“यदि कोई कंप्यूटर किसी मनुष्य को यह विश्वास दिला सके कि वह स्वयं मनुष्य है, तो उसे बुद्धिमान कहना उचित होगा।”

— एलन ट्यूरिंग

1.1 कंप्यूटर प्रणाली का परिचय

कंप्यूटर एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जिसे प्रोग्राम किया जा सकता है ताकि वह डेटा (इनपुट) को स्वीकार करे, उसे संसाधित करे और परिणाम (आउटपुट) उत्पन्न करे। एक कंप्यूटर को अतिरिक्त हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के साथ मिलाकर कंप्यूटर प्रणाली कहा जाता है।

एक कंप्यूटर प्रणाली मुख्यतः एक सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट, मेमोरी, इनपुट/आउटपुट उपकरणों और स्टोरेज उपकरणों से बनी होती है। ये सभी घटक एकल इकाई के रूप में एक साथ कार्य करते हैं ताकि वांछित आउटपुट प्रदान किया जा सके। एक कंप्यूटर प्रणाली विभिन्न रूपों और आकारों में आती है। यह एक उच्च-स्तरीय सर्वर से लेकर व्यक्तिगत डेस्कटॉप, लैपटॉप, टैबलेट कंप्यूटर या स्मार्टफोन तक हो सकती है।

चित्र 1.1: कंप्यूटर प्रणाली के घटक

चित्र 1.1 कंप्यूटर प्रणाली का ब्लॉक आरेख दिखाता है। निर्देशित रेखाएँ घटकों के बीच डेटा और सिग्नल के प्रवाह को दर्शाती हैं।

1.1.1 सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (CPU)

यह कंप्यूटर की इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्री है जो वास्तविक प्रोसेसिंग करती है और आमतौर पर इसे कंप्यूटर का मस्तिष्क कहा जाता है। इसे सामान्यतः ‘प्रोसेसर’ भी कहा जाता है। भौतिक रूप से, CPU एक या अधिक माइक्रोचिप्स पर स्थित हो सकता है जिन्हें इंटीग्रेटेड सर्किट्स (IC) कहा जाता है। ICs अर्धचालक सामग्रियों से बने होते हैं।

CPU को प्रोग्राम्स के माध्यम से निर्देश और डेटा दिया जाता है। CPU फिर मेमोरी से प्रोग्राम और डेटा लाता है और दिए गए निर्देशों के अनुसार अंकगणितीय और तार्किक संचालन करता है और परिणाम को वापस मेमोरी में संग्रहित करता है।

प्रोसेसिंग के दौरान, CPU डेटा और निर्देशों को अपनी स्थानीय मेमोरी ‘रजिस्टर्स’ में संग्रहित करता है। रजिस्टर्स CPU चिप का हिस्सा होते हैं और इनकी संख्या और आकार सीमित होते हैं। विभिन्न रजिस्टर्स डेटा, निर्देशों या मध्यवर्ती परिणामों को संग्रहित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

रजिस्टर्स के अलावा, CPU के दो मुख्य घटक होते हैं - अंकगणितीय तर्क इकाई (ALU) और नियंत्रण इकाई (CU)। ALU सभी अंकगणितीय और तार्किक संचालन करता है जो प्रोग्राम में निर्देश के अनुसार करने की आवश्यकता होती है। CU क्रमिक निर्देश निष्पादन को नियंत्रित करती है, निर्देशों की व्याख्या करती है और कंप्यूटर की मेमोरी, ALU और इनपुट या आउटपुट उपकरणों के माध्यम से डेटा प्रवाह का मार्गदर्शन करती है। CPU को सामान्यतः माइक्रोप्रोसेसर भी कहा जाता है।

1.1.2 इनपुट डिवाइस

जिन उपकरणों के माध्यम से नियंत्रण संकेत कंप्यूटर को भेजे जाते हैं, उन्हें इनपुट डिवाइस कहा जाता है। ये उपकरण इनपुट डेटा को डिजिटल रूप में बदलते हैं जो कंप्यूटर सिस्टम द्वारा स्वीकार्य होता है। इनपुट डिवाइसों के कुछ उदाहरणों में कीबोर्ड, माउस, स्कैनर, टच स्क्रीन आदि शामिल हैं, जैसा कि चित्र 1.2 में दिखाया गया है। दृष्टिबाधित लोगों की मदद के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए ब्रेल कीबोर्ड भी उपलब्ध हैं जिनके माध्यम से डेटा कंप्यूटर में दर्ज किया जा सकता है। इसके अलावा, अब हम आवाज के माध्यम से भी डेटा दर्ज कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, हम Google वॉयस सर्च का उपयोग कर वेब खोज सकते हैं जहाँ हम अपनी आवाज के माध्यम से खोज स्ट्रिंग इनपुट कर सकते हैं।

चित्र 1.2: इनपुट डिवाइस

इनपुट डिवाइस के माध्यम से दर्ज किया गया डेटा अस्थायी रूप से कंप्यूटर सिस्टम की मुख्य मेमोरी (जिसे RAM भी कहा जाता है) में संग्रहित किया जाता है। स्थायी भंडारण और भविष्य के उपयोग के लिए, डेटा के साथ-साथ निर्देशों को स्थायी रूप से अतिरिक्त भंडारण स्थानों में संग्रहित किया जाता है जिन्हें सेकेंडरी मेमोरी कहा जाता है।

