4. 컴퓨터 구조에 대한 두 번째 이야기

1. 컴퓨터 구조의 접근방법

컴퓨터 디자인

$\bullet$ CPU의 Register 만을 디자인 대상으로 삼는다.

(ALU와 Control Unit은 이미 있다고 가정한다.)

$\bullet$ 시스템 프로그래머 입장에서 CPU를 보는 관점은 Register에 집중된다.

여기서 시스템 프로그래머란 CPU에 종속적인 어셈블리 프로그래밍을 하는 개발자이다.

 

레지스터 디자인

ARM 코어를 참조하여 레지스터를 디자인 해보자.

r0
r1
r2
r3
r4	ir
r5	sp
r6	lr
r7	pc

ir(instruction register), sp(stack pointer), lr(link register), pc(program counter)

 

명령어 구조 및 명령어 디자인

$\bullet$ 레지스터의 디자인을 바탕으로 명령어로 디자인 시킨다.

$\bullet$ CPU가 달라지면 명령어 구조도 달라진다.

(어셈블리 언어로 구현된 프로그램은 다른 CPU로 이식이 불가능하다.)

 

1) 16bit 명령어 디자인

$\bullet$ 16bit 안에 최대한 많은 정보를 넣어야 한다.

ex) 레지스터 r1에 있는 값과 7을 더하여 레지스터 r2에 저장시켜라

$\bullet$ 저장소 : 레지스터가 총 8개 이므로 3bit로 충분($2^3 = 8$)

$\bullet$ 연산자 : 사칙연산의 기능을 담당한다.

덧셈의 의미	심볼	2진 코드
덧셈	ADD	001
뺄셈	SUB	010
곱셈	MUL	011
눗셈	DIV	100

 

$\bullet$ 레지스터의 심볼

레지스터 심볼	2진 코드
r0	000
r1	001
r2	010
r3	011
r4( ir)	100
r5 (sp)	101
r6 (lr)	110
r7 (pc)	111

즉 위의 예는 아래와 같이 정의된ㄷ:

어셈블리 언어 : ADD r2, r1, 7

바이너리 코드 : 00/001/010/1001/0111

ir(Instruction Register) : 다음번에 실행될 명령어를 미리 가져다 놓는 용도의 register

 

 

RISC와 CISC

CISC(Complex Instruction Set Computer)

$\bullet$ 제약사항을 없에기 위해 만든 CPU이다.

$\bullet$ 명령어의 수가 매우 많고 그 조합도 다양하다.

$\bullet$ 자주 쓰는 명령어가 전체의 10%가 안된다.

$\bullet$ CPU구조가 복잡하고, 명령어의 크기도 일정치 않다.

 

RISC(Reduced Instruction Set Computer)

$\bullet$ 명령어의 수가 CISC의 10% 수준이다.

$\bullet$ 명령어의 크기가 일정하다.

$\bullet$ 초당클럭수가 높으며 클럭당 처리할 수 있는 명령어의 개수가 2개 이상이다.

$\bullet$ 명령어 길이가 동일하고 명령어를 처리하는 과정이 일정하다.

 

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요약

1. 명령어

2. CPU의 내부 연산과 레지스터

3. Direct vs Indirect