अध्याय 24: कंप्यूटर विज्ञान की बुनियाद — आर्किटेक्चर, मेमोरी, ऑपरेटिंग सिस्टम, ओपन-सोर्स और सुपरकंप्यूटिंग

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1. आधारभूत अवधारणाएँ: कंप्यूटर आर्किटेक्चर, द्विआधारी तर्क और निर्देश चक्र (Foundational Concepts)

आधुनिक डिजिटल क्रांति—स्मार्टफोन और क्लाउड कंप्यूटिंग से लेकर कृत्रिम बुद्धिमत्ता (Artificial Intelligence) और मौसम पूर्वानुमान वाले पेटास्केल सुपरकंप्यूटरों तक—भौतिकी और गणित के एक अत्यंत सरल किंतु शक्तिशाली सिद्धांत पर टिकी है: द्विआधारी अंक प्रणाली (Binary Number System: 0 और 1) तथा बूलीयन बीजगणित (Boolean Algebra)। किसी सिलिकॉन अर्धचालक चिप (Semiconductor Chip) के भीतर करोड़ों सूक्ष्म ट्रांजिस्टर (MOSFETs) विद्युत वोल्टेज के दो स्तरों—निम्न वोल्टेज (0 या OFF) और उच्च वोल्टेज (1 या ON)—के माध्यम से समस्त सूचनाओं का प्रतिनिधित्व और प्रसंस्करण करते हैं।

1.1 बिट, बाइट, डेटा निरूपण और लॉजिक गेट्स (Bits, Bytes, Encoding & Logic Gates)

बिट (Bit — Binary Digit) एवं बाइट (Byte): सूचना की सबसे छोटी इकाई 1 बिट (0 या 1) है। 4 बिट के समूह को निबल (Nibble) और 8 बिट के समूह को 1 बाइट (1 Byte = 2³ bits) कहा जाता है, जो 2⁸ = 256 विशिष्ट मानों (0 से 255) को निरूपित कर सकता है। कंप्यूटर मेमोरी में मानक बाइनरी उपसर्ग 2 की घातों पर चलते हैं: 1 किलोबाइट (KiB) = 2¹⁰ (1,024) बाइट्स, 1 मेगाबाइट (MiB) = 2²⁰ बाइट्स, 1 गीगाबाइट (GiB) = 2³⁰ बाइट्स, 1 टेराबाइट (TiB) = 2⁴⁰ बाइट्स और 1 पेटाबाइट (PiB) = 2⁵⁰ बाइट्स।
वर्ण संकेतन (Character Encoding — ASCII से UTF-8 तक): प्रारंभिक कंप्यूटरों में अंग्रेजी अक्षरों के लिए 7-बिट या 8-बिट ASCII (American Standard Code for Information Interchange — 128 या 256 वर्ण) का उपयोग होता था, जो देवनागरी (हिंदी), तमिल या अन्य विश्व भाषाओं को दर्शाने में असमर्थ था। इसे हल करने के लिए यूनिकोड (Unicode — विशेषतः UTF-8) मानक अपनाया गया, जो 1 से 4 बाइट्स के परिवर्तनशील (Variable-width) संकेतन का उपयोग करके विश्व की सभी लिपियों (देवनागरी सहित) और प्रतीकों को एक ही दस्तावेज़ में निर्बाध रूप से प्रदर्शित करता है।
बूलीयन लॉजिक गेट्स (Boolean Logic Gates): प्रोसेसर के भीतर अंकगणितीय और तार्किक संक्रियाएँ लॉजिक गेट्स द्वारा संपन्न होती हैं:
- मौलिक गेट्स (Basic Gates): AND (दोनों इनपुट 1 होने पर ही आउटपुट 1), OR (कोई भी एक इनपुट 1 होने पर आउटपुट 1), और NOT (इनपुट का व्युत्क्रम/Inverter)।
- सार्वभौमिक गेट्स (Universal Gates — NAND और NOR): UPSC प्रारंभिक परीक्षा के लिए यह अत्यंत महत्त्वपूर्ण तथ्य है कि NAND (NOT + AND) और NOR (NOT + OR) को 'यूनिवर्सल गेट्स' कहा जाता है, क्योंकि केवल NAND गेट्स या केवल NOR गेट्स के संयोजन से किसी भी अन्य लॉजिक गेट (AND, OR, NOT, XOR) और संपूर्ण डिजिटल प्रोसेसर या फ्लैश मेमोरी (जैसे NAND Flash SSD) का निर्माण किया जा सकता है।
- XOR (Exclusive-OR) गेट: जब दोनों इनपुट भिन्न होते हैं (0,1 या 1,0) तब आउटपुट 1 देता है, और समान होने पर 0। यह कंप्यूटर में अंकगणितीय जोड़ (Half-Adder / Full-Adder परिपथ) तथा क्रिप्टोग्राफिक एन्क्रिप्शन (Ciphering) की रीढ़ है।

1.2 वॉन न्यूमैन बनाम हार्वर्ड आर्किटेक्चर (Von Neumann vs Harvard Architecture)

1945 में गणितज्ञ जॉन वॉन न्यूमैन ने 'संग्रहीत-प्रोग्राम कंप्यूटर' (Stored-Program Computer) की अवधारणा प्रस्तुत की, जिस पर आज के लगभग सभी सामान्य-उद्देश्यीय कंप्यूटर (डेस्कटॉप, लैपटॉप, सर्वर) आधारित हैं।

वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर (Von Neumann Architecture): इसमें डेटा (Data) और प्रोग्राम निर्देश (Instructions) दोनों को एक ही साझा मुख्य मेमोरी (Single Shared Memory) में संग्रहीत किया जाता है और दोनों के आवागमन के लिए एक ही साझा बस (Shared System Bus — Address, Data, Control Bus) का उपयोग होता है।
वॉन न्यूमैन बॉटलनेक (Von Neumann Bottleneck): चूँकि CPU की गति मेमोरी बस की डेटा अंतरण गति से कई गुना अधिक होती है और एक समय में एक ही बस से या तो निर्देश (Instruction) या डेटा (Data) ही लाया जा सकता है, इसलिए प्रोसेसर को अक्सर मेमोरी से डेटा आने की प्रतीक्षा (Idle state) करनी पड़ती है। इसी अवरोध को कम करने के लिए आधुनिक कंप्यूटरों में कैश मेमोरी (Cache Memory) और ब्रांच प्रेडिक्शन (Branch Prediction) का उपयोग किया जाता है।
हार्वर्ड आर्किटेक्चर (Harvard Architecture): इसमें निर्देशों (Instructions) और डेटा (Data) के लिए पृथक मेमोरी क्षेत्र और पृथक बसें (Separate Buses) होती हैं, जिससे प्रोसेसर एक ही क्लॉक चक्र (Clock Cycle) में निर्देश पढ़ने और डेटा लिखने/पढ़ने का कार्य एक साथ कर सकता है। इसका उपयोग डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (DSP), माइक्रोकंट्रोलर (जैसे Arduino/AVR) और आधुनिक CPU के आंतरिक L1 कैश (Split L1 Instruction Cache + L1 Data Cache — Modified Harvard Architecture) में किया जाता है।

1.3 CPU की आंतरिक संरचना एवं निर्देश चक्र (Fetch–Decode–Execute–Writeback Cycle)

सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (CPU) के तीन मुख्य घटक होते हैं: (1) अंकगणित एवं तर्क इकाई (ALU — Arithmetic Logic Unit) जो जोड़, घटाव, तुलना और तार्किक संक्रियाएँ करती है; (2) नियंत्रण इकाई (CU — Control Unit) जो निर्देशों को डिकोड करके पूरे कंप्यूटर के घटकों को नियंत्रण संकेत भेजती है; और (3) रजिस्टर (Registers) जैसे प्रोग्राम काउंटर (PC), इंस्ट्रक्शन रजिस्टर (IR) और एक्यूमुलेटर (ACC)। प्रत्येक निर्देश चार चरणों के चक्र से गुजरता है:

फेच (Fetch): प्रोग्राम काउंटर (PC) में स्थित मेमोरी पते से अगला निर्देश मुख्य मेमोरी/कैश से लाकर इंस्ट्रक्शन रजिस्टर (IR) में रखा जाता है।
डिकोड (Decode): कंट्रोल यूनिट (CU) उस बाइनरी निर्देश (Opcode + Operands) का अर्थ समझती है कि कौन-सी संक्रिया करनी है।
एग्जीक्यूट (Execute): ALU आवश्यक गणना या तार्किक तुलना निष्पादित करता है।
राइटबैक (Writeback): गणना के परिणाम को वापस CPU रजिस्टर या मुख्य मेमोरी में लिख दिया जाता है। आधुनिक प्रोसेसर इंस्ट्रक्शन पाइपलाइनिंग (Instruction Pipelining) द्वारा एक साथ कई निर्देशों को अलग-अलग चरणों में चलाकर थ्रूपुट बढ़ाते हैं।

चित्र 24.1: (बाएँ) वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर में साझा सिस्टम बस और 'बॉटलनेक'; (दाएँ) कंप्यूटर मेमोरी पदानुक्रम—शीर्ष पर तीव्रतम वोलेटाइल रजिस्टर व SRAM कैश तथा आधार पर विशाल नॉन-वोलेटाइल भंडारण।

1.4 मुख्य तकनीकी शब्दावली (Core Glossary)

क्लॉक स्पीड (Clock Speed — GHz): प्रोसेसर के आंतरिक दोलित्र (Oscillator) द्वारा प्रति सेकंड उत्पन्न होने वाले स्पंदों (Cycles) की संख्या। 1 GHz = 10⁹ चक्र प्रति सेकंड।
FLOPS (Floating-Point Operations Per Second): सुपरकंप्यूटरों और वैज्ञानिक प्रोसेसरों की गणनात्मक गति मापने की मानक इकाई। 1 TeraFLOPS (TFLOPS) = 10¹² FLOPS; 1 PetaFLOPS (PFLOPS) = 10¹⁵ FLOPS (एक सेकंड में एक पद्म/हजार ट्रिलियन दशमलव गणनाएँ); 1 ExaFLOPS = 10¹⁸ FLOPS।
फर्मवेयर (Firmware) एवं BIOS/UEFI: नॉन-वोलेटाइल ROM/Flash चिप में स्थायी रूप से लिखा गया निम्न-स्तरीय सॉफ्टवेयर, जो कंप्यूटर चालू करने पर POST (Power-On Self-Test) करता है और ऑपरेटिंग सिस्टम के कर्नेल को RAM में लोड (Bootstrapping) करता है।
कर्नेल (Kernel): ऑपरेटिंग सिस्टम का सबसे भीतरी मुख्य भाग, जो हार्डवेयर (CPU, मेमोरी, I/O उपकरणों) और एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर के बीच सीधा संवाद और संसाधन आवंटन नियंत्रित करता है।

2. परीक्षा-स्तरीय व्यापक विश्लेषण: मेमोरी, प्रोसेसर वास्तुकला (CPU/GPU/TPU/NPU) और सॉफ्टवेयर

2.1 प्राथमिक बनाम द्वितीयक मेमोरी: SRAM, DRAM, ROM और NAND Flash की तुलना

UPSC प्रारंभिक परीक्षा में बार-बार मेमोरी के भौतिक सिद्धांतों और उनके गुणधर्मों (Volatility, Refresh requirement, Speed) पर प्रश्न पूछे जाते हैं:

SRAM (Static Random Access Memory) बनाम DRAM (Dynamic RAM):
- SRAM प्रत्येक 1 बिट को संग्रहीत करने के लिए 4 से 6 ट्रांजिस्टरों के लैच/फ्लिप-फ्लॉप (Flip-Flop circuit) का उपयोग करती है। इसमें किसी संधारित्र (Capacitor) का उपयोग नहीं होता, इसलिए जब तक विद्युत आपूर्ति चालू रहती है, इसे बार-बार रीफ्रेश (Refresh) करने की आवश्यकता नहीं होती। यह अत्यंत तीव्र (1–10 नैनोसेकंड) किंतु महँगी और अधिक स्थान घेरने वाली होती है, इसलिए इसका उपयोग CPU कैश मेमोरी (L1, L2, L3 Cache) में किया जाता है।
- DRAM प्रत्येक 1 बिट को संग्रहीत करने के लिए केवल 1 ट्रांजिस्टर और 1 सूक्ष्म संधारित्र (Capacitor) का उपयोग करती है। चूँकि संधारित्र से आवेश (Charge) कुछ मिलीसेकंड में रिस (Leak) जाता है, इसलिए DRAM को प्रति सेकंड हजारों बार विद्युत रीफ्रेश (Periodic Refreshing) करना पड़ता है। यह SRAM से सस्ती और सघन होती है, इसलिए इसका उपयोग कंप्यूटर की मुख्य मेमोरी (Main RAM — DDR4, DDR5, LPDDR5X तथा AI GPU में प्रयुक्त HBM — High Bandwidth Memory) के रूप में होता है। SRAM और DRAM दोनों ही वोलेटाइल (Volatile) हैं अर्थात् बिजली बंद होते ही डेटा समाप्त हो जाता है।
नॉन-वोलेटाइल मेमोरी (ROM, EEPROM एवं NAND Flash):
- ROM / PROM / EPROM / EEPROM: रीड-ओनली मेमोरी में बिजली जाने पर भी डेटा सुरक्षित रहता है। EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) को विद्युत संकेतों द्वारा बाइट-दर-बाइट मिटाया और पुनः लिखा जा सकता है।
- फ्लैश मेमोरी (NAND Flash — SSD, पेन ड्राइव, मेमोरी कार्ड): यह EEPROM का एक उन्नत रूप है जो फ्लोटिंग-गेट ट्रांजिस्टर (Floating-Gate MOSFET) या चार्ज-ट्रैप (3D V-NAND) तकनीक पर कार्य करती है, जहाँ क्वांटम टनलिंग द्वारा इलेक्ट्रॉनों को एक कुचालक परत के बीच फँसाकर रखा जाता है। बाइट-दर-बाइट की जगह यह बड़े ब्लॉकों (Blocks) में डेटा मिटाती और लिखती है, जिससे NVMe SSD (Non-Volatile Memory Express Solid State Drive) चुंबकीय हार्ड डिस्क (HDD) की तुलना में 10 से 50 गुना तीव्र गति प्रदान करती है।

