류프리

제1항 명령어(Instruction)

(１) 컴퓨터의 명령어

1) 컴퓨터에 대한 일련의 연산을 기술한 2진 코드를 말한다.

2) 컴퓨터에게 특수한 동작(명령어)을 수행할 것을 알리는 비트들의 집합이고, 연산코드부분과 주소부분(피연산자)으로 나뉘어지고 메모리에 저장된다.

① op(operation) code

• 연산코드 부분은 동작(Operation)을 정의한 비트들의 집합으로 n비트로 구성되며 최대 2ⁿ 개의 서로 다른 연산이 실행 가능하다.

• 연산기능

                             i.         산술연산 (ADD, SUB, MUL, DIV, SHIFT, etc…)

                            ii.         논리연산 (NOT, Complement, Shift, Rotate, etc…)

                           iii.         단항연산자(Unary Operator)

1.      피연산자가 1개만 필요한 연산자

2.      NOT, Complement, Shift, Rotate, MOVE 등

                           iv.         이항연산자(Binary Operator)

1.      피연산자가 2개 필요한 연산자

2.      사칙연산, AND, OR, XOR, XNOR 등

                            v.         AND (Masking Operation) : 특정 비트를 삭제 시키는 연산

                           vi.         OR (Selective-Set) : 특정 비트를 삽입하거나 1로 세트 시키는 연산

                          vii.         XOR(Compare) : 두개의 데이터를 비교하거나, 특정 비트를 반전시킬 때 사용

                         viii.         NOT(Complement) : 각 비트의 값을 반전시키는 연산, 보수를 구할 때 사용

                           ix.         논리 shift: 왼쪽 또는 오른쪽으로 1bit씩 이동하는 연산, 직렬 전송에 사용

                            x.         Rotate : shift에서 밀려 나가는 비트값을 반대편으로 입력하는 연산, 문자의 위치를 변환할 때 사용

                           xi.         산술 shift: 부로흘 고려하여 자리를 이동시키는 연산, 곱하거나 나눌 때 사용

• 전달기능

                             i.         Load: 기억장치의 내용을 중앙처리장치에 전달하는 명령어

                            ii.         Store: 중앙처리장치의 정보를 기억장치에 기억시키는 명령어

                           iii.         Move: 특정 레지스터의 내용을 다른 레지스터로 옮기는 명령어

                           iv.         Push, pop: 스택에 자료를 저장, 인출하는 명령어

• 제어기능

                             i.         무조건 분기 명령 (GOTO, JUMP, etc…)

                            ii.         조건 분기 명령 (IF, SPA, SNA, SZA, etc…)

                           iii.         Call, Return

• 입∙출력 기능

                             i.         CPU와 I/O 장치, 또는 메모리와 I/O장치 사이에서 자료를 전달하는 기능

                            ii.         INPUT(입출력 → 주기억), OUTPUT(주기억 → 입출력)

② operand

• 피연산자(operand)는 처리할 데이터가 저장되어 있는 레지스터나 메모리 워드주소, 또한 연산결과가 저장될 장소의 주소를 나타낸다.

3) 4096 * 16 메모리

① 주소지정방식

• 묵시적 주소지정방식 (Implied mode)

                             i.         명령어의 형식 상 이미 Operand가 묵시적으로 정해지는 주소 지정 방식

                            ii.         0-주소 명령의 경우 Operand 없이 Stack을 사용한다.

                           iii.         1-주소 명령의 경우 누산기임을 알수 있다.

• 즉시 주소지정방식 (Immediate mode)

                             i.         명령어 자체에 실제 데이터를 가지고 있는 방식이다.

                            ii.         별도의 기억장소를 액세스하지 않고 CPU에서 곧바로 자료를 이용할 수 있어서 실행 속도가 빠르다는 장점이 있다.

                           iii.         명령어의 길이에 영향을 받으므로 표현할 수 있는 데이터 값의 범위가 제한적이다.

• 직접주소지정방식(dicrect mode)

                             i.         명령의 주소부(operand)가 사용할 자료의 번지를 표현하는 방식이다.

• 간접주소지정방식(indirect mode)

                             i.         명령어 내의 operand부에 실제 데이터의 주소가 아니고, 실제 데이터의 주소가 저장된 곳의 주소를 표현하므로, 최소한 주기억장치를 두번 이상 접근하여 데이터가 있는 기억장소에 도달한다.

                            ii.         명령어에 나타낼 주소가 명령어 내에서 데이터를 지정하기 위해 할당된 비트(operand 부의 비트) 수로 나타낼 수 없을 때 사용하는 방식이다.

                           iii.         명령의 길이가 짧고 제한되어 있어도 긴 주소에 접근 가능한 방식이다.

                           iv.         간접 주소지정방식을 사용하는 컴퓨터에서의 명령어 형식

I=0이면 직접 주소지정방식이고, I=1이면 간접 주소지정 방식이 된다.

• 계산에 의한 주소지정방식

                             i.         상대 주소 지정 방식

기본주소에 상대적으로 표시되는 주소 지정 방식

                            ii.         베이스 레지스터

                           iii.         인덱스 레지스터

② Op-code, operand size 구하기

• 하나의 워드의 크기가 16bit이고 워드가 4096개가 모여있다면

• 주소선은 4096 (2¹² (2¹⁰ * 2²)) 을 필요하기 때문에 12개의 주소선이 필요하다.

