명령어
소스코드와 명령어
💡 고급언어 ---변환---> 저급언어
- 고급언어 : 개발자가 이해하기 쉽게 만든 언어
- 저급언어 : 컴퓨터가 이해하고 실행하는 언어
저급언어
- 기계어
- 이진수(0과 1)또는 십육진수로 이루어진 명령어로 구성된 저급언어이다.
- 어셈블리어
- 이진수(0과 1)또는 십육진수로 이루어진 기계어를 읽기 편한 형태로 번역한 저급언어이다.
고급언어
- 컴퓨터에서 고급언어에서 저급언어로 변환되는 방식이 두가지가 있다.
- 컴파일 언어
- 인터프리터 언어
컴파일 언어
- 컴파일러에 의해 소스코드 전체가 저급언어로 변환되어 실행되는 고급언어이다.
- 대표적인 컴파일 언어 :
C - 컴파일러(
compile) : 컴파일을 수행해 주는 도구
- 대표적인 컴파일 언어 :
💡 컴파일러는 개발자가 작성한 소스코드 전체를 쭉 훑어보며 소스코드에 문법적인 오류는 없는지, 실행 가능한 코드인지, 실행하는데 불필요한 코드는 없는지 등을 따지며 소스코드를 처음부터 끝까지 저급언어로 컴파일한다.
이때, 컴파일러가 소스코드 내에서 오류를 하나라도 발견하면 해당 소스코드는 컴파일에 실패한다.
성공한다면, 개발자가 작성한 소스코드는 컴퓨터가 이해할 수 있는 저급언어로 변환된다.
이 변환된 저급언어를 목적 코드라고 한다.
인터프리터 언어
- 인터프리터에 의해 소스코드가 한 줄씩 실행되는 고급언어이다.
- 대표적인 인터프리터 언어 :
Python - 인터프리터(
interpreter) : 소스코드를 한 줄씩 저급언어로 변환해 실행해주는 도구
- 대표적인 인터프리터 언어 :
- 컴파일 언어와는 달리, 한 줄씩 한 줄씩 차례로 실행된다.
- 컴퓨터와 대화하듯 소스코드를 한 줄씩 실행하기 때문에 소스코드 전체를 저급언어로 변환하는 시간을 기다릴 필요가 없다.
- 한 줄씩 실행되기 때문에 소스코드 N번째 줄에 문법 오류가 있더라도 N-1번째 줄까지는 올바르게 수행된다.
컴파일언어와 인터프리터 언어의 차이점
- 컴파일 : 오류가 발생하면 소스코드 전체가 실행되지 않음
- 인터프리터 : 오류가 발생하면 오류 발생 전까지의 코드는 실행
둘 중 누가 더 빠를까 ?
결론 : 컴파일이 더 빠르다.
이유 : 목적코드는 컴퓨터가 이해하고 실행할 수 있는 저급언어인 반면,
인터프리터 언어는 소스 코드 마지막에 이를 때까지 한 줄 한 줄씩 저급언어로 해석하며 실행해야하기 때문이다.
명령어의 구조
연산코드와 오퍼랜드
- 누군가에게 명령을 할 때와 동일하게 컴퓨터도 **'무엇을 대상으로, 어떤 작동을 수행해라'**는 구조로 되어있다.
- 명령어 : 연산코드와 오퍼랜드로 구성되어있다.
- 연산코드 : 색 배경 필드값, 즉 '명령어가 수행할 연산'
- 오퍼랜드 : 흰색 배경 필드값, 즉 '연산에 사용할 데이터' 또는 '연산에 사용할 데이터가 저장된 위치'
- 연산코드 👉🏻 연산자 / 오퍼랜드 👉🏻 피연산자 라고 부른다.
오퍼랜드
- 오퍼랜드 필드에는 숫자나 문자와 같이 연산에 사용할 데이터를 직접 명시하기보다는, 많은 경우 연산에 사용할 데이터가 저장된 위치, 즉, 메모리 주소나 레지스터 이름이 담긴다.
- 오퍼랜드 필드를 주소 필드라고 부른다.
- 오퍼랜드 갯수는 0, 1, 2, 3개 일 수도 있다.
- 0-주소 명령어
- 1-주소 명령어
- 2-주소 명령어
- 3-주소 명령어
연산코드
👉🏻 가장 기본적인 연산 코드 유형 4가지
- 데이터 전송
- 산술/논리 연산
- 제어 흐름 변경
- 입출력 제어
- 명령어의 종류와 생김새는
CPU마다 다르기 때문에 연산코드의 종류와 생김새 또한CPU마다 다르다. - 대부분의
CPU가 공통으로 이해하는 대표적인 연산 코드의 종류 정도로만 이해해도 무방하다.
