গেইট ডিজাইন

আজ প্রশ্নোত্তরে ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্স এর একটি মজার ও চমৎকার বিষয়- লজিক গেইট (Logic gate) নিয়ে আপনাদের সামনে এসেছি। আশাকরি পড়ে মজা পাবেন এবং অজানা কিছু হয়ত জানতে পারবেন। ভূমিকাঃ আজকে আসলে যে বিষয়টি নিয়ে এসেছি তা হল ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্স এর কিছু গুরুত্বপূর্ণ এবং মজার কিছু বিষয় নিয়ে। তা হল লজিক গেইট । AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR এর নাম আমরা সবাই প্রায় কম বেশি শুনেছি। এগুলো কম্পিউটারে আসলে কিভাবে কাজ করে তা হয়ত আমাদের মধ্যে খুব কম লোকেরই জানা আছে। কিন্তু এগুলো জানা আমাদের জন্য অনেক গুরুত্বপূর্ণ। বিশেষ করে যারা মাইক্রোকন্ট্রোলার ও ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্স নিয়ে চর্চা করেন। তো চলুন শুরু করে দিই আমাদের ডিজিটাল যাত্রা। ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্স কাকে বলে ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্স বা ডিজিটাল সার্কিট হচ্ছে সেসমস্ত সার্কিট যারা ডিজিটাল সিগনাল নিয়ে কাজ করে। আর ডিজিটাল সিগনাল মানেই হচ্ছে ০ আর ১ (0 and 1) অর্থাৎ অন আর অফ। লজিক গেইট প্রশ্নঃ লজিক গেইট কি উত্তরঃ সহজ কথায় শুরু করা যাক তাহলে। আমরা সবাই জানি কম্পিউটার শুধু বাইনারী কোড মানে ০ ও ১ ছাড়া আর কিছু বোঝে না। অর্থাৎ এর মধ্যে আপনি যাই কিছু ইনপুট দিন না কেন এটি সব কিছু কেই ০ ও ১ এ কনভার্ট করে নিবে। কিন্তু এই ০ ও ১ জিনিসটা কি? বলছি- আমরা জানি ইলেকট্রনিক্স এর সব কিছু প্রায় ভোল্টেজ ও কারেন্ট এর সাথে সম্পর্কিত। তো কম্পিউটার এই ০ ও ১ দ্বারা কি বুঝে নেয়? কম্পিউটারের বা লজিক ডিজাইনের ভাষায় ০ বলতে বুঝায় সেখানে ০ ভোল্ট এপ্লাই করা হয়েছে বা ইনপুট ভোল্টেজ লো করা হয়েছে অর্থাৎ ইনপুট হিসেবে সেখানে কোন ভোল্টেজ ইনপুট দেওয়া হয় নি। কিন্তু যখনই ১ বলা হবে তার মানে ইনপুট হিসেবে সেখানে ভোল্টেজ এপ্লাই করা হয়েছে বা সেখানে ভোল্টেজ হাই করা হয়েছে বা এভারেজে ৫ ভোল্ট (5 Volt) ইনপুট দেওয়া হয়েছে । আর কম্পিউটার এভাবেই টাইমিং ডায়াগ্রাম বা হাই-লো ভোল্টেজ আপ-ডাউনের মাধ্যমেই তার নেওয়া ইনপুট গুলোকে নিয়ে কাজ করে সঠিক আউটপুট দিয়ে থাকে । কিন্তু কাজ গুলোকে আমরা যত স্বাভাবিক ভাবে মুখে বলছি অত স্বাভাবিক ভাবে আসলে হয় না। অনেক গুলো ধাপ অতিক্রম করতে হয় এই কাজ গুলো করার জন্য । তো চলুন সেটিই দেখে নিই । লজিক সার্কিট এর কম্পোনেন্ট সমূহঃ লজিক সার্কিট তৈরি করার জন্য আমরা ২ টি উপায় অবলম্বন করতে পারি । যথাঃ ১। লজিক আই সি ২। মসফেট তবে এখানে আমি শুধু লজিক আইসি নিয়ে কথা বলব। তবে আপনারা যদি চান তাহলে আপনাদের চাহিদা অনুযায়ী আমি আমার পরবর্তী লেখায় কিভাবে মসফেট দিয়েও লজিক সার্কিট বানানো যায় তা নিয়েও বিশদ আলোচনা করব। তবে এখানেও বেসিক কিছু বিষয় আলোচনা করব ইন শাহ আল্লাহ। তো চলুন বাজে না বকে শুরু করি। লজিক আইসি সমুহ এবং তাদের কার্যক্রমঃ নিচে বিভিন্নপ্রকার লজিক গেট আইসি সমূহ ও তাদের বেসিক কার্যক্রম তুলে ধরা হলো। এখানে উল্লেখ্য যে প্রাথমিক ভাবে বোঝার জন্য 74XX সিরিজের লজিক আইসি সমূহ বহুল ব্যবহৃত ও জনপ্রিয় বিধায় আজকের লেখায় তা নিয়েই বলেছি। 7404 ( NOT Gate - নট গেইট ): এই মডেলের আইসি ব্যবহৃত হয় NOT গেইট এর ইমপ্লিমেন্টেশনে। অর্থাৎ এর ইনপুটে যদি আমরা ০ ভোল্ট এপ্লাই করি তাহলে আউটপুটে আমরা পাব ৫ ভোল্ট আবার ইনপুটে যদি ৫ ভোল্ট এপ্লাই করি তাহলে পাব ০ ভোল্ট। মজার না বিষয়টা? তবে এক্ষেত্রে আপনাকে আইসি টি অবশ্যই গ্রাউন্ড আর ভিসিসি সাপ্লাই (VCC) এর সাথে আগে থেকেই কানেক্ট করে নিতে হবে। এই আইসি টির সাপ্লাই পিন হল ১৪ আর ৭ নাম্বার পিনটি হল গ্রাউন্ড পিন। 7404 (Not Gate - নট গেইট আইসি এর আভ্যন্তরীণ গেট সমূহের সজ্জা) 7408 (AND Gate - এন্ড গেইট): এটি ব্যবহার করা হয় এন্ড গেইট ইমপ্লিমেন্টেশনের জন্য। আমরা সাধারণত জানি গেইট এর ২ টি ইনপুট থাকবে। তবে বেশিও থাকতে পারে, কিন্তু এই আইসিটিতে ২ টি করে আলাদা আলাদা ইনপুট ব্যবহার করা হয়েছে। অর্থাৎ আইসি প্রস্তুত কারক কোম্পানি এই ভাবেই তৈরি করেছে। এর ৭ নাম্বার পিনটি গ্রাউন্ড আর ১৪ নাম্বারটি পাওয়ার সাপ্লাই এর জন্য করা হয়েছে। উদাহরণ স্বরূপ বলা যায় এর ১ ও ২ , ৪ ও ৫, ৮ ও ৯ , ১১ ও ১২ নাম্বার পিনটি ইনপুট দেওয়ার জন্য করা হয়েছে । বাকি ৩,৬,১০,১২ নাম্বার পিনটি আউটপুটের জন্য করা হয়েছে। এর ইনপুটের যেকোন ২ পিনে ইনপুট দিলে এটি AND এর অপারেশন করে। 7408 AND - এন্ড লজিক গেটের আভ্যন্তরীণ সজ্জা 7432 (OR Gate - অর গেট): এটি যোগের অপারেশন করে থাকে। পিন কনফিগারেশন পুরো আগের গেইটের মতই। 7432 OR - অর লজিক গেইট 7400 (NAND Gate - ন্যান্ড গেইট): এর অর্থ হল AND NOT. মানে এটা প্রথমে ইনপুট এ AND অপারেশন করে সেটাকে ইনভার্ট বা বিপরীত করে দিবে। এটা একটি ইউনিভার্সাল গেইট। আইসি টি ২ টি করে ইনপুট দেওয়ার জন্য প্যাকেজে বানানো। জেনে রাখা ভাল যে- আধুনিক বিশ্বে যত প্রসেসর, চিপ, মাইক্রো চিপ তৈরি করা হয় তার বেশিরভাগই এই ন্যান্ড গেইট টেকনোলজি মেনে করা হয়। এটা যেমন সহজ তেমনি নিখুঁত। 