🖥 Computer Science/컴퓨터 구조

🧐 의사 결정 명령어 컴퓨터는 단순히 산술 연산만을 진행하지 않습니다. 입력 데이터나 연산 결과에 따라 다른 명령어를 실행할 수 있습니다. 프로그래밍 언어에서는 보통 if 문장을 통해서 판단 기능을 표현합니다. RISC-V 어셈블리어에서는 go to 가 있는 if 문과 비슷한 판단 명령어를 가집니다. 두개의 명령어를 본 후 넘어가도록 하겠습니다. ⭐️ beq - 같으면 분기한다. beq rs1, rs2, L1 위 명령어는 rs1의 값이 rs2의 값과 같은 경우 L1으로 이동하라는 뜻입니다. ⭐️ bne - 같지 않으면 분기한다. bne rs1, rs2, L1 위 명령어는 rs1의 값이 rs2의 값과 같지 않은 경우 L1으로 이동하라는 뜻입니다. 🧐 조건부 분기 (Conditional branch) 조건부..

🧐 논리 연산 명령어 논리 연산의 종류로는 Shift 연산과, 비트별 AND, OR, XOR, NOT 의 연산이 존재합니다. 이번 글에서는 이러한 논리 연산 명령어들에 대해 알아보도록 하겠습니다. 🧐 Shift 연산 Shift 명령어는 워드 내의 모든 비트를 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시키고, 이동 후 빈자리는 0으로 채우는 명령어입니다. 예를 들어서 x19 레지스터에 다음과 같은 값이 있다고 가정하면 $00000000 \;\;00000000 \;\;00000000 \;\;0000$$1001_2 \;\;$$ = 9_{10} $ 왼쪽으로 4번 Shift 시키는 명령어를 실행시키면 다음과 같아집니다. $00000000 \;\; 00000000 \;\; 00000000 \;\; $$1001$$0000_2 \;\..

🧐 명령어 형식 (Instruction Format) 명령어는 명령 코드와 피연산자로 이루어집니다. 명령어들은 이진수로 인코딩되기 때문에, 명령어의 각 부분을 숫자로 볼 수 있습니다. 다음 예제를 통해 좀 더 자세히 살펴보도록 하겠습니다. 😮‍💨 예제 아래 어셈블리 명령어의 RISC-V 언어 버전을 십진수와 이진수로 표현해 보도록 하겠습니다. add x9, x20, x21 십진수 표현은 다음과 같습니다. 0 21 20 0 9 51 명령어의 각 부분을 필드(Field)라 부릅니다. 위에서 첫 번째, 네 번째, 여섯 번째 필드(0, 0, 51 부분)는 RISC-V 컴퓨터에게 이 명령어는 덧셈을 수행한다고 알려주는 부분입니다. 두 번째 필드는 덧셈에 사용할 두 번째 피연산자 레지스터의 번호( 21 = x21 ..

🧐 피연산자 (Operands) 산술 명령어의 피연산자에는 제약이 있습니다. 레지스터(register)의 주소 혹은 상수만이 해당 위치에 올 수 있습니다. RISC-V 컴퓨터는 32개의 레지스터를 가지고 있으며, 각각의 레지스터는 64비트를 저장할 수 있습니다. (32비트 컴퓨터의 경우 레지스터는 32비트를 저장할 수 있습니다.) 각각의 레지스터는 x0 부터 x31 까지의 주소를 가집니다. 여기서 워드(Word)라는 단어가 등장하는데, 워드는 컴퓨터에서의 접근 단위이며, 레지스터의 크기에 해당합니다. 그러나 본래의 의미와는 다르게 일반적으로 Word라고 하면 32비트를 떠올리며, 64비트 컴퓨터에서는 Word가 64비트이지만 Word는 32비트라는 인식이 강하므로, 64비트를 나타내기 위해 Double ..

🧐 명령어 컴퓨터의 하드웨어에게 일을 시키기 위해서는, 하드웨어가 알아들을 수 있는 언어로 명령을 해야 합니다. 컴퓨터 언어에서의 단어를 명령어(Instruction)라 칭합니다. 그리고 어떠한 CPU가 이해할 수 있는 명령어들을 모아놓은 것을 명령어 집합(Instruction set)이라 부릅니다. ISA가 다른 컴퓨터들은, 모두 다른 명령어 집합을 가지고 있습니다. 그러나 모두 유사한 구조를 가지고 있기에, 하나를 배우면 다른 것들도 쉽게 익숙해질 수 있습니다. 앞으로 등장하는 모든 명령어 집합은 RISC-V 입니다. ✏️ 참고 : CISC와 RISC CISC : Complex Instruction Set Computer RISC : Reduced Instruction Set Computer CISC..

성능의 정의 어떤 컴퓨터가 다른 컴퓨터보다 성능이 좋다는 것의 의미는 무엇일까요? 단순히 두 컴퓨터에서 같은 프로그램을 실행시키는 경우, 먼저 실행되고 먼저 끝나는 쪽이 더 성능이 좋다고 볼 수도 있을 것입니다. 그러나 여러 대의 서버를 가지고, 여러 사용자의 작업을 처리하는 서비스를 제공하는 경우, 하루 동안 더 많은 작업을 처리하는 컴퓨터가 더 성능이 좋다고 볼 수 있을 것입니다. 컴퓨터 사용자 개인의 입장에서는 응답시간(response time), 즉 실행시간이 제일 중요한 요소일 것이며, 서버 관리자의 경우에는 처리량(throughput) 혹은 대역폭(bandwidth)이 더 중요할 것입니다. 강조하고 싶은 내용은 상황에 따라 프로그램의 성능을 측정하는 척도가 달라질 수 있다는 것입니다. 예제 더..

프로그램의 내부 응용 프로그램을 실행하기 위해서는 응용 프로그램이 필요로 하는 여러가지 기능을 구현하는 복잡한 소프트웨어 라이브러리를 사용하게 됩니다. 반면 컴퓨터의 하드웨어는 아주 단순한 저수준의 명령어(인스트럭션)를 실행할 수 있을 뿐입니다. 따라서 응용 프로그램을 컴퓨터에서 실행하기 위해서는 작성된 복잡한 작업들을 아주 단순한 명령어로 번역하는 과정이 필요합니다. 이러한 과정을 여러 계층의 소프트웨어 추상화(Abstraction)를 통해 가능하게 만들었습니다. 소프트웨어 계층은 아래와 같이 구성됩니다. 응용 소프트웨어(Application software, 응용 프로그램)가 계층의 가장 바깥쪽에 위치하며, 여러가지 시스템 소프트웨어(System software)가 하드웨어와 응용 프로그램 사이에 존..