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[혼자 공부하는 컴퓨터구조+운영체제]03장 명령어

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03-1 소스 코드와 명령어

고급 언어와 저급 언어

  • 고급(high-level) 언어: 사람이 이해하기 쉬운 언어
  • 저급(low-level) 언어: 컴퓨터가 이해하고 실행할 수 있는 언어
    • 기계어
      • 0과 1로 이루어진 명령어로 구성
    • 어셈블리어
      • 기계어를 읽기 쉬운 형태로 변환한 언어

컴파일 언어와 인터프리터 언어

  • 고급 언어 → 저급 언어 변환 방식
    • 컴파일
      • 컴파일 언어(고급 언어) → 저급 언어
    • 인터프리트
      • 인터프리터 언어(고급 언어) → 저급 언어

컴파일 언어

  • 대표적으로 C
  • 컴파일: 소스 코드 전체를 저급 언어로 변환하는 과정
    • 컴파일러가 소스 코드 전체를 확인하며, 오류 발견 시 컴파일 실패
  • 목적 코드(object code): 컴파일러를 통해 저급 언어로 변환된 코드

인터프리터 언어

  • 대표적으로 Python
  • 인터프리트: 소스 코드를 한 줄씩 저급 언어로 변환하여 실행
    • 중간에 오류를 발견해도 그전까지는 올바르게 실행
  • 한 줄씩 저급 언어로 해석하며 실행하기 때문에 컴파일 언어보다 느림

목적 파일과 실행 파일

03-2 명령어의 구조

연산 코드와 오퍼랜드

  • 명령어 = 연산 코드 + 오퍼랜드
  • 연산 코드(operation code, 연산자): 명령어가 수행할 연산
  • 오퍼랜드(operand, 피연산자): 연산에 사용할 데이터 또는 데이터가 저장된 위치

오퍼랜드

  • 오퍼랜드 필드를 주소 필드라고도 한다.
    • 일반적으로 데이터보다 데이터가 저장된 위치를 담기 때문
  • 0-주소 명령어: 오퍼랜드가 없는 명령어
    • 1-주소 명령어, 2-주소 명령어, 3-주소 명령어: 오퍼랜드가 각각 1개, 2개, 3개인 명령어

연산 코드

기본적인 연산 유형은 다음과 같다.

  • 데이터 전송
    • MOVE
    • STORE
    • LOAD(FETCH)
    • PUSH
    • POP
  • 산술/논리 연산
    • ADD/SUBTRACT/MULTIPLY/DIVIDE
    • INCREMENT/DECREMENT
    • AND/OR/NOT
    • COMPARE
  • 제어 흐름 변경
    • JUMP
    • CONDITIONAL JUMP
    • HALT
    • CALL → 함수 호출
    • RETURN
  • 입출력 제어
    • READ(INPUT)
    • WRITE(OUTPUT)
    • START IO
    • TEST IO

주소 지정 방식

  • 오퍼랜드 필드에 주소를 담는 이유
    • n 비트의 오퍼랜드 필드에 데이터를 담는 경우 표현할 수 있는 데이터의 가짓수 ⇒ 2ⁿ
    • n 비트의 오퍼랜드 필드에 데이터 주소를 담는 경우, 표현할 수 있는 데이터의 가짓수 2ⁿ개로 한정되어 있지 않고, 많이 늘어난다.
  • 주소 지정 방식(addressing mode): 연산에 사용할 데이터 위치를 찾는 방법 ⇒ 유효 주소를 찾는 방법
    • 유효 주소(effective address): 연산 코드에 사용할 데이터가 저장된 위치

즉시 주소 지정 방식

  • immediate addressing mode
  • 연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 명시하는 방식
  • 표현할 수 있는 데이터 크기가 작음
  • 데이터를 찾는 과정이 없기 때문에 가장 빠름

직접 주소 지정 방식

  • direct addressing mode
  • 유효 주소(메모리 주소)를 직접적으로 오퍼랜드 필드에 명시하는 방식
  • 즉시 주소 지정 방식보다 많은 데이터 표현 가능
  • 오퍼랜드 필드 길이가 표현할 수 있는 유효 주소의 크기를 제한함

간접 주소 지정 방식

  • indirect addressing mode
  • 유효 주소의 주소를 오퍼랜드 필드에 명시하는 방식
  • 직접 주소 지정 방식보다 많은 데이터 표현 가능
  • 즉시 주소 지정 방식, 직접 주소 지정 방식보다 느림

레지스터 주소 지정 방식

  • 유효주소(연산에 사용할 데이터를 저장한 레지스터)를 오퍼랜드 필드에 명시하는 방식
  • 직접 주소 지정 방식보다 빠름
    • 일반적으로 CPU 내부의 레지스터에 접근하는 것이 CPU 외부의 메모리에 접근하는 것보다 빠르기 때문
  • 오퍼랜드 필드 길이가 표현할 수 있는 유효 주소의 크기를 제한함

레지스터 간접 주소 지정 방식

  • 연산에 사용할 데이터를 메모리에 저장하고 그 유효 주소를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 명시하는 방식
  • 메모리에 한 번만 접근하기 때문에 간접 주소 지정 방식보다 더 빠름
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