1.1.3 आउटपुट डिवाइस

वह उपकरण जो डिस्प्ले, भौतिक उत्पादन आदि के लिए कंप्यूटर सिस्टम से डेटा प्राप्त करता है, उसे आउटपुट डिवाइस कहा जाता है। यह डिजिटल जानकारी को मानव-समझने योग्य रूप में बदलता है। उदाहरण के लिए, मॉनिटर, प्रोजेक्टर, हेडफोन, स्पीकर, प्रिंटर आदि। कुछ आउटपुट डिवाइस चित्र 1.3 में दिखाए गए हैं। एक ब्रेल डिस्प्ले मॉनिटर दृष्टिबाधित व्यक्ति के लिए उपयोगी होता है ताकि वह कंप्यूटर द्वारा उत्पन्न पाठ आउटपुट को समझ सके।

चित्र 1.3: आउटपुट डिवाइसेज़

प्रिंटर भौतिक (हार्डकॉपी) रूप में आउटपुट प्राप्त करने के लिए सबसे अधिक प्रयुक्त डिवाइस है। सामान्यतः प्रयुक्त तीन प्रकार के प्रिंटर हैं इंकजेट, लेजरजेट और डॉट मैट्रिक्स। आजकल एक नए प्रकार का प्रिंटर 3D-प्रिंटर भी है, जिसका उपयोग डिजिटल 3D डिज़ाइन की भौतिक प्रतिकृति बनाने के लिए किया जाता है। ये प्रिंटर विनिर्माण उद्योगों में उत्पादों के प्रोटोटाइप बनाने के लिए प्रयुक्त हो रहे हैं। इनका उपयोग चिकित्सा क्षेत्र में भी खोजा जा रहा है, विशेषकर शरीर के अंगों के विकास के लिए।

1.2 कंप्यूटर का विकास

सरल कैलकुलेटर से लेकर आधुनिक शक्तिशाली डेटा प्रोसेसर तक, कंप्यूटिंग डिवाइसेज़ अपेक्षाकृत कम समय में विकसित हुई हैं। कंप्यूटिंग डिवाइसेज़ का विकास चित्र 1.5 में दिखाए गए टाइमलाइन के माध्यम से प्रस्तुत किया गया है।

वॉन न्यूमान आर्किटेक्चर चित्र 1.4 में दिखाया गया है। इसमें अंकगणितीय और तार्किक निर्देशों को प्रोसेस करने के लिए एक सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (CPU), डेटा और प्रोग्राम्स को स्टोर करने के लिए मेमोरी, इनपुट और आउटपुट डिवाइसेज़ और आउटपुट डेटा भेजने/प्राप्त करने के लिए संचार चैनल शामिल हैं। इलेक्ट्रॉनिक न्यूमेरिकल इंटीग्रेटर एंड कंप्यूटर (ENIAC) वॉन न्यूमान आर्किटेक्चर पर आधारित पहला बाइनरी प्रोग्रामेबल कंप्यूटर है।

1970 के दशक के दौरान, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्स की लार्ज स्केल इंटीग्रेशन (LSI) ने इंटीग्रेशन की अनुमति दी

चित्र 1.4: कंप्यूटर के लिए वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर

चित्र 1.5: कंप्यूटिंग तकनीक में प्रमुख आविष्कारों को दर्शाता समयरेखा

एकल चिप पर पूर्ण CPU, जिसे माइक्रोप्रोसेसर कहा जाता है। मूर का नियम भविष्यवाणी करता है कि एकल माइक्रोचिप में असेंबल किए जा सकने वाले ट्रांजिस्टरों की संख्या में घातीय वृद्धि होगी। 1980 के दशक में, कंप्यूटरों की प्रोसेसिंग शक्ति घातीय रूप से बढ़ी, जब एक छोटे आकार की चिप पर लगभग 3 मिलियन घटकों को समेकित किया गया, जिसे वेरी लार्ज स्केल इंटीग्रेशन (VLSI) कहा जाता है। तकनीक में आगे की प्रगति ने एकल IC पर उच्च घनत्व वाले ट्रांजिस्टर और अन्य घटकों (लगभग 10⁶ घटक) को फैब्रिकेट करना संभव बना दिया है, जिसे सुपर लार्ज स्केल इंटीग्रेशन (SLSI) कहा जाता है, जैसा कि चित्र 1.6 में दिखाया गया है।

एक पंच कार्ड कठोर कागज का एक टुकड़ा होता है जो पूर्वनिर्धारित स्थानों पर छिद्रों के रूप में डिजिटल डेटा संग्रहित करता है।

IBM ने 1981 में घरेलू उपयोगकर्ता के लिए अना पहला पर्सनल कंप्यूटर (PC) पेश किया, Apple ने 1984 में Macintosh मशीनें पेश कीं। ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (GUI) के आगमन से PC की लोकप्रियता में उछाल आया।

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चित्र 1.6: समय के साथ ICs में प्रयुक्त ट्रांजिस्टरों की संख्या में चरगुण वृद्धि

कमांड लाइन इंटरफेस वाले UNIX या DOS जैसे कंप्यूटरों के स्थान पर माइक्रोसॉफ्ट तथा अन्य कंपनियों द्वारा ग्राफिकल यूजर इंटरफेस आधारित ऑपरेटिंग सिस्टम दिए गए। 1990 के दशक के आसपास वर्ल्ड वाइड वेब (WWW) के विकास ने कंप्यूटरों के बड़े पैमाने पर प्रयोग को और तेज कर दिया और तब से कंप्यूटर दैनंदिन जीवन का अनिवार्य अंग बन गए हैं।

आगे चलकर लैपटॉपों के आगमन से व्यक्तिगत कंप्यूटिंग काफी हद तक पोर्टेबल हो गई। इसके बाद स्मार्टफोन, टैबलेट तथा अन्य व्यक्तिगत डिजिटल सहायक उपकरण आए। इन उपकरणों ने प्रोसेसर के सूक्ष्मीकरण, तेज मेमोरी, उच्च गति के डेटा और कनेक्टिविटी तंत्रों में तकनीकी प्रगति का लाभ उठाया है।