मेमोरी का प्रकार	प्रकृति (Volatility)	भौतिक भंडारण तंत्र	अभिगम विलंबता (Latency)	रीफ्रेश आवश्यकता एवं मुख्य उपयोग
CPU रजिस्टर (Registers)	वोलेटाइल (अस्थायी)	उच्च-गति D फ्लिप-फ्लॉप (Flip-Flops)	< 1 नैनोसेकंड (ns)	रीफ्रेश अनावश्यक; वर्तमान में निष्पादित हो रहे निर्देश व ऑपरेंड का धारण।
कैश मेमोरी (SRAM — L1/L2/L3)	वोलेटाइल (अस्थायी)	6-ट्रांजिस्टर फ्लिप-फ्लॉप लैच (बिना संधारित्र)	1 से 10 नैनोसेकंड (ns)	रीफ्रेश अनावश्यक; प्रोसेसर और मुख्य RAM के बीच गति-अंतर पाटने हेतु।
मुख्य मेमोरी (DRAM — DDR5 / HBM3)	वोलेटाइल (अस्थायी)	1 ट्रांजिस्टर + 1 सूक्ष्म संधारित्र (1T1C Cell)	50 से 100 नैनोसेकंड (ns)	निरंतर रीफ्रेश आवश्यक (आवेश रिसाव के कारण); चल रहे OS व ऐप्स का कार्यक्षेत्र।
फ्लैश मेमोरी (NAND Flash / NVMe SSD)	नॉन-वोलेटाइल (स्थायी)	फ्लोटिंग-गेट / चार्ज-ट्रैप MOSFET (ब्लॉक-स्तरीय)	10 से 100 माइक्रोसेकंड (μs)	रीफ्रेश अनावश्यक; आधुनिक लैपटॉप, स्मार्टफोन, सर्वर SSD एवं USB ड्राइव।
चुंबकीय हार्ड डिस्क (Magnetic HDD)	नॉन-वोलेटाइल (स्थायी)	घूमती चुंबकीय प्लेट (Platter) व रीड/राइट हेड	5 से 15 मिलीसेकंड (ms)	रीफ्रेश अनावश्यक; यांत्रिक गतिशील भागों के कारण धीमी किंतु सस्ती बल्क स्टोरेज।

2.2 प्रोसेसर आर्किटेक्चर की तुलना: CPU बनाम GPU बनाम TPU/NPU एवं CISC बनाम RISC-V

कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI), डीप लर्निंग और सुपरकंप्यूटिंग के युग में केवल पारंपरिक CPU पर्याप्त नहीं है। विभिन्न गणनात्मक कार्यों के लिए चार विशिष्ट प्रोसेसर वास्तुकलाओं का उपयोग होता है:

मानदंड	CPU (Central Processing Unit)	GPU (Graphics Processing Unit)	TPU / NPU (Tensor / Neural Processing Unit)	FPGA / ASIC
कोर संख्या एवं संरचना	कम किंतु अत्यंत शक्तिशाली कोर (4 से 128 कोर); विशाल कैश व जटिल कंट्रोल यूनिट।	हजारों छोटे-छोटे समानांतर ALU कोर (जैसे 5,000–16,000+ स्ट्रीम प्रोसेसर)।	मैट्रिक्स गुणन (Matrix Multiplication) हेतु समर्पित सिस्टोलिक ऐरे (Systolic Arrays)।	हार्डवेयर स्तर पर प्रोग्राम करने योग्य लॉजिक ब्लॉक्स (FPGA) या एकल-कार्य चिप (ASIC)।
प्रसंस्करण दर्शन	अनुक्रमिक प्रसंस्करण (Sequential / Low-Latency): जटिल शाखाओं (Branching) वाले कार्य तुरंत निपटाना।	विशाल समानांतर प्रसंस्करण (Massive Parallel / High-Throughput): एक साथ लाखों पिक्सेल या वेक्टर पर समान संक्रिया (SIMD)।	AI/न्यूरल नेटवर्क त्वरण: कम परिशुद्धता (FP16, BF16, INT8) पर तीव्र टेंसर व मैट्रिक्स गणनाएँ।	अल्ट्रा-लो लेटेंसी सिग्नल प्रोसेसिंग, रडार, टेलीकॉम (5G बेस स्टेशन) और क्रिप्टोग्राफी।
प्रमुख अनुप्रयोग	ऑपरेटिंग सिस्टम चलाना, डेटाबेस प्रबंधन, सामान्य नियंत्रण तर्क।	3D ग्राफिक्स, मौसम सिमुलेशन, सुपरकंप्यूटिंग (HPC) और बड़े AI मॉडल (LLM) का प्रशिक्षण।	जनरेटिव AI प्रशिक्षण व अनुमान (Inference), स्मार्टफोन ऑन-डिवाइस AI (Edge AI)।	अंतरिक्ष उपग्रह पेलोड, रक्षा रडार, नेटवर्क राउटर व ब्लॉकचेन हार्डवेयर।

निर्देश सेट आर्किटेक्चर (ISA): CISC (x86) बनाम RISC (ARM) बनाम ओपन-सोर्स RISC-V:

CISC (Complex Instruction Set Computer — जैसे Intel और AMD का x86-64): इसमें एक ही निर्देश कई जटिल कार्य (जैसे मेमोरी से डेटा लाना और गुणा करना) कर सकता है। यह हार्डवेयर को जटिल और अधिक ऊर्जा खपत वाला बनाता है, तथा यह एक स्वामित्व (Proprietary/Closed) आर्किटेक्चर है।
RISC (Reduced Instruction Set Computer — जैसे ARM): इसमें सरल, समान लंबाई के निर्देश होते हैं जो एक क्लॉक चक्र में निष्पादित होते हैं (Load-Store Architecture)। कम ऊर्जा खपत के कारण दुनिया के 95%+ स्मार्टफोन और Apple M-सीरीज़ चिप्स ARM पर चलते हैं, किंतु ARM के उपयोग हेतु विदेशी कंपनी को भारी लाइसेंस शुल्क (Royalty) देना पड़ता है।
RISC-V (ओपन-सोर्स पाँचवीं पीढ़ी का RISC): कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में प्रारंभ हुआ RISC-V एक पूर्णतः ओपन-सोर्स, रॉयल्टी-मुक्त निर्देश सेट आर्किटेक्चर (Open-Source ISA) है। भारत सरकार के इलेक्ट्रॉनिकी और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MeitY) ने DIR-V (Digital India RISC-V) कार्यक्रम शुरू किया है, जिसके अंतर्गत IIT मद्रास द्वारा 'शक्ति' (SHAKTI) और C-DAC द्वारा 'वेगा' (VEGA) स्वदेशी माइक्रोप्रोसेसर विकसित किए गए हैं, जो भारत को विदेशी चिप लाइसेंसिंग और हार्डवेयर 'बैकडोर' से रणनीतिक संप्रभुता प्रदान करते हैं।

चित्र 24.2: (A) CPU, GPU और TPU/NPU की आंतरिक संरचना का अंतर; (B) उच्च-स्तरीय प्रोग्रामिंग भाषा और API से लेकर OS कर्नेल, ओपन-सोर्स RISC-V ISA और सिलिकॉन ट्रांजिस्टर तक की 5-स्तरीय निष्पादन श्रृंखला।

2.3 सिस्टम सॉफ्टवेयर: ऑपरेटिंग सिस्टम, कंपाइलर बनाम इंटरप्रेटर, और API

ऑपरेटिंग सिस्टम (Operating System — OS) के मुख्य कार्य:
1. प्रोसेस प्रबंधन (Process Management & Scheduling): मल्टीटास्किंग और टाइम-शेयरिंग के माध्यम से CPU समय का विभिन्न प्रक्रियाओं (Processes) और थ्रेड्स (Threads) के बीच आवंटन तथा 'डेडलॉक' (Deadlock) की रोकथाम।
2. मेमोरी प्रबंधन एवं वर्चुअल मेमोरी (Virtual Memory & Paging): जब मुख्य RAM भर जाती है, तो OS द्वितीयक स्टोरेज (SSD/HDD) के एक हिस्से को 'स्वैप स्पेस' या 'पेज फ़ाइल' (Virtual Memory) के रूप में उपयोग करता है, जिससे भौतिक RAM से बड़े प्रोग्राम भी चल सकते हैं।
3. फाइल सिस्टम व सुरक्षा (File System & Kernel Ring Protection): यूजर मोड (Ring 3) और कर्नेल मोड (Ring 0) के बीच पृथक्करण ताकि कोई दुर्भावनापूर्ण ऐप सीधे हार्डवेयर या अन्य ऐप की मेमोरी को भ्रष्ट न कर सके।
कंपाइलर (Compiler) बनाम इंटरप्रेटर (Interpreter) बनाम JIT (Just-In-Time Compiler):
- कंपाइलर (जैसे C, C++, Rust, Go): यह संपूर्ण उच्च-स्तरीय स्रोत कोड (Source Code) को निष्पादन से पहले एक ही बार में स्कैन करके सीधे मशीन कोड (Executable Binary) में बदल देता है। इसलिए कंपाइल किए गए प्रोग्राम अत्यंत तीव्र गति से चलते हैं।
- इंटरप्रेटर (जैसे पारंपरिक Python, JavaScript, Ruby): यह स्रोत कोड को एक-एक पंक्ति (Line-by-Line) पढ़कर वास्तविक समय (Runtime) में अनुवाद और निष्पादित करता है। इससे त्रुटि ढूँढना (Debugging) आसान होता है और कोड प्लेटफॉर्म-स्वतंत्र रहता है, किंतु निष्पादन गति कंपाइलर की तुलना में धीमी होती है।
- हाइब्रिड / बाइटकोड एवं JIT (जैसे Java JVM, आधुनिक Python PyPy, .NET CLR): इसमें पहले स्रोत कोड को एक मध्यवर्ती बाइटकोड (Bytecode) में बदला जाता है, और फिर वर्चुअल मशीन के भीतर JIT (Just-In-Time) कंपाइलर बार-बार चलने वाले कोड खंडों (Hotspots) को रनटाइम पर सीधे मशीन कोड में कंपाइल कर गति बढ़ा देता है।
एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस (API — Application Programming Interface): API नियमों और प्रोटोकॉल (जैसे HTTP आधारित REST API या GraphQL) का वह सेतु है जिसके माध्यम से दो भिन्न सॉफ्टवेयर प्रणालियाँ एक-दूसरे की आंतरिक कोडिंग जाने बिना सुरक्षित रूप से डेटा और सेवाओं का आदान-प्रदान करती हैं। उदाहरण के लिए, भारत के इंडिया स्टैक (India Stack) में UPI, आधार e-KYC और डिजीलॉकर ओपन API के माध्यम से ही बैंकों, फिनटेक ऐप्स और सरकारी पोर्टलों से जुड़ते हैं। इसी प्रकार UPSC Prelims 2022 में पूछे गए SaaS (Software as a Service) मॉडल में उपयोगकर्ता API और कॉन्फ़िगरेशन के माध्यम से यूजर इंटरफ़ेस और डेटा फ़ील्ड को अनुकूलित (Customise) कर सकते हैं।

3. भारत-केंद्रित परिप्रेक्ष्य: राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (NSM), स्वदेशी प्रोसेसर एवं ओपन-सोर्स DPI

1980 के दशक के उत्तरार्ध में जब पश्चिमी देशों ने भारत को मौसम पूर्वानुमान और वैज्ञानिक अनुसंधान हेतु 'क्रे' (Cray) सुपरकंप्यूटर देने से इनकार कर दिया (Technology Denial Regime), तब भारत सरकार ने मार्च 1988 में पुणे में C-DAC (Centre for Development of Advanced Computing — प्रगत संगणन विकास केंद्र) की स्थापना की। डॉ. विजय भटकर के नेतृत्व में C-DAC ने 1991 में भारत का पहला स्वदेशी सुपरकंप्यूटर 'परम 8000' (PARAM 8000) विकसित कर विश्व को चौंका दिया।

3.1 राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (National Supercomputing Mission — NSM)

पत्र सूचना कार्यालय (PIB, 04 अक्टूबर 2026 — 'India's Rising Supercomputing Ecosystem') के आधिकारिक विवरण के अनुसार:

प्रारंभ एवं संचालन: भारत सरकार ने देश की उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (High-Performance Computing — HPC) क्षमताओं में आत्मनिर्भरता प्राप्त करने के लिए अप्रैल 2015 में लगभग ₹4,500 करोड़ के परिव्यय के साथ राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (NSM) शुरू किया।
नोडल मंत्रालय एवं कार्यान्वयन एजेंसियाँ (Prelims Trap): NSM का संचालन संयुक्त रूप से विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (DST) तथा इलेक्ट्रॉनिकी और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MeitY) द्वारा किया जाता है, जबकि इसका जमीनी कार्यान्वयन C-DAC (पुणे) और भारतीय विज्ञान संस्थान (IISc, बेंगलुरु) द्वारा संयुक्त रूप से किया जाता है। सभी सुपरकंप्यूटरों को राष्ट्रीय ज्ञान नेटवर्क (NKN — National Knowledge Network) की उच्च-गति फाइबर रीढ़ पर जोड़ा गया है ताकि देश भर के शोधकर्ता और विश्वविद्यालय इनका साझा उपयोग कर सकें।
तीन-चरणीय 'बिल्ड दृष्टिकोण' (3-Phase Build Approach):
1. चरण I (असेंबली / Assembly): विदेशी घटकों को आयात कर भारत में सुपरकंप्यूटरों (जैसे IIT(BHU) में प्रथम NSM प्रणाली परम शिवाय [PARAM Shivay], परम शक्ति, परम ब्रह्मा) का संयोजन और स्थापना।
2. चरण II (विनिर्माण / Manufacturing): मदरबोर्ड और सर्वर सब-सिस्टम का भारत के भीतर विनिर्माण तथा स्वदेशी सॉफ्टवेयर स्टैक का एकीकरण (जैसे परम प्रवेग [PARAM Pravega — 3.3 PF, IISc बेंगलुरु], परम गंगा [IIT रुड़की], परम अनंत [IIT गांधीनगर], परम कामरूप [IIT गुवाहाटी])।
3. चरण III (स्वदेशी डिजाइन एवं विनिर्माण / Indigenous Design & Manufacturing): सुपरकंप्यूटर के मुख्य हार्डवेयर—स्वदेशी 'रुद्र' (Rudra) सर्वर और स्वदेशी 'त्रिनेत्र' (Trinetra) हाई-स्पीड इंटरकनेक्ट नेटवर्क—का भारत में ही डिजाइन और निर्माण।
विस्तारित लक्ष्य (अक्टूबर 2026 PIB अद्यतन): दिसंबर 2025 तक NSM के अंतर्गत 40 PetaFLOPS (PF) की कुल क्षमता वाले 37 सुपरकंप्यूटर स्थापित किए जा चुके थे (PIB, 10 दिसंबर 2025), और अक्टूबर 2026 के PIB बैकग्राउंडर (04 अक्टूबर 2026) के अनुसार NSM का लक्ष्य देश भर के शैक्षणिक और अनुसंधान संस्थानों में 123 PetaFLOPS से अधिक की संचयी क्षमता वाले कुल 50 सुपरकंप्यूटर स्थापित करना है।

3.2 स्वदेशी 'रुद्र' (Rudra) सर्वर, 'त्रिनेत्र' (Trinetra) इंटरकनेक्ट और 'परम रुद्र' (PARAM Rudra)

PIB (28 अप्रैल 2025) और PIB (09 जनवरी 2026) के अनुसार NSM के चरण-III में भारत ने दो ऐतिहासिक स्वदेशी हार्डवेयर स्तंभ खड़े किए हैं:

स्वदेशी 'रुद्र' (Rudra) HPC सर्वर: C-DAC द्वारा स्वदेशी रूप से डिजाइन और भारत में निर्मित 'रुद्र' देश का पहला उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (HPC) श्रेणी का सर्वर प्लेटफॉर्म है, जो वैश्विक HPC सर्वरों के समकक्ष सघन गणना क्षमता और ऊर्जा दक्षता प्रदान करता है।
स्वदेशी 'त्रिनेत्र' (Trinetra) इंटरकनेक्ट नेटवर्क: किसी सुपरकंप्यूटर में हजारों सर्वर नोड्स एक साथ कार्य करते हैं; यदि उनके बीच डेटा का आदान-प्रदान धीमा हो, तो पूरा सुपरकंप्यूटर धीमा हो जाता है। C-DAC ने नोड्स के बीच अति-तीव्र संचार के लिए 'त्रिनेत्र' (Trinetra) हाई-स्पीड इंटरकनेक्ट विकसित किया है:
- Trinetra-POC: अवधारणा के सत्यापन हेतु प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रणाली।
- Trinetra-A (100 Gbps): 100 गीगाबिट्स प्रति सेकंड की गति वाला इंटरकनेक्ट, जिसे C-DAC पुणे के 1 PF परम रुद्र सिस्टम में सफलतापूर्वक तैनात और परीक्षित किया गया।
- Trinetra-B (200 Gbps): 200 गीगाबिट्स प्रति सेकंड की उन्नत क्षमता वाला नेटवर्क, जिसे C-DAC बेंगलुरु के आगामी 20 PF परम रुद्र सुपरकंप्यूटर के लिए विकसित किया गया है (PIB, 28 अप्रैल 2025)।
परम रुद्र (PARAM Rudra) की तैनाती:
- सितंबर 2024: प्रधानमंत्री द्वारा 3 परम रुद्र सुपरकंप्यूटर राष्ट्र को समर्पित किए गए—(1) GMRT, पुणे (1 PF) में फास्ट रेडियो बर्स्ट (FRBs) और खगोलीय सिग्नल अनुसंधान हेतु; (2) IUAC, दिल्ली (3 PF) में पदार्थ विज्ञान और परमाणु भौतिकी हेतु; तथा (3) S.N. Bose National Centre for Basic Sciences, कोलकाता (838 TFLOPS) में उन्नत भौतिकी व ब्रह्मांड विज्ञान हेतु (PIB, 26 सितंबर 2024)।
- जनवरी 2026 (IIT बॉम्बे): 8 जनवरी 2026 को DST सचिव प्रो. अभय करंदीकर ने IIT बॉम्बे में 3 PetaFLOPS क्षमता वाले स्वदेशी 'परम रुद्र' (PARAM Rudra) सुपरकंप्यूटर का उद्घाटन किया (PIB, 09 जनवरी 2026)।

3.3 स्वदेशी ऑपरेटिंग सिस्टम (Maya OS, BOSS) एवं ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म (DPI)

माया ओएस (Maya OS) एवं चक्रव्यूह (Chakravyuh): साइबर हमलों और मालवेयर से रक्षा प्रणालियों को सुरक्षित रखने के लिए भारत के रक्षा मंत्रालय (MoD) ने DRDO, C-DAC और NIC के सहयोग से 2023 में ओपन-सोर्स उबंटू (Ubuntu Linux) पर आधारित स्वदेशी ऑपरेटिंग सिस्टम 'माया' (Maya OS) विकसित किया। इसमें 'चक्रव्यूह' (Chakravyuh) नामक एक एंडपॉइंट एंटी-मालवेयर और वर्चुअल सुरक्षा परत शामिल है, जो उपयोगकर्ता और इंटरनेट के बीच एक आभासी अवरोध बनाती है।
BOSS Linux (Bharat Operating System Solutions): C-DAC द्वारा विकसित डेबियन (Debian GNU/Linux) आधारित भारतीय ऑपरेटिंग सिस्टम, जो लगभग सभी भारतीय भाषाओं में कार्य करने में सक्षम है और ई-गवर्नेंस व शिक्षा में प्रयुक्त होता है।
ओपन-सोर्स डिजिटल पब्लिक इन्फ्रास्ट्रक्चर (Open-Source DPI — UPSC Prelims 2022 Q61): भारत सरकार की 'नीति ऑन अडॉप्शन ऑफ ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर' (2015) के तहत भारत के प्रमुख डिजिटल प्लेटफॉर्म ओपन-सोर्स स्टैक पर बनाए गए हैं:
- दीक्षा (DIKSHA): स्कूली शिक्षा का राष्ट्रीय मंच, जो ओपन-सोर्स 'सनबर्ड' (Sunbird) डिजिटल इंफ्रास्ट्रक्चर पर निर्मित है।
- कोविन (CoWIN): विश्व का सबसे बड़ा डिजिटल टीकाकरण मंच, जो ओपन-सोर्स DIVOC (Digital Infrastructure for Vaccination Open Credentialing) और ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर घटकों पर निर्मित है।
- डिजीलॉकर (DigiLocker) एवं आरोग्य सेतु (Aarogya Setu): दोनों ओपन-सोर्स घटकों (Linux, Apache, PostgreSQL, Python/Java) पर आधारित हैं और आरोग्य सेतु का स्रोत कोड भी GitHub/OpenForge पर सार्वजनिक किया गया।

4. समसामयिक जुड़ाव (2025–2026): अर्क, अरुणिका, भारत फोरकास्ट सिस्टम (BharatFS) एवं AIRAWAT

नया आधिकारिक आँकड़ा (अक्टूबर 2026): राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन के अंतर्गत सितंबर 2026 तक 40 सुपरकंप्यूटर और कुल 68 पेटाफ्लॉप संगणन क्षमता स्थापित थी। अरका (पुणे) और अरुणिका (नोएडा) की क्षमता के सहारे भारत पूर्वानुमान प्रणाली लगभग 6 किलोमीटर क्षैतिज विभेदन पर मौसम पूर्वानुमान तैयार करती है। पुराना 37 सुपरकंप्यूटर/40 पेटाफ्लॉप आँकड़ा दिसंबर 2025 की स्थिति का था। अक्टूबर 2026: सुपरकंप्यूटिंग; भारत पूर्वानुमान प्रणाली।

UPSC CSE 2027 की प्रारंभिक और मुख्य परीक्षा के लिए वर्ष 2025 और 2026 में भारत के उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (HPC) पारिस्थितिकी तंत्र में हुए तीन प्रमुख घटनाक्रम अत्यंत महत्त्वपूर्ण हैं:

4.1 सुपरकंप्यूटर 'अर्क' (Arka) व 'अरुणिका' (Arunika) और 6 किमी विभेदन वाला 'भारत फोरकास्ट सिस्टम' (BharatFS)

पृथ्वी विज्ञान मंत्रालय के PIB वक्तव्य (22 जुलाई 2026) और संसद प्रश्नोत्तर (PIB, 23 जुलाई 2026) के अनुसार:

अर्क (Arka — IITM पुणे, 11.77 PetaFLOPS): भारतीय उष्णकटिबंधीय मौसम विज्ञान संस्थान (IITM), पुणे में स्थापित इस नए सुपरकंप्यूटर की क्षमता 11.77 PetaFLOPS और स्टोरेज 33 पेटाबाइट्स है (इसने पूर्ववर्ती 'प्रत्युष' [Pratyush — 4.0 PF] का स्थान लिया है)।
अरुणिका (Arunika — NCMRWF नोएडा, 8.24 PetaFLOPS): राष्ट्रीय मध्यम अवधि मौसम पूर्वानुमान केंद्र (NCMRWF), नोएडा में स्थापित इस सुपरकंप्यूटर की क्षमता 8.24 PetaFLOPS है (इसने पूर्ववर्ती 'मिहिर' [Mihir — 2.8 PF] का स्थान लिया है)। 'अर्क' और 'अरुणिका' दोनों नाम सूर्य से संबंधित हैं।
भारत फोरकास्ट सिस्टम (BharatFS — विश्व का पहला 6 किमी रियल-टाइम ग्लोबल मॉडल): अर्क और अरुणिका की विशाल कंप्यूटिंग शक्ति के बल पर भारत ने Triangular Cubic Octahedral (TCo) डायनामिकल ग्रिड पर आधारित 'भारत फोरकास्ट सिस्टम' (BharatFS) को प्रचालनगत किया है। यह मॉडल पूर्ववर्ती GFS (12 किमी विभेदन) और सामान्य वैश्विक मॉडलों (9–14 किमी विभेदन) को पीछे छोड़ते हुए 6 किमी क्षैतिज विभेदन (6 km Horizontal Resolution) पर वास्तविक समय (Real-time) में मौसम पूर्वानुमान जारी करता है। इससे भारत विश्व का एकमात्र देश बन गया है जो पंचायत संकुल (Cluster of Panchayats) और ब्लॉक स्तर तक चरम मौसम घटनाओं (बादल फटना, भारी वर्षा, उष्णकटिबंधीय चक्रवात) के सटीक पूर्वानुमान हेतु 6 किमी विभेदन पर वैश्विक मॉडल चलाता है (PIB, 22 जुलाई 2026)।

4.2 ऐरावत (AIRAWAT) और इंडियाAI कंप्यूट स्तंभ (IndiaAI Compute Pillar)

ऐरावत (AIRAWAT — AI Research, Analytics and Knowledge Assimilation Platform): MeitY के तत्वावधान में C-DAC, पुणे में स्थापित भारत का सबसे बड़ा AI सुपरकंप्यूटिंग क्लस्टर है, जिसने जून 2023 की वैश्विक TOP500 सुपरकंप्यूटर सूची में 75वाँ स्थान प्राप्त किया (निरंतर क्षमता ~8.5 PetaFLOPS double-precision तथा ~410 AI PetaFLOPS peak)।
HPC और AI का अभिसरण (अक्टूबर 2026 अद्यतन): PIB (04 अक्टूबर 2026) के अनुसार भारत विश्व के कुल डेटा का लगभग 20% उत्पन्न करता है। इसलिए NSM के अगले चरण और इंडियाAI मिशन में पारंपरिक वैज्ञानिक सिमुलेशन (HPC) और कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI/GPU क्लस्टर) के एकीकरण पर बल दिया जा रहा है ताकि दवा की खोज (Drug Discovery), जीनोमिक्स, जलवायु मॉडलिंग और कृषि के लिए स्वदेशी कंप्यूटिंग अवसंरचना सुलभ हो सके।

