड में केंद्रीय मेनफ्रेम तक पहुंच सकते हैं।
• उदाहरण: आईबीएम z16, आईबीएम सिस्टम zSeries.

3. मिनीकंप्यूटर / मिड-रेंज सर्वर

• विवरण: मध्यम आकार के कंप्यूटर जो पर्सनल कंप्यूटर से अधिक शक्तिशाली होते हैं लेकिन मेनफ्रेम से छोटे और कम महंगे होते हैं। वे आम तौर पर एक साथ 10 से 100 उपयोगकर्ताओं का समर्थन करते हैं।
• अनुप्रयोग: विश्वविद्यालयों में विभागीय सर्वर, अस्पताल रोगी रिकॉर्ड प्रबंधन, छोटे विनिर्माण संयंत्र स्वचालन, और मध्यम कॉर्पोरेट लेखांकन।
• उदाहरण: DEC PDP-11, IBM AS/400 (पावर सिस्टम).

4. माइक्रो कंप्यूटर / पर्सनल कंप्यूटर (पीसी)

माइक्रो कंप्यूटर एकल-उपयोगकर्ता कंप्यूटर सिस्टम हैं जो व्यक्तिगत, शैक्षिक और कार्यालय उत्पादकता के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जो एकल माइक्रोप्रोसेसर चिप (सीपीयू) द्वारा संचालित होते हैं। वे आधुनिक दुनिया में सबसे सर्वव्यापी कंप्यूटर हैं:

• डेस्कटॉप कंप्यूटर: डेस्क पर या उसके नीचे स्थायी रूप से फिट होने के लिए डिज़ाइन किए गए स्थिर सिस्टम, जिसमें अलग-अलग इकाइयाँ शामिल हैं: सिस्टम यूनिट (सीपीयू कैबिनेट), मॉनिटर, कीबोर्ड और माउस।
• लैपटॉप और नोटबुक: पोर्टेबल, बैटरी चालित ऑल-इन-वन कंप्यूटर जो डिस्प्ले स्क्रीन, कीबोर्ड, ट्रैकपैड और प्रोसेसिंग हार्डवेयर को एक फोल्डेबल क्लैमशेल डिज़ाइन में जोड़ते हैं।
• टैबलेट और स्मार्टफोन: उच्च-रिज़ॉल्यूशन मल्टी-टच डिस्प्ले, ऑन-स्क्रीन वर्चुअल कीबोर्ड और एकीकृत वायरलेस संचार (वाई-फाई, 5जी, ब्लूटूथ) के साथ अल्ट्रा-पोर्टेबल हैंडहेल्ड डिवाइस।
• पहनने योग्य कंप्यूटर: सीधे शरीर पर पहने जाने वाले लघु डिजिटल कंप्यूटर, जैसे स्मार्टवॉच (एप्पल वॉच, फिटबिट) और स्मार्ट ग्लास जो लगातार जैविक स्वास्थ्य मेट्रिक्स और सूचनाओं को ट्रैक करते हैं।
• एंबेडेड कंप्यूटर: एकल समर्पित कार्य करने के लिए रोजमर्रा के गैर-कंप्यूटर उपकरणों के अंदर सीधे निर्मित अत्यधिक विशिष्ट, कॉम्पैक्ट माइक्रोकंट्रोलर। उदाहरण: माइक्रोवेव ओवन, वॉशिंग मशीन, कार के डिजिटल स्पीडोमीटर, ट्रैफिक लाइट नियंत्रक, या स्मार्ट टेलीविजन के अंदर इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण कंप्यूटर।

ब्रांड, कीमत या आकार की परवाह किए बिना, प्रत्येक कंप्यूटर सिस्टम में प्रसिद्ध वॉन न्यूमैन कंप्यूटर आर्किटेक्चर:

1. इनपुट यूनिट

इनपुट यूनिट संवेदी प्रवेश द्वार के रूप में कार्य करती है जिसके माध्यम से मनुष्य मशीन के साथ संचार करता है। यह तीन महत्वपूर्ण कार्य करता है:

1. मानव उपयोगकर्ताओं द्वारा दर्ज किए गए कच्चे डेटा और निर्देशों को स्वीकार करता है।
2. इन निर्देशों को मानव-पठनीय वर्णों, क्लिकों, इशारों, ध्वनियों या छवियों से डिजिटल बाइनरी विद्युत संकेतों (0 और 1 के तार) में परिवर्तित करता है जिन्हें कंप्यूटर सर्किटरी व्याख्या कर सकती है।
3. डिजिटाइज्ड बाइनरी डेटा को प्रसंस्करण के लिए प्राथमिक मेमोरी (रैम) में स्थानांतरित करता है।

2. सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू) - "कंप्यूटर का मस्तिष्क"

सीपीयू केंद्रीय इलेक्ट्रॉनिक चिप है जो सभी संग्रहीत प्रोग्राम निर्देशों को निष्पादित करता है। इसमें तीन प्राथमिक आंतरिक उप-इकाइयाँ शामिल हैं:

• अंकगणितीय तर्क इकाई (ALU): कम्प्यूटेशनल पावरहाउस। यह निष्पादित करता है:
  • अंकगणित संचालन: जोड़ ($+$), घटाव ($-$), गुणा ($\times$), और भाग ($\div$).
  • तार्किक संचालन: तुलनाएं जैसे कि इससे अधिक ($>$), इससे कम ($<$), इसके बराबर ($==$), इससे कम या इसके बराबर ($\le$), और बूलियन निर्णय ($AND$, $OR$, $NOT$).
• कंट्रोल यूनिट (सीयू): कंप्यूटर सिस्टम का पर्यवेक्षक, कंडक्टर और यातायात पुलिसकर्मी। CU not गणितीय गणनाओं को स्वयं निष्पादित करता है; इसके बजाय, यह:
  • प्राथमिक मेमोरी (RAM) से क्रमिक रूप से निर्देश प्राप्त करता है।
  • यह समझने के लिए प्रत्येक निर्देश को डिकोड करता है कि कौन सा ऑपरेशन किया जाना चाहिए।
  • समय और नियंत्रण सिग्नल जारी करके ALU, मेमोरी, इनपुट डिवाइस और आउटपुट डिवाइस के बीच डेटा के प्रवाह को निर्देशित और समन्वयित करता है।
• रजिस्टर और कैश मेमोरी: उच्च गति, अल्ट्रा-फास्ट अस्थायी भंडारण स्थान सीधे सीपीयू सिलिकॉन चिप के अंदर एम्बेडेड होते हैं। रजिस्टर तत्काल ऑपरेंड, मेमोरी पते और मध्यवर्ती गणना परिणामों को उस नैनोसेकंड पर ALU द्वारा संसाधित करते हैं।

3. मेमोरी/स्टोरेज यूनिट

• प्राथमिक मेमोरी (रैम और रोम): तेज आंतरिक मेमोरी सीधे सीपीयू द्वारा पहुंच योग्य। RAM (रैंडम एक्सेस मेमोरी) अस्थिर अस्थायी कार्यशील मेमोरी है; ROM (रीड-ओनली मेमोरी) स्टार्टअप निर्देशों (BIOS/UEFI) को संग्रहीत करने वाली गैर-वाष्पशील मेमोरी है।
• माध्यमिक भंडारण: गैर-वाष्पशील, उच्च क्षमता वाले स्थायी भंडारण उपकरण (एसएसडी, हार्ड डिस्क, पेन ड्राइव) जो फाइलों, ऑपरेटिंग सिस्टम, गेम और दस्तावेजों को अनिश्चित काल तक संरक्षित करते हैं।

4. आउटपुट यूनिट

आउटपुट यूनिट इनपुट यूनिट के कार्य को उलट देती है: यह सीपीयू/मेमोरी से संसाधित बाइनरी उत्तर (0s और 1s) लेती है और उन्हें मानव-समझने योग्य रूपों में वापस अनुवादित करती है - जैसे स्क्रीन पर पढ़ने योग्य पाठ, कागज पर स्याही, या स्पीकर से श्रव्य भाषण।

कंप्यूटर सिस्टम की ताकत और सीमाएं