1965 में इंटेल के सह-संस्थापक गॉर्डन मूर ने मूर का नियम प्रस्तुत किया, जिसने भविष्यवाणी की कि चिप पर ट्रांजिस्टरों की संख्या हर दो वर्ष में दोगुनी हो जाएगी जबकि लागत आधी हो जाएगी।

कंप्यूटिंग उपकरणों की अगली लहर में स्मार्ट वॉच, लेंस, हेडबैंड, हेडफोन आदि जैसे वियरेबल गैजेट्स शामिल हैं। इसके अतिरिक्त स्मार्ट उपकरण आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस की शक्ति का लाभ उठाकर इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) का हिस्सा बनते जा रहे हैं।

1.3 कंप्यूटर मेमोरी

एक कंप्यूटर सिस्टम को डेटा और प्रोसेसिंग के लिए निर्देशों को संग्रहीत करने के लिए मेमोरी की आवश्यकता होती है। जब भी हम कंप्यूटर सिस्टम की “मेमोरी” की बात करते हैं, तो आमतौर पर हम मुख्य या प्राइमरी मेमोरी की बात करते हैं। सेकेंडरी मेमोरी (जिसे स्टोरेज डिवाइस भी कहा जाता है) का उपयोग डेटा, निर्देशों और परिणामों को स्थायी रूप से और भविष्य के उपयोग के लिए संग्रहीत करने के लिए किया जाता है।

1.3.1 मेमोरी की इकाइयाँ

एक कंप्यूटर सिस्टम डेटा को संग्रहीत और प्रोसेस करने के लिए बाइनरी संख्याओं का उपयोग करता है। बाइनरी अंक 0 और 1, जो मेमोरी की मूलभूत इकाइयाँ हैं, बिट्स कहलाते हैं। आगे चलकर, इन बिट्स को समूहों में व्यवस्थित करके शब्द (words) बनाए जाते हैं। 4-बिट के शब्ब्द को निबल कहा जाता है। निबल के उदाहरण हैं 1001, 1010, 0010 आदि। दो निबल वाला शब्द, अर्थात् 8-बिट का शब्द, एक बाइट कहलाता है, उदाहरण के लिए, $01000110,01111100,10000001$, आदि। किसी अन्य मानक इकाई की तरह, बाइट्स को बड़े समूहों या मेमोरी की बड़ी इकाइयाँ बनाने के लिए एक साथ रखा जाता है। तालिका 1.1 कंप्यूटर मेमोरी में संग्रहीत डिजिटल डेटा के लिए विभिन्न मापन इकाइयाँ दिखाती है।

तालिका 1.1 डिजिटल डेटा के लिए मापन इकाइयाँ

1.3.2 स्मृति के प्रकार

मानव जीवनकाल में अनेक बातें याद करता है और स्मृति से स्मरण कर निर्णय लेता है या कोई कार्य करता है। परंतु हम अपनी स्मृति पर पूरी तरह निर्भर नहीं रह सकते, इसलिए हम नोट बनाते हैं और महत्वपूर्ण डेटा व सूचना को दीर्घकालिक संग्रहण के लिए नोटबुक, मैनुअल, जर्नल, दस्तावेज़ आदि अन्य माध्यमों से संग्रहित करते हैं। इसी प्रकार, कंप्यूटर में दो प्रकार की स्मृतियाँ होती हैं—प्राथमिक स्मृति और द्वितीयक स्मृति।

(A) प्राथमिक स्मृति

प्राथमिक स्मृति कंप्यूटर प्रणाली का एक अनिवार्य घटक है। प्रसंस्करण से पहले प्रोग्राम और डेटा प्राथमिक स्मृति में लोड किए जाते हैं। CPU प्राथमिक स्मृति के साथ सीधे संपर्क कर रीड/राइट संचालन करता है। यह दो प्रकार की होती है—i) रैंडम एक्सेस मेमोरी (RAM), और ii) रीड ओनली मेमोरी (ROM)।

RAM अस्थायी (volatile) होती है, अर्थात जब तक कंप्यूटर को बिजली की आपूर्ति होती रहती है, तब तक वह अपने भीतर डेटा को संरक्षित रखती है। लेकिन जैसे ही बिजली की आपूर्ति बंद हो जाती है, RAM की सारी सामग्री मिट जाती है। इसका उपयोग कंप्यूटर के कार्यरत रहने के दौरान अस्थायी रूप से डेटा संग्रहीत करने के लिए किया जाता है। जब भी कंप्यूटर प्रारंभ होता है या कोई सॉफ्टवेयर एप्लिकेशन लॉन्च होता है, तो आवश्यक प्रोग्राम और डेटा प्रोसेसिंग के लिए RAM में लोड किए जाते हैं। RAM को सामान्यतः मुख्य मेमोरी कहा जाता है और यह सेकेंडरी मेमोरी या स्टोरेज डिवाइसों की तुलना में तेज होती है।

सोचिए और विचार कीजिए

मान लीजिए एक कंप्यूटर है जिसमें RAM है लेकिन कोई सेकेंडरी स्टोरेज नहीं है। क्या हम उस कंप्यूटर पर कोई सॉफ्टवेयर इंस्टॉल कर सकते हैं?

