1-1) 컴퓨터 구조 (OT)

(참고: Fastcampus 강의, 강민철의 인공지능 시대 필수 컴퓨터 공학 지식)

Contents

1. OT
2. 컴퓨터 구조
   1. 명령어란
   2. 명령어의 구조
   3. 주소 지정

1. OT

a) 컴퓨터 구조

모든 프로그램은 컴퓨터 부품이 실행

• 이러한 부품의 성능 & 용량 & 비용에 대해 알기

프로그램을 이루는 두 정보

(0과 1로 이루어진 정보)

• (1) 명령어 = 컴퓨터를 동작 시키는 정보
• (2) 데이터 = 명령어의 대상 (재료)

b) 컴퓨터의 4가지 핵심 부품

• (1) CPU: 명령어 해석 & 실행
  • 세부 부품: 레지스터 + ALU + 제어장치
• (2) 메인 메모리 (+ 캐시 메모리): 실행 중 O인 프로그램을 저장하는 장치 (휘발성)
• (3) 보조기억장치: 실행 중 X인 프로그램을 저장하는 장치 (비휘발성)
• (4) 입출력장치: 컴퓨터 내외부와 정보를 주고받는 장치
• 기타
  • 메인 보드 (마더보드): 위의 핵심 부품들을 연결하는 기판
  • (시스템) 버스: 부품 간 정보 교환의 통로

2. 컴퓨터 구조

(1) 명령어란?

a) 컴퓨터의 이해 능력

• (이해 X) 소스 코드 (source code)
  • e.g., Python, Java, C/C++..
• (이해 O) 명령어

\(\rightarrow\) 따라서, 소스코드는 명령어(+ 데이터)로 변환되어 실행된다!

b) 소스 코드 & 명령어

• 소스 코드: 사람(개발자)가 이해하기 편한 언어 ( = 고급 언어 )
• 명령어와 데이터: 컴퓨터가 이해하기 편한 언어 ( = 저급 언어 )

c) 저급 언어의 두 종류

• (1) 기계어 (machine code)
  • 2진수 또는 16진수로 직접 CPU가 해석할 수 있는 코드
  • e.g., 10110000 01100001
• (2) 어셈블리어 (assembly language)
  • 기계어의 인간 친화적 표현. 각 명령어는 기계어 한 줄에 대응됨
  • e.g., MOV AL, 61h

d) 고급 \(\rightarrow\) 저급 언어

변환 방식 두 가지

• (1) 컴파일 (compile)
• (2) 인터프리트 (interpret)

항목	컴파일 (Compile)	인터프리트 (Interpret)
실행 방식	전체 소스를 한 번에 기계어로 번역 후 실행	소스 코드를 한 줄씩 즉시 읽고 실행
속도	실행 속도가 빠름	실행 속도가 상대적으로 느림
예시 언어	C, C++, Rust	Python, JavaScript, Ruby
오류 발견 시점	컴파일 시 모든 오류 발견	실행 중 오류 발견
결과물	독립 실행 파일 (executable) 생성	별도 실행 파일 없이 인터프리터가 직접 실행

• 대표적인 compiler: gcc, clang, Visual Studio

• 참고) 두 방식은 딱 나뉘는 개념은 아님. 둘의 특성을 모두 갖춘 언어도 있음.

(2) 명령어의 구조

명령어 = (1) 무엇을 대상으로 (2) 무엇을 수행해라

• (1) 연산코드 (Op-code)
• (2) 오퍼랜드 (Operand)
  • 데이터 혹은 데이터의 위치(=레지스터 이름, 메모리 주소 등)가 명시되기도!

Examples

• (1) 더해라 & (2) 100과 / 120을

• (2) 빼라 & (2) 메모리 32번지 안의 값과 / 메모리 33번지 안의 값을
• (3) 저장해라 & (2) 120을 / 메모리 128번지에
• (4) 출력해라 & (2) 고양이사진을 / 모니터에

연산코드의 종류

• a) 데이터 전송: MOVE, STORE, LOAD (FETCH), PUSH, POP
• b) 산술/논리/연산: ADD, SUBTRACT / INCREMENT / AND, OR, NOT / COMPARE
• c) 제어 흐름 변경: JUMP, CALL, RETURN ..
• d) 입출력 제어: READ, WRITE, START IO, TEST IO

(3) 주소 지정

오퍼랜드 (operand): 명령어 수행의 “대상” 혹은 “대상의 위치”

Why “대상의 위치”?*

• 이유: 명령어의 길이는 한정이 되어있기 때문에!

유효 주소

• 연산 코드에 사용할 데이터 (=연산의 대상이 되는 데이터)가 “저장된 위치”

• 주소 지정 = 유효 주소를 찾는 방법

  • CPU마다 차이가 있음

다섯 가지 “주소 지정” 방법들

• (1) 즉시 주소 지정 = 데이터를 직접 명시

  • 장) 빠름
  • 단) 데이터 크기에 제한

• (2) 직접 주소 지정 = 유효 주소 명시

  • 장) 적당히 빠름
  • 단) 메모리 주소 크기에 제한

• (3) 간접 주소 지정 = 유효 주소의 주소 명시

  • 장) 유효 주소 크기에 제한 없음
  • 단) 느림 (메모리 접근 2번)

• (4) 레지스터 주소 지정 = 레지스터에 저장

  • 장) 메모리보다 빠름
  • 단) 용량이 넉넉치 않음

• (5) 레지스터 간접 주소 지정 = 데이터를 메모리에 저장 & 유효주소를 레지스터에 저장