ল্যাচ — SR ল্যাচ ও D ল্যাচ

১ · কম্বিনেশনাল বনাম সিকোয়েনশিয়াল সার্কিট

M1 থেকে M2 পর্যন্ত (লজিক গেট, অ্যাডার, মাল্টিপ্লেক্সার, কম্প্যারেটর) — যা কিছু শিখেছেন সবই কম্বিনেশনাল সার্কিটCombinational Circuitযে সার্কিটের আউটপুট শুধুমাত্র বর্তমান ইনপুটের একটি pure ফাংশন — কোনো মেমরি নেই, একই ইনপুট বারবার দিলে সবসময় একই আউটপুট পাওয়া যায়। — এদের আউটপুট শুধুই বর্তমান ইনপুটের একটি pure ফাংশন। একই ইনপুট হাজার বার দিলেও আউটপুট প্রতিবার একই হবে। কিন্তু বাস্তব কম্পিউটারের একটা মৌলিক প্রয়োজন আছে যা কম্বিনেশনাল সার্কিট দিয়ে সম্ভব নয় — মনে রাখা। একটি রেজিস্টারের মান, একটি প্রোগ্রাম কাউন্টার, একটি ক্যাশ লাইন — এসবের প্রতিটাই অতীতে কী ঘটেছে তার উপর নির্ভর করে বর্তমান আউটপুট দেয়।

সিকোয়েনশিয়াল সার্কিটSequential Circuitযে সার্কিটের আউটপুট বর্তমান ইনপুট এবং সার্কিটের অভ্যন্তরীণ অতীত অবস্থা (state) — দুটোর উপরই নির্ভর করে। ঠিক এই ফাঁকটাই পূরণ করে — একই ইনপুট দিলেও, সার্কিটের ভেতরে সংরক্ষিত অবস্থার উপর ভিত্তি করে ভিন্ন ভিন্ন সময়ে ভিন্ন আউটপুট পাওয়া সম্ভব। M3-এর পাঁচটি পাঠ (L13-17) ঠিক এই সিকোয়েনশিয়াল সার্কিটের বিল্ডিং ব্লকগুলোই একে একে বানাবে — ল্যাচ থেকে শুরু করে ফাইনাইট স্টেট মেশিন পর্যন্ত।

২ · SR ল্যাচ — সবচেয়ে সরল মেমরি এলিমেন্ট

SR ল্যাচ তৈরি হয় দুটি গেট (সাধারণত NOR বা NAND) কে cross-coupled করে — অর্থাৎ প্রথম গেটের আউটপুট দ্বিতীয় গেটের একটি ইনপুটে ফিডব্যাক হয়, আর দ্বিতীয় গেটের আউটপুট প্রথম গেটের একটি ইনপুটে ফিডব্যাক হয়। এই ফিডব্যাক লুপটাই মেমরির উৎস — যখন বাইরের ইনপুট (S ও R) দুটোই 0 থাকে, তখনো গেট দুটো একে অপরের আগের আউটপুট "মনে রেখে" নিজেদের অবস্থা ধরে রাখে।

৩ · D ল্যাচ — অবৈধ অবস্থার সমস্যা সমাধান

D ল্যাচD Latch (Data Latch)একক D ইনপুট এবং একটি Enable সিগন্যাল ব্যবহার করে তৈরি ল্যাচ — Enable সক্রিয় থাকলে Q, D অনুসরণ করে; না থাকলে Q তার আগের মান ধরে রাখে। SR ল্যাচের সেই বিরক্তিকর সমস্যাটাই দূর করে দেয় — S ও R নামের দুটো আলাদা ইনপুটের বদলে এখানে থাকে একটাই ডেটা ইনপুট D, আর একটা Enableযখন সক্রিয় (1), তখনই ল্যাচ D-এর মান গ্রহণ করে; নিষ্ক্রিয় (0) থাকলে ল্যাচ তার আগের মান ধরে রাখে, D যা-ই হোক না কেন। সিগন্যাল। যখন Enable=1, তখন Q সরাসরি D অনুসরণ করে (যেমন একটা স্বচ্ছ দরজা খোলা)। যখন Enable=0, তখন Q তার শেষ মান আটকে রাখে, D যতই বদলাক না কেন (দরজা বন্ধ)। যেহেতু S=R=1-এর মতো কোনো দ্বন্দ্বমূলক ইনপুট কম্বিনেশনই এখানে সম্ভব নয়, তাই অবৈধ অবস্থার সমস্যাটা পুরোপুরি এড়িয়ে যাওয়া যায় — একটা প্রকৃত, ব্যবহারিক উন্নতি।

