सूचना प्रौद्योगिकी, जैव प्रौद्योगिकी और उभरती प्रौद्योगिकियाँ

परिचय

सूचना प्रौद्योगिकी, जैव प्रौद्योगिकी और उभरती प्रौद्योगिकियों का उप-विषय विज्ञान और समकालीन शासन के प्रतिच्छेदन पर स्थित है — और छत्तीसगढ़ लोक सेवा आयोग (CGPSC) राज्य सेवा परीक्षा के लिए, यह पेपर 1 के सबसे गतिशील रूप से विकसित होने वाले खंडों में से एक है। पिछले प्रश्नपत्रों (2018, 2019, 2021 और 2024) में शामिल वर्षों में, इस उप-विषय से छह प्रश्न पूछे गए हैं, जो हार्डवेयर मूल तत्वों और साइबर सुरक्षा से लेकर सूक्ष्मजीव जैव प्रौद्योगिकी और ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर तक सब कुछ छूते हैं। चार अलग-अलग वर्षों से छह प्रश्नों की यह मात्रा संकेत देती है कि CGPSC परीक्षक इस क्षेत्र को कभी-कभार पूछे जाने वाले नवीनता वाले विषय के बजाय एक आवर्ती, उच्च-मूल्य वाले परीक्षण क्षेत्र के रूप में मानते हैं।

CGPSC के लिए यह उप-विषय क्यों महत्वपूर्ण है, इसे समझने के लिए परीक्षा के व्यापक अधिदेश को देखना आवश्यक है। CGPSC पेपर 1 सामान्य अध्ययन पाठ्यक्रम स्पष्ट रूप से विज्ञान अनुभाग के अंतर्गत "सूचना प्रौद्योगिकी, जैव प्रौद्योगिकी और उभरती प्रौद्योगिकियाँ" को एक अलग बिंदु के रूप में सूचीबद्ध करता है। आयोग अभ्यर्थियों से यह अपेक्षा करता है कि वे इस बात का कार्यकारी ज्ञान प्रदर्शित करें: कंप्यूटर हार्डवेयर कैसे डिज़ाइन और कार्य करता है, नेटवर्क कैसे संचार और संरक्षित होते हैं, जैव प्रौद्योगिकी क्या कर सकती है और वर्तमान में कृषि और चिकित्सा में कहाँ तैनात है, और कृत्रिम बुद्धिमत्ता और नैनो प्रौद्योगिकी जैसी उभरती प्रौद्योगिकियाँ कहाँ जा रही हैं। यह पूरी तरह से सैद्धांतिक नहीं है — जो प्रश्न सामने आए हैं, वे उन अभ्यर्थियों को पुरस्कृत करते हैं जो अंतर्निहित तंत्र को समझते हैं, न कि केवल लेबल याद करने वालों को।

छत्तीसगढ़ के परिप्रेक्ष्य से, यह उप-विषय विशेष रूप से प्रासंगिक है। छत्तीसगढ़ ने छत्तीसगढ़ इन्फोटेक प्रमोशन सोसाइटी (CHIPS) और ई-डिस्ट्रिक्ट, सामान्य सेवा केंद्र और रायपुर में राज्य डेटा केंद्र बुनियादी ढांचे सहित डिजिटल इंडिया (Digital India) कार्यक्रमों के राज्य कार्यान्वयन के माध्यम से डिजिटल शासन को प्राथमिकता दी है। राज्य की कृषि अर्थव्यवस्था ने जैव प्रौद्योगिकी हस्तक्षेपों — बैसिलस थुरिंजिएन्सिस (Bacillus thuringiensis)-आधारित जैव कीटनाशक, वानिकी में ऊतक संवर्धन, और जीनोम-सूचित फसल सुधार — से तेजी से लाभ उठाया है। नक्सल प्रभावित जिलों में ड्रोन निगरानी और उपग्रह-सहायता प्राप्त वन निगरानी जैसी उभरती प्रौद्योगिकियाँ छत्तीसगढ़ में सक्रिय नीति उपकरण हैं। इन अनुप्रयोगों की जागरूकता अमूर्त प्रौद्योगिकी अवधारणाओं को शासन और विकास संदर्भों में ढालती है जिन्हें CGPSC महत्व देता है।

कठिनाई के संदर्भ में, अब तक सामने आए छह पीवाईक्यू (PYQs) परिभाषाओं (डीडीओएस हमला क्या है, कैश मेमोरी क्या है) से लेकर वर्गीकरण कार्यों (सूक्ष्मजीव कीटनाशक की पहचान करना, चिप सामग्री क्या है इसकी पहचान करना) और अवधारणात्मक अंतरों (मॉडम क्या करता है, GNU के बारे में क्या सत्य या असत्य है) तक फैले हुए हैं। प्रश्न एक या दो प्रशंसनीय विकर्षकों के साथ सीधे ज्ञान-स्मरण की ओर झुकते हैं, जिसका अर्थ है कि जिस अभ्यर्थी ने अवधारणा को वास्तव में समझ लिया है — न कि केवल सूची को आधा-अधूरा पढ़ा है — वह लगभग हमेशा आत्मविश्वास से सही उत्तर की पहचान कर सकता है। यह नोट परीक्षक द्वारा परीक्षित और परीक्षण किए जाने की संभावना वाले सभी प्रमुख उप-क्षेत्रों में ठीक उसी गहराई की समझ विकसित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

इस अध्याय की संरचना हार्डवेयर नींव से शुरू होकर नेटवर्किंग, साइबर सुरक्षा और ऑपरेटिंग सिस्टम के माध्यम से आगे बढ़ती है, फिर जैव प्रौद्योगिकी — शास्त्रीय और आधुनिक दोनों — में प्रवेश करती है, और उभरती प्रौद्योगिकियों, कार्य-सहित पीवाईक्यू (PYQ) वॉकथ्रू और पुनरीक्षण सहायकों के साथ समाप्त होती है।