चित्र 24.3: भारत के सुपरकंप्यूटिंग पारिस्थितिकी तंत्र के तीन मुख्य स्तंभ—(1) NSM चरण-III के स्वदेशी 'रुद्र' सर्वर व 'त्रिनेत्र' नेटवर्क, (2) परम रुद्र और ऐरावत, तथा (3) पृथ्वी विज्ञान मंत्रालय के 'अर्क' (11.77 PF) व 'अरुणिका' (8.24 PF) द्वारा संचालित 6 किमी विभेदन वाला भारत फोरकास्ट सिस्टम।

5. प्रारंभिक परीक्षा दृष्टिकोण (Prelims Exam Perspective: Statement Traps & Pair Matching)

UPSC प्रारंभिक परीक्षा के 6 सबसे सामान्य 'कथन-जाल' (Common Prelims Statement Traps):

मंत्रालय का भ्रम (NSM Governance Trap): यदि कथन में लिखा हो कि "राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (NSM) केवल इलेक्ट्रॉनिकी और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MeitY) द्वारा संचालित है" — तो यह गलत है। NSM को DST और MeitY द्वारा संयुक्त रूप से संचालित किया जाता है और इसका कार्यान्वयन C-DAC (पुणे) और IISc (बेंगलुरु) द्वारा किया जाता है।
अर्क और अरुणिका बनाम परम रुद्र (MoES vs NSM): याद रखें कि 'अर्क' (IITM पुणे) और 'अरुणिका' (NCMRWF नोएडा) मुख्यतः पृथ्वी विज्ञान मंत्रालय (Ministry of Earth Sciences — MoES) के मौसम और जलवायु पूर्वानुमान समर्पित सुपरकंप्यूटर हैं जो 6 किमी विभेदन वाले भारत फोरकास्ट सिस्टम (BharatFS) को चलाते हैं, जबकि परम रुद्र (PARAM Rudra) NSM के तहत C-DAC के स्वदेशी 'रुद्र' सर्वर और 'त्रिनेत्र' इंटरकनेक्ट पर निर्मित बहु-विषयक सुपरकंप्यूटर हैं।
SRAM बनाम DRAM रीफ्रेश जाल: "कैश मेमोरी (SRAM) को मुख्य मेमोरी (DRAM) की तुलना में अधिक बार विद्युत रीफ्रेश करने की आवश्यकता होती है" — यह कथन पूर्णतः गलत है। SRAM फ्लिप-फ्लॉप लूप पर काम करती है और उसे रीफ्रेश करने की आवश्यकता नहीं होती; केवल DRAM (जो संधारित्र/Capacitor में आवेश रखती है) को निरंतर रीफ्रेश करना पड़ता है।
ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म जाल (UPSC 2022 Pattern): UPSC अक्सर पूछता है कि क्या सरकारी ऐप्स (आरोग्य सेतु, CoWIN, डिजीलॉकर, दीक्षा) बंद/स्वामित्व (Proprietary) प्लेटफॉर्म पर बने हैं? उत्तर: नहीं, ये सभी ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म (जैसे Sunbird, DIVOC, Linux/Apache/PostgreSQL) के ऊपर निर्मित हैं।
RISC-V बनाम ARM लाइसेंसिंग जाल: ARM और RISC-V दोनों RISC सिद्धांत पर आधारित हैं, किंतु ARM एक स्वामित्व (Proprietary) आर्किटेक्चर है जिसके लिए लाइसेंस शुल्क देना पड़ता है, जबकि RISC-V एक पूर्णतः ओपन-सोर्स और रॉयल्टी-मुक्त निर्देश सेट आर्किटेक्चर (ISA) है जिस पर भारत के SHAKTI (IIT मद्रास) और VEGA (C-DAC) प्रोसेसर बने हैं।
SaaS (Software as a Service) अनुकूलन जाल (UPSC 2022 Q63): विद्यार्थी अक्सर सोचते हैं कि SaaS क्लाउड सॉफ्टवेयर होने के कारण उपयोगकर्ता उसके यूजर इंटरफ़ेस या डेटा फ़ील्ड में कोई बदलाव नहीं कर सकता। UPSC की आधिकारिक उत्तर कुंजी के अनुसार SaaS खरीदार कॉन्फ़िगरेशन और API के माध्यम से यूजर इंटरफ़ेस को अनुकूलित (Customise) कर सकते हैं और डेटा फ़ील्ड बदल सकते हैं।

6. मुख्य परीक्षा दृष्टिकोण (Mains GS-III Perspective: Scientific Basis, Challenges & Way Forward)

मुख्य परीक्षा (GS Paper-III) में कंप्यूटर विज्ञान और सुपरकंप्यूटिंग से जुड़े प्रश्नों का उत्तर लिखते समय निम्नलिखित बहु-आयामी ढाँचे का उपयोग करें:

1. रणनीतिक एवं वैज्ञानिक महत्त्व (Strategic Relevance)

मौसम एवं जलवायु सुरक्षा: 'अर्क' (11.77 PF) और 'अरुणिका' (8.24 PF) द्वारा संचालित भारत फोरकास्ट सिस्टम (6 किमी विभेदन) से पंचायत स्तर पर चरम मौसम की पूर्व-चेतावनी और कृषि परामर्श।
डिजिटल संप्रभुता (Digital Sovereignty): C-DAC के 'रुद्र' सर्वर, 'त्रिनेत्र' नेटवर्क, 'माया ओएस' और ओपन-सोर्स RISC-V (SHAKTI/VEGA) से विदेशी हार्डवेयर बैकडोर व प्रतिबंधों से सुरक्षा।
समावेशी सुशासन (DPI): ओपन-सोर्स इंडिया स्टैक (Aadhaar, UPI, DigiLocker, DIKSHA, CoWIN) द्वारा कम लागत पर 140 करोड़ नागरिकों तक सेवा वितरण और ग्लोबल साउथ के साथ प्रौद्योगिकी साझाकरण।

2. प्रमुख चुनौतियाँ एवं आगे की राह (Challenges & Way Forward)

चुनौतियाँ: (i) उन्नत नोड (3nm–7nm) के CPU/GPU सिलिकॉन वेफर फैब्रिकेशन के लिए अब भी विदेशी फाउंड्री (TSMC आदि) पर निर्भरता; (ii) सुपरकंप्यूटरों की भारी विद्युत और कूलिंग (ऊर्जा दक्षता — Green500) लागत; (iii) वैश्विक TOP500 सूची में अमेरिका/यूरोप के एक्सास्केल (Exascale — >1,000 PF, जैसे Frontier, Aurora, El Capitan) सिस्टम की तुलना में भारत की कम कुल क्षमता।
आगे की राह: (i) इंडिया सेमीकंडक्टर मिशन (ISM) और DIR-V (RISC-V) का NSM के साथ गहरा एकीकरण; (ii) डायरेक्ट लिक्विड कूलिंग (Direct Liquid Cooling) आधारित हरित डेटा सेंटर; (iii) स्वदेशी एक्सास्केल (Exascale) रोडमैप और AI+HPC अभिसरण।

7. प्रामाणिक प्रारंभिक परीक्षा प्रश्न (Authentic UPSC CSE Prelims PYQs: 2016–2026)

नीचे कंप्यूटर विज्ञान, ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म, सॉफ्टवेयर वितरण मॉडल (SaaS) और ऑपरेटिंग सिस्टम/साइबर बुनियाद पर UPSC सिविल सेवा प्रारंभिक परीक्षा में पूछे गए 4 प्रामाणिक प्रश्न (PYQs) दिए गए हैं। किसी भी विकल्प पर क्लिक करके तुरंत अपना उत्तर जाँचें:

UPSC CSE Prelims 2022 (GS Paper-I, Q31) आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | मूल अंग्रेजी + विश्वसनीय हिंदी अनुवाद

प्रश्न 1 (PYQ 2022): निम्नलिखित पर विचार कीजिए (Consider the following):
1. आरोग्य सेतु (Aarogya Setu)
2. कोविन (CoWIN)
3. डिजीलॉकर (DigiLocker)
4. दीक्षा (DIKSHA)
उपर्युक्त में से कौन-से ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म (Open-Source Digital Platforms) के ऊपर बनाए गए हैं?

विस्तृत व्याख्या एवं विकल्प विश्लेषण देखें

सही उत्तर: (d) 1, 2, 3 और 4 (आधिकारिक UPSC उत्तर कुंजी के अनुसार)।

कथन 1, 2, 3 और 4 सभी सही हैं: भारत सरकार की 'ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर अपनाने की नीति' (Policy on Adoption of Open Source Software, 2015) के तहत भारत के डिजिटल पब्लिक इन्फ्रास्ट्रक्चर (DPI) के ये चारों प्रमुख स्तंभ ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म पर निर्मित हैं।
दीक्षा (DIKSHA): एमआईटी लाइसेंस प्राप्त ओपन-सोर्स डिजिटल इंफ्रास्ट्रक्चर 'सनबर्ड' (Sunbird) के ऊपर बनाया गया है।
कोविन (CoWIN): ओपन-सोर्स DIVOC (Digital Infrastructure for Vaccination Open Credentialing) तथा ओपन-सोर्स डेटाबेस व वेब घटकों पर निर्मित है।
डिजीलॉकर (DigiLocker) एवं आरोग्य सेतु (Aarogya Setu): दोनों ओपन-सोर्स टेक्नोलॉजी स्टैक (Linux, Apache, PostgreSQL/MySQL, Python/Java) पर निर्मित हैं और सरकार ने मई 2020 में आरोग्य सेतु का सोर्स कोड भी सार्वजनिक (Open-source) कर दिया था।

UPSC CSE Prelims 2022 (GS Paper-I, Q33) आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | मूल अंग्रेजी + विश्वसनीय हिंदी अनुवाद

प्रश्न 2 (PYQ 2022): "सॉफ्टवेयर एज़ ए सर्विस (Software as a Service — SaaS)" के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. SaaS खरीदार प्रयोक्ता इंटरफ़ेस (User Interface) को अपनी आवश्यकतानुसार निर्धारित (Customise) कर सकते हैं और डेटा क्षेत्र (Data Fields) में बदलाव कर सकते हैं।
2. SaaS प्रयोक्ता अपने चल-युक्तियों (Mobile Devices) के माध्यम से अपने डेटा तक पहुँच बना सकते हैं।
3. आउटलुक (Outlook), हॉटमेल (Hotmail) और याहू! मेल (Yahoo! Mail), SaaS के रूप हैं।
उपर्युक्त कथनों में से कौन-से सही हैं?

विस्तृत व्याख्या एवं विकल्प विश्लेषण देखें

सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3 (आधिकारिक UPSC उत्तर कुंजी के अनुसार)।

कथन 1 सही है: आधुनिक मल्टी-टेनेंट SaaS प्लेटफॉर्म (जैसे Salesforce, Zoho, Microsoft 365) मेटाडेटा-आधारित कॉन्फ़िगरेशन और एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस (APIs) प्रदान करते हैं, जिनसे खरीदार मूल स्रोत कोड बदले बिना अपने यूजर इंटरफ़ेस (UI) को अनुकूलित कर सकते हैं और कस्टम डेटा फ़ील्ड जोड़ या बदल सकते हैं।
कथन 2 सही है: चूँकि SaaS एप्लिकेशन क्लाउड सर्वर पर होस्ट किए जाते हैं, इसलिए उपयोगकर्ता किसी भी वेब ब्राउज़र या मोबाइल ऐप के माध्यम से कहीं से भी अपने डेटा तक पहुँच सकते हैं।
कथन 3 सही है: वेब-आधारित ईमेल सेवाएँ जैसे Outlook, Hotmail, Yahoo! Mail और Gmail क्लाउड-आधारित ऑन-डिमांड सॉफ्टवेयर (SaaS) के सबसे प्रचलित उदाहरण हैं।

UPSC CSE Prelims 2018 (GS Paper-I, Q58) आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | मूल अंग्रेजी + विश्वसनीय हिंदी अनुवाद

प्रश्न 3 (PYQ 2018): कभी-कभी समाचारों में उल्लिखित शब्द 'वानाक्राई (WannaCry), पेट्या (Petya) और इटरनलब्लू (EternalBlue)' निम्नलिखित में से किससे संबंधित हैं?

