01. 소스 코드와 명령어

고급 언어와 명령어

고급언어: 사람을 위한 언어
저급언어: 컴퓨터가 직접 이해하고 실행할 수 있는 언어
기계어: 0과 1의 명령어 비트로 이루어진 언어
어셈블리어: 0과 1로 표현된 명령어를 읽기 편한 형태로 변역한 저급 언어

컴파일 언어와 인터프리터 언어

고급 언어가 변환되는 방식은 컴파일 방식과 인터피리트 방식이 있음

컴파일 언어

컴파일러에 의해 소스 코드 전체가 저급 언어로 변환되어 실행되는 고급 언어
대표적으로 C가 있음
컴파일 언어로 작성된 코드 전체가 저급 언어로 변환되는 과정을 컴파일이라 함
컴파일을 수행해 주는 도구를 컴파일러라 함
컴파일러는 개발자가 작성한 소스 코드 전체를 쭉 훑어보며 문법적 오류, 실행 가능성 등을 따짐

⇒ 오류를 하나라도 발견하면 해당 소스 코드는 컴파일에 실패
컴파일러를 통해 저급 언어로 변환된 코드를 목적코드라 함

인터프리터 언어

인터프리터에 의해 소스코드가 한 줄씩 실해오디는 고급 언어
대표적으로 python이 있음
소스코드를 한줄씩 저급 언어로 변환하여 실행하는 도구를 인터프리터라 함
소스코드 전체를 저급 언어로 변환하는 시간을 기다릴 필요가 없음
한 줄씩 코드를 실행하기에 N번째 줄에 오류가 있다하더라도 N-1번째줄까지 수행 가능

💡 인터프리터 언어는 컴파일 언어보다 느림

⇒ 목적 코드는 컴퓨터가 이해하고 실행하는 저급언어이지만, 인터프리터 언어는 한줄씩 저급 언어로 해석하며 실행해야하기 때문

02. 명령어의 구조

연산 코드와 오퍼랜드

명령어는 연산코드와 오퍼랜드로 구성
연산코드(operation code): 명령어가 수행할 연산, 연산자
오퍼랜드(operand): 연산에 사용할 데이터, 피연산자
연산 코드 필드: 연산코드가 담기는 영역
오퍼랜드 필드: 오퍼랜드가 담기는 영역

오퍼랜드

연산에 사용할 데이터로 피연산자라고도 불림
오퍼랜드 필드에는 숫자와 문자 등을 나타내는 데이터 혹은 메모리나 레지스터 주소가 올 수도 있음
메모리의 주소나 레지스터 이름이 주로 담김

⇒ 오퍼랜드 필드를 주소 필드라고도 부름
0-주소 명령어: 오퍼랜드가 하나도 없는 명령어
1-주소 명령어: 오퍼랜드가 하나인 명령어
2-주소 명령어: 오퍼랜드가 두 개인 명령어
3-주소 명령어: 오퍼랜드가 세 개인 명령어

연산 코드

가장 기본적인 연산 코드 유형은 크게 네가지로 나뉨
1. 데이터 전송
  - MOVE: 데이터 옮겨라
  - STORE: 메모리에 저장하라
  - LOAD(FETCH): 메모리에서 CPU로 데이터를 가져와라
  - PUSH: 스택에 데이터를 저장하라
  - POP: 스택에 최상단 데이터를 가져와라
2. 산술/논리 연상
  - ADD / SUBTRACT / MULTIPLY / DIVIDE: 덧셈 / 뺄셈 / 곱셈 / 나눗셈을 수행하라
  - INCREMENT / DECREMENT: 오퍼랜드에 1을 더하라/ 오퍼랜드에 1을 빼라
  - AND / OR / NOT: AND / OR / NOT 연산을 수행하라
  - COMPARE: 두 개의 숫자 또는 TRUE/FALSE 값을 비교하라
3. 제어 흐름 변경
  - JUMP: 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라
  - CONDITIONAL JUMP: 조건에 부합할 때 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라
  - HALT: 프로그램 실행을 멈춰라
  - CALL: 되돌아올 주소를 지정한 채 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라
  - RETURN: CALL을 호출할 때 지정했던 주소로 돌아가라
4. 입출력 제어
  - READ(INPUT): 특정 입출력 장치로부터 데이터를 읽어라
  - WRITE(OUTPUT): 특정 입출력 장치로 데이터를 써라
  - START IO: 입출력 장치를 시작하라
  - TEST IO: 입출력 장치의 상태를 확인하라

주소 지정 방식

오퍼랜드 필드에 데이터가 저장된 위치를 명시할 때 연산에 사용할 데이터 위치를 찾는 방법

⇒ 유효 주소를 찾는 방법
유효 주소: 연산의 대상이 되는 데이터가 저장된 위치

즉시 주소 지정 방식

연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시하는 방식
데이터의 크기가 작아지지만 연산에 사용할 데이터를 찾는 과정이 없기에 다른 방식들 보다 빠름

직접 주소 지정 방식

오퍼랜드 필드에 유효 주소를 직접적으로 명시하는 방식
즉시 주소 지정 방식보단 커졌지만 오퍼랜드 필드의 길이가 연산 코드의 길이만큼 짧아져 표현할 수 있는 유효 주소에 제한이 생길 수 있음

간접 주소 지정 방식

유효 주소의 주소를 오퍼랜드의 필드의 명시
직접 주소 지정 방식보단 유효 주소의 범위가 넓어졌지만 두 번의 매모리 접근이 필요하여 일반적으로 느린 방식

레지스터 주소 지정 방식

연산에 사용할 데이터를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시하는 방법
CPU 외부에 있는 메모리에 접근하는 것보다 CPU 내부에 있는 레지스터에 접근하는 것이 빠름

⇒ 직접 주소 지정 방식보다 빠르게 데이터데 접근 가능
단점은 직접 주소 지정 방식과 같음

레지스터 간접 주소 지정 방식

연산에 사용할 데이터를 메모리에 저장하고 유효 주소를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 명시하는 방법
유효 주소를 찾는 과정이 간접 주소 지정 방식과 비슷하지만 메모리에 접근하는 횟수가 한번으로 줄어듦

📍사진 출처

[한빛미디어 유튜브] 컴퓨터 공학 기초 강의