मूल अवधारणाएँ और नींव

प्रत्येक डोमेन में गहराई से जाने से पहले, बिल्डिंग ब्लॉक्स स्थापित करना आवश्यक है। छह पीवाईक्यू (PYQs) ने कम से कम चार अलग-अलग ज्ञान क्षेत्रों से अवधारणाओं का परीक्षण किया: कंप्यूटर हार्डवेयर (चिप सामग्री, कैश मेमोरी), डेटा संचार (मॉडम, मॉड्यूलेशन/डीमॉड्यूलेशन), साइबर सुरक्षा (DDoS हमले), जैव प्रौद्योगिकी (सूक्ष्मजीव कीटनाशक), और सॉफ्टवेयर दर्शन (GNU, ओपन-सोर्स)। इस व्यापकता का अर्थ है कि अवधारणात्मक आधार तदनुसार व्यापक होना चाहिए।

अर्धचालक (Semiconductor): एक पदार्थ जिसकी विद्युत चालकता एक चालक और एक अवरोधक के बीच होती है। सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक्स में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला अर्धचालक है क्योंकि अशुद्धियाँ डालकर (डोपिंग) इसकी चालकता को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे ट्रांजिस्टर का निर्माण संभव होता है। आधुनिक कंप्यूटर चिप्स तांबे या चांदी जैसी धातुओं के बजाय सिलिकॉन की एक पतली परत पर उत्कीर्ण होते हैं, क्योंकि सिलिकॉन के अर्धचालक गुण अरबों ट्रांजिस्टर को एक ही वेफर पर पैक करने की अनुमति देते हैं।

एकीकृत परिपथ (Integrated Circuit - IC) / चिप: अर्धचालक पदार्थ, अधिकतर सिलिकॉन, के एक टुकड़े पर निर्मित एक लघुकृत इलेक्ट्रॉनिक परिपथ। चिप में धात्विक निशानों द्वारा परस्पर जुड़े ट्रांजिस्टर, प्रतिरोधक और संधारित्र होते हैं। सिलिकॉन वेफर की मोटाई और उत्कीर्ण परिपथों की सूक्ष्मता प्रसंस्करण शक्ति और ऊर्जा दक्षता निर्धारित करती है — आज की चिप्स नैनोमीटर में मापे जाने वाले प्रक्रिया नोड्स का उपयोग करती हैं।

कंप्यूटर मेमोरी पदानुक्रम (Computer Memory Hierarchy): कंप्यूटर में भंडारण का संगठन सबसे तेज़ और सबसे छोटे से सबसे धीमे और सबसे बड़े तक: रजिस्टर → कैश मेमोरी → RAM (प्राथमिक मेमोरी) → द्वितीयक भंडारण (HDD/SSD) → तृतीयक/ऑफ़लाइन भंडारण। प्रत्येक स्तर गति को क्षमता और लागत के लिए व्यापार करता है। कैश मेमोरी प्रोसेसर और RAM के बीच बैठती है, बार-बार एक्सेस किए जाने वाले डेटा को संग्रहीत करती है ताकि CPU को धीमी RAM की प्रतीक्षा न करनी पड़े।

कैश मेमोरी (Cache Memory): एक छोटी, अत्यंत तीव्र मेमोरी जो सीधे CPU पर या उसके बहुत करीब बनी होती है। जब प्रोसेसर को डेटा की आवश्यकता होती है, तो वह पहले कैश की जाँच करता है; यदि मिल जाए ("कैश हिट"), तो RAM की प्रतीक्षा किए बिना प्रसंस्करण आगे बढ़ता है। यदि न मिले ("कैश मिस"), तो डेटा RAM से लाया जाता है और एक प्रति कैश में रख दी जाती है। आधुनिक CPUs में एकाधिक कैश स्तर (L1, L2, L3) होते हैं, जिनमें L1 सबसे तेज़ लेकिन सबसे छोटा होता है। कैश मेमोरी प्रसंस्करण को गति देती है क्योंकि यह CPU द्वारा डेटा की प्रतीक्षा में बिताए जाने वाले समय को नाटकीय रूप से कम कर देती है।

मॉड्यूलेशन (Modulation): एक वाहक तरंग के एक या अधिक गुणों — आयाम (AM), आवृत्ति (FM), या कला (PM) — को भिन्न करके उस पर सूचना (ध्वनि, डेटा) को एन्कोड करने की प्रक्रिया। मॉड्यूलेशन डिजिटल डेटा को टेलीफोन लाइन जैसे एनालॉग माध्यम पर प्रेषित करने की अनुमति देता है।

डीमॉड्यूलेशन (Demodulation): मॉड्यूलेशन का विपरीत — प्राप्त करने वाले सिरे पर एक मॉड्युलेटेड वाहक तरंग से मूल सूचना संकेत निकालना। एक मॉडम (Modulator-Demodulator) दोनों कार्य करता है और इसलिए वह उपकरण है जो कंप्यूटर को टेलीफोन लाइनों या केबल बुनियादी ढांचे पर संचार करने में सक्षम बनाता है।

मॉडम (Modem): एक हार्डवेयर उपकरण जो कंप्यूटर से डिजिटल सिग्नल को टेलीफोन या केबल लाइन पर प्रेषण के लिए उपयुक्त एनालॉग सिग्नल में परिवर्तित करता है (मॉड्यूलेशन) और आने वाले एनालॉग सिग्नल को वापस डिजिटल रूप में परिवर्तित करता है जिसे कंप्यूटर संसाधित कर सकता है (डीमॉड्यूलेशन)। ऐतिहासिक रूप से डायल-अप इंटरनेट के लिए मॉडम आवश्यक थे; आधुनिक ब्रॉडबैंड अभी भी DSL और केबल उपकरणों में मॉडम-जैसे कार्यों का उपयोग करता है।

