3. 컴퓨터가 이해하는 정보 : 명령어

3. 컴퓨터가 이해하는 정보 : 명령어

개발자가 작성한 소스 코드를 컴퓨터는 1:1로 이해할 수 없다.

고급 언어 → 저급 언어로 변환하는 컴파일 또는 인터프리터 과정이 필요하다. 여기서 저급 언어가 명령어이다.

소스 코드와 명령어

• 저급언어

  • 기계어 : 0과 1로 이루어진 명령어 구성된 저급 언어
  • 어셈블리어 : 0과 1로 이루어진 기계어를 읽기 편한 형태로 번역한 저급 언어

• 고급언어

  • 컴파일 언어 : 코드를 통으로 번역하며 오류가 하나라도 있다면 소스 코드 전체가 실행되지 않음

  • 인터프리터 언어 : 코드를 한 줄씩 번역 오류발생 전까지 실행이 가능

  • 컴파일 언어*

  • 소스코드(고급 언어) → 컴파일러(컴파일) → 목적 코드 (저급 언어)

  • 인터프리터 언어*

  • 인터프리터에 의해 한 줄씩 실행

    

    컴파일 vs 인터프리터

명령어의 구조

무엇을 대상으로, 무엇을 수행하라

명령어의 구조

수행할 연산 + 연산에 사용될 데이터 혹은 데이터가 저장된 위치

명령어는 연산코드와 오퍼랜드로 구성되어 있다.

오퍼랜드

• 연산에 사용될 데이터

• 연산에 사용될 데이터가 저장된 위치 (유효 주소)

  • 일반적으로 주소가 자주 담기며 주소필드라고 불리기도 한다.

  • 명령어에서 표현할 수 있는 데이터의 크기의 제한이 있기 때문에 아래 그림처럼 주소를 사용하는게 이득

    

• 오퍼랜드가 없거나 여러개인 경우도 있다.

연산코드

수행할 연산을 담고 있으며 CPU마다 연산코드는 다르지만 공통적인 4가지 부분이 존재

• 데이터 전송
• 산술/논리 연산
• 제어 흐름 변경
• 입출력 제어

아래 코드는 외울 필요가 없고 유형을 파악하자.

데이터 전송

• MOVE : 데이터를 옮김
• STORE : 메모리에 저장
• LOAD(FETCH) : 메모리에서 CPU로 데이터를 가져옴
• PUSH : 스택에 데이터를 저장
• POP : 스택의 최상단 데이터를 가져옴

산술/논리 연산

• ADD / SUBTRACT / MULTIPLY / DIVIDE : 사칙연산 수행
• INCREMENT / DECREMENT : 오퍼랜드에 1을 더하거나 뺌
• AND / OR / NOT : 논리 연산 수행
• COMPARE : 두 개의 숫자 또는 TRUE / FALSE 값 비교

제어 흐름 변경 (실행의 순서를 변경)

• JUMP : 특정 주소로 실행 순서 이동
• CONDITIONAL JUMP : 조건에 부합할 때 특정 주소로 실행 순서 이동
• HALT : 프로그램의 실행을 중지
• CALL :되돌아올 주소를 저장한 채 특정 주소로 실행 순서 이동
• RETURN : CALL을 호출할 때 저장했던 주소로 이동

입출력 제어(테스트 관련)

• READ(INPUT) : 특정 입출력 장치로부터 데이터 READ
• WRITE(OUTPUT) : 특정 입출력 장치로 데이터를 WRITE
• START IO : 입출력 장치 시작
• TEST IO : 입출력 장치 상태 확인

명령어 주소 지정 방식

• 유효 주소
  • 연산에 사용할 데이터가 저장된 위치
• 명령어 주소 지정 방식
  • 연산에 사용할 데이터가 저장된 위치를 찾는 방법
  • 유효 주소를 찾는 방법
  • 다양한 명령어 주소 지정 방식 존재

다양한 명령어 주소 지정 방식

• 즉시 주소 지정 방식

  • 연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시

  • 가장 간단한 방식이며 빠르다

  • 연산에 사용할 데이터의 크기가 작아질 수 있다.

    

• 직접 주소 지정 방식

  • 오퍼랜드 필드에 유효 주소 직접적으로 명시

  • 유효 주소를 표현할 수 있는 크기가 연산 코드만큼 줄어든다.

    

• 간접 주소 지정 방식

  • 오퍼랜드 필드에 유효 주소의 주소를 명시

  • 앞선 주소 지정 방식들에 비해 속도가 느림

    

—# 메모리 접근을 최소화할수록 빠르다.

• 레지스터 주소 지정 방식

  • 연산에 사용할 데이터가 저장된 레지스터 명시

  • 메모리에 접근하는 속도보다 레지스터에 접근하는 것이 빠름

    

• 레지스터 간접 주소 지정 방식

  • 연산에 사용할 데이터를 메모리에 저장

  • 그 주소를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 명시

    

—# CPU가 메모리에 접근하는 속도보다 레지스터에 접근하는 속도가 훨씬 빠름