विस्तृत व्याख्या एवं विकल्प विश्लेषण देखें

सही उत्तर: (c) साइबर आक्रमण (Cyber attacks)।

कंप्यूटर ऑपरेटिंग सिस्टम के संदर्भ में तकनीकी आधार: इटरनलब्लू (EternalBlue) एक सॉफ्टवेयर एक्सप्लॉइट (Exploit) है जो माइक्रोसॉफ्ट विंडोज (Windows OS) के Server Message Block (SMBv1) प्रोटोकॉल में मौजूद एक बग/कमजोरी का लाभ उठाता है।
इसी ऑपरेटिंग सिस्टम कमजोरी का उपयोग करके मई 2017 में वानाक्राई (WannaCry) और जून 2017 में पेट्या (Petya) नामक रैनसमवेयर (Ransomware) हमलों ने विश्व भर के कंप्यूटरों की फाइलों और हार्ड ड्राइव के मास्टर बूट रिकॉर्ड (MBR) को एन्क्रिप्ट कर दिया था। इससे यह सिद्ध होता है कि ऑपरेटिंग सिस्टम कर्नेल की समय पर सुरक्षा पैचिंग (OS Patching) और स्वदेशी OS (जैसे Maya OS) क्यों आवश्यक हैं।

UPSC CSE Prelims 2017 (GS Paper-I, Q85) आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | मूल अंग्रेजी + विश्वसनीय हिंदी अनुवाद

प्रश्न 4 (PYQ 2017): भारत में, निम्नलिखित में से किसके लिए साइबर सुरक्षा घटनाओं पर रिपोर्ट करना कानूनी रूप से अधिदेशात्मक (Legally Mandatory) है?
1. सेवा प्रदाता (Service providers)
2. डेटा केंद्र (Data centres)
3. कॉर्पोरेट निकाय (Body corporate)
नीचे दिए गए कूट का प्रयोग कर सही उत्तर चुनिए:

विस्तृत व्याख्या एवं विकल्प विश्लेषण देखें

सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3।

सूचना प्रौद्योगिकी अधिनियम, 2000 (Information Technology Act, 2000) की धारा 70B और इसके अंतर्गत बनाए गए CERT-In (Indian Computer Emergency Response Team) नियमों के अनुसार सेवा प्रदाताओं (Service providers), मध्यस्थों (Intermediaries), डेटा केंद्रों (Data centres) और कॉर्पोरेट निकायों (Body corporate) सभी के लिए साइबर सुरक्षा घटनाओं की रिपोर्ट CERT-In को देना कानूनी रूप से अनिवार्य है। (2022 के CERT-In दिशानिर्देशों के तहत गंभीर साइबर घटनाओं की सूचना 6 घंटे के भीतर देना अनिवार्य किया गया है)।

8. मुख्य परीक्षा के विषयगत अभ्यास प्रश्न एवं आदर्श उत्तर

UPSC CSE Mains GS Paper-III (स्वदेशीकरण एवं सुपरकंप्यूटिंग थीम — 250 शब्द / 15 अंक) मूल पाठ्यक्रम प्रश्न + 2025–2026 PIB अद्यतन सहित पूर्ण आदर्श उत्तर

प्रश्न 1: "राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (NSM) ने भारत को विदेशी सुपरकंप्यूटरों के केवल एक आयातक से स्वदेशी उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (HPC) हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के निर्माता में कैसे रूपांतरित किया है? 'रुद्र' सर्वर, 'त्रिनेत्र' नेटवर्क तथा मौसम पूर्वानुमान में 'अर्क' और 'अरुणिका' की भूमिका के विशेष संदर्भ में चर्चा कीजिए।" (250 शब्द, 15 अंक)

आदर्श उत्तर संरचना (Model Answer):

भूमिका (Introduction): उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (HPC) आधुनिक वैज्ञानिक अनुसंधान, कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI), जलवायु मॉडलिंग और राष्ट्रीय सुरक्षा की आधारशिला है। अप्रैल 2015 में विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (DST) तथा इलेक्ट्रॉनिकी और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MeitY) द्वारा ₹4,500 करोड़ के परिव्यय से प्रारंभ किए गए राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (NSM) ने C-DAC (पुणे) और IISc (बेंगलुरु) के माध्यम से भारत में एक आत्मनिर्भर सुपरकंप्यूटिंग पारिस्थितिकी तंत्र का निर्माण किया है। अक्टूबर 2026 के PIB आंकड़ों के अनुसार NSM देश भर के संस्थानों में 123 PetaFLOPS से अधिक की संचयी क्षमता वाले 50 सुपरकंप्यूटर स्थापित करने की दिशा में अग्रसर है।

1. NSM के तीन-चरणीय 'बिल्ड दृष्टिकोण' (Build Approach) द्वारा स्वदेशीकरण:

असेंबली से स्वदेशी डिजाइन तक की यात्रा: चरण-I (परम शिवाय, परम शक्ति) में भारत में असेंबली और चरण-II (परम प्रवेग — 3.3 PF, परम गंगा) में मदरबोर्ड विनिर्माण के पश्चात् चरण-III में भारत ने संपूर्ण सर्वर और इंटरकनेक्ट का देशज डिजाइन हासिल किया है।
स्वदेशी 'रुद्र' (Rudra) सर्वर: C-DAC द्वारा विकसित 'रुद्र' भारत का पहला स्वदेशी रूप से डिजाइन और निर्मित HPC सर्वर प्लेटफॉर्म है, जिसने विदेशी सर्वर हार्डवेयर पर निर्भरता को समाप्त किया है।
स्वदेशी 'त्रिनेत्र' (Trinetra) इंटरकनेक्ट: सुपरकंप्यूटिंग नोड्स के बीच अति-तीव्र डेटा अंतरण हेतु C-DAC ने 'त्रिनेत्र' संचार नेटवर्क विकसित किया है—जिसका Trinetra-A (100 Gbps) पुणे के 1 PF परम रुद्र में और Trinetra-B (200 Gbps) बेंगलुरु के आगामी 20 PF परम रुद्र में प्रयुक्त हो रहा है।
परम रुद्र (PARAM Rudra) की तैनाती: सितंबर 2024 में पुणे (GMRT — फास्ट रेडियो बर्स्ट शोध), दिल्ली (IUAC) और कोलकाता (SNBNCBS) में तथा जनवरी 2026 में IIT बॉम्बे (3 PetaFLOPS) में परम रुद्र प्रणालियाँ चालू की गईं।

2. मौसम पूर्वानुमान और जलवायु सुरक्षा में 'अर्क' और 'अरुणिका' की क्रांतिकारी भूमिका:

पृथ्वी विज्ञान मंत्रालय (MoES) द्वारा IITM पुणे में स्थापित 'अर्क' (Arka — 11.77 PF) और NCMRWF नोएडा में स्थापित 'अरुणिका' (Arunika — 8.24 PF) सुपरकंप्यूटरों ने भारत की मौसम गणना क्षमता को नई ऊँचाई दी है।
इनके बल पर भारत ने Triangular Cubic Octahedral (TCo) ग्रिड पर आधारित 'भारत फोरकास्ट सिस्टम' (BharatFS) को 6 किमी क्षैतिज विभेदन पर प्रचालनगत किया है, जिससे भारत पंचायत संकुल स्तर तक वास्तविक समय में चरम मौसम पूर्वानुमान जारी करने वाला विश्व का एकमात्र देश बन गया है।

निष्कर्ष (Conclusion): यद्यपि उन्नत सेमीकंडक्टर वेफर फैब्रिकेशन और एक्सास्केल (Exascale) कंप्यूटिंग में अभी चुनौतियाँ शेष हैं, तथापि NSM के 'रुद्र' और 'त्रिनेत्र' को इंडिया सेमीकंडक्टर मिशन (ISM) और ओपन-सोर्स RISC-V (DIR-V) प्रोसेसरों के साथ जोड़कर भारत पूर्णतः संप्रभु कंप्यूटिंग महाशक्ति बन सकता है।

UPSC CSE Mains GS Paper-III / GS Paper-II (ओपन-सोर्स डिजिटल पब्लिक इन्फ्रास्ट्रक्चर — 150 शब्द / 10 अंक) पूर्ण आदर्श उत्तर

प्रश्न 2: "ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म और ओपन API ने भारत के 'डिजिटल पब्लिक इन्फ्रास्ट्रक्चर' (DPI) को समावेशी, मितव्ययी और विक्रेता-लॉक-इन (Vendor Lock-in) से मुक्त बनाने में किस प्रकार सहायता की है? उदाहरण सहित स्पष्ट कीजिए।" (150 शब्द, 10 अंक)

आदर्श उत्तर संरचना (Model Answer):

भूमिका: भारत का डिजिटल पब्लिक इन्फ्रास्ट्रक्चर (DPI)—जिसे 'इंडिया स्टैक' भी कहा जाता है—स्वामित्व वाले (Proprietary) ब्लैक-बॉक्स सॉफ्टवेयर के स्थान पर ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म और अंतर-प्रचालनीय ओपन API (Application Programming Interfaces) के सिद्धांत पर निर्मित है।

मुख्य लाभ एवं उदाहरण:

विक्रेता लॉक-इन से मुक्ति और अत्यधिक कम लागत: ओपन-सोर्स स्टैक (जैसे Linux, PostgreSQL, Sunbird, DIVOC, MOSIP) के उपयोग से सरकार को विदेशी सॉफ्टवेयर कंपनियों को प्रति-उपयोगकर्ता लाइसेंस शुल्क नहीं देना पड़ता। इससे जनसंख्या-पैमाने (140 करोड़ नागरिक) पर प्रति लेनदेन लागत मात्र कुछ पैसे रह जाती है।
मॉड्यूलर नवाचार (Modular Innovation): दीक्षा (DIKSHA) प्लेटफॉर्म ओपन-सोर्स 'सनबर्ड' (Sunbird) पर और कोविन (CoWIN) ओपन-सोर्स DIVOC पर निर्मित है। जब कोविड-19 महामारी आई, तो इन्हीं ओपन-सोर्स बिल्डिंग ब्लॉक्स को तेजी से जोड़कर कुछ ही महीनों में आरोग्य सेतु और कोविन तैयार कर लिए गए।
पारदर्शिता, सुरक्षा ऑडिट और वैश्विक कूटनीति: ओपन-सोर्स कोड का स्वतंत्र सुरक्षा विशेषज्ञों द्वारा परीक्षण (Peer Audit) संभव है। साथ ही, भारत अपने ओपन-सोर्स DPI (जैसे MOSIP और DIVOC) को अफ्रीका, एशिया और लैटिन अमेरिका के 'ग्लोबल साउथ' देशों के साथ साझा कर रहा है।

निष्कर्ष: ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर और ओपन API ने प्रौद्योगिकी को एक एकाधिकारवादी वाणिज्यिक उत्पाद के बजाय एक 'सार्वजनिक डिजिटल वस्तु' (Digital Public Good) में बदल दिया है।

9. नवीन अभ्यास प्रश्न बैंक (New Original Practice Bank: 16 Prelims MCQs + 3 Mains Model Answers)

प्रारंभिक परीक्षा के खंड (viii) के 4 प्रामाणिक PYQs के अतिरिक्त, यहाँ UPSC CSE 2027 के नवीनतम पैटर्न (कथन-कारण, युग्म मिलान, कितने कथन सही हैं) पर आधारित 16 मौलिक अभ्यास प्रश्न दिए गए हैं (कुल 20 इंटरएक्टिव MCQ कार्ड्स):

अभ्यास प्रश्न 1 (कंप्यूटर आर्किटेक्चर) UPSC Prelims 2027 स्तर

प्रश्न 5: 'वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर (Von Neumann Architecture)' और 'हार्वर्ड आर्किटेक्चर (Harvard Architecture)' के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर में डेटा और प्रोग्राम निर्देशों (Instructions) दोनों को एक ही साझा मेमोरी में संग्रहीत किया जाता है और उनके अंतरण के लिए एक ही बस का उपयोग होता है।
2. 'वॉन न्यूमैन बॉटलनेक' इस तथ्य से उत्पन्न होता है कि CPU की प्रसंस्करण गति मुख्य मेमोरी बस की डेटा अंतरण दर (Throughput) की तुलना में बहुत अधिक होती है।
3. आधुनिक सामान्य-उद्देश्यीय प्रोसेसर बाह्य मुख्य मेमोरी के लिए वॉन न्यूमैन मॉडल का उपयोग करते हैं, किंतु आंतरिक L1 कैश स्तर पर विभाजित निर्देश व डेटा कैश (Modified Harvard Architecture) का उपयोग करते हैं।
उपर्युक्त कथनों में से कितने सही हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (c) सभी तीन। तीनों कथन पूर्णतः सही हैं। वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर साझा मेमोरी और साझा बस पर कार्य करता है, जिससे 'बॉटलनेक' उत्पन्न होता है। आधुनिक प्रोसेसर मुख्य RAM के लिए एकीकृत मेमोरी रखते हैं, किंतु CPU कोर के ठीक पास L1 कैश को L1-Instruction (L1i) और L1-Data (L1d) में बाँटते हैं, जिसे 'मॉडिफाइड हार्वर्ड आर्किटेक्चर' कहा जाता है।

अभ्यास प्रश्न 2 (मेमोरी पदानुक्रम: SRAM बनाम DRAM) UPSC Prelims 2027 स्तर

प्रश्न 6: स्टैटिक रैंडम एक्सेस मेमोरी (SRAM) और डायनामिक रैंडम एक्सेस मेमोरी (DRAM) के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. DRAM प्रत्येक बिट को संग्रहीत करने के लिए एक सूक्ष्म संधारित्र (Capacitor) और एक ट्रांजिस्टर का उपयोग करती है, जिसके कारण आवेश रिसाव की भरपाई हेतु इसे निरंतर रीफ्रेश (Refresh) करने की आवश्यकता होती है।
2. SRAM नॉन-वोलेटाइल मेमोरी है जबकि DRAM वोलेटाइल मेमोरी है।
3. CPU की L1 और L2 कैश मेमोरी मुख्यतः DRAM से निर्मित होती है क्योंकि यह SRAM की तुलना में सस्ती होती है।
उपर्युक्त कथनों में से कौन-सा/से सही है/हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (a) केवल 1।