DDoS (वितरित सेवा अस्वीकरण) हमला (Distributed Denial of Service Attack): साइबर हमले की एक श्रेणी जिसमें बड़ी संख्या में समझौता किए गए कंप्यूटर (एक बॉटनेट) एक साथ लक्ष्य सर्वर या नेटवर्क पर भारी मात्रा में ट्रैफ़िक या अनुरोध भेजते हैं, जिससे वैध अनुरोधों का जवाब देने की उसकी क्षमता समाप्त हो जाती है। "वितरित" पहलू इसे एकल मशीन का उपयोग करने वाले सरल DoS हमले से अलग करता है। सुरक्षा भंग करने की किसी आवश्यकता के बिना लक्ष्य की सेवा प्रभावी रूप से उसके वास्तविक उपयोगकर्ताओं के लिए अस्वीकृत कर दी जाती है।

बॉटनेट (Botnet): इंटरनेट से जुड़े उपकरणों — कंप्यूटर, स्मार्टफोन, IoT उपकरण — का एक नेटवर्क जो मैलवेयर से संक्रमित होते हैं और मालिकों की जानकारी के बिना किसी हमलावर द्वारा दूर से नियंत्रित किए जाते हैं। बॉटनेट DDoS हमले शुरू करने, स्पैम भेजने और धोखाधड़ी करने के लिए उपयोग किया जाने वाला बुनियादी ढांचा हैं।

GNU परियोजना (GNU Project): रिचर्ड स्टॉलमैन (Richard Stallman) द्वारा 1983 में शुरू की गई एक मुफ्त सॉफ्टवेयर परियोजना, जिसका लक्ष्य पूरी तरह से मुफ्त सॉफ्टवेयर से बना एक पूर्ण Unix-संगत ऑपरेटिंग सिस्टम बनाना था। GNU का नाम एक पुनरावर्ती संक्षिप्त नाम है: "GNU's Not Unix।" इस परियोजना ने GNU जनरल पब्लिक लाइसेंस (GPL) का निर्माण किया, जो ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर का मूलभूत कानूनी साधन है। लिनस टॉर्वाल्ड्स (Linus Torvalds) द्वारा बनाए गए लिनक्स कर्नेल के साथ संयुक्त GNU सॉफ्टवेयर आज व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले GNU/Linux ऑपरेटिंग सिस्टम का निर्माण करता है।

ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर (Open-Source Software): एक लाइसेंस के साथ वितरित सॉफ्टवेयर जो उपयोगकर्ताओं को स्रोत कोड को देखने, संशोधित करने और स्वतंत्र रूप से वितरित करने की अनुमति देता है। ओपन-सोर्स का अर्थ "बिना लागत के" नहीं है — इसका अर्थ है कोड पारदर्शी और समुदाय-संशोधनीय है। GNU GPL कई ओपन-सोर्स लाइसेंसों में से एक है; अन्य में MIT, Apache और BSD लाइसेंस शामिल हैं।

जैव प्रौद्योगिकी (Biotechnology): उत्पादों, प्रक्रियाओं और सेवाओं को विकसित करने के लिए जीवित जीवों, जैविक प्रणालियों या उनके व्युत्पन्नों का अनुप्रयोग। आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी में आनुवंशिक इंजीनियरिंग, किण्वन, कोशिका संवर्धन और उद्योग, चिकित्सा और कृषि में एंजाइमों और सूक्ष्मजीवों का उपयोग शामिल है।

सूक्ष्मजीव कीटनाशक (जैव कीटनाशक) (Microbial Insecticide - Biopesticide): कीट कीटों को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला प्राकृतिक सामग्रियों से प्राप्त कीटनाशक जिसमें बैक्टीरिया, कवक, वायरस या अन्य सूक्ष्मजीव शामिल हैं। रासायनिक कीटनाशकों के विपरीत, सूक्ष्मजीव कीटनाशक आमतौर पर पोषी-विशिष्ट, जैवनिम्नीकरणीय और गैर-लक्ष्य प्रजातियों के लिए कम विषाक्त होते हैं। बैसिलस थुरिंजिएन्सिस (Bt) सबसे अधिक व्यावसायिक रूप से तैनात सूक्ष्मजीव कीटनाशक है।

बैसिलस थुरिंजिएन्सिस (Bacillus thuringiensis - Bt): एक ग्राम-पॉज़िटिव, मिट्टी में रहने वाला जीवाणु जो क्रिस्टल (Cry) प्रोटीन का उत्पादन करता है जो विशेष रूप से कुछ कीटों के लार्वा, विशेष रूप से लेपिडोप्टेरा (पतंगे और तितलियाँ), कोलिओप्टेरा (भृंग) और डिप्टेरा (मक्खियाँ और मच्छर) के लिए विषाक्त होता है। जब कोई कीट लार्वा Bt बीजाणु या Cry प्रोटीन का अंतर्ग्रहण करता है, तो प्रोटीन क्षारीय आंत में घुल जाता है, रिसेप्टर कोशिकाओं से बंध जाता है, और आंत की परत को नष्ट कर लार्वा को मार देता है। Bt का उपयोग 1930 के दशक से स्प्रे-ऑन कीटनाशक के रूप में किया जाता रहा है और बाद में इसे ट्रांसजेनिक Bt कपास और Bt बैंगन (बांग्लादेश में) के रूप में फसलों में शामिल किया गया।

उभरती प्रौद्योगिकी (Emerging Technology): विकास या प्रारंभिक तैनाती चरण में एक प्रौद्योगिकी जिससे मध्यम अवधि में मौजूदा उद्योगों, शासन या सामाजिक संरचनाओं में महत्वपूर्ण परिवर्तन होने की उम्मीद है। उदाहरणों में कृत्रिम बुद्धिमत्ता, ब्लॉकचेन, इंटरनेट ऑफ थिंग्स, नैनो प्रौद्योगिकी, क्वांटम कंप्यूटिंग और जीन संपादन (CRISPR) शामिल हैं।