• 명령어 코드는 16-12 = 4개의 선이 필요하며, 명령어의 개수는 2⁴ = 최대 16개이다.

(２) 주소(Operand) 형식

1) 0-주소

① 오퍼랜드용 주소를 두지 않음

② 스택에 있는 데이터를 사용한다.

③ ADD

2) 1-주소

① AC (Accumulator)를 묵시적으로 이용하여 연산을 수행한다.

② ADD a             ; AC ← a + AC

③ LOAD X          ; AC ← M[X]

3) 2-주소

① 명령어에 2개의 오퍼랜드 주소가 포함

② ADD a, b

a ← a + b

③ 장점

• 실행속도가 빠르고 기억장소를 많이 차지하지 않는다.

④ 단점

• 연산의 결과는 주소 Operand1에 저장되므로 Operand1에 있던 원래 자료가 파괴된다.

4) 3-주소 방식

⑤ 명령어에 3개의 오퍼랜드 주소가 포함

⑥ Add a, b, c

c ← a + b

⑦ 장점

• 원래의 자료를 파괴하지 않는다.

• 프로그램 전체의 길이를 짧게 할 수 있다.

• 주기억장치에 접근하는 횟수가 줄어든다.

⑧ 단점

• 한 개의 명령어 길이가 길어진다.

제1절 프로세서

제1항 중앙처리장치 구성요소

실행 파일이 중앙처리장치에서 실행되려면 주 메모리에 탑재되는 과정이 필요하다.

(１) 중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit)

1) 컴퓨터 시스템에 부착된 모든 장치의 동작을 제어하고 명령을 실행하는 장치

2) 제어장치, 연산장치, 레지스터로 구성

(２) 연산장치(ALU, Arithmetic and Logic Unit)

1) 산술연산, 논리연산등의 연산기능을 수행한다.

2) 상태 플래그 : ALU내의 상태를 표시한다.

3) 이동기 : 데이터를 좌우로 이동한다.

4) 보수기 : 보수 연산

5) 산술 및 부울 로직 : 산술 연산과 논리 연산을 담당한다.

(３) 제어장치(Control Unit)

1) 프로그램에 의해 주어진 연산의 순서대로 실행하기 위해 기억, 연산, 입출력장치에 제어신호를 발생한다.

2) 제어장치의 동작

① 1단계: 명령어를 해독 제어장치내의 명령어 레지스터에 저장

② 2단계: 명령어 레지스터에 저장된 명령어를 실행 (명령어 실행단계)

3) 명령레지스터, 명령해독기, 타이밍 및 제어신호을 발생한다.

(４) 레지스터(Registers)

1) 프로세서 내부에서 메모리 기능을 수행한다.

2) 레지스터는 컴퓨터 기억장치들 중 액세스 속도가 가장 빠르다.

3) 범용 레지스터, 시스템 레지스터, 상태 레지스터 등으로 구성

4) 특수 레지스터와 범용 레지스터 종류.

① 범용 레지스터

• CPU 연산을 빠르게 처리하기 위해 ALU와 직접 연결

• 연산 대상이 되는 오퍼랜드 값을 가진다.

② 특수 레지스터

• 명령어를 실행할 때 필요한 범용 데이터가 아닌 특수한 데이터를 처리하기 위한 레지스터

• 프로그램 카운터(PC), 명령어 레지스터(IR), 상태 레지스터(SR), 메모리 주소 레지스터(MAR), 메모리 버퍼 레지스터(MBR) 등

③ 프로그램 카운터 (PC, Program Counter)

• 인출할 명령어가 있는 메모리의 주소를 갖는 특수 레지스터

• 프로그램 메모리에서 한 개의 명령어 인출이 끝나면, 그 명령어의 크기가 더해진 값으로 자동 변경되어 다음 명령어 인출을 위한 주소를 가진다.

④ 명령어 레지스터 (IR, Instruction Register)

• 프로그램 메모리에서 인출된 명령어를 기억하고 있는 특수 레지스터

• 인출된 명령어에는 연산동작(opcode), 연산대상(operand), 연산결과(result) 어드레싱 모드 등의 정보를 설정한다.

⑤ 상태 레지스터 (PSW, Program Status Word)

• 시스템 내부의 순간 상태가 기록된 정보를 PSW라고 한다.

• 명령어를 실행한 후의 연산 결과 정보를 기록한다.

• 기록된 상태 레지스터의 각 비트는 연속되는 다음 명령어 실행에 영향을 미침

⑥ 메모리 주소 레지스터 (MAR, Memory Address Register)

• 기억장치를 출입하는 데이터의 번지를 기억하는 레지스터

⑦ 메모리 버퍼 레지스터 (MBR, Memory Buffer Register)

• 기억장치를 출입하는 데이터가 잠시 기억되는 레지스터

⑧ 누산기 (AC, Accumulator)

• 데이터 인출 또는 기록 과정에서 데이터나 주소를 임시로 저장하기 위한 특수 레지스터

⑨ 플래그 레지스터

• CPU 내부에서 방금 행한 연산의 결과로 나타나는 상태 (결과가 0인지, 음수인지, 양수인지), 캐리 및 오버플로의 발생 여부 등의 상태를 나타내는 레지스터