[컴퓨터 구조] 명령어

이 글은 패스트캠퍼스의 현실 세상의 컴퓨터공학 지식 with 30가지 실무 시나리오 초격차 패키지 Online.를 보고 공부한 내용을 정리한 글입니다.

명령어

프로그램을 이루는 정보는 명령어(instruction)와 데이터(data)로 이루어져 있다.

명령어는 컴퓨터를 동작시키는 실질적인 정보를 뜻하며,
데이터는 명령어의 대상(재료)를 의미한다.

흔히 접하는 c언어나, java, python 등으로 짜여진 소스코드는 컴퓨터가 곧바로 이해할 수 없다.
컴퓨터는 명령어를 이해하며, 소스코드는 실행 전 명령어로 변환되어야 한다.

소스 코드는 사람 친화적인 언어, 즉 고급언어
명령어와 데이터는 컴퓨터 친화적인 언어, 즉 저급언어 라고 할 수 있다.

고급언어에서 저급언어로 변환

저급 언어는 대표적으로 기계어와 어셈블리어를 의미한다.

기계어는 0과1로만 이루어진 정말로 컴퓨터만의 언어이고,
어셈블리어는 그나마 사람이 어느정도 파악이 가능한 저급 언어이다.

소스코드들을 이러한 저급언어들로 변환시키는 과정은 크게 컴파일과 인터프리트가 있다.

https://godbolt.org/ 이곳에서 소스코드->어셈블리어 의 변환과정을 볼 수 있다.

컴파일

컴파일러라는 프로그램에 의해서 소스코드 전체가 한 번에 고급언어 -> 저급언어로 변환된다.

미리 전체 코드를 변환시켜 실행파일을 만드는 방식이므로 실행 속도면에서는 빠르다.

C/C++, Rust 등의 언어가 컴파일 과정을 거치며
컴파일러는 gcc, clang, Visual Studio.. 등이 있음

인터프리트

인터프리트는 인터프리터에 의해 한줄 한줄 검사하며 목적 코드로 변환된다.

인터프리트 언어의 특징으로는 오류가 발생하더라도 오류 발생 전까지 코드는 실행되는 점이 있다.

python, javaScript 등의 언어가 이 방식을 사용한다.

명령어의 구조

명령어의 의미는 다음과 같다.

무엇을 대상으로 무엇을 수행하라.

이때 명령의 대상을 오퍼랜드(operand)라고 하며 수행하는 무언가를 연산 코드라고 한다.

오퍼랜드(operand) : 명령어를 수행할 대상
대상(데이터)이 직접 명시되기도 하고, 대상의 위치 (레지스터 이름, 메모리 주소)가 명시되기도 함

연산 코드 : 오퍼랜드로 수행할 동작

대표적인 연산코드들

주소 지정

연산 코드의 대상이 되는 데이터를 찾아가는 방법
CPU마다 주소지정 방법은 차이가 있음.

유효 주소 : 연산 코드에 사용할 데이터가 저장된 위치, 즉 연산의 대상이 되는 데이터가 저장된 위치.

데이터를 직접 명시하지 않고 위치를 명시하는 이유는?

명령어의 길이가 한정되어있기 때문 데이터 자체를 명시한다면 주어진 오퍼랜드 필드의 크기 이상의 데이터는 저장될 수 없다. 하지만 데이터의 주소를 저장한다면 주소 자체의 데이터 크기는 몰라도 값 자체의 크기에는 영향받지 않음.

주소지정 방법 5가지

즉시 주소 지정

연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시

가장 빠른 주소 지정 + 데이터 크기에 제한

직접 주소 지정

오퍼랜드 필드의 유효 주소(연산에 사용될 데이터가 저장된 메모리 주소) 명시

오퍼랜드 필드로 표현 가능한 메모리 주소 크기에 제한

중요 * CPU는 레지스터에 접근하는 속도 보다 메모리에 접근하는 속도가 훨신 느리다.

간접 주소 지정

오퍼랜드 필드에 유효 주소의 주소 명시

유효 주소 크기에 제한은 없으나, 속도가 비교적 느림

레지스터 주소 지정

연산에 사용할 데이터를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시

레지스터는 CPU안에 있으므로 레지스터 접근은 메모리 접근보다 빠르다

레지스터 간접 주소 지정

연산에 사용할 데이터를 메모리에 저장,

그 주소(유효 주소)를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 명시

즉 레지스터 1번 메모리 1번 접근