कंप्यूटर हार्डवेयर: सिलिकॉन से प्रसंस्करण तक

सिलिकॉन की नींव

प्रत्येक आधुनिक कंप्यूटिंग उपकरण अपनी बुद्धिमत्ता का पता एक ही सामग्री से लगाता है: सिलिकॉन। CGPSC 2019 में परीक्षित, कंप्यूटर चिप्स किससे बने होते हैं, यह प्रश्न मौलिक है। सिलिकॉन (रासायनिक प्रतीक Si, परमाणु संख्या 14) एक उपधातु है जो पृथ्वी की पपड़ी में प्रचुर मात्रा में पाया जाता है, मुख्यतः सिलिकॉन डाइऑक्साइड (सिलिका, यानी रेत) के रूप में। इलेक्ट्रॉनिक्स में इसका मूल्य एक अर्धचालक होने से आता है — इसकी विद्युत चालकता को अशुद्धियों की सूक्ष्म मात्रा डालकर, जिसे डोपिंग (doping) कहा जाता है, परिमाण के कई क्रमों में समायोजित किया जा सकता है।

एक चिप का निर्माण अत्यधिक शुद्ध सिलिकॉन से उगाए गए सिलिकॉन इंगट से शुरू होता है, फिर पतले वेफर में काटा जाता है। फोटोलिथोग्राफी नामक तकनीक का उपयोग करके सर्किट पैटर्न वेफर पर उत्कीर्ण किए जाते हैं — यह एक ऐसी तकनीक है जो नैनोमीटर पैमाने पर सिलिकॉन सतह पर सर्किट डिज़ाइन स्थानांतरित करने के लिए प्रकाश का उपयोग करती है। परिणाम एक एकीकृत परिपथ है जिसमें नाखून के आकार के सिलिकॉन के टुकड़े पर अरबों ट्रांजिस्टर होते हैं।

तांबा, चांदी या कोबाल्ट क्यों नहीं? ये सभी चालक हैं — ये बिजली को स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होने देते हैं और जिस तरह ट्रांजिस्टर को आवश्यकता होती है, उसे चालू और बंद नहीं किया जा सकता। एक ट्रांजिस्टर को ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जो या तो चालक या गैर-चालक अवस्था में हो सके, जो बाहरी विद्युत संकेत द्वारा नियंत्रणीय हो। अर्धचालक ठीक यही करते हैं; धातुएँ नहीं करतीं। चांदी बहुत अधिक महंगी है, कोबाल्ट एक चालक है जो मुख्य रूप से बैटरी कैथोड में उपयोग होता है, और तांबा — जबकि चिप पर ट्रांजिस्टर के बीच वायरिंग (इंटरकनेक्ट) के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है — आधार सब्सट्रेट सामग्री नहीं है।

ट्रांजिस्टर: मूल स्विच

ट्रांजिस्टर एक चिप में मौलिक स्विचिंग और प्रवर्धक तत्व है। इसके तीन टर्मिनल होते हैं: स्रोत (source), निकास (drain) और गेट (gate)। गेट पर एक छोटा वोल्टेज नियंत्रित करता है कि स्रोत और निकास के बीच धारा प्रवाहित हो सकती है या नहीं — प्रभावी रूप से एक नियंत्रणीय स्विच। आधुनिक चिप्स बाइनरी लॉजिक को लागू करने के लिए अरबों पूरक जोड़ियों (CMOS तकनीक) में व्यवस्थित MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) का उपयोग करती हैं।

ट्रांजिस्टर के लघुकरण ने मूर का नियम (Moore's Law) का अनुसरण किया है — इंटेल के सह-संस्थापक गॉर्डन मूर (Gordon Moore) का अनुभवजन्य अवलोकन कि एक चिप पर ट्रांजिस्टर की संख्या लगभग हर दो वर्षों में दोगुनी हो जाती है। इसने 1960 के दशक से 2010 के दशक के माध्यम से कंप्यूटिंग शक्ति में तेजी से वृद्धि को बढ़ावा दिया, हालांकि उप-10 नैनोमीटर पैमाने पर भौतिक सीमाएँ आगे संकुचन को तेजी से चुनौतीपूर्ण बना रही हैं।

मेमोरी पदानुक्रम और कैश

मेमोरी पदानुक्रम एक मौलिक तनाव के लिए एक डिज़ाइन प्रतिक्रिया है: गति बनाम क्षमता बनाम लागत। रजिस्टर (CPU के अंदर) एक क्लॉक चक्र में एक्सेस किए जा सकते हैं लेकिन केवल कुछ बाइट्स संग्रहीत करते हैं। RAM (रैंडम एक्सेस मेमोरी) गीगाबाइट्स संग्रहीत कर सकती है लेकिन एक्सेस करने में दर्जनों क्लॉक चक्र लगते हैं। हार्ड डिस्क या SSD टेराबाइट्स संग्रहीत करते हैं लेकिन परिमाण के क्रम से धीमे होते हैं।

कैश मेमोरी रजिस्टरों और RAM के बीच की बाधा को हल करती है। जब कोई प्रोग्राम चलता है, तो प्रोसेसर भविष्यवाणी करता है कि उसे आगे किस डेटा की आवश्यकता होगी (हाल के एक्सेस पैटर्न के आधार पर) और उसे कैश में प्री-लोड करता है। कैश आमतौर पर SRAM (स्टेटिक RAM) का उपयोग करके बनाया जाता है — जो मुख्य मेमोरी के लिए उपयोग किए जाने वाले DRAM (डायनेमिक RAM) से तेज़ और अधिक महंगा है।

आधुनिक CPUs में तीन कैश स्तर होते हैं:

• L1 कैश: कुछ किलोबाइट्स, 1–4 क्लॉक चक्रों का चक्र एक्सेस समय, भौतिक रूप से प्रोसेसर डाई पर
• L2 कैश: सैकड़ों किलोबाइट्स से लेकर कुछ मेगाबाइट्स तक, थोड़ा धीमा
• L3 कैश: कई मेगाबाइट्स (कभी-कभी सैकड़ों), प्रोसेसर कोर के बीच साझा

