명령어의 구조

컴퓨터 과학에서 명령어의 구조는 기본적이고 필수적인 지식인 거 같습니다.

이번에 공부를 통해 간단하게 이 구조에 대하여 알아보려 합니다.

| 명령어의 기본 구조

명령어는 크게 연산 코드(op-code)와 오퍼랜드(operand) 두 부분으로 나뉩니다.

 

연산 코드는 덧셈, 뺄셈과 같은 산술 연산이나 데이터 전송 같은 데이터로 수행할 동작을 의미하고,

오퍼랜드는 이러한 연산의 대상이 되는 데이터를 말합니다. 이런 오퍼랜드는 피연산자라고 할 수도 있고,

이는 데이터가 직접 명시되기도 하고, 레지스터 이름, 메모리 주소 같은 대상의 위치가 명시되기도 합니다.

 

또한 같은 코드를 실행하는 명령어의 개수는 오퍼랜드의 개수에 따라서 달라질 수 있습니다.

| 연산 코드의 종류

연산 코드는 크게 데이터 전송, 산술 / 논리 연산, 제어 흐름 변경, 입출력 제어 등으로 구분할 수 있습니다.

종류는 cpu마다 다르지만 대표적으로 사용되는 연산 코드는 다음과 같습니다.

데이터 전송

- MOVE: 데이터를 옮기기
- STORE: 데이터 저장하기
- LOAD(FETCH): 메모리에서 가져오기
- PUSH: 스택 최상단에 데이터 저장하기
- POP: 스택 최상단의 데이터를 가져오기

산술 / 논리 연산

- AND/SUBTRACT/MULTIPLY/DIVIDE: 덧셈/뺄셈/곱셈/나눗셈 하기
- INCREMENT/DECREMENT: 1증가/감소 시키기
- AND/OR/NOT: AND/OR/NOT 연산을 수행하기
- COMPARE: 두 숫자 또는 TRUE/FALSE값 비교하기

제어 흐름 변경

- JUMP: 특정 주소로 실행 순서 옮기기
- CONDITIONALJUMP: 조건에 부합할 경우 특정 주소로 실행 순서 옮기기
- HALT: 프로그램 실행 멈추기
- CALL: 되돌아올 주소를 저장한 채 특정 주소로 실행 순서 옮기기
- RETURN: CALL 호출 시 지정했던 주소로 돌아가기 (함수 호출 반환 시 사용)

입출력 제어

- READ(INPUT): 특정 입출력 장치로부터 데이터 읽기
- WRITE(OUTPUT): 특정 입출력 장치로 데이터 쓰기
- START IO: 입출력 장치 시작하기
- TEST IO: 입출력 장치 상태 확인

| 주소 지정 방식

오퍼랜드의 위치(주소)를 지정하는 방식은 다양합니다. 이는 명령어의 길이가 한정되어 있기 때문에
효율적으로 데이터의 위치를 찾기 위한 방법입니다.

 

주소 지정은 유효 주소를 찾는 방법이고, cpu마다 차이가 있습니다.

-> 유효주소: 연산 코드에 사용할 데이터가 저장된 위치

즉시 주소지정

- 연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시

- 가장 빠른 주소지정, 데이터 크기에 제한

직접 주소 지정

- 오퍼랜드 필드에 유효 주소(연산에 사용될 데이터가 저장된 메모리  주소) 명시

- 오퍼랜드 필드로 표현 가능한 메모리 주소 크기에 제한

간접 주소 지정

- 오퍼랜드 필드에 유효 주소의 주소 명시

- 유효 주소 크기에 제한은 없으나, 속도가 비교적 느림

레지스터 주소 지정

- 연산에 사용할 데이터를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시

레지스터 간접 주소 지정

- 연산에 사용할 데이터를 메모리에 저장하고, 그 주소(유효 주소)를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 명시

- 메모리 접근은 한번