दूसरी ओर, ROM अस्थायी नहीं (non-volatile) होती है, अर्थात इसकी सामग्री बिजली बंद होने पर भी नष्ट नहीं होती। इसका उपयोग उन सामग्रियों के लिए छोटी लेकिन तेज स्थायी मेमोरी के रूप में किया जाता है जो शायद ही कभी बदली जाती हैं। उदाहरण के लिए, स्टार्टअप प्रोग्राम (बूट लोडर) जो ऑपरेटिंग सिस्टम को RAM में लोड करता है, वह ROM में संग्रहीत होता है।

(B) कैश मेमोरी

RAM माध्यमिक संचयन से तेज होता है, लेकिन कंप्यूटर प्रोसेसर जितना तेज नहीं। इसलिए, RAM के कारण CPU को धीमा पड़ सकता है। CPU के संचालन को तेज करने के लिए, CPU और प्राथमिक स्मृति के बीच एक बहुत ही उच्च गति की स्मृति रखी जाती है जिसे कैश कहा जाता है। यह प्रायः प्रयोग होने वाली प्राथमिक स्मृति स्थानों से डेटा की प्रतियाँ संग्रहित करता है, इस प्रकार प्राथमिक स्मृति से डेटा तक पहुँचने के लिए आवश्यक औसत समय को कम करता है। जब CPU को स्मृति तक पहुँचने की आवश्यकता होती है, तो वह पहले कैश की जाँच करता है। यदि आवश्यकता पूरी हो जाती है, तो यह कैश से पढ़ा जाता है, अन्यथा प्राथमिक स्मृति तक पहुँचा जाता है।

(C) माध्यमिक स्मृति

प्राथमिक स्मृति की संचयन क्षमता सीमित होती है और यह या तो अस्थायी (RAM) होती है या केवल-पढ़ने योग्य (ROM)। इस प्रकार, एक कंप्यूटर प्रणाली को डेटा या निर्देशों को भविष्य के उपयोग के लिए स्थायी रूप से संग्रहित करने के लिए सहायक या माध्यमिक स्मृति की आवश्यकता होती है। माध्यमिक स्मृति अस्थायी नहीं होती है और इसकी संचयन क्षमता प्राथमिक स्मृति से अधिक होती है। यह मुख्य स्मृति की तुलना में धीमी और सस्ती होती है। लेकिन, इसे CPU द्वारा सीधे एक्सेस नहीं किया जा सकता। माध्यमिक संचयन की सामग्री को CPU तक पहुँचने के लिए पहले मुख्य स्मृति में लाया जाना चाहिए। माध्यमिक स्मृति उपकरणों के उदाहरणों में हार्ड डिस्क ड्राइव (HDD), CD/DVD, मेमोरी कार्ड आदि शामिल हैं, जैसा कि चित्र 1.7 में दिखाया गया है।

हालांकि, इन दिनों सॉलिड-स्टेट ड्राइव (SSD) जैसे सेकेंडरी स्टोरेज डिवाइस उपलब्ध हैं जो पहले के HDD की तुलना में बहुत तेज डेटा ट्रांसफर स्पीड सपोर्ट करते हैं। साथ ही, छोटे आकार और पोर्टेबल फ्लैश/पेन ड्राइव की उपलब्धता के कारण कंप्यूटरों के बीच डेटा ट्रांसफर आसान और सरल हो गया है।

चित्र 1.7: स्टोरेज डिवाइस

गतिविधि 1.1

अपने स्कूल या घर में उपलब्ध सभी सेकेंडरी स्टोरेज डिवाइस की सूची बनाएं।

1.3.3 डेटा कैप्चरिंग, स्टोरेज और रिट्रीवल

डेटा को प्रोसेस करने के लिए हमें पहले डेटा इनपुट या कैप्चर करना होता है। इसके बाद इसे एक फाइल या डेटाबेस में स्टोर किया जाता है ताकि भविष्य में इसका उपयोग किया जा सके। जब भी डेटा को प्रोसेस करना होता है, तो इसे पहले फाइल/डेटाबेस से रिट्रीव किया जाता है ताकि हम इस पर आगे की कार्रवाई कर सकें।

(A) डेटा कैप्चरिंग

इसमें डिजिटल रूप में विभिन्न स्रोतों से डेटा एकत्र करने की प्रक्रिया शामिल होती है। डेटा को कीबोर्ड, बारकोड रीडर (जैसा कि चित्र 1.8 (चित्र 1.8) में दिखाया गया है, खरीदारी के आउटलेट्स पर उपयोग किया जाता है), पृथ्वी की कक्षा में घूमने वाले उपग्रहों पर लगे रिमोट सेंसर आदि का उपयोग करके कैप्चर किया जा सकता है। सोशल मीडिया पर किए गए कमेंट्स/पोस्ट भी डेटा के रूप में कैप्चर किए जाते हैं। कभी-कभी डेटा स्रोतों में विविधता डेटा कैप्चरिंग को एक जटिल कार्य बना देती है।

चित्र 1.8: बारकोड रीडर का उपयोग कर डेटा कैप्चर करना

गतिविधि 1.2

बैंक, ऑटोमोबाइल शोरूम, शॉपिंग मॉल, तहसील कार्यालय आदि में से कुछ स्थानों पर जाएं और डिजिटल प्रारूप में डेटा कैप्चर करने के लिए उपयोग होने वाले 2-3 उपकरणों/साधनों के नाम ज्ञात करें।

(B) डेटा संग्रहण

यह प्रक्रिया कैप्चर किए गए डेटा को बाद में प्रोसेस करने के लिए संग्रहित करने की है। आजकल डेटा बहुत तेजी से उत्पन्न हो रहा है, और इसलिए डेटा संग्रहण एक चुनौतीपूर्ण कार्य बन गया है। हालांकि, डिजिटल संग्रहण उपकरणों की लागत में कमी ने इस कार्य को सरल बनाने में मदद की है। बाजार में अनेक डिजिटल संग्रहण उपकरण उपलब्ध हैं जैसा कि चित्र 1.7 में दिखाया गया है।