जब CGPSC 2024 ने पूछा कि कौन सी मेमोरी प्रसंस्करण को गति देती है, तो उत्तर — कैश मेमोरी — इस आर्किटेक्चर में निहित है। RAM, जबकि डिस्क से तेज़ है, मुख्य रूप से CPU को गति देने के लिए डिज़ाइन नहीं की गई है; यह सक्रिय प्रोग्रामों के लिए कार्यशील मेमोरी प्रदान करती है। ROM (रीड-ओनली मेमोरी) फर्मवेयर (BIOS/UEFI) के लिए उपयोग की जाने वाली नॉन-वोलाटाइल स्टोरेज है और प्रसंस्करण गति में शामिल नहीं है।

डेटा संचार और नेटवर्किंग

सिग्नल, मॉड्यूलेशन और मॉडम

डेटा संचार उपकरणों के बीच सूचना प्रेषित करने का विज्ञान है। मानव वाणी और एनालॉग टेलीफोन नेटवर्क निरंतर तरंगों का उपयोग करते हैं; कंप्यूटर असतत बाइनरी सिग्नल (0 और 1) के साथ काम करते हैं। इन दो दुनियाओं को जोड़ने के लिए मॉड्यूलेशन और डीमॉड्यूलेशन की आवश्यकता होती है।

मॉड्यूलेशन डिजिटल बिटस्ट्रीम को ट्रांसमिशन माध्यम के लिए उपयुक्त सिग्नल रूप में परिवर्तित करता है। तीन क्लासिक रूप मौजूद हैं:

• आयाम मॉड्यूलेशन (AM): सूचना को एन्कोड करने के लिए वाहक तरंग की ऊँचाई (आयाम) भिन्न होती है।
• आवृत्ति मॉड्यूलेशन (FM): वाहक तरंग की आवृत्ति भिन्न होती है।
• कला मॉड्यूलेशन (PM): बिट्स को एन्कोड करने के लिए तरंग की कला बदलती है।

आधुनिक ब्रॉडबैंड सिस्टम QAM (Quadrature Amplitude Modulation) का उपयोग करते हैं, जो थ्रूपुट को नाटकीय रूप से बढ़ाने के लिए प्रति प्रतीक कई बिट्स ले जाने के लिए आयाम और कला परिवर्तनों को जोड़ता है।

CGPSC 2019 में परीक्षित, मॉडम वह उपकरण है जो मॉड्यूलेशन और डीमॉड्यूलेशन दोनों करता है। शब्द "मॉडम" स्वयं इन दो कार्यों का एक पोर्टमैंटू है। जब आप डेटा भेजते हैं, तो आपका मॉडम इसे वाहक पर मॉड्युलेट करता है; जब आप डेटा प्राप्त करते हैं, तो यह आने वाले वाहक को वापस डिजिटल रूप में डीमॉड्युलेट करता है।

CGPSC 2019 के अन्य विकल्प — कोएक्सियल केबल, फाइबर ऑप्टिक और उपग्रह — सभी ट्रांसमिशन मीडिया हैं, सिग्नल-प्रोसेसिंग उपकरण नहीं। कोएक्सियल केबल तांबे के कोर और धात्विक परिरक्षण वाला एक भौतिक तार है। फाइबर ऑप्टिक केबल प्रकाश के स्पंदनों को प्रेषित करता है; यह मॉड्युलेटेड सिग्नल ले जा सकता है लेकिन स्वयं मॉड्युलेटिंग उपकरण नहीं है। उपग्रह ग्राउंड स्टेशनों के बीच सिग्नल रिले करता है लेकिन अंत-उपयोगकर्ता स्तर पर मॉड्यूलेशन नहीं करता।

नेटवर्क टोपोलॉजी और प्रोटोकॉल

एक कंप्यूटर नेटवर्क संसाधनों और सूचना को साझा करने के लिए उपकरणों को जोड़ता है। नेटवर्क को भौगोलिक दायरे द्वारा वर्गीकृत किया जाता है:

• LAN (स्थानीय क्षेत्र नेटवर्क): एक भवन या परिसर तक सीमित
• MAN (महानगरीय क्षेत्र नेटवर्क): शहर-पैमाना
• WAN (विस्तृत क्षेत्र नेटवर्क): राष्ट्रीय या वैश्विक — इंटरनेट सबसे बड़ा WAN है

इंटरनेट TCP/IP प्रोटोकॉल सूट पर बना है:

• IP (इंटरनेट प्रोटोकॉल): उपकरणों को पते निर्दिष्ट करता है और पैकेट रूट करता है
• TCP (ट्रांसमिशन कंट्रोल प्रोटोकॉल): पैकेट की विश्वसनीय, क्रमबद्ध डिलीवरी सुनिश्चित करता है
• HTTP/HTTPS: वेब ब्राउज़िंग के लिए एप्लिकेशन-लेयर प्रोटोकॉल
• DNS (डोमेन नेम सिस्टम): मानव-पठनीय डोमेन नामों को IP पतों में अनुवादित करता है

IP पते नेटवर्क पर प्रत्येक उपकरण की विशिष्ट रूप से पहचान करते हैं। IPv4 32-बिट पतों (जैसे, 192.168.1.1) का उपयोग करता है, जो लगभग 4.3 बिलियन अद्वितीय पते देता है — अब समाप्त हो गया है। IPv6 128-बिट पतों का उपयोग करता है, जो एक वस्तुतः असीमित पता स्थान प्रदान करता है।

वायरलेस प्रौद्योगिकियाँ

वायरलेस नेटवर्किंग कई पीढ़ियों के माध्यम से विकसित हुई है:

• वाई-फाई (IEEE 802.11): रेडियो तरंगों का उपयोग करने वाला लघु-श्रेणी वायरलेस LAN; 802.11ac (वाई-फाई 5) और 802.11ax (वाई-फाई 6) वर्तमान मानक हैं
• ब्लूटूथ (Bluetooth): बहुत लघु-श्रेणी व्यक्तिगत क्षेत्र नेटवर्किंग
• 4G LTE: चौथी पीढ़ी का मोबाइल ब्रॉडबैंड
• 5G: पाँचवीं पीढ़ी का मोबाइल, उप-मिलीसेकंड विलंबता प्रदान करता है, IoT और स्वायत्त प्रणालियों को सक्षम बनाता है

साइबर सुरक्षा: खतरे, बचाव और DDoS

साइबर खतरों का परिदृश्य

साइबर सुरक्षा में कंप्यूटर सिस्टम, नेटवर्क और डेटा को हमलों, क्षति और अनधिकृत पहुँच से बचाने के लिए डिज़ाइन की गई प्रथाओं, प्रौद्योगिकियों और नीतियों को शामिल किया गया है। जैसे-जैसे छत्तीसगढ़ अपने ई-गवर्नेंस बुनियादी ढांचे — डिजिटल भूमि अभिलेख (भू-नक्शा), ऑनलाइन नागरिक सेवाएँ, CHIPS प्लेटफॉर्म — का विस्तार कर रहा है, राज्य की डिजिटल संपत्तियाँ संभावित लक्ष्य बन जाती हैं।

साइबर खतरों को उनके तंत्र द्वारा वर्गीकृत किया जाता है:

• मैलवेयर (Malware): दुर्भावनापूर्ण सॉफ्टवेयर जिसमें वायरस, वर्म, ट्रोजन, रैनसमवेयर, स्पाइवेयर शामिल हैं
• फिशिंग (Phishing): क्रेडेंशियल चुराने के लिए भ्रामक ईमेल या वेबसाइटों के माध्यम से सोशल इंजीनियरिंग
• मैन-इन-द-मिडिल (MitM): दो पक्षों के बीच संचार को इंटरसेप्ट करना
• SQL इंजेक्शन (SQL Injection): वेब एप्लिकेशन के डेटाबेस क्वेरी में दुर्भावनापूर्ण SQL कोड डालना
• ज़ीरो-डे एक्सप्लॉइट (Zero-Day Exploits): पैच मौजूद होने से पहले कमजोरियों का शोषण करने वाले हमले
• सेवा अस्वीकरण (DoS) और वितरित सेवा अस्वीकरण (DDoS): किसी लक्ष्य को ट्रैफ़िक से भर देना

DDoS हमलों को समझना

CGPSC 2021 के DDoS हमलों पर प्रश्न ने आधुनिक युग के सबसे सुर्खियों में रहने वाले साइबर खतरों में से एक का परीक्षण किया। एक सेवा अस्वीकरण (DoS) हमला एक सर्वर पर इतने सारे अनुरोध भेजता है कि वह वैध अनुरोधों को संसाधित नहीं कर पाता — एक एकल मशीन एक लक्ष्य पर हमला करती है। एक वितरित DoS हमला हजारों या लाखों समझौता किए गए मशीनों (एक बॉटनेट) का उपयोग करके इसे प्रवर्धित करता है जो एक साथ समन्वय करते हैं, जिससे एक एकल हमलावर IP को आसानी से ब्लॉक करना कहीं अधिक कठिन हो जाता है।

एक सामान्य DDoS हमले के चरण:

1. हमलावर दुनिया भर में कमजोर उपकरणों को मैलवेयर से संक्रमित करता है, एक बॉटनेट बनाता है।
2. हमलावर सभी बॉटनेट नोड्स को लक्ष्य पर ट्रैफ़िक भेजना शुरू करने का आदेश भेजता है।
3. लक्ष्य को अपनी बैंडविड्थ और प्रसंस्करण क्षमता से कहीं अधिक ट्रैफ़िक वॉल्यूम प्राप्त होता है।
4. वैध उपयोगकर्ता टाइमआउट और विफलताओं का अनुभव करते हैं — सेवा "अस्वीकृत" हो जाती है।

DDoS एक सैन्य हमला प्रणाली क्यों नहीं है? यह विशुद्ध रूप से एक साइबर हमला है — कोई भौतिक क्षति नहीं, कोई गतिज घटक नहीं। यह एक कंप्यूटर गेम क्यों नहीं है? गेमिंग संदर्भों में "हमला" शब्द से भ्रम उत्पन्न हो सकता है, लेकिन DDoS स्पष्ट रूप से एक आपराधिक साइबर कार्य है। "इनमें से कोई नहीं" क्यों नहीं? क्योंकि परिभाषा "एक साइबर हमला" बिल्कुल सही है।

DDoS के विरुद्ध बचाव

आधुनिक बचाव में शामिल हैं:

• दर सीमित करना (Rate limiting): प्रति सेकंड एकल IP से अनुरोधों की संख्या को प्रतिबंधित करना
• ट्रैफ़िक स्क्रबिंग (Traffic scrubbing): एक सफाई केंद्र के माध्यम से ट्रैफ़िक को रूट करना जो दुर्भावनापूर्ण पैकेट को फ़िल्टर करता है
• CDN (सामग्री वितरण नेटवर्क): वैश्विक रूप से कई सर्वरों में ट्रैफ़िक वितरित करना
• एनीकास्ट नेटवर्क डिफ्यूजन: एकाधिक डेटा केंद्रों में हमले के ट्रैफ़िक को फैलाना
• ISP-स्तरीय फ़िल्टरिंग: ऊपरी धारा में ज्ञात हमले के ट्रैफ़िक को अवरुद्ध करना

अन्य महत्वपूर्ण साइबर खतरे

रैनसमवेयर (Ransomware) पीड़ित की फ़ाइलों को एन्क्रिप्ट करता है और डिक्रिप्शन कुंजी के लिए भुगतान (अक्सर क्रिप्टोकरेंसी में) की मांग करता है। उच्च-प्रोफ़ाइल हमलों ने अस्पतालों, पाइपलाइनों और सरकारी एजेंसियों को निशाना बनाया है। भारत के एम्स नई दिल्ली ने एक रैनसमवेयर हमले का सामना किया जिसने सेवाओं को बाधित किया।