कथन 1 सही है: DRAM 1T1C (1 ट्रांजिस्टर + 1 संधारित्र) सेल का उपयोग करती है और संधारित्र से आवेश रिसने के कारण इसे प्रति सेकंड हजारों बार रीफ्रेश करना पड़ता है।
कथन 2 गलत है: SRAM और DRAM दोनों ही वोलेटाइल (अस्थायी) मेमोरी हैं—बिजली बंद होते ही दोनों का डेटा मिट जाता है।
कथन 3 गलत है: CPU की L1, L2 और L3 कैश मेमोरी SRAM (6-ट्रांजिस्टर फ्लिप-फ्लॉप) से निर्मित होती है क्योंकि यह DRAM से बहुत तीव्र होती है। DRAM का उपयोग मुख्य मेमोरी (Main RAM) में होता है।

अभ्यास प्रश्न 3 (लॉजिक गेट्स एवं फ्लैश मेमोरी) कथन-कारण प्रकार

प्रश्न 7: निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
कथन-I: आधुनिक सॉलिड-स्टेट ड्राइव (SSD) और पेन ड्राइव में प्रयुक्त NAND फ्लैश मेमोरी विद्युत आपूर्ति बंद होने के बाद भी डेटा को वर्षों तक सुरक्षित रखती है।
कथन-II: NAND फ्लैश मेमोरी फ्लोटिंग-गेट (Floating-Gate) या चार्ज-ट्रैप MOSFET ट्रांजिस्टरों का उपयोग करती है, जहाँ इलेक्ट्रॉनों को एक कुचालक ऑक्साइड परत के भीतर फँसाकर (Trapped) रखा जाता है।
उपर्युक्त कथनों के संबंध में निम्नलिखित में से कौन-सा एक सही है?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (c) [अर्थात् कथन-I और कथन-II दोनों सही हैं तथा कथन-II, कथन-I की सही व्याख्या है]। फ्लैश मेमोरी में फ्लोटिंग-गेट या चार्ज-ट्रैप परत चारों ओर से उच्च-गुणवत्ता वाले सिलिकॉन डाइऑक्साइड (कुचालक) से घिरी होती है। क्वांटम टनलिंग (Fowler-Nordheim Tunneling) द्वारा एक बार इलेक्ट्रॉन अंदर पहुँच जाने पर वे बिना बिजली के भी वहीं बंद रहते हैं, जिससे SSD नॉन-वोलेटाइल बनती है।

अभ्यास प्रश्न 4 (CPU बनाम GPU बनाम NPU/TPU) UPSC Prelims 2027 स्तर

प्रश्न 8: आधुनिक कंप्यूटिंग में प्रयुक्त CPU, GPU और NPU (Neural Processing Unit) के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. लार्ज लैंग्वेज मॉडल (LLMs) के प्रशिक्षण और मौसम सिमुलेशन में GPU, पारंपरिक CPU की तुलना में अधिक दक्ष होते हैं क्योंकि GPU में हजारों समानांतर कोर होते हैं जो एक साथ मैट्रिक्स और वेक्टर गणनाएँ (SIMD) कर सकते हैं।
2. NPU और TPU को विशेष रूप से उच्च-परिशुद्धता वाले ऑपरेटिंग सिस्टम कर्नेल प्रबंधन और फाइल सिस्टम संचालन के लिए डिजाइन किया गया है।
3. GPU की तुलना में CPU का एक बड़ा चिप क्षेत्रफल कैश मेमोरी और जटिल कंट्रोल/ब्रांच प्रेडिक्शन लॉजिक को समर्पित होता है।
उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (b) केवल 1 और 3।

कथन 1 और 3 सही हैं: CPU कम लेटेंसी वाले अनुक्रमिक कार्यों के लिए विशाल कैश और कंट्रोल यूनिट रखता है, जबकि GPU में हजारों ALU कोर होते हैं जो समानांतर गणना करते हैं।
कथन 2 गलत है: NPU/TPU ऑपरेटिंग सिस्टम कर्नेल या फाइल सिस्टम चलाने के लिए नहीं, बल्कि कम परिशुद्धता (FP16, BF16, INT8) पर डीप लर्निंग के मैट्रिक्स गुणन (Tensor Operations) को तीव्र करने के लिए बनाए जाते हैं। OS कर्नेल प्रबंधन CPU का कार्य है।

अभ्यास प्रश्न 5 (RISC-V एवं DIR-V कार्यक्रम) स्वदेशीकरण विशेष

प्रश्न 9: भारत के 'डिजिटल इंडिया RISC-V (DIR-V)' कार्यक्रम तथा 'शक्ति (SHAKTI)' और 'वेगा (VEGA)' माइक्रोप्रोसेसरों के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. RISC-V एक ओपन-सोर्स और रॉयल्टी-मुक्त निर्देश सेट आर्किटेक्चर (Instruction Set Architecture — ISA) है, जो x86 और ARM जैसे स्वामित्व वाले आर्किटेक्चर का विकल्प प्रदान करता है।
2. 'शक्ति' (SHAKTI) प्रोसेसर श्रृंखला का विकास IIT मद्रास द्वारा और 'वेगा' (VEGA) प्रोसेसर श्रृंखला का विकास C-DAC द्वारा किया गया है।
3. चूँकि RISC-V ओपन-सोर्स है, इसलिए इस पर आधारित किसी भी भौतिक सिलिकॉन चिप का निर्माण बिना सेमीकंडक्टर फाउंड्री (Fab) के केवल सॉफ्टवेयर कंपाइलर द्वारा किया जा सकता है।
उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (c) केवल 1 और 2।

कथन 1 और 2 सही हैं: RISC-V एक ओपन-सोर्स ISA है और MeitY के DIR-V कार्यक्रम के तहत IIT मद्रास (SHAKTI) तथा C-DAC (VEGA) स्वदेशी माइक्रोप्रोसेसर विकसित कर रहे हैं।
कथन 3 गलत है: ISA केवल चिप के निर्देश सेट का मानक (वास्तुकला ब्लूप्रिंट) है; भौतिक सिलिकॉन चिप के निर्माण के लिए सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन प्लांट (जैसे SCL मोहाली या अन्य फाउंड्री) में फोटोलिथोग्राफी अनिवार्य होती है।

अभ्यास प्रश्न 6 (राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन — NSM) PIB अक्टूबर 2026 आधारित

प्रश्न 10: 'राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (National Supercomputing Mission — NSM)' के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. यह मिशन विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (DST) तथा इलेक्ट्रॉनिकी और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MeitY) द्वारा संयुक्त रूप से संचालित किया जाता है।
2. इस मिशन का कार्यान्वयन C-DAC, पुणे और भारतीय विज्ञान संस्थान (IISc), बेंगलुरु द्वारा किया जा रहा है।
3. इस मिशन के अंतर्गत स्थापित सुपरकंप्यूटर केवल रक्षा और परमाणु ऊर्जा प्रतिष्ठानों के उपयोग हेतु आरक्षित हैं तथा विश्वविद्यालयों या शैक्षणिक शोधकर्ताओं को इनकी पहुँच प्राप्त नहीं है।
उपर्युक्त कथनों में से कौन-से सही हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (b) केवल 1 और 2।

कथन 1 और 2 सही हैं: NSM (अप्रैल 2015 से प्रारंभ) DST और MeitY द्वारा संयुक्त रूप से संचालित और C-DAC (पुणे) व IISc (बेंगलुरु) द्वारा कार्यान्वित है (PIB, 04 अक्टूबर 2026)।
कथन 3 गलत है: NSM का मुख्य उद्देश्य ही राष्ट्रीय ज्ञान नेटवर्क (NKN) के माध्यम से IITs, NITs, IISERs, विश्वविद्यालयों, स्टार्टअप्स और वैज्ञानिक शोधकर्ताओं को उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (HPC) सुलभ कराना है।

अभ्यास प्रश्न 7 ('रुद्र' और 'त्रिनेत्र') PIB 2025–2026 आधारित

प्रश्न 11: हाल ही में समाचारों में रहे 'रुद्र (Rudra)' और 'त्रिनेत्र (Trinetra)' शब्द निम्नलिखित में से किसका सर्वोत्तम वर्णन करते हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (a)। NSM के चरण-III (Build Approach) के अंतर्गत C-DAC ने भारत का पहला स्वदेशी HPC सर्वर प्लेटफॉर्म 'रुद्र' (Rudra) और कंप्यूटिंग नोड्स के बीच उच्च-गति डेटा अंतरण हेतु 'त्रिनेत्र' (Trinetra — Trinetra-A 100 Gbps एवं Trinetra-B 200 Gbps) इंटरकनेक्ट नेटवर्क विकसित किया है, जिन पर 'परम रुद्र' सुपरकंप्यूटर आधारित हैं (PIB, 28 अप्रैल 2025; PIB, 09 जनवरी 2026)।

अभ्यास प्रश्न 8 ('अर्क', 'अरुणिका' एवं भारत फोरकास्ट सिस्टम) PIB जुलाई 2026 आधारित

प्रश्न 12: सुपरकंप्यूटर 'अर्क (Arka)', 'अरुणिका (Arunika)' और 'भारत फोरकास्ट सिस्टम (BharatFS)' के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. 'अर्क' को भारतीय उष्णकटिबंधीय मौसम विज्ञान संस्थान (IITM), पुणे में और 'अरुणिका' को राष्ट्रीय मध्यम अवधि मौसम पूर्वानुमान केंद्र (NCMRWF), नोएडा में स्थापित किया गया है।
2. इन सुपरकंप्यूटरों द्वारा समर्थित 'भारत फोरकास्ट सिस्टम (BharatFS)' Triangular Cubic Octahedral (TCo) डायनामिकल ग्रिड पर 6 किमी क्षैतिज विभेदन (Horizontal Resolution) के साथ वास्तविक समय में वैश्विक मौसम पूर्वानुमान चलाता है।
3. इसका मुख्य उद्देश्य पंचायत संकुल (Cluster of Panchayats) स्तर तक मौसम पूर्वानुमान उपलब्ध कराना और चरम मौसम घटनाओं की भविष्यवाणी में सुधार करना है।
उपर्युक्त कथनों में से कितने सही हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (c) सभी तीन। पृथ्वी विज्ञान मंत्रालय के PIB वक्तव्य (22 जुलाई 2026) के अनुसार अर्क (IITM पुणे, 11.77 PF) और अरुणिका (NCMRWF नोएडा, 8.24 PF) ने TCo ग्रिड पर 6 किमी क्षैतिज विभेदन वाले भारत फोरकास्ट सिस्टम (BharatFS) को वास्तविक समय में चलाना संभव बनाया है, जिससे पंचायत संकुल स्तर पर पूर्वानुमान जारी किया जाता है।

अभ्यास प्रश्न 9 (भारतीय सुपरकंप्यूटर युग्म मिलान) युग्म मिलान प्रकार

प्रश्न 13: निम्नलिखित युग्मों पर विचार कीजिए:
सुपरकंप्यूटर — स्थापित संस्थान
1. परम रुद्र (PARAM Rudra — 3 PF, जनवरी 2026 में उद्घाटित) — IIT बॉम्बे
2. परम प्रवेग (PARAM Pravega) — भारतीय विज्ञान संस्थान (IISc), बेंगलुरु
3. ऐरावत (AIRAWAT) — C-DAC, पुणे
4. परम गंगा (PARAM Ganga) — IIT रुड़की
उपर्युक्त में से कितने युग्म सुमेलित हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (d) सभी चार युग्म सुमेलित हैं।

युग्म 1 सही है: 8 जनवरी 2026 को IIT बॉम्बे में 3 PetaFLOPS क्षमता वाले परम रुद्र सुपरकंप्यूटर का उद्घाटन किया गया (PIB, 09 जनवरी 2026)। (इसके अतिरिक्त पुणे के GMRT, दिल्ली के IUAC और कोलकाता के SNBNCBS में भी परम रुद्र स्थापित हैं)।
युग्म 2, 3 और 4 भी सही हैं: परम प्रवेग (3.3 PF) IISc बेंगलुरु में, ऐरावत AI सुपरकंप्यूटर C-DAC पुणे में और परम गंगा (1.66 PF) IIT रुड़की में स्थापित है।

अभ्यास प्रश्न 10 (कंपाइलर बनाम इंटरप्रेटर) सिस्टम सॉफ्टवेयर

प्रश्न 14: कंप्यूटर प्रोग्रामिंग में 'कंपाइलर (Compiler)' और 'इंटरप्रेटर (Interpreter)' के बीच अंतर के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. कंपाइलर पूरे उच्च-स्तरीय सोर्स कोड को निष्पादन से पहले एक ही बार में मशीन कोड (Object/Binary Code) में अनूदित कर देता है, जबकि इंटरप्रेटर सोर्स कोड को पंक्ति-दर-पंक्ति (Line-by-Line) पढ़कर रनटाइम पर निष्पादित करता है।
2. सामान्यतः एक इंटरप्रेटेड प्रोग्राम की निष्पादन गति (Execution speed) उसी हार्डवेयर पर कंपाइल किए गए बाइनरी प्रोग्राम की तुलना में अधिक तीव्र होती है।
उपर्युक्त कथनों में से कौन-सा/से सही है/हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (b) केवल 1। कथन 1 सही है। कथन 2 गलत है क्योंकि कंपाइल किए गए प्रोग्राम (जैसे C/C++/Rust) सीधे CPU के मशीन निर्देशों में बदल चुके होते हैं, इसलिए वे इंटरप्रेटेड प्रोग्रामों की तुलना में कहीं अधिक तेजी से निष्पादित होते हैं।