समय के साथ डेटा बढ़ता रहता है। इसलिए, संग्रहण उपकरणों को भी समय-समय पर अपग्रेड करने की आवश्यकता होती है। बड़े संगठनों में, विशाल मात्रा में डेटा संग्रहित करने के लिए डेटा सर्वर कहलाने वाले बड़े और तेज़ संग्रहण वाले कंप्यूटर तैनात किए जाते हैं। ऐसे समर्पित कंप्यूटर डेटा को कुशलता से प्रोसेस करने में मदद करते हैं। हालांकि, डेटा सर्वर स्थापित करने और उसके रखरखाव की लागत (हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर दोनों) अधिक होती है, विशेष रूप से छोटे संगठनों और स्टार्टअप्स के लिए।

(C) डेटा पुनर्प्राप्ति

यह भंडारण उपकरणों से डेटा को प्राप्त करने से संबंधित है, ताकि उपयोगकर्ता की आवश्यकता के अनुसार उसे संसाधित किया जा सके। जैसे-जैसे डेटाबेस बढ़ते हैं, स्वीकार्य समय में डेटा की खोज और पुनःप्राप्ति में शामिल चुनौतियाँ भी बढ़ती हैं। डेटा प्रोसेसिंग को तेज करने के लिए डेटा एक्सेस समय को न्यूनतम करना अत्यंत आवश्यक है।

1.3.4 डेटा विलोपन और पुनःप्राप्ति

डिजिटल डेटा से जुड़ा सबसे बड़ा खतरा इसका विलोपन है। भंडारण उपकरण खराब हो सकते हैं या क्रैश हो सकते हैं जिससे संग्रहीत डेटा मिट जाता है। उपयोगकर्ता गलती से भंडारण उपकरणों से डेटा मिटा सकते हैं, या कोई हैकर/मैलवेयर जानबूझकर डिजिटल डेटा को हटा सकता है।

डिजिटल रूप से संग्रहीत डेटा को मिटाने का अर्थ है बिट स्तर पर डेटा के विवरण को बदलना, जो बहुत समय लेने वाला हो सकता है। इसलिए, जब कोई डेटा सिर्फ़ हटाया जाता है, तो उसका पता निर्धारण मुक्त के रूप में चिह्नित कर दिया जाता है और उतनी ही जगह उपयोगकर्ता को खाली दिखाई देती है, बिना वास्तव में डेटा को मिटाए।

यदि डेटा गलती से मिट जाता है या भ्रष्ट हो जाता है, तो डेटा की पुनःप्राप्ति की आवश्यकता उत्पन्न होती है। डेटा की पुनःप्राप्ति तभी संभव है जब मिटाए गए के रूप में चिह्नित सामग्री/मेमोरी स्थान को किसी अन्य डेटा द्वारा अधिलेखित नहीं किया गया हो। डेटा पुनःप्राप्ति द्वितीयक भंडारण उपकरणों से हटाए गए, भ्रष्ट और खोए गए डेटा को पुनः प्राप्त करने की एक प्रक्रिया है।

गतिविधि 1.3

हटाए गए डेटा या भ्रष्ट उपकरण से डेटा पुनःप्राप्त करने के संभावित तरीकों का अन्वेषण करें।

आमतौर पर डेटा से जुड़ी दो सुरक्षा चिंताएँ होती हैं। एक इसकी किसी अनधिकृत व्यक्ति या सॉफ़्टवेयर द्वारा हटाने की है। इन चिंताओं से बचा जा सकता है कंप्यूटर सिस्टम तक पहुँच को सीमित करके और जहाँ भी संभव हो उपयोगकर्ता खातों और फ़ाइलों के लिए पासवर्ड का उपयोग करके। फ़ाइलों को एन्क्रिप्ट करने का विकल्प भी है ताकि उन्हें अवांछित संशोधन से बचाया जा सके।

दूसरी चिंता अनधिकृत उपयोगकर्ता/सॉफ़्टवेयर द्वारा डेटा की अवांछित रिकवरी से संबंधित है। कई बार हम अपने पुराने, टूटे या खराब हो रहे स्टोरेज डिवाइसों को डेटा हटाए बिना ही फेंक देते हैं। हम मान लेते हैं कि हटाई गई फ़ाइलों की सामग्री स्थायी रूप से हट गई है। हालाँकि, यदि ये स्टोरेज डिवाइस शरारती तत्वों के हाथ लग जाते हैं, तो वे इन डिवाइसों से आसानी से डेटा रिकवर कर सकते हैं; यह डेटा की गोपनीयता के लिए खतरा पैदा करता है। इस चिंता को कम किया जा सकता है किसी भी पुराने या खराब स्टोरेज डिवाइस को निपटाने से पहले उचित उपकरणों का उपयोग करके डेटा को हटा या श्रेड करके।

गतिविधि 1.4

एक टेस्ट फ़ाइल बनाएँ और फिर इसे कीबोर्ड से Shift+Delete का उपयोग करके हटा दें। अब गतिविधि 1.3 में आपने जिन विधियों का पता लगाया है, उनका उपयोग करके फ़ाइल को रिकवर करें।

1.4 सॉफ़्टवेयर

अब तक, हमने कंप्यूटर सिस्टम के भौतिक घटकों या हार्डवेयर के बारे में पढ़ा है। लेकिन हार्डवेयर अपने आप किसी काम का नहीं है। हार्डवेयर को निर्देशों के एक समूह द्वारा संचालित किया जाना चाहिए। इन निर्देशों के समूह को सॉफ्टवेयर कहा जाता है। यह कंप्यूटर सिस्टम का वह घटक है, जिसे हम छू या भौतिक रूप से देख नहीं सकते। इसमें वे निर्देश और डेटा शामिल होते हैं जिन्हें कंप्यूटर हार्डवेयर का उपयोग करके प्रोसेस किया जाना है। कंप्यूटर सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर मिलकर कोई भी कार्य पूरा करते हैं।

