[컴퓨터 구조] ep2) 명령어와 주소 지정 방식

ㅇ고급언어와 저급언어
고급언어: 대부분의 사람을 위한 프로그래밍 언어 e.g. C언어, python, java, ...
저급언어: 컴퓨터가 직접 이해하고 실행할 수 있는 언어
저급 언어는 두 가지로 나누어진다, 바로 기계어와 어셈블리어

기계어: 진짜 말 그대로 01010101000010
어셈블리어: 이것을 그대로 번역 e.g. push(0101) pop(0101)

번역 예시

 
 
(+ 가독성을 위해 기계어를 이진수가 아닌 십육진수로 표현하기도 한다) 

이진수 기계어

십육진수 기계어 (가독성 up)

 
 
 
ㅇ컴파일 언어와 인터프리터 언어

 
컴파일 언어: 컴파일러로 전체 코드를 한 번에 변환 후 실행 e.g. C언어
인터프리터 언어: 인터프리터로 한 줄 한 줄씩 변환해주며 차례로 실행 e.g. python

 
but 요즈음에는 컴파일 언어와 인터프리터 언어의 경계가 모호해지는 추세다
 
 
번외) C언어의 컴파일 과정

.exe 실행파일이 한번에 생성된다

1. 전처리 과정 (by 전처리기) -> test.i
소스코드, 라이브러리 포함 e.g. #include
매크로 변환 e.g. #define
컴파일 할 영역 명시 e.g. #if, #ifdef, ...
 
2. 컴파일 (by 컴파일러) -> test.s
전처리 완료된 소스코드를 어셈블리어로 변환
 
3. 어셈블 과정 (by 어셈블러) -> test.o / test.obj
어셈블리어를 기계어로 변환(목적코드를 포함하는 목적파일이 된다)
 
4. 링킹 과정 (by 링커) -> test.exe
각기 다른 목적코드를 하나의 실행파일로써 연결시켜주는 작업
 
 
 
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ㅇ명령어(instruction)의 구조

16bit 컴퓨터라 가정했을 때 (현대 컴퓨터는 32bit or 64bit)

 

명령어(instr.) = 연산코드(opcode) + 오퍼랜드
연산코드: 연산을 위한 명령어가 있는 코드, 연산자라고도 한다
오퍼랜드: 연산에 사용할 데이터 / 연산에 사용할 데이터가 저장된 위치, 피연산자라고도 한다 [변수]
(+ 오퍼랜드 필드를 주소 필드라고도 한다)

명령어 예시

 

n-주소 명령어

 
 
연산코드의 종류는 매우 많고 그중에 가장 기본적인 연산 코드 유형을 크게 4가지로 나눌 수 있다
1. 데이터 전송
2. 산술 / 논리 연산
3. 제어 흐름 변경
4. 입출력 제어
(연산코드의 종류 + 생김새는 CPU마다 다르다)
 
 
[명령어 사이즈 단위]
word → line(block) → page → book
 
 
 
 
 
ㅇ주소 지정 방식: 유효주소(EA)를 찾는 방법
여기서 유효주소(Effective Address)란? 연산에 사용할 데이터 위치(= 오퍼랜드)를 뜻한다
 
현대 CPU에는 5가지 주소 지정 방식이 있다(+ 2가지)
지금부터 7가지 주소 지정 방식에 대해 알아볼 건데 알고리즘을 위해 알아야 할 것들이 있다
A: 주소 필드
(A): A주소의 내용
R: register 주소
EA: 유효주소(오퍼랜드의 주소) 
 
 
1. 즉시 주소 지정 방식: Operand = A

오퍼랜드 필드에 명시하는 값: 연산에 사용할 데이터
(가장 간단하고 빠르다)
 
 
 
2. 직접 주소 지정 방식: EA = A

오퍼랜드 필드에 명시하는 값: EA
 
 
 
3. 간접 주소 지정 방식: EA = (A)

오퍼랜드 필드에 명시하는 값: EA의 주소
(두 번의 메모리 접근이 필요하기 때문에 느리다)
 
 
 
4. 레지스터 주소 지정 방식: EA = R

오퍼랜드 필드에 명시하는 값: EA(레지스터 이름)
★CPU가 외부의 메모리로 접근하는 것보다 내부의 레지스터로 접근하는 게 더 빠르다★
 
 
 
5. 레지스터 간접 주소 지정 방식: EA = (R)

오퍼랜드 필드에 명시하는 값: EA를 저장한 레지스터
 
 
 
 
 
 
 
※여기서부터는 레지스터에 대한 지식이 필요하므로 다음 챕터에서 자세히 다뤄보자
6. 변위: EA = A + (R)
오퍼랜드 필드값과 특정 레지스터의 값을 더해서 유효주소를 얻어내는 방식
다음 챕터에서 자세하게 살펴보자
 
 
 
7. 스택: EA = top of stack
스택과 스택 포인터를 이용한 방식
역시 다음 챕터에서 자세하게 살펴보자
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

참고 및 출처: 컴퓨터시스템구조론(William Stallings), 혼공컴운(강민철), Operating Systems: Internals and Design Principles(William Stalling), Operating System Concepts(Silberschatz, Abraham)