अभ्यास प्रश्न 11 (स्वदेशी ऑपरेटिंग सिस्टम: Maya OS व BOSS) UPSC Prelims 2027 स्तर

प्रश्न 15: भारत में विकसित स्वदेशी ऑपरेटिंग सिस्टम 'माया ओएस (Maya OS)' और 'बॉस (BOSS — Bharat Operating System Solutions)' के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. 'माया ओएस' को भारत के रक्षा मंत्रालय द्वारा साइबर और मालवेयर हमलों से रक्षा कंप्यूटरों को सुरक्षित रखने के लिए ओपन-सोर्स उबंटू (Ubuntu Linux) के आधार पर विकसित किया गया है।
2. 'माया ओएस' में 'चक्रव्यूह (Chakravyuh)' नामक एक एंडपॉइंट एंटी-मालवेयर और सुरक्षा परत शामिल है।
3. 'BOSS Linux' का विकास C-DAC द्वारा किया गया है जो भारतीय भाषाओं में ई-गवर्नेंस और कंप्यूटिंग का समर्थन करता है।
उपर्युक्त कथनों में से कौन-से सही हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (c) 1, 2 और 3। तीनों कथन पूर्णतः सही हैं। रक्षा मंत्रालय ने विंडोज आधारित कंप्यूटरों को स्वदेशी उबंटू-आधारित 'माया ओएस' और 'चक्रव्यूह' सुरक्षा प्रणाली से प्रतिस्थापित करने की पहल की है, जबकि BOSS Linux C-DAC द्वारा विकसित बहुभाषी भारतीय ऑपरेटिंग सिस्टम है।

अभ्यास प्रश्न 12 (OS कर्नेल और वर्चुअल मेमोरी) अवधारणात्मक स्पष्टता

प्रश्न 16: ऑपरेटिंग सिस्टम में 'वर्चुअल मेमोरी (Virtual Memory)' की अवधारणा का मुख्य कार्य क्या है?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (c)। वर्चुअल मेमोरी (Paging / Swap Space) ऑपरेटिंग सिस्टम कर्नेल और हार्डवेयर की मेमोरी मैनेजमेंट यूनिट (MMU) की वह तकनीक है, जो निष्क्रिय मेमोरी पेजों को अस्थायी रूप से SSD/HDD पर स्थानांतरित करके भौतिक RAM से बड़े एप्लिकेशनों को एक साथ चलाने में सक्षम बनाती है।

अभ्यास प्रश्न 13 (API और इंडिया स्टैक) डिजिटल आर्किटेक्चर

प्रश्न 17: सॉफ्टवेयर अभियांत्रिकी में 'एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस (API)' के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. API परिभाषित नियमों और प्रोटोकॉल का एक समुच्चय है जो दो अलग-अलग सॉफ्टवेयर अनुप्रयोगों को एक-दूसरे के आंतरिक डेटाबेस या स्रोत कोड को उजागर किए बिना सुरक्षित रूप से संवाद करने की अनुमति देता है।
2. भारत के 'इंडिया स्टैक' (जैसे UPI और Aadhaar e-KYC) में API का उपयोग केवल सरकारी विभागों के लिए अनुमत है और किसी भी निजी फिनटेक या बैंक को API एकीकरण की अनुमति नहीं है।
उपर्युक्त कथनों में से कौन-सा/से सही है/हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (a) केवल 1। कथन 1 सही है। कथन 2 गलत है क्योंकि इंडिया स्टैक की सबसे बड़ी विशेषता ही उसके ओपन API हैं, जिनके माध्यम से विनियमित निजी बैंक, फिनटेक स्टार्टअप और तृतीय-पक्ष ऐप्स (TPAPs) सुरक्षित प्रमाणीकरण के साथ UPI, DigiLocker और Account Aggregator सेवाओं से जुड़ते हैं।

अभ्यास प्रश्न 14 (पेटाफ्लॉप्स बनाम एक्साफ्लॉप्स) मात्रात्मक समझ

प्रश्न 18: सुपरकंप्यूटरों की गणनात्मक गति मापने की इकाई 'FLOPS' के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. 1 पेटाफ्लॉप्स (1 PetaFLOPS) प्रति सेकंड 10¹⁵ फ्लोटिंग-पॉइंट संक्रियाओं (Operations) के बराबर होता है।
2. 1 एक्साफ्लॉप्स (1 ExaFLOPS) क्षमता वाला सुपरकंप्यूटर 1 पेटाफ्लॉप्स क्षमता वाले सुपरकंप्यूटर की तुलना में 1,000 गुना अधिक तीव्र (10¹⁸ FLOPS) होता है।
3. FLOPS किसी सुपरकंप्यूटर की द्वितीयक हार्ड डिस्क की भंडारण क्षमता (Storage capacity) को मापने की इकाई है।
उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (b) केवल 1 और 2। 1 PetaFLOPS = 10¹⁵ FLOPS और 1 ExaFLOPS = 10¹⁸ FLOPS (= 1,000 PetaFLOPS)। कथन 3 गलत है क्योंकि FLOPS गणना की गति (Processing Speed) मापता है, जबकि भंडारण क्षमता टेराबाइट्स (TB) या पेटाबाइट्स (PB) में मापी जाती है।

अभ्यास प्रश्न 15 (बूलीयन लॉजिक गेट्स) डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स

प्रश्न 19: डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटर परिपथों में निम्नलिखित में से किन दो लॉजिक गेट्स को 'सार्वभौमिक गेट्स (Universal Gates)' कहा जाता है क्योंकि केवल उनके बार-बार संयोजन से किसी भी अन्य बूलीयन लॉजिक फलन का निर्माण किया जा सकता है?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (c) NAND और NOR। NAND और NOR गेट्स कार्यात्मक रूप से पूर्ण (Functionally Complete) होते हैं, अर्थात् केवल NAND या केवल NOR गेट्स का उपयोग करके NOT, AND, OR, XOR आदि सभी गेट्स और संपूर्ण डिजिटल प्रोसेसर बनाए जा सकते हैं।

अभ्यास प्रश्न 16 (बूटिंग प्रक्रिया, UEFI और कर्नेल) UPSC Prelims 2027 स्तर

प्रश्न 20: जब किसी कंप्यूटर को चालू (Boot) किया जाता है, तो होने वाली प्रक्रियाओं के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
1. नॉन-वोलेटाइल फ्लैश/ROM चिप में संग्रहीत BIOS या UEFI फर्मवेयर सबसे पहले सक्रिय होकर हार्डवेयर घटकों की जाँच (Power-On Self-Test — POST) करता है।
2. बूटलोडर (Bootloader) द्वितीयक स्टोरेज (SSD/HDD) से ऑपरेटिंग सिस्टम के 'कर्नेल' को मुख्य वोलेटाइल मेमोरी (RAM) में लोड करता है।
3. एक बार ऑपरेटिंग सिस्टम चालू हो जाने के बाद, यूजर एप्लिकेशन सीधे हार्डवेयर रजिस्टरों को संशोधित करने के बजाय 'सिस्टम कॉल्स (System Calls)' के माध्यम से कर्नेल से संसाधन का अनुरोध करते हैं।
उपर्युक्त कथनों में से कौन-से सही हैं?

विस्तृत व्याख्या देखें

सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3। तीनों कथन कंप्यूटर की बूटस्ट्रैपिंग (Bootstrapping) और कर्नेल सुरक्षा मॉडल का बिल्कुल सटीक वर्णन करते हैं।

9.2 मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न एवं पूर्ण आदर्श उत्तर (3 Mains Practice Questions with Full Model Answers)

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न 1 (GS-III: 150 शब्द / 10 अंक) पूर्ण आदर्श उत्तर

प्रश्न 3: "पारंपरिक CPU की तुलना में GPU और NPU/TPU की वास्तुकला किस प्रकार भिन्न है? समझाइए कि क्यों आधुनिक सुपरकंप्यूटिंग और जनरेटिव AI के लिए विषम कंप्यूटिंग (Heterogeneous Computing — CPU + GPU/NPU) अपरिहार्य हो गई है।" (150 शब्द, 10 अंक)

आदर्श उत्तर:

भूमिका: मूर के नियम (Moore's Law) की भौतिक सीमाओं और कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) व जलवायु सिमुलेशन की विस्फोटक गणनात्मक माँग ने कंप्यूटिंग को केवल CPU-आधारित मॉडल से बाहर निकालकर विषम कंप्यूटिंग (Heterogeneous Computing) की ओर मोड़ दिया है।

वास्तुकला का अंतर:

CPU (कम लेटेंसी, अनुक्रमिक): इसमें कुछ (4–128) शक्तिशाली कोर, विशाल कैश मेमोरी और जटिल कंट्रोल यूनिट होती है। यह ऑपरेटिंग सिस्टम चलाने और शाखाओं वाले तार्किक निर्णयों (Branching logic) में श्रेष्ठ है।
GPU (उच्च थ्रूपुट, विशाल समानांतर): इसमें हजारों छोटे ALU कोर और हाई-बैंडविड्थ मेमोरी (HBM) होती है, जो एक ही निर्देश को लाखों डेटा बिंदुओं (SIMD) पर एक साथ निष्पादित करती है।
NPU/TPU (मैट्रिक्स त्वरण): यह न्यूरल नेटवर्क के टेंसर और मैट्रिक्स गुणन (FP16/INT8) के लिए सिस्टोलिक ऐरे का उपयोग करता है, जिससे न्यूनतम ऊर्जा में ऑन-डिवाइस AI और LLM अनुमान संभव होता है।

निष्कर्ष: भारत के 'ऐरावत' (AIRAWAT) और 'परम रुद्र' जैसे आधुनिक सुपरकंप्यूटर CPU (नियंत्रण हेतु) और GPU/AI एक्सेलेरेटर (समानांतर गणना हेतु) के इसी सहजीवी संयोजन पर कार्य करते हैं।

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न 2 (GS-III: 150 शब्द / 10 अंक) पूर्ण आदर्श उत्तर

प्रश्न 4: "'डिजिटल इंडिया RISC-V (DIR-V)' कार्यक्रम क्या है? भारत की हार्डवेयर सुरक्षा और रणनीतिक स्वायत्तता के लिए ओपन-सोर्स निर्देश सेट आर्किटेक्चर (ISA) के महत्त्व का परीक्षण कीजिए।" (150 शब्द, 10 अंक)

आदर्श उत्तर:

भूमिका: निर्देश सेट आर्किटेक्चर (ISA) किसी माइक्रोप्रोसेसर की वह मौलिक भाषा है जो सॉफ्टवेयर को हार्डवेयर से जोड़ती है। दशकों तक वैश्विक चिप बाजार विदेशी स्वामित्व वाले x86 (Intel/AMD) और ARM आर्किटेक्चर के एकाधिकार में रहा है।

DIR-V कार्यक्रम एवं रणनीतिक महत्त्व:

इलेक्ट्रॉनिकी और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MeitY) द्वारा प्रारंभ किया गया डिजिटल इंडिया RISC-V (DIR-V) कार्यक्रम ओपन-सोर्स, रॉयल्टी-मुक्त RISC-V ISA पर आधारित स्वदेशी माइक्रोप्रोसेसरों के विकास का राष्ट्रीय अभियान है।
इसके अंतर्गत IIT मद्रास द्वारा 'शक्ति' (SHAKTI) और C-DAC द्वारा 'वेगा' (VEGA) प्रोसेसर विकसित किए गए हैं।
लाभ: (1) विदेशी कंपनियों को करोड़ों डॉलर के लाइसेंस/रॉयल्टी भुगतान की बचत; (2) रक्षा, अंतरिक्ष (ISRO), परमाणु ऊर्जा और दूरसंचार में विदेशी चिप्स के संभावित 'हार्डवेयर ट्रोजन/बैकडोर' के खतरे से पूर्ण सुरक्षा; तथा (3) भू-राजनीतिक निर्यात प्रतिबंधों (Export Controls) से भारतीय सेमीकंडक्टर पारिस्थितिकी तंत्र का बचाव।

निष्कर्ष: जिस प्रकार Linux और ओपन-सोर्स DPI ने सॉफ्टवेयर में भारत को आत्मनिर्भर बनाया, उसी प्रकार DIR-V सिलिकॉन हार्डवेयर में भारत की संप्रभुता की कुंजी है।

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न 3 (GS-III: 250 शब्द / 15 अंक) पूर्ण आदर्श उत्तर (PIB जुलाई 2026 आधारित)

प्रश्न 5: "पृथ्वी विज्ञान मंत्रालय के सुपरकंप्यूटरों 'अर्क' और 'अरुणिका' तथा 6 किमी विभेदन वाले 'भारत फोरकास्ट सिस्टम (BharatFS)' ने जलवायु परिवर्तन के युग में भारत की आपदा पूर्व-चेतावनी और कृषि अनुकूलन क्षमता को कैसे सशक्त किया है?" (250 शब्द, 15 अंक)

आदर्श उत्तर:

भूमिका: उष्णकटिबंधीय मानसूनी जलवायु और हिमालयी भू-आकृति के कारण भारत में बादल फटने, आकस्मिक बाढ़ (Flash Floods), हीटवेव और चक्रवातों जैसी स्थानीयकृत चरम मौसम घटनाओं की आवृत्ति बढ़ रही है। इनका सटीक पूर्वानुमान लगाने के लिए वायुमंडल, महासागर और भूमि के करोड़ों समीकरणों को वास्तविक समय में हल करने वाले पेटास्केल सुपरकंप्यूटरों की आवश्यकता होती है।