सॉफ्टवेयर निर्देशों के एक समूह से बना होता है जिन्हें चलाने पर वांछित परिणाम मिलता है। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक सॉफ्टवेयर किसी गणनात्मक उद्देश्य के लिए लिखा जाता है। सॉफ्टवेयर के कुछ उदाहरणों में ऑपरेटिंग सिस्टम जैसे उबुन्टू या विंडोज़ $7 / 10$, वर्ड प्रोसेसिंग टूल्स जैसे लिब्रेऑफिस राइटर या माइक्रोसॉफ्ट वर्ड, वीडियो प्लेयर जैसे वीएलसी प्लेयर, फोटो एडिटर्स जैसे पेंट और लिब्रेऑफिस ड्रा शामिल हैं। हार्ड डिस्क या पेन ड्राइव पर संग्रहित कोई दस्तावेज़ या चित्र को सॉफ्टकॉपी कहा जाता है। एक बार प्रिंट हो जाने पर, दस्तावेज़ या चित्र को हार्डकॉपी कहा जाता है।

हार्डवेयर कंप्यूटर सिस्टम के भौतिक घटकों को संदर्भित करता है जिन्हें देखा और छुआ जा सकता है। उदाहरण के लिए, रैम, कीबोर्ड, प्रिंटर, मॉनिटर, $\mathrm{CPU}$ आदि। दूसरी ओर, सॉफ्टवेयर निर्देशों और डेटा का एक समूह है जो हार्डवेयर को वांछित कार्य को पूरा करने के लिए कार्यात्मक बनाता है।

1.4.1 सॉफ्टवेयर की आवश्यकता

सॉफ्टवेयर का एकमात्र उद्देश कंप्यूटर हार्डवेयर को उपयोगी और संचालन योग्य बनाना है। एक सॉफ्टवेयर यह जानता है कि कंप्यूटर के विभिन्न हार्डवेयर घटकों को कैसे काम करना है और एक-दूसरे के साथ-साथ अंतिम उपयोगकर्ता के साथ संवाद करना है। हम कंप्यूटर के हार्डवेयर से सीधे बात नहीं कर सकते या उसे निर्देश नहीं दे सकते। इसलिए, सॉफ्टवेयर मानव उपयोगकर्ता और हार्डवेयर के बीच एक इंटरफेस के रूप में कार्य करता है।

हार्डवेयर के साथ बातचीत के तरीके और किए जाने वाले कार्यों के आधार पर, सॉफ्टवेयर को मोटे तौर पर तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है अर्थात् i) सिस्टम सॉफ्टवेयर ii) प्रोग्रामिंग उपकरण और iii) एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर। सॉफ्टवेयर का वर्गीकरण चित्र 1.9 में दिखाया गया है।

1.4.2 सिस्टम सॉफ्टवेयर

वह सॉफ्टवेयर जो कंप्यूटर को संचालित करने के लिए आधारभूत कार्यक्षमता प्रदान करता है और सीधे उसके घटक हार्डवेयर के साथ बातचीत करता है, उसे सिस्टम सॉफ्टवेयर कहा जाता है। एक सिस्टम सॉफ्टवेयर यह जानता है कि कंप्यूटर के विभिन्न हार्डवेयर घटकों को कैसे संचालित और उपयोग किया जाए। यह सेवाएं सीधे अंतिम उपयोगकर्ता को या किसी अन्य सॉफ्टवेयर को प्रदान करता है। सिस्टम सॉफ्टवेयर के उदाहरणों में ऑपरेटिंग सिस्टम, सिस्टम यूटिलिटीज, डिवाइस ड्राइवर आदि शामिल हैं।

(A) ऑपरेटिंग सिस्टम

जैसा कि नाम से स्पष्ट है, ऑपरेटिंग सिस्टम एक सिस्टम सॉफ्टवेयर है जो कंप्यूटर को संचालित करता है। ऑपरेटिंग सिस्टम सबसे बुनियादी सिस्टम सॉफ्टवेयर होता है, जिसके बिना अन्य सॉफ्टवेयर काम नहीं कर सकते। ऑपरेटिंग सिस्टम अन्य एप्लिकेशन प्रोग्राम्स का प्रबंधन करता है और सिस्टम के उपयोगकर्ताओं को पहुंच और सुरक्षा प्रदान करता है। कुछ लोकप्रिय ऑपरेटिंग सिस्टम हैं—विंडोज, लिनक्स, मैकिन्टोश, उबुन्टू, फेडोरा, एंड्रॉयड, आईओएस आदि।

(ब) सिस्टम यूटिलिटीज़

वह सॉफ्टवेयर जिसका उपयोग कंप्यूटर सिस्टम की मेंटेनेंस और कॉन्फ़िगरेशन के लिए किया जाता है, सिस्टम यूटिलिटी कहलाता है। कुछ सिस्टम यूटिलिटीज़ ऑपरेटिंग सिस्टम के साथ ही आती हैं, जैसे—डिस्क डिफ्रैग्मेंटेशन टूल, फॉर्मेटिंग यूटिलिटी, सिस्टम रिस्टोर यूटिलिटी आदि। एक अन्य श्रेणी वे यूटिलिटीज़ की है जो ऑपरेटिंग सिस्टम के साथ नहीं आतीं, परंतु सिस्टम के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए आवश्यक होती हैं, जैसे—एंटी-वायरस सॉफ्टवेयर, डिस्क क्लीनर टूल, डिस्क कंप्रेशन सॉफ्टवेयर आदि।

