🧠 CPU Structure and Stack Frame Execution Notes

🔹 CPU: Two Core Components

1. Processing Unit

   • Arithmetic Logic Unit (ALU): সব ধরনের গাণিতিক (arithmetic) এবং যৌক্তিক (logical) operations করে থাকে।
   • Control Unit (CU): CPU এর মধ্যে গাণিতিক (arithmetic) এবং যৌক্তিক (logical) operations পরিচালনা করে, input/output এবং instruction decoding কীভাবে হবে তা কন্ট্রোল করে।

2. Register Set

   • Program Counter (PC): পরবর্তীতে যেই Instruction টি execute হবে তার address ধারণ করে ।
   • Stack Pointer (SP): মেমরিতে বর্তমানে যে stack আছে তার Top কে point করে।
   • Base Pointer (BP): বর্তমান stack frame এর base কে point করে।
   • Instruction Register (IR): এই মুহূর্তে যে instruction টি execute হচ্ছে সেটি রাখে।
   • General Purpose Registers: Data manipulation যেমন arithmetic ও logical operation এবং data movement এর জন্য অস্থায়ীভাবে data রাখে।

🔹 Bits and Bytes

• 8-bit = 1 byte
• 16-bit = 2 bytes
• 32-bit = 4 bytes
• 64-bit = 8 bytes

Memory addressing = ( 2^n )

🔹 RAM Addressing on 32-bit System

Memory cell 4 bytes করে বাড়তে থাকে। (since 32-bit = 4 bytes):

Address:  0   4   8  12  16  20  24  ...
         [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

🔹 OS, RAM, and Process Execution

1. OS executable code আনে HDD থেকে → RAM এ লোড করে
2. OS একটি process create করে
3. RAM process memory কে কয়েকটি ভাগে ভাগ করে:

• Code Segment (constants এবং instructions এর জন্য)
• Data Segment (global/static variables এর জন্য)
• Stack (function calls এবং local variables এর জন্য)
• Heap (dynamically memory allocate করার জন্য)

🔹 Stack Frame in Function Call

• OS, SP এবং BP set করে দেয়।
• SP < BP ( SP memory তে lower address কে point করে)।

Stack Frame Layout:

[ Local Variables        ]   <-- SP (grows downward)
[ Old Base Pointer       ]
[ Return Address         ]
[ Parameters (right→left)]   <-- BP

• Return Address সাধারণত রাখা হয় BP + 4 (32 bit computer), BP + 8 (64 bit computer) etc. ( Base pointer এর ঠিক উপরে )
• BP ব্যবহার করে CPU সহজেই যা access করতে পারে:
  • Function parameters
  • Return address
  • Local variables

🔹 Stack Frame Exit

• Stack frame যা pop করে (সরিয়ে ফেলে):
  • Local variables
  • Old BP value register set এর BP তে restore হয়
  • SP reset হয়
  • Execution, Return Address কে follow করে সেখানে jump করে

Final Condition:

BP == SP  => Stack Frame Close হয়ে যায়

🧭 Diagram: Stack Frame Example (32-bit)

Memory Address ↓

+----------------------+  <- BP
| Parameter 1          |
+----------------------+
| Parameter 2          |
+----------------------+
| Return Address       | <- BP + 4
+----------------------+
| Old Base Pointer     | <- BP + 8
+----------------------+
| Local Variable A     | <- SP
+----------------------+

Stack grows downward ↓

✅ Summary

• CPU mainly Processing Unit এবং Register Set এ বিভক্ত।
• Stack Frame function call handling এর জন্য responsible থাকে।
• Base Pointer (BP) একটি fixed reference point হিসেবে কাজ করে।
• Stack Pointer (SP) function execution এর সময় move করতে থাকে।
• একটি function Return করলে BP এবং SP reset হয়ে যায়।

debugging, compiler design, এবং low-level programming এর জন্য stack frames বুঝা অত্যন্ত প্রয়োজনীয়।