फिशिंग (Phishing) मानव मनोविज्ञान का शोषण करता है। एक विश्वसनीय स्रोत (बैंक, सरकारी विभाग) से आने वाला एक ठोस ईमेल प्राप्तकर्ताओं को दुर्भावनापूर्ण लिंक पर क्लिक करने या क्रेडेंशियल प्रदान करने के लिए प्रेरित करता है। स्पीयर फिशिंग (Spear phishing) वैयक्तिकृत जानकारी के साथ विशिष्ट व्यक्तियों को लक्षित करता है।

उन्नत सतत खतरे (Advanced Persistent Threats - APTs) खुफिया जानकारी इकट्ठा करने या भविष्य में व्यवधान के लिए स्थिति बनाने के लिए राज्य-स्तरीय अभिनेताओं द्वारा निरंतर, गुप्त घुसपैठ हैं — राष्ट्रीय बुनियादी ढांचे के लिए एक प्रमुख चिंता।

भारत का साइबर सुरक्षा ढांचा

• CERT-In (भारतीय कंप्यूटर आपातकालीन प्रतिक्रिया दल): इलेक्ट्रॉनिक्स और आईटी मंत्रालय के तहत, घटना प्रतिक्रिया का समन्वय करता है
• राष्ट्रीय साइबर सुरक्षा नीति 2013: मूलभूत नीति ढांचा
• आईटी अधिनियम 2000 (2008 में संशोधित): साइबर अपराधों और उनके दंडों को परिभाषित करने वाला प्राथमिक कानून
• राष्ट्रीय महत्वपूर्ण सूचना अवसंरचना संरक्षण केंद्र (NCIIPC): साइबर खतरों से महत्वपूर्ण क्षेत्रों (ऊर्जा, वित्त, दूरसंचार) की रक्षा करता है

ऑपरेटिंग सिस्टम और ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर

एक ऑपरेटिंग सिस्टम क्या करता है

एक ऑपरेटिंग सिस्टम (OS) सिस्टम सॉफ्टवेयर है जो कंप्यूटर के हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर संसाधनों का प्रबंधन करता है और एप्लिकेशन प्रोग्रामों के लिए सामान्य सेवाएँ प्रदान करता है। प्रमुख कार्यों में शामिल हैं:

• प्रक्रिया प्रबंधन: प्रोग्रामों को शेड्यूल करना और निष्पादित करना
• मेमोरी प्रबंधन: प्रक्रियाओं को RAM आवंटित करना और मेमोरी स्थानों की रक्षा करना
• फ़ाइल सिस्टम प्रबंधन: भंडारण उपकरणों पर फ़ाइलों और निर्देशिकाओं में डेटा व्यवस्थित करना
• उपकरण प्रबंधन: हार्डवेयर परिधीयों के लिए ड्राइवर इंटरफ़ेस प्रदान करना
• उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस: शेल (कमांड-लाइन) या ग्राफिकल वातावरण

GNU परियोजना और मुफ्त सॉफ्टवेयर

CGPSC 2021 में परीक्षित, GNU ऑपरेटिंग सिस्टम प्रश्न ने तथ्यात्मक ज्ञान और गलत कथन की पहचान करने की क्षमता दोनों की जाँच की। प्रमुख तथ्य:

GNU का अर्थ है "GNU's Not Unix" — एक पुनरावर्ती संक्षिप्त नाम जो चंचलतापूर्वक Unix प्रेरणा को स्वीकार करते हुए स्वतंत्रता का दावा करता है। इसे रिचर्ड स्टॉलमैन (Richard Stallman) ने MIT में 1983 में शुरू किया था। स्टॉलमैन मालिकाना सॉफ्टवेयर पारिस्थितिकी तंत्र से अपनी निराशा से प्रेरित थे, जिसे वे उपयोगकर्ताओं की स्वतंत्रता को प्रतिबंधित करने वाला मानते थे। उन्होंने 1985 में परियोजना का समर्थन करने के लिए फ्री सॉफ्टवेयर फाउंडेशन (FSF) की स्थापना की।

GNU का महत्वपूर्ण डिज़ाइन लक्ष्य Unix संगतता था — GNU सॉफ्टवेयर को Unix के साथ संगत होने के लिए डिज़ाइन किया गया था ताकि Unix उपयोगकर्ता आसानी से स्थानांतरित हो सकें। यही कारण है कि CGPSC 2021 में परीक्षित गलत कथन यह दावा था कि GNU "Unix के साथ संगत नहीं है।" सही तथ्य इसके विपरीत है: GNU को स्पष्ट रूप से Unix-संगत होने के लिए डिज़ाइन किया गया था, बस पूरी तरह से मुफ्त सॉफ्टवेयर घटकों के साथ शुरू से बनाया गया था।

GNU निश्चित रूप से ओपन-सोर्स भी है: इसका कोड GNU जनरल पब्लिक लाइसेंस (GPL) के तहत जारी किया जाता है, जिसके लिए आवश्यक है कि कोई भी व्यक्ति जो संशोधित संस्करण वितरित करता है, उसे अपने परिवर्तन भी GPL के तहत जारी करने होंगे ("कॉपीलेफ्ट" सिद्धांत)।

