클라이밍하는 개발자

Chapter04. CPU의 작동 원리

• ALU는 계산하는 부품으로 레지스터를 통해 피연산자를 받아들이고,
• 제어장치로부터 수행할 연산을 알려주는 제어신호를 받아들입니다.
• 오버플로우: 연산 결과가 연산 결과를 담을 레지스터보다 큰 상황
• 플래그: 연산 결과에 대한 추가적인 상태 정보
• 제어장치
  • 첫째, 제어장치는 클럭 신호를 받아들입니다 (클럭: 시간단위)
  • 둘째, 제어장치는 ‘해석해야 할 명령어’를 받아들입니다
  • 셋째, 제어장치는 플래그 레지스터 속 플래그 값을 받아들입니다
  • 넷째, 제어장치는 시스템 버스, 그중에서 제어 버스로 전달된 제어 신호를 받아들입니다
  → 제어장치는 클럭신호, 명령어, 플래그, 제어신호를 받아들입니다
  • 제어장치는 CPU 내부와 외부로 제어 신호를 보냅니다
• 레지스터
  • 프로그램 카운터: 메모리에서 가져올 명령어의 주소(=명령어 포인트)
  • 명령어 레지스터: 해석할 명령어, 이를 받아 들이고 해석한 뒤 제어신호 보냄
  • 메모리 주소 레지스터: 메모리 주소를 저장하는 레지스터
  • 메모리 버퍼 레지스터: 메모리와 주고받을 값을 저장하는 레지스터
  • 범용 레지스터: 일반적인 상황에서 자유롭게 사용
  • 플래그 레지스터: 연산 결과 또는 CPU 상태에 대한 부가적인 정보를 저장
• 특정 레지스터를 이용한 주소 지정 방식
  • 스택 주소 지정 방식: 스택과 스택 포인터(스택의 최상단의 위치)를 이용한 주소 지정 방식
  • 변위 주소 지정 방식: 오퍼랜드 필드의 값과 특정 레지스터의 값을 더하여 유효 주소를 얻어내는 주소 지정 방식 (상대 주소 지정 방식, 베이스 레지스터 주소 지정 방식)
• 명령어 사이클: 하나의 명령어를 처리하는 정형화 된 흐름
  • 인출 사이클, 실행 사이클, 간접 사이클
• 인터럽트: 흐름에 따라 처리하다 간혹 흐름이 끊어지는 상황
  • 동기 인터럽트: CPU에 의해 발생(예외적인 상황, 프로그래밍 오류 등)
  • 비동기 인터럽트: 입출력장치에서 발생(하드웨어 인터럽트)

Chapter03. 명령어

고급언어는 결국 저급언어로 변환되어 실행되는데 방법은 컴파일 방식과 인터프리터 방식이 존재함.

• 컴파일 언어
  • 컴파일러에 의해 소드 코드 전체가 저급 언어로 변환되는 고급 언어 (예: C)
  • 코드 전체가 저급 언어로 변환되는 과정을 컴파일
  • 컴파일을 도와주는 도구를 컴파일러
  • 컴파일러를 통해 저급 언어로 변환 된 코드를 목적 코드
• 인터프리터 언어
  • 인터프리터에 의해 1줄씩 실행되는 고급 언어 (예: 파이썬)
  • 한 줄씩 저급 언어로 변환하여 실행을 도와주는 도구를 인터프리터
  • 일반적으로 컴파일 언어가 더 빠름

목적파일과 실행파일은 같지 않음. 목적파일에 다른 파일을 연결짓는 링킹이라는 작업이 필요함.

• 명령어: 연산코드 + 오퍼랜드
• 연산코드: 명령어가수행할 연산 (연산자)
  • 데이터 전송
  • 산술/논리 연산
  • 제어 흐름 변경
  • 입출력 제어
• 오퍼랜드: 연산에 사용할 데이터 (피연산자=주소필드)
• 즉시 주소 지정 방식: 연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시하는 방법
  • 표현할 수 있는 데이터의 크기는 작아지지만
  • 연산에 사용할 데이터를 메모리나 레지스터로부터 찾는 과정이 없기에 속도가 빠름
• 직접 주소 지정 방식: 오퍼랜드 필드에 유효 주소를 직접적으로 명시하는 방식
  • 표현할 수 있는 데이터의 크기는 커졌지만, 연산 코드의 비트 수 만큼 줄어듬
• 간접 주소 지정 방식: 유효 주소의 주소
• 레지스터 주소 지정 방식: 유효 주소 (레지스터 이름)
• 레지스터 간접 주소 지정 방식: 유효 주소를 저장한 레지스터
• 스택: 후입선출, LIFO(Last In First Out) 자료구조
• 큐: 선입선출, FIFO (First In First Out) 자료구조