7400 NAND - ন্যান্ড লজিক গেটের আভ্যন্তরীণ চিত্র 7402 (NOR Gate - নর গেইট): এর মানে হল OR NOT। খুবই সহজ। আগের মতই কাজের ধরণ। কিন্তু এটা ২ টি ইনপুট কে আগে OR অপারেশন করে পরে ইনভার্ট বা বিপরীত উত্তর প্রদর্শন করে থাকে। এই আইসি টিও ২ টি করে ইনপুট দেওয়ার জন্য প্যাকেজে বানানো। এটাও একটি ইউনিভার্সাল গেইট। এটাও আগের মত বহুল ব্যবহৃত হয়ে থাকে। লজিক গেইট ব্যবহারের সতর্কতা ডিজিটাল লজিক আইসি ব্যবহার এর বেশ কিছু সতর্কতা আছে। যেমনঃ ১। সাপ্লাই ভোল্টেজ ৫ এর বেশি দেওয়া যাবে না। তবে কিছু সিমস (CMOS) আইসি এর ব্যাতিক্রম। ২। এগুলো খুব সেনসিটিভ হয়ে থাকে, অর্থাৎ একটুতেই নষ্ট হয়ে যায়। কি মাথায় ঢুকলো না বুঝি ? বলছি… আমরা জানি মানব দেহে ২০,০০০ থেকে ৫৫,০০০ হাজার ভোল্টের স্ট্যাটিক চার্জ (Static Charge - স্থির বিদ্যুৎ) উতপন্ন হয়ে থাকে যা মাল্টি মিটার দিয়ে মাপলে বুঝা যায় না। আর আমরা যদি অন্যসব আইসি বা কম্পোনেন্ট এর মত এটিকেও খালি হাতে বা সবগুলো পিন একসাথে স্পর্শ করে নাড়াচাড়া করতে থাকি তাহলে এটির সমাধি সেখানেই হয়ে যাবে। তাছাড়া এই আইসি গুলোর দাম বাজারে বেশ। তাই আমরা আইসি গুলোর সরাসরি পিনে না ধরে দুই সাইডে দিয়ে ধরার চেষ্টা করব। ভালহয় যদি আমরা হাতে গ্লাভস পরে আইসি গুলো নাড়াচাড়া করি। লজিক গেইট আইসির পাওয়ার সাপ্লাই নিচের চিত্রে উদাহরণ স্বরূপ 74XX লজিক আইসি সমূহের পাওয়ার সাপ্লাই কেমন হওয়া উচিৎ তা দেখানো হল- লজিক গেট আইসি সমূহের উদাহরণ মূলক পাওয়ার সাপ্লাই মসফেট দ্বারা তৈরি লজিক গেইটের কিছু উদাহরণ এখানে মসফেট দিয়ে বানানো কিছু লজিক গেইটের সার্কিট ডায়াগ্রাম দেওয়া হল- মসফেট দিয়ে সিমস ন্যান্ড গেইট এর উদাহরণ মসফেট দিয়ে তৈরি সিমন নর গেইট র্যাম(RAM) কি, এর প্রকারভেদ, উদাহরণ ও আলোচনা র্যাম(RAM) র্যাম এর পূর্ণরূপ হল Random Access Memory. অর্থাৎ সহজ কথায় অস্থায়ী স্মৃতি। কম্পিউটারের সব পার্টস এর সাথেই আমরা প্রায় কম বেশি পরিচিত। অনেক গুলো কম্পোনেন্ট একসাথে যুক্ত হয়ে একটি কম্পিউটার তৈরী করে। তার মধ্যে উল্লেখযোগ্য গুলো হলঃ প্রসেসর, র্যাম, হার্ডডিস্ক, ডিভিডি রম গ্রাফিক্স কার্ড, মনিটর, কি বোর্ড, মাউস ইত্যাদি। আর এই সকল কম্পোনেন্ট সবগুলোকে যার সাথে যুক্ত করা হয় তার নাম হচ্ছে মাদার বোর্ড/মেইন বোর্ড/লজিক