'अर्क', 'अरुणिका' और 'भारत फोरकास्ट सिस्टम (BharatFS)' का योगदान (PIB जुलाई 2026):

कंप्यूटिंग क्षमता में छलांग: IITM पुणे में स्थापित 'अर्क' (11.77 PetaFLOPS) और NCMRWF नोएडा में स्थापित 'अरुणिका' (8.24 PetaFLOPS) ने पूर्ववर्ती प्रत्युष और मिहिर प्रणालियों की क्षमता को लगभग तीन गुना बढ़ा दिया है।
विश्व का पहला 6 किमी रियल-टाइम ग्लोबल मॉडल: पूर्ववर्ती वैश्विक मॉडल (GFS) 12 किमी के क्षैतिज ग्रिड पर चलते थे, जिससे छोटे पैमाने के संवहनी तूफान (Mesoscale convective storms) छूट जाते थे। 'अर्क' और 'अरुणिका' ने Triangular Cubic Octahedral (TCo) डायनामिकल ग्रिड पर आधारित BharatFS को 6 किमी क्षैतिज विभेदन पर वास्तविक समय में चलाना संभव बनाया है।
पंचायत स्तर पर कृषि और आपदा प्रबंधन: 6 किमी ग्रिड के कारण अब ब्लॉक और पंचायत संकुल (Cluster of Panchayats) स्तर तक वर्षा, पवन और तापमान का सटीक पूर्वानुमान दिया जा रहा है, जिससे किसानों को बुवाई/सिंचाई के निर्णय लेने और आपदा प्रबंधन एजेंसियों (NDMA) को समय रहते निकासी करने में सीधी सहायता मिलती है।

निष्कर्ष: 'अर्क', 'अरुणिका' और 'भारत फोरकास्ट सिस्टम' यह दर्शाते हैं कि उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (HPC) केवल प्रयोगशाला का विषय नहीं, बल्कि करोड़ों किसानों और नागरिकों की जीवन-रक्षा का प्रत्यक्ष उपकरण है।

10. त्वरित पुनरावलोकन बिंदु एवं मुख्य अंतर (18 Rapid Revision Facts)

यूनिवर्सल लॉजिक गेट्स: केवल NAND और NOR गेट्स को 'सार्वभौमिक गेट्स' कहा जाता है; XOR गेट अंकगणितीय जोड़ (Adder) और क्रिप्टोग्राफिक एन्क्रिप्शन का आधार है।
वॉन न्यूमैन बनाम हार्वर्ड: वॉन न्यूमैन में डेटा और निर्देश एक ही मेमोरी व बस साझा करते हैं (जिससे 'वॉन न्यूमैन बॉटलनेक' बनता है); हार्वर्ड आर्किटेक्चर में डेटा और निर्देशों के लिए पृथक मेमोरी व बसें होती हैं।
मेमोरी गति क्रम (तीव्रतम से धीमे): CPU Registers (<1 ns) → L1 Cache → L2 Cache → L3 Cache (SRAM, 1–10 ns) → Main RAM (DRAM, 50–100 ns) → NVMe SSD (NAND Flash, 10–100 μs) → Magnetic HDD (5–15 ms)।
SRAM बनाम DRAM: SRAM फ्लिप-फ्लॉप (6 ट्रांजिस्टर) पर चलती है, रीफ्रेश नहीं करनी पड़ती और कैश मेमोरी में लगती है; DRAM संधारित्र (1T1C) पर चलती है, निरंतर रीफ्रेश करनी पड़ती है और मुख्य RAM में लगती है। दोनों वोलेटाइल हैं।
NAND फ्लैश मेमोरी: यह फ्लोटिंग-गेट / चार्ज-ट्रैप MOSFET पर कार्य करने वाली नॉन-वोलेटाइल मेमोरी है, जिसका उपयोग SSD, पेन ड्राइव और SD कार्ड में होता है।
CPU बनाम GPU बनाम NPU: CPU = कम कोर, अनुक्रमिक कम-लेटेंसी प्रसंस्करण; GPU = हजारों कोर, समानांतर उच्च-थ्रूपुट (SIMD) प्रसंस्करण; NPU/TPU = AI मैट्रिक्स व टेंसर गुणन।
RISC-V एवं DIR-V: RISC-V एक ओपन-सोर्स, रॉयल्टी-मुक्त ISA है; भारत के DIR-V कार्यक्रम के तहत IIT मद्रास ने 'शक्ति' (SHAKTI) और C-DAC ने 'वेगा' (VEGA) प्रोसेसर बनाए हैं।
कंपाइलर बनाम इंटरप्रेटर: कंपाइलर संपूर्ण कोड को एक बार में मशीन कोड में बदलता है (तीव्र निष्पादन); इंटरप्रेटर पंक्ति-दर-पंक्ति रनटाइम पर अनुवाद करता है (आसान डिबगिंग)।
ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म (UPSC 2022 Q61): आरोग्य सेतु, CoWIN, डिजीलॉकर और दीक्षा—ये चारों ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म (Sunbird, DIVOC आदि) के ऊपर बने हैं।
SaaS (UPSC 2022 Q63): SaaS खरीदार API और कॉन्फ़िगरेशन द्वारा यूजर इंटरफ़ेस व डेटा फ़ील्ड को कस्टमाइज़ कर सकते हैं, मोबाइल से डेटा एक्सेस कर सकते हैं, और Outlook/Hotmail/Yahoo! Mail इसके उदाहरण हैं।
वानाक्राई, पेट्या और इटरनलब्लू (UPSC 2018 Q58): ये साइबर आक्रमण (Ransomware / Windows OS SMBv1 Exploit) से संबंधित हैं।
माया ओएस (Maya OS) एवं BOSS: 'माया ओएस' रक्षा मंत्रालय का उबंटू-आधारित स्वदेशी OS है जिसमें 'चक्रव्यूह' एंटी-मालवेयर है; BOSS Linux C-DAC द्वारा विकसित बहुभाषी भारतीय OS है।
भारत का पहला सुपरकंप्यूटर: 1988 में स्थापित C-DAC पुणे द्वारा 1991 में निर्मित 'परम 8000' (PARAM 8000)।
राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (NSM): अप्रैल 2015 में प्रारंभ (₹4,500 करोड़); संचालन: DST + MeitY; कार्यान्वयन: C-DAC (पुणे) + IISc (बेंगलुरु); लक्ष्य (अक्टूबर 2026 PIB): 50 सुपरकंप्यूटर, 123+ PetaFLOPS।
'रुद्र' (Rudra) सर्वर: NSM चरण-III के तहत C-DAC द्वारा स्वदेशी रूप से डिजाइन और भारत में निर्मित पहला HPC सर्वर प्लेटफॉर्म।
'त्रिनेत्र' (Trinetra) इंटरकनेक्ट: C-DAC द्वारा विकसित स्वदेशी हाई-स्पीड इंटरकनेक्ट नेटवर्क—Trinetra-A (100 Gbps) और Trinetra-B (200 Gbps)।
परम रुद्र (PARAM Rudra) स्थल: GMRT पुणे (1 PF), IUAC दिल्ली (3 PF), SNBNCBS कोलकाता (838 TFLOPS) [सितंबर 2024] तथा IIT बॉम्बे (3 PF) [जनवरी 2026]।
अर्क, अरुणिका और भारत फोरकास्ट सिस्टम (जुलाई 2026 PIB): पृथ्वी विज्ञान मंत्रालय के अर्क (IITM पुणे, 11.77 PF) और अरुणिका (NCMRWF नोएडा, 8.24 PF) सुपरकंप्यूटर 6 किमी क्षैतिज विभेदन वाले BharatFS (TCo ग्रिड) को वास्तविक समय में चलाते हैं।

11. प्रामाणिक संदर्भ एवं आधिकारिक स्रोत (Authoritative Sources & Verification Links)

पत्र सूचना कार्यालय (PIB Backgrounder — 04 अक्टूबर 2026): India's Rising Supercomputing Ecosystem — National Supercomputing Mission (NSM: ₹4,500 Cr, DST & MeitY, C-DAC & IISc, 50 Supercomputers >123 PF Plan) — https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2318908 (सत्यापन तिथि: 06 नवंबर 2026)।
PIB (DST / IIT Bombay — 09 जनवरी 2026): PARAM Rudra Supercomputer (3 PetaFLOPS based on indigenous Rudra servers) inaugurated at IIT Bombay under NSM Build Approach — https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2212885&reg=48&lang=2 (सत्यापन तिथि: 06 नवंबर 2026)।
PIB (Ministry of Earth Sciences — 22 एवं 23 जुलाई 2026): Bharat Forecast System (BharatFS — 6 km Horizontal Resolution on TCo Grid) powered by Arka (IITM Pune) and Arunika (NCMRWF Noida) Supercomputers — https://www.pib.gov.in/PressReleaseDetail.aspx?PRID=2287605&reg=1&lang=1 एवं https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2288239 (सत्यापन तिथि: 06 नवंबर 2026)।
PIB (MeitY / C-DAC — 28 अप्रैल 2025 एवं 10 दिसंबर 2025): National Supercomputing Mission: Indigenous 'Rudra' Server, 'Trinetra-A (100 Gbps)' & 'Trinetra-B (200 Gbps)' Interconnect, AIRAWAT & 37 Supercomputers (40 PF) Deployment — https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2124920 एवं https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2201437&reg=3&lang=2 (सत्यापन तिथि: 06 नवंबर 2026)।
संघ लोक सेवा आयोग (UPSC) आधिकारिक प्रश्नपत्र अभिलेखागार: UPSC CSE Prelims (2017, 2018, 2022) एवं Mains GS-III Previous Year Question Papers — https://www.upsc.gov.in/examinations/previous-question-papers (सत्यापन तिथि: 06 नवंबर 2026)।

इस अध्याय में आप क्या सीखेंगे (Key Learning Outcomes)

1. आधारभूत अवधारणाएँ: कंप्यूटर आर्किटेक्चर, द्विआधारी तर्क और निर्देश चक्र (Foundational Concepts)

1.1 बिट, बाइट, डेटा निरूपण और लॉजिक गेट्स (Bits, Bytes, Encoding & Logic Gates)

1.2 वॉन न्यूमैन बनाम हार्वर्ड आर्किटेक्चर (Von Neumann vs Harvard Architecture)

1.3 CPU की आंतरिक संरचना एवं निर्देश चक्र (Fetch–Decode–Execute–Writeback Cycle)

1.4 मुख्य तकनीकी शब्दावली (Core Glossary)

2. परीक्षा-स्तरीय व्यापक विश्लेषण: मेमोरी, प्रोसेसर वास्तुकला (CPU/GPU/TPU/NPU) और सॉफ्टवेयर

2.1 प्राथमिक बनाम द्वितीयक मेमोरी: SRAM, DRAM, ROM और NAND Flash की तुलना

2.2 प्रोसेसर आर्किटेक्चर की तुलना: CPU बनाम GPU बनाम TPU/NPU एवं CISC बनाम RISC-V

2.3 सिस्टम सॉफ्टवेयर: ऑपरेटिंग सिस्टम, कंपाइलर बनाम इंटरप्रेटर, और API

3. भारत-केंद्रित परिप्रेक्ष्य: राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (NSM), स्वदेशी प्रोसेसर एवं ओपन-सोर्स DPI

3.1 राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग मिशन (National Supercomputing Mission — NSM)

3.2 स्वदेशी 'रुद्र' (Rudra) सर्वर, 'त्रिनेत्र' (Trinetra) इंटरकनेक्ट और 'परम रुद्र' (PARAM Rudra)

3.3 स्वदेशी ऑपरेटिंग सिस्टम (Maya OS, BOSS) एवं ओपन-सोर्स डिजिटल प्लेटफॉर्म (DPI)

4. समसामयिक जुड़ाव (2025–2026): अर्क, अरुणिका, भारत फोरकास्ट सिस्टम (BharatFS) एवं AIRAWAT

4.1 सुपरकंप्यूटर 'अर्क' (Arka) व 'अरुणिका' (Arunika) और 6 किमी विभेदन वाला 'भारत फोरकास्ट सिस्टम' (BharatFS)

4.2 ऐरावत (AIRAWAT) और इंडियाAI कंप्यूट स्तंभ (IndiaAI Compute Pillar)

5. प्रारंभिक परीक्षा दृष्टिकोण (Prelims Exam Perspective: Statement Traps & Pair Matching)

6. मुख्य परीक्षा दृष्टिकोण (Mains GS-III Perspective: Scientific Basis, Challenges & Way Forward)

1. रणनीतिक एवं वैज्ञानिक महत्त्व (Strategic Relevance)

2. प्रमुख चुनौतियाँ एवं आगे की राह (Challenges & Way Forward)

7. प्रामाणिक प्रारंभिक परीक्षा प्रश्न (Authentic UPSC CSE Prelims PYQs: 2016–2026)

8. मुख्य परीक्षा के विषयगत अभ्यास प्रश्न एवं आदर्श उत्तर

9. नवीन अभ्यास प्रश्न बैंक (New Original Practice Bank: 16 Prelims MCQs + 3 Mains Model Answers)

9.2 मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न एवं पूर्ण आदर्श उत्तर (3 Mains Practice Questions with Full Model Answers)

10. त्वरित पुनरावलोकन बिंदु एवं मुख्य अंतर (18 Rapid Revision Facts)

11. प्रामाणिक संदर्भ एवं आधिकारिक स्रोत (Authoritative Sources & Verification Links)