৪ · কোড সেলে যাচাই — genuine স্টেট-হোল্ডিং আচরণ

নিচের কোডে SRLatch ও DLatch ক্লাস দুটোর .q অ্যাট্রিবিউট সত্যিকারের অবস্থা ধরে রাখে — প্রতিটি update() কলের আগে-পরের মান প্রিন্ট করে দেখানো হচ্ছে hold আচরণ সত্যিই কাজ করছে কি না।

class SRLatch:
    """cross-coupled গেট দিয়ে তৈরি SR ল্যাচের আচরণ সিমুলেট করে -- .q আসল স্টেট মনে রাখে"""
    def __init__(self, initial_q=0):
        self.q = initial_q

    def update(self, s, r):
        if s == 1 and r == 1:
            raise ValueError("S=R=1 -- SR ল্যাচের জন্য অবৈধ অবস্থা (ফলাফল undefined)")
        if s == 1 and r == 0:
            self.q = 1              # Set
        elif s == 0 and r == 1:
            self.q = 0              # Reset
        # s == 0 and r == 0 -> Hold, .q অপরিবর্তিত থাকে
        return self.q


class DLatch:
    """একক D ইনপুট + Enable -- enable=1 হলে Q, D অনুসরণ করে; enable=0 হলে Q hold করে"""
    def __init__(self, initial_q=0):
        self.q = initial_q

    def update(self, d, enable):
        if enable:
            self.q = d               # Enable সক্রিয় -- Q, D অনুসরণ করে
        # enable=0 -> Hold, .q অপরিবর্তিত থাকে (D যা-ই হোক না কেন)
        return self.q


print("SR ল্যাচ -- Set, Hold, Reset আচরণ ধাপে ধাপে যাচাই")
print("-" * 60)
sr = SRLatch(initial_q=0)
sequence = [(1, 0, "Set"), (0, 0, "Hold"), (0, 0, "Hold"), (0, 1, "Reset"), (0, 0, "Hold")]
for s, r, label in sequence:
    before = sr.q
    after = sr.update(s, r)
    print(f"S={s} R={r} ({label:5s}) | আগে Q={before} -> পরে Q={after}")

print()
print("SR ল্যাচের অবৈধ অবস্থা (S=R=1) -- silently ভুল ফলাফল না দিয়ে explicit ভাবে ধরা হচ্ছে")
try:
    sr.update(1, 1)
except ValueError as e:
    print(f"ValueError ধরা পড়েছে: {e}")

print()
print("D ল্যাচ -- enable=0 অবস্থায় D পাল্টালেও Q hold করে")
print("-" * 60)
dl = DLatch(initial_q=0)
d_sequence = [
    (1, 1, "enable=1 -> Q, D=1 অনুসরণ করে"),
    (0, 0, "enable=0 -> D=0 বললেও Q hold করে (আগের মান রাখে)"),
    (0, 0, "enable=0 -> এখনও hold করছে"),
    (0, 1, "enable=1 -> এখন Q, D=0 অনুসরণ করে"),
]
for d, enable, label in d_sequence:
    before = dl.q
    after = dl.update(d, enable)
    print(f"D={d} enable={enable} | {label} | আগে Q={before} -> পরে Q={after}")