বোর্ড। এখানেই সকল কম্পোনেন্ট কে একসাথে জুড়েদিয়ে একটি পূর্ণাঙ্গ কম্পিউটার মেশিন তৈরী করা হয়। আর এদের মধ্যে র্যাম অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ একটি কম্পোনেন্ট এর নাম। মেমোরি কি ইংরেজি মেমোরি শব্দের অর্থ স্মৃতি। কম্পিউটারের আভ্যন্তরীণ যেসকল যন্ত্রাংশ সমূহ এই স্মৃতিধারণ করতে সহায়তা করে তাকেই মেমোরি (Memory) বলে। কম্পিউটারের স্মৃতি/মেমোরি (Memory) 'র প্রকারভেদ প্রথমেই আমরা জেনে নেই কম্পিউটারের কয় ধরনের মেমোরী বা স্মৃতির প্রয়োজন। সকল কম্পিউটারেরই প্রায় ২ ধরণের মেমোরী বা স্মৃতির প্রয়োজন। যথাঃ ১। স্থায়ী স্মৃতি (Secondary memory) ২। অস্থায়ী স্মৃতি (Primary memory) স্থায়ী স্মৃতিঃ স্থায়ী স্মৃতি বলতে আমরা প্রধানত হার্ডডিস্ক, ফ্ল্যাশ মেমোরি, ইপরম, ইইপরম ইত্যাদিকে বুঝি। অর্থাৎ এদের ধারণ ক্ষমতা অনেক বেশি থাকে এবং এরা অনেক ডেটা একসাথে একই সময়ে স্টোর বা সেভ করে রাখতে পারে। এবং বিদ্যুৎ চলে গেলেও এই স্মৃতি/মেমোরি নষ্ট হয়না। অস্থায়ী স্মৃতিঃ কিন্তু অস্থায়ী স্মৃতি বা র্যাম এর স্টোরেজ ক্যাপাসিটি হার্ড ডিস্কের মত এত বেশি হয় না। এটি যেকোন কাজ তাৎক্ষণিক লোড বা প্রসেস করার জন্য ব্যবহার করা হয়ে থাকে। অর্থাৎ রিয়েল টাইম লোড প্রসেস ও দ্রুত গতির কাজ করার জন্য র্যাম ব্যবহার করা হয়ে থাকে। আর সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল, বিদ্যুৎ চলে যাওয়ার সাথে সাথে এই মেমোরির সব ডেটা আবার মুছে যায়। কিন্তু হার্ড ডিস্ক, ফ্ল্যাশ বা সেকেন্ডারি মেমোরিতে তা হয় না। কারেন্ট চলে যাওয়ার পরেও এটি বেশ ভাল ভাবেই সকল ডেটা সেভ রাখতে পারে। কম্পিউটারের বিভিন্ন প্রকার স্মৃতি/মেমোরি র্যাম বা মেমোরি সংক্রান্ত মজার বিষয়ঃ Random Access Memory (RAM-র্যাম) কে আরেক নামে ডাকা হয় Volatile Memory (ভোলাটাইল মেমোরি)। কারণ বিদ্যুৎ বা ভোল্টেজ চলে যাওয়ার সাথে সাথেই এটার আভ্যন্তরীন সকল ডাটা মুছে যায় সেই জন্যেই একে এ নামে ডাকা হয় । আধুনিক ডাটা স্টোরিং এবং মেমোরি ডিজাইনের ক্ষেত্রে এটিকে অনেক গুরুত্ব দেওয়া হয়। তবে আমরা কিন্তু এটা একটু অন্য ভাবে ডাকতেই পারি বিশেষ করে মনে রাখার সুবিধের জন্য। যেমন ধরুন, এর নাম হল ভোলা+টাইল ভোলাটাইল। তো আমরা এমনটা ধরে নিতেই পারি, যে মেমোরি বিদ্যুৎ চলে গেলে তার স্মৃতি হারিয়ে ফেলে তাকেই ভোলাটাইল মেমোরি বা র্যাম (RAM) বলা হয়। মনে রাখার সহজ উপায় হিসেবে এটি বেশ কার্যকর ;) বিভিন্ন র্যাম