(स) डिवाइस ड्राइवर्स

जैसा कि नाम से स्पष्ट होता है, डिवाइस ड्राइवर का उद्देश्य किसी विशेष उपकरण के सही कामकाज को सुनिश्चित करना है। जब पूरे कंप्यूटर सिस्टम की बात आती है, तो ऑपरेटिंग सिस्टम ही सारा काम संभालता है। लेकिन रोज़ाना नए उपकरण और घटक कंप्यूटर सिस्टम में जोड़े जाते हैं। सभी मौजूदा और नए बाह्य उपकरणों—जिनमें से हर एक की अपनी विशिष्टताएँ होती हैं—को केवल ऑपरेटिंग सिस्टम के ज़रिए संभालना संभव नहीं है। इसलिए किसी विशेष उपकरण के हार्डवेयर स्तर पर समग्र नियंत्रण, संचालन और प्रबंधन की ज़िम्मेदारी उसके डिवाइस ड्राइवर को सौंपी जाती है।

डिवाइस ड्राइवर उपकरण और ऑपरेटिंग सिस्टम के बीच एक इंटरफेस के रूप में कार्य करता है। यह उपकरण के हार्डवेयर स्तर पर होने वाली संचालन-विधियों का विवरण छिपाते हुए आवश्यक सेवाएँ प्रदान करता है। ठीक एक भाषा-अनुवादक की तरह, डिवाइस ड्राइवर ऑपरेटिंग सिस्टम और जुड़े हुए उपकरण के बीच मध्यस्थ का काम करता है।

अपने शिक्षक से कहें कि वे आपकी सहायता करें आपके कंप्यूटर में इंस्टॉल किन्हीं दो डिवाइस ड्राइवरों को खोजने में।

चित्र 1.9: सॉफ़्टवेयर का वर्गीकरण

1.4.3 एप्लिकेशन सॉफ़्टवेयर

सिस्टम सॉफ्टवेयर कंप्यूटर सिस्टम की मूल कार्यक्षमता प्रदान करता है। हालांकि, विभिन्न उपयोगकर्ताओं को अपनी आवश्यकताओं के अनुसार कंप्यूटर सिस्टम की विभिन्न उद्देश्यों के लिए आवश्यकता होती है। इसलिए, अंतिम उपयोगकर्ताओं की विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक नई श्रेणी के सॉफ्टवेयर की आवश्यकता होती है। यह विशिष्ट सॉफ्टवेयर जो सिस्टम सॉफ्टवेयर के ऊपर कार्य करता है, एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर कहलाता है। एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर की फिर दो व्यापक श्रेणियां हैं: सामान्य उद्देश्य और अनुकूलित एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर।

एक कंप्यूटर सिस्टम एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर के बिना कार्य कर सकता है, लेकिन यह सिस्टम सॉफ्टवेयर के बिना कार्य नहीं कर सकता। उदाहरण के लिए, हम कंप्यूटर का उपयोग तब भी कर सकते हैं जब कोई वर्ड प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर स्थापित नहीं है, लेकिन यदि कोई ऑपरेटिंग सिस्टम स्थापित नहीं है, तो हम कंप्यूटर पर कार्य नहीं कर सकते। दूसरे शब्दों में, एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर की अनुपस्थिति में कंप्यूटर का उपयोग संभव है।

(A) सामान्य उद्देश्य सॉफ्टवेयर

एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर जो सामान्य अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया जाता है, ताकि आम तौर पर बड़े दर्शकों की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके, सामान्य उद्देश्य सॉफ्टवेयर कहलाता है। ऐसा तैयार-मेडे एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर अंतिम उपयोगकर्ताओं द्वारा उनकी आवश्यकताओं के अनुसार उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, स्प्रेडशीट टूल LibreOffice Calc का उपयोग कोई भी कंप्यूटर उपयोगकर्ता गणना करने या खाता शीट बनाने के लिए कर सकता है। Adobe Photoshop, GIMP, Mozilla वेब ब्राउज़र, iTunes आदि सामान्य उद्देश्य सॉफ्टवेयर की श्रेणी में आते हैं।

(B) अनुकूलित सॉफ्टवेयर

ये कस्टम या टेलर-मेड एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर होते हैं, जिन्हें किसी विशिष्ट संगठन या व्यक्ति की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विकसित किया जाता है। ये किसी व्यक्ति या संगठन की जरूरतों के अनुरूप बेहतर ढंग से फिट होते हैं, क्योंकि इन्हें विशेष आवश्यकताओं के अनुसार डिज़ाइन किया जाता है। यूज़र-डिफाइंड सॉफ्टवेयर के कुछ उदाहरणों में वेबसाइटें, स्कूल मैनेजमेंट सॉफ्टवेयर, अकाउंटिंग सॉफ्टवेयर आदि शामिल हैं। यह किसी विशेष रंग और कपड़े का टुकड़ा खरीदकर उसे अपनी इच्छानुसार सिलवाने जैसा है।

अपने शिक्षक की मदद से अपने कंप्यूटर में एक एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर इंस्टॉल करें।

1.4.4 मालिकाना या मुफ्त और ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर

कुछ सॉफ्टवेयर डेवलपर्स जनता को अपने सॉफ्टवेयर और सोर्स कोड को मुफ्त में उपयोग करने की अनुमति देते हैं ताकि एक-दूसरे की मदद से उसे और बेहतर बनाया जा सके। ऐसे सॉफ्टवेयर को फ्री और ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर (FOSS) कहा जाता है। उदाहरण के लिए, ऑपरेटिंग सिस्टम Ubuntu का सोर्स कोड किसी भी व्यक्ति के लिए मुफ्त में उपलब्ध है जो आवश्यक ज्ञान रखता हो और उसमें सुधार या नई कार्यक्षमता जोड़ना चाहता हो। FOSS के अन्य उदाहरणों में Python, LibreOffice, OpenOffice, Mozilla Firefox आदि शामिल हैं। कभी-कभी सॉफ्टवेयर उपयोग के लिए मुफ्त उपलब्ध होते हैं लेकिन उनका सोर्स कोड उपलब्ध नहीं होता। ऐसे सॉफ्टवेयर को फ्रीवेयर कहा जाता है। फ्रीवेयर के उदाहरणों में Skype, Adobe Reader आदि शामिल हैं।

जब किसी सॉफ्टवेयर का उपयोग करने के लिए उस विक्रेता से खरीदना पड़े जिसके पास उस सॉफ्टवेयर का कॉपीराइट हो, तो वह मालिकाना सॉफ्टवेयर (proprietary software) होता है। मालिकाना सॉफ्टवेयर के उदाहरणों में Microsoft Windows, Tally, Quickheal आदि शामिल हैं। कोई सॉफ्टवेयर फ्रीवेयर हो सकता है, ओपन सोर्स हो सकता है या मालिकाना सॉफ्टवेयर हो सकता है, यह उन शर्तों और नियमों पर निर्भर करता है जिन्हें उस सॉफ्टवेयर को विकसित करने और जारी करने वाले व्यक्ति या समूह ने निर्धारित किया है।

सारांश

• एक कम्प्यूटिंग डिवाइस, जिसे कम्प्यूटर भी कहा जाता है, दी गई निर्देशों के अनुसार इनपुट डेटा को प्रोसेस करता है ताकि वांछित आउटपुट उत्पन्न किया जा सके।
• कम्प्यूटर डेटा को प्रोसेस कर सूचना उत्पन्न करता है, जिसके आगे विश्लेषण और व्याख्या से ज्ञान प्राप्त होता है।
• कम्प्यूटर सिस्टम के चार भौतिक घटक होते हैं: i) CPU ii) प्राथमिक मेमोरी iii) इनपुट डिवाइस और iv) आउटपुट डिवाइस। इन्हें कम्प्यूटर का हार्डवेयर कहा जाता है।
• कम्प्यूटर सिस्टम में प्राथमिक मेमोरी के दो प्रकार होते हैं: i) RAM जो वोलेटाइल मेमोरी है और ii) ROM जो नॉन-वोलेटाइल मेमोरी है।
• सॉफ्टवेयर निर्देशों का एक समूह होता है जिसे किसी वांछित कार्य को पूरा करने के लिए लिखा जाता है और इसे मुख्यतः सिस्टम सॉफ्टवेयर, प्रोग्रामिंग टूल्स और एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
• कम्प्यूटर का हार्डवेयर अपने आप कार्य नहीं कर सकता। इसे कार्यात्मक बनाने के लिए सॉफ्टवेयर की आवश्यकता होती है।
• ऑपरेटिंग सिस्टम उपयोगकर्ता और कम्प्यूटर के बीच एक इंटरफेस होता है और कम्प्यूटर सिस्टम के कार्य की देखरेख करता है, अर्थात् यह कम्प्यूटर सिस्टम के हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर की निगरानी और नियंत्रण करता है।

अभ्यास

1. कंप्यूटर को कार्यात्मक बनाने के लिए आवश्यक सॉफ्टवेयर का नाम बताइए। इसके दो प्रमुख कार्य लिखिए।
2. RAM की आवश्यकता क्यों है? यह ROM से किस प्रकार भिन्न है?
3. द्वितीयक स्मृति की आवश्यकता क्यों है?
4. कंप्यूटर प्रणाली का ब्लॉक आरेख बनाइए। प्रत्येक घटक की कार्यप्रणाली का संक्षेप में वर्णन कीजिए।
5. मालिकाना सॉफ्टवेयर और मुफ्त सॉफ्टवेयर के बीच अंतर बताइए। प्रत्येक प्रकार के दो सॉफ्टवेयरों के नाम लिखिए।
6. इंटरनेट ब्राउज़िंग हेतु प्रयुक्त किन्हीं दो ब्राउज़रों का उल्लेख कीजिए।
7. निम्न कार्यों हेतु प्रयुक्त इनपुट/आउटपुट यंत्र का नाम बताइए:
a) ऑडियो आउटपुट के लिए
b) पाठीय डेटा इनपुट के लिए
c) टेक्स्ट फ़ाइल की हार्ड कॉपी बनाने के लिए
d) डेटा/सूचना प्रदर्शित करने के लिए
e) ऑडियो-आधारित कमांड इनपुट के लिए
f) 3D मॉडल निर्माण हेतु
g) दृष्टिहीन व्यक्ति को डेटा इनपुट में सहायता देने हेतु
8. निम्न सॉफ्टवेयरों की श्रेणी (सिस्टम, अनुप्रयोग, प्रोग्रामिंग उपकरण) पहचानिए:
a) कंपाइलर
b) असेम्बलर
c) उबुन्टु
d) टेक्स्ट एडिटर
9. निम्न को बाइट्स में परिवर्तित कीजिए:
a) 2 MB
b) 3.7 GB
c) 1.2 TB
10. जब हम कार्यरहित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को फेंक देते हैं, तो इससे उत्पन्न सुरक्षा संबंधी खतरे क्या हैं?
11. निम्न कार्यों हेतु आवश्यक स्मृति का प्रकार लिखिए:
a) डेटा को स्थायी रूप से संग्रहीत करने के लिए
b) प्रोग्राम को निष्पादित करने के लिए
c) उन निर्देशों को संग्रहीत करने के लिए जिन्हें अधिलेखित नहीं किया जा सकता