Understanding Instruction Format

১. সূচনা

লেকচারের শুরুতে শিক্ষক সবাইকে নতুন বছরের শুভেচ্ছা জানান। তিনি আশা প্রকাশ করেন যে বিগত বছরের সমস্ত প্রতিকূলতা পেরিয়ে এই নতুন বছরটি
সবার জীবনে সুস্থতা ও স্বাভাবিকতা নিয়ে আসবে। এরপর তিনি কম্পিউটার আর্কিটেকচার ও অর্গানাইজেশনের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ টপিক "ইনস্ট্রাকশন ফরম্যাট" (Instruction Format) নিয়ে মূল আলোচনা শুরু করেন।

২. ইনস্ট্রাকশন ফরম্যাট কী? (What is Instruction Format?)

কম্পিউটারকে দিয়ে কোনো নির্দিষ্ট কাজ বা অপারেশন করানোর জন্য যে নির্দেশাবলি দেওয়া হয়, তার নির্দিষ্ট গঠন, বিন্যাস বা লেআউটকেই ইনস্ট্রাকশন ফরম্যাট বলে।

• মাইক্রো বিটস (Micro Bits): একটি ইনস্ট্রাকশন মূলত অনেকগুলো '০' (Zero) এবং '১' (One)-এর সমন্বয়ে গঠিত হয়, যাদের ডিজিটাল সিস্টেমে মাইক্রো বিটস বলা হয়।
• গ্রুপ বা ক্লাস্টার (Cluster/Group): এই বিটগুলোকে কয়েকটি নির্দিষ্ট গ্রুপ বা ভাগে ভাগ করা হয়। প্রতিটি গ্রুপ প্রসেসরের কাছে এক একটি বিশেষ তথ্য প্রকাশ করে, যা দেখে প্রসেসর বুঝতে পারে তাকে কী করতে হবে।

৩. একটি আদর্শ ইনস্ট্রাকশন ফরম্যাটের গঠন (Structure of Instruction Format)

লেকচারে একটি আদর্শ ১৬-বিটের (বিট ০ থেকে বিট ১৫) ইনস্ট্রাকশন ফরম্যাটের চিত্র প্রদর্শন করা হয়েছে। এই ১৬টি বিট প্রধানত ৩টি অংশে বা ফিল্ডে (Fields) বিভক্ত থাকে:

1. অ্যাড্রেস পার্ট (Address Part): বিট ০ থেকে বিট ১১ পর্যন্ত মোট ১২টি বিট নিয়ে এই অংশটি গঠিত।
2. অপকোড পার্ট (Opcode Part): বিট ১২ থেকে বিট ১৪ পর্যন্ত মোট ৩টি বিট এই অংশের জন্য বরাদ্দ।
3. অ্যাড্রেসিং মোড পার্ট (Addressing Mode / I): ইনস্ট্রাকশনের সবচেয়ে বামের বিটটি অর্থাৎ ১৫ নম্বর বিটটি এই কাজের জন্য নির্ধারিত।

৪. প্রতিটি ফিল্ডের বিস্তারিত কাজ (Detailed Field Analysis)

• অ্যাড্রেস পার্ট (Address Part): এই অংশটি প্রসেসরকে জানায় যে অপারেন্ড (বা ডাটা) মেমোরির কোন নির্দিষ্ট লোকেশনে অবস্থান করছে নাকি সিপিইউ-এর কোনো অভ্যন্তরীণ রেজিস্টারের (Register Location) মধ্যে রাখা আছে। অপারেন্ডের এই ঠিকানা খুঁজে বের করাই এর কাজ।
• অপকোড পার্ট (Opcode / Operational Code): এটি নির্ধারণ করে কম্পিউটারে ঠিক কী ধরনের অপারেশন বা গাণিতিক/যৌক্তিক কাজ সম্পন্ন হবে। উদাহরণস্বরূপ, যদি আমরা কোডে লিখি ADD B (যার অর্থ \(A = A + B\)), তবে এখানে ADD অংশটি হলো অপকোড (যা যোগ করার নির্দেশ দিচ্ছে) এবং A ও B হলো অপারেন্ড (যার ওপর অপারেশনটি চালানো হচ্ছে)।
• অ্যাড্রেসিং মোড পার্ট (Addressing Mode - I): আমরা অপারেন্ডের অ্যাড্রেস বা ঠিকানাটি ঠিক কীভাবে ব্যবহার বা অ্যাক্সেস করছি, তাকেই অ্যাড্রেসিং মোড বলে। এই ১৫ নম্বর বিটটির মান যদি '০' হয়, তবে তা ডাইরেক্ট অ্যাড্রেসিং মোড (Direct Addressing Mode) এবং মান যদি '১' হয়, তবে তা ইনডাইরেক্ট অ্যাড্রেসিং মোড (Indirect Addressing Mode) নির্দেশ করে।