데이터 전송
MOVE: 데이터를 옮겨라STORE: 메모리에 저장해라LOAD (FETCH): 메모리에서CPU로 데이터를 가져와라PUSH: 스택에 데이터를 저장하라POP: 스택의 최상단 데이터를 가져와라
산술/논리 연산
ADD / SUBTRACT / MULTIPLY / DIVIDE: 덧셈 / 뺄셈 / 곱셈 / 나눗셈을 수행해라INCREMENT / DECREMENT: 오퍼랜드에 1을 더해라 / 오퍼랜드에 1을 빼라AND / OR / NOT: AND / OR / NOT 연산을 수행해라COMPARE: 두 개의 숫자 또는TURE / FALSE값을 비교해라
제어 흐름 변경
JUMP: 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라CONDITIONAL JUMP: 조건에 부합할 때 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라HALT: 프로그램의 실행을 멈춰라CALL: 되돌아올 주소를 저장한 채 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라RETURN:CALL을 호출할 때 저장했던 주소로 돌아가라
입출력 제어
READ(INPUT): 특정 입출력 장치로부터 데이터를 읽어라WRITE(OUTPUT): 특정 입출력 장치로 데이터를 써라START IO: 입출력 장치를 시작해라TEST IO: 입출력 장치의 상태를 확인해라
주소 지정 방식
"왜 오퍼랜드 필드에 메모리나 레지스터의 주소를 담는 이유는 무엇일까 ?"
- 명령어 길이 때문이다.
- 유효 주소(
effective address) : 연산의 대상이 되는 데이터가 저장된 위치 - 주소 지정 방식(
addressing mode) : 오퍼랜드 필드에 데이터가 저장된 위치를 명시할 때 연산에 사용할 데이터 위치를 찾는 방법 - 대표적인 주소 지정 방식 5가지를 알아보자.
즉시 주소 지정 방식 (immediate addressing mode)
- 연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시하는 방식
- 가장 간단한 형태의 주소 지정 방식
- 연산에 사용할 데이터를 메모리나 레지스터로부터 찾는 과정이 없기 때문에 이하 설명할 주소 지정 방식들보다 빠르다.
- 데이터의 크기가 작아지는 단점이 있다.
직접 주소 지정 방식 (direct addressing mode)
- 오퍼랜드 필드에 유효 주소를 직접적으로 명시하는 방식
- 오퍼랜드 필드에서 표현할 수 있는 데이터의 크기는 즉시 주소 지정 방식보다 더 커졌지만, 유효 주소를 표현할 수 있는 범위가 연산 코드의 비트 수만큼 줄어들고, 유효 주소에 제한이 생길 수 있다.
간접 주소 지정 방식 (indirect addressing mode)
- 유효 주소의 주소를 오퍼랜드 필드에 명시한다.
- 유효 주소의 범위는 직접 주소 지정 방식보다 넓어졌지만, 두 번의 메모리 접근이 필요하기 때문에 앞의 주소방식들 보다는 일반적으로 느린방식이다.
- 연산에 사용할 데이터가 레지스터에 저장된 경우도 있는데 이 경우, 레지스터 주소 지정 방식 또는 레지스터 간접 주소 지정 방식을 사용할 수 있다.
레지스터 주소 지정 방식 (register addressing mode)
- 직접 주소 지정 방식과 비슷하게 연산에 사용할 데이터를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시하는 방법
- 일반적으로
CPU외부에 있는 메모리에 접근하는 것보다CPU내부에 있는 레지스터에 접근하는 것이 빠르다. - 그러므로 직접 주소 지정 방식보다 빠르게 데이터에 접근한다.
- 단점은 표현할 수 있는 레지스터 크기에 제한이 생길 수 있다는 점이다.
레지스터 간접 주소 지정 방식 (register indirect addressing mode)
- 연산에 사용할 데이터를 메모리에 저장하고 그 주소(유효 주소)를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 명시하는 방법
- 유효 주소를 찾는 과정이 간접 주소 지정 방식과 비슷하지만, 메모리에 접근하는 횟수가 한 번으로 줄어든다는 차이이자 장점이 있다.
💡 오퍼랜드 필드에 명시하는 값, 총 정리 💡
주소 지정 방식 : 연산에 사용할 데이터를 찾는 방법
유효 주소 : 연산에 사용할 데이터가 저장된 위치
즉시 주소 지정 방식 : 연산에 사용할 데이터
직접 주소 지정 방식 : 유효 주소 (메모리 주소)
간접 주소 지정 방식 : 유효 주소의 주소
레지스터 주소 지정 방식 : 유효 주소 (레지스터 이름)
레지스터 간접 주소 지정 방식 : 유효 주소를 저장한 레지스터
📍사진 출처