लिनक्स और GNU/Linux प्रणाली

GNU परियोजना ने कई घटक (कंपाइलर GCC, टेक्स्ट एडिटर Emacs, शेल Bash) तैयार किए, लेकिन इसका कर्नेल — OS कोर जो हार्डवेयर का प्रबंधन करता है — अधूरा था। 1991 में, फिनिश छात्र लिनस टॉर्वाल्ड्स (Linus Torvalds) ने स्वतंत्र रूप से लिनक्स कर्नेल (Linux kernel) लिखा और इसे मुफ्त सॉफ्टवेयर के रूप में जारी किया। लिनक्स कर्नेल को GNU उपयोगिताओं के साथ संयोजित करने से GNU/Linux वितरण (Ubuntu, Fedora, Debian, Red Hat, आदि) के रूप में ज्ञात कार्यात्मक ऑपरेटिंग सिस्टम तैयार हुए।

आज, GNU/Linux दुनिया के अधिकांश सर्वरों, सुपरकंप्यूटरों, एंड्रॉइड स्मार्टफोनों (एंड्रॉइड लिनक्स कर्नेल का उपयोग करता है), और तेजी से डेस्कटॉप कंप्यूटरों को शक्ति प्रदान करता है। भारत की राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग पहल और कई राज्य सरकार के सर्वर लिनक्स पर चलते हैं।

ओपन-सोर्स बनाम मालिकाना सॉफ्टवेयर

अन्य उल्लेखनीय ऑपरेटिंग सिस्टम

• विंडोज (Windows): माइक्रोसॉफ्ट (Microsoft) द्वारा प्रमुख डेस्कटॉप OS
• macOS: एप्पल (Apple) द्वारा Unix-आधारित OS
• एंड्रॉइड (Android): Google द्वारा विकसित लिनक्स कर्नेल पर आधारित मोबाइल OS
• iOS: एप्पल द्वारा मोबाइल OS, Unix-व्युत्पन्न
• FreeBSD: GNU/Linux वंश का हिस्सा नहीं, ओपन-सोर्स OS; Unix-व्युत्पन्न

जैव प्रौद्योगिकी: सिद्धांत और अनुप्रयोग

आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी की नींव

जैव प्रौद्योगिकी व्यावहारिक समस्याओं को हल करने के लिए जैविक प्रणालियों को लागू करती है। इसका इतिहास सहस्राब्दियों तक फैला है — रोटी और अल्कोहल के लिए किण्वन अपने सबसे पुराने रूप में जैव प्रौद्योगिकी है। हालांकि, आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी आणविक सटीकता द्वारा विशेषता है: आनुवंशिक जानकारी को पढ़ने, लिखने और संपादित करने की क्षमता।

मूलभूत खोज जेम्स वॉटसन (James Watson) और फ्रांसिस क्रिक (Francis Crick) द्वारा 1953 में DNA की दोहरी कुंडलिनी संरचना थी, जो रोज़लिंड फ्रैंकलिन (Rosalind Franklin) की एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी पर आधारित थी। DNA वह अणु है जो चार रासायनिक अक्षरों (क्षारकों) में वंशानुगत जानकारी को एन्कोड करता है: एडेनिन (A), थाइमिन (T), गुआनिन (G) और साइटोसिन (C)। दो स्ट्रैंड के साथ इन क्षारकों का अनुक्रम एक जीवित कोशिका में प्रत्येक प्रोटीन के लिए खाका निर्धारित करता है।

प्रमुख जैव प्रौद्योगिकी उपकरण:

• पुनःसंयोजक DNA प्रौद्योगिकी (Recombinant DNA technology): प्रतिबंध एंजाइमों के साथ DNA को काटना और विभिन्न जीवों से टुकड़ों को जोड़ना
• PCR (पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन): घंटों में विशिष्ट DNA अनुक्रमों को लाखों गुना प्रवर्धित करना — COVID-19 परीक्षण का आधार
• जीन क्लोनिंग (Gene cloning): वांछित प्रोटीन की बड़ी मात्रा का उत्पादन करने के लिए एक पोषी जीव (आमतौर पर बैक्टीरिया या यीस्ट) में एक जीन डालना
• ट्रांसजेनिक जीव (Transgenic organisms): वे जीव जिनके जीनोम में किसी अन्य प्रजाति से एक डाला गया जीन होता है

सूक्ष्मजीव जैव प्रौद्योगिकी और जैव कीटनाशक

CGPSC 2018 के प्रश्न ने पूछा कि कौन सा जीवाणु एक सूक्ष्मजीव कीटनाशक है — और उत्तर बैसिलस थुरिंजिएन्सिस (Bt) था। यह वैश्विक स्तर पर सबसे महत्वपूर्ण जैव कीटनाशक है।

Bt Cry प्रोटीन (पहले डेल्टा-एंडोटॉक्सिन कहा जाता था) का उत्पादन करता है, जो cry जीन द्वारा एन्कोड किया जाता है। ये प्रोटीन निष्क्रिय प्रोटॉक्सिन के रूप में संश्लेषित होते हैं, जीवाणु कोशिका के अंदर क्रिस्टलीय समावेशन के रूप में पैक किए जाते हैं। जब कीट लार्वा उन्हें अंतर्ग्रहण करता है, तो आंत में क्षारीय स्थितियाँ क्रिस्टल को घोल देती हैं, प्रोटियोलिटिक एंजाइम प्रोटॉक्सिन को सक्रिय विषाक्त पदार्थों में तोड़ देते हैं, और विषाक्त पदार्थ आंत उपकला कोशिकाओं पर विशिष्ट रिसेप्टर्स से बंध जाता है। यह छिद्र निर्माण को ट्रिगर करता है, आयन संतुलन को बाधित करता है, कोशिका मृत्यु और आंत विघटन का कारण बनता है, अंततः लार्वा को मार देता है।

महत्वपूर्ण रूप से, Bt विषाक्त पदार्थ अत्यधिक विशिष्ट होते हैं। प्रत्येक Cry प्रोटीन केवल कुछ कीट गणों में मौजूद रिसेप्टर्स से बंधता है:

• Cry1 प्रोटीन: लेपिडोप्टेरा (पतंगे, तितलियाँ) — जिसमें कपास की सुंडी, तना छेदक शामिल हैं
• Cry3 प्रोटीन: कोलिओप्टे