এর স্পেসিফিকেশনঃ র্যাম বেশ কয়েক প্রকারের হয়ে থাকে। আকৃতি, তৈরী প্রণালী, ডেটা স্টোরিং ক্যাপাসিটি ও কাজের উপর ভিত্তি করে একে বেশ কয়েক প্রকারে ভাগ করা যায়। তবে এখানে আমরা শুধু ২ টি বিষয় নিয়ে জানব । সেগুলো হলঃ SRAM & DRAM . SRAM: এর পূর্ণরূপ হল স্ট্যাটিক র্যান্ডম এক্সেস মেমোরি। এটি ট্রানজিস্টর দিয়ে তৈরী করা হয় । DRAM: এর পূর্ণরূপ হল ডায়নামিক র্যান্ডম এক্সেস মেমোরি। এটি তৈরী করা হয় ক্যাপাসিটর দিয়ে। SRAM DRAM এটি ট্রানজিস্টর দ্বারা তৈরী । এটি ক্যাপাসিটর দ্বারা তৈরী হয় । এগুলোর স্পিড আপেক্ষিক বেশি হয়ে থাকে । SRAM এর চেয়ে এটির স্পিড কম । অধিক জায়গা জুড়ে থাকে । তুলণামূলক ভাবে কম জায়গা নেয় । প্রশ্নঃ আমরা সাধারণত কম্পিউটারে রিফ্রেশ করি কেন? উত্তরঃ মাঝে মাঝে আমরা আমাদের কম্পিটারের ডেস্কটপে এসে রাইট ক্লিক রিফ্রেশ করি এবং বেশ কয়েক বার করি। কিন্তু কেন? কি দরকার এটা করার? একবারও কি মনে হয়ছে? আচ্ছা, তো চলুন জেনে নিই। কম্পিউটারের র্যাম এ DRAM যে অংশ থাকে সেখানে ক্যাপাসিটর গুলোকে অনেকক্ষণ যাবত ব্যবহার করার ফলে সেগুলো রিচার্জড না হওয়ায় অনেক সময় কম্পিউটার স্লো হয়ে কাজ করে। এটি কমানোর জন্যই আমরা কম্পিউটারে রিফ্রেশ বাটন চেপে রিফ্রেশ করি যাতে ক্যাপাসিটর গুলো পুণরায় চার্জ হয়ে আবার পরিপূর্ণ ভাবে কাজ করতে পারে এবং স্বাভাবিক কাজে যাতে কোন ব্যাঘাত না ঘটে। হাল আমলের অপারেটিং সিস্টেমে গুলো এই কাজ নিজে নিজেই করতে পারে। কিন্তু ইউজার দের পূর্ববর্তি হ্যাবিট ধরে রাখতে এই ব্যবস্থা এখনো উইন্ডোজে বিদ্যমান অপরদিকে লিনাক্সের অনেক অপারেটিং সিস্টেমেই এই ডেস্কটপ রিফ্রেশ অপশন নেই। সমাপ্তিঃ আশা করি আজকে আমরা ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্সের গুরুত্বপূর্ণ অংশ লজিক গেইট এর সামান্য অংশ শিখতে পারলাম। তবে আপনারা যদি চান তাহলে এ বিষয়ে আরও বিস্তারিত জানা সম্ভব যেমন বুলিয়ান অ্যালজেবরা, ডিজিটাল লজিক ডিজাইন, গেইট ডিজাইন, ফ্লিপ ফ্লপ, ফাজি লজিক ইত্যাদি। যদি কোন বিষয় এখনও অস্পষ্ট থাকে তাহলে কমেন্ট করে জানাতে পারেন। তার যথাযথ উত্তর দেওয়ার চেষ্টা করব, ইন-শাহ-আল্লাহ। আজকে আর আগাচ্ছি না। হয়ত আগামীর কোন সংখ্যায় আবার কোন এক উদ্ভট লেখা বা কাজ নিয়ে আসব আপনাদের সামনে । সবাই ভাল থাকবেন । টাটা বাই বাই। এবার আমি বাড়ি যাই :) :) :)

গেইট ডিজাইন

প্রশ্নোত্তরে লজিক গেইট, র‍্যাম ও ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্স