৫. প্রসেসরের অপারেশন ডিকোডিং সাইকেল (Operation Decoding Flow)

অপকোড এবং মোড বিটের কম্বিনেশন দেখে প্রসেসর কীভাবে মেমোরি অপারেশন, রেজিস্টার অপারেশন নাকি আইও (I/O) অপারেশন আলাদা করে, তা শিক্ষক একটি ফ্লো-চার্টের মাধ্যমে বিস্তারিত ব্যাখ্যা করেছেন:

• ইনস্ট্রাকশনের ৩-বিটের অপকোডটিকে (বিট ১২, ১৩, ১৪) প্রথমে একটি ৩:৮ ডিকোদারের (3:8 Decoder) মধ্যে পাঠানো হয়। এর ফলে ডিকোদারের আউটপুট হিসেবে \(D_0\) থেকে \(D_7\) পর্যন্ত মোট ৮টি আলাদা আউটপুট লাইন পাওয়া যায়।
• প্রসেসরের পরবর্তী সিদ্ধান্ত মূলত এই \(D_7\) লাইনের মানের ওপর নির্ভর করে:
• যদি \(D_7 = ১\) হয়: এর অর্থ এটি কোনো মেমোরি অপারেশন নয়। এটি নির্দেশ করবে যে অপারেশনটি হয় রেজিস্টার অপারেশন হবে অথবা আইও (I/O) অপারেশন হবে।

• এই অবস্থায় প্রসেসর ১৫ নম্বর বিট অর্থাৎ 'I'-এর মান চেক করে। যদি \(I = ০\) হয়, তবে প্রসেসর এটিকে একটি রেজিস্টার অপারেশন (Register Operation) হিসেবে সম্পাদন করে। আর যদি \(I = ১\) হয়, তবে প্রসেসর এটিকে একটি আইও বা ইনপুট-আউটপুট অপারেশন (I/O Operation) হিসেবে গণ্য করে।

• যদি \(D_7 = ০\) হয়: এর অর্থ এটি নিশ্চিতভাবে একটি মেমোরি অপারেশন (Memory Operation)। মেমোরি অপারেশনের ক্ষেত্রেও প্রসেসর পুনরায় 'I' বিটের মান পরীক্ষা করে মেমোরি অ্যাক্সেস করার ধরণ নির্ধারণ করে:

• \(I = ০\) (Direct Address): এটি সরাসরি মেমোরি অ্যাড্রেসিং। ইনস্ট্রাকশনের অ্যাড্রেস পার্টে যে ঠিকানা দেওয়া থাকে, সেটাই আসল ডাটার ঠিকানা বা ইফেক্টিভ অ্যাড্রেস (Effective Address)। প্রসেসর কোনো বাড়তি ধাপ ছাড়াই সরাসরি সেই মেমোরি অ্যাড্রেসে গিয়ে ডাটা রিড বা রাইট করে।
• \(I = ১\) (Indirect Address): এটি পরোক্ষ মেমোরি অ্যাড্রেসিং। ইনস্ট্রাকশনে যে ঠিকানা দেওয়া থাকে প্রসেসর প্রথমে সেখানে যায়, কিন্তু সেখানে আসল ডাটা থাকে না; বরং আসল ডাটা মেমোরির অন্য যে ঠিকানায় আছে তার আরেকটি অ্যাড্রেস থাকে। প্রসেসর মেমোরি থেকে সেই আসল ঠিকানাটি (Effective Address) সংগ্রহ করে এবং তারপর মূল অপারেশনটি সম্পন্ন করে।

৬. সারসংক্ষেপ ও সমাপ্তি (Summary & Outro)

লেকচারের শেষ অংশে শিক্ষক পুরো বিষয়টি সংক্ষেপে মনে করিয়ে দিয়ে বলেন যে ইনস্ট্রাকশন ফরম্যাট মূলত কতগুলো নির্দিষ্ট মাইক্রো বিটের বিন্যাস এবং এই ফরম্যাটের ওপর ভিত্তি করেই ভবিষ্যতে ইনস্ট্রাকশন সাইকেল ও ডাটা প্রসেসিংয়ের যাবতীয় কাজ পরিচালিত হয়। তিনি দর্শকদের ভিডিওটি ভালো লাগলে লাইক দিতে এবং চ্যানেলটি সাবস্ক্রাইব করতে অনুরোধ জানিয়ে লেকচারটি শেষ করেন।

সিএস উইথ সঞ্জয় (CS with SANJOY) চ্যানেলের "Instruction Format" ভিডিওটির সম্পূর্ণ লেকচার নোট
Ref: Instruction Format