명령어의 구성

1. 명령어의 구성 컴퓨터 명령어의 개요 컴퓨터 명령어 형식 주소지정방식 명령어의 종류

2. 명령어의 개요 • 컴퓨터의 논리적 구조의 이해 • 어셈블리어 매뉴얼을 참조 • 하드웨어에 의해 실행되는 명령어에 대한 자세한 사항을 기록 • 명령어의 2진 코드와 기호화된 이름에 대한 정의를 기록 • 컴퓨터는 다양한 명령어와 명령어 형태를 가짐 • 제어장치에서 명령어를 해석하고 실행하기 위한 제어신호를 제공 • 명령어 • 컴퓨터가 어느 정보를 가지고 어떤 처리를 하는지를 나타내는 것으로 연산코드와 오퍼랜드로 구성

3. 명령어의 구성 • 명령어의 구성 • 연산코드와 오퍼랜드로 구성 • OP code : 처리해야 할 연산의 종류 • Operand(피연산자) : 처리할 정보나 처리된 정보 • 명령어 형식 • 명령어를 구성하는 필드의 수와 배치방식 및 각 필드의 비트 수 • 필드라는 비트그룹으로 나뉨 • 연산코드 필드 : 수행할 연산을 위한 명령어를 나타냄 • 오퍼랜드 필드 : 연산코드에서 결정된 명령을 수행할 대상이 되는 데이터 또는 데이터가 저장된 주소를 나타냄 연산코드(OP code) 오퍼랜드(Operand)

4. 명령어의 기능 • 함수연산 기능 • 데이터 처리 명령어가 산술과 논리 연산을 수행 • 전달기능 • 데이터 전송 명령어가 레지스터 사이의 정보 전달이나 중앙처리 장치와 주기억 장치 사이의 정보 이동을 수행 • 제어기능 • 프로그램 제어 명령어가 명령어의 수행 순서를 제어

5. 컴퓨터 명령어 형식 • 명령어 set • 컴퓨터에서 사용할 수 있는 명령어의 집합 • 컴퓨터의 구조적 정보를 나타내는 가장 중요한 정보 • 컴퓨터 계열(family)에 속하는 컴퓨터들은 컴퓨터 자체는 달라도 명령어 set은 동일하나 계열이 다르면 다른 명령어 set을 가짐 • 윈도우 계열 Vs 유닉스 계열 Vs 매킨토시 계열

6. 기억 장소에 따른 명령어 형식 • 오퍼랜드를 기억시켜 놓는 장소에 따른 명령어 형식의 분류 • 누산기를 이용한 명령어 형식 • 다중 레지스터를 이용한 명령어 형식 • 스택 구조를 이용한 명령어 형식

7. 입력버스 특수 레지스터 (PC, MAR, MBR) 산술/논리연산장치 (ALU) 누산기 (AC) 출력버스 기억 장소에 따른 명령어 형식 - 누산기 • 누산기를 이용한 명령어 형식(1주소 명령어) • 함수 연산 기능의 명령어를 수행할 때 오퍼랜드 중의 하나가 누산기에 기억되도록 하는 컴퓨터 구조 • 중앙처리장치 내에 있는 유일한데이터 레지스터 • 오퍼랜드를 기억시키는 레지스터(누산기) • 하나의 기억 장치 주소 필드를 사용 • ADD X  AC  AC + M[X] • 누산기의 내용 + X번지 내용  누산기에 저장

8. 입력버스 레지스터 set 산술/논리연산장치 (ALU) 출력버스 기억 장소에 따른 명령어 형식 - 다중레지스터 • 다중레지스터를 이용한 명령어 형식(2-3주소) • 중앙처리장치 내에 여러 개의레지스터 • 세 개의 레지스터가 필요 • 예 • ADD R1, R2, R3  R3  R1 + R2 • ADD R1, R2  R2  R1 + R2 • MOVE R1, R2  R2  R1

9. 5 4 3 산술/논리 연산장치 스택 포인터 2 1 0 스택 기억 장소에 따른 명령어 형식 –스택구조 • 스택 구조를 이용한 명령어 형식(0주소) • 연산에 필요한 오퍼랜드와 연산의 결과를 스택에 기억시키는 구조 • 스택(Stack : LIFO) • 가장 마지막에 저장된 데이터를 가장 먼저 얻는 후입선출의 특성을 가지는 데이터 구조 • 명령어 형식은 연산코드만 표시 • ADD  주소 필드가 필요 없음 • Push X  TOS  M[X] • POP X  M[X]  TOS

10. 연산코드 오퍼랜드1 오퍼랜드2 오퍼랜드3 오퍼랜드 수에 따른 명령어 형식-3주소 • 3-주소 명령어(three-address instruction) 형식 • 오퍼랜드의 수가 3개인 명령어 형식 • 주소필드는 처리장치 레지스터 혹은 기억장치 레지스터 • ADD A, B, R1  R1  M[A] + M[B] • 장점 • 산술식을 프로그램하는 데 있어서 프로그램의 길이가 짧아짐 • 단점 • 3주소 명령어를 2진 코드화 했을 때 세 개의 오퍼랜드를 나타내기 위한 비트 수가 다른 주소 명령어 형식보다 많이 필요

11. 오퍼랜드 수에 따른 명령어 형식-2주소 • 2-주소 명령어 형식 • 오퍼랜드의 수가 2개인 명령어 형식 • 상업용 컴퓨터에서 가장 많이 사용 • 주소필드는 처리장치 레지스터 혹은 기억장치 레지스터 • MOVE A, R1  R1  M[A] • ADD B, R1  R1  R1 + M[B] • 장점 • 3주소 명령어에 비해 명령어의 길이가 짧아짐 • 단점 • 같은 내용을 수행하기 위한 명령어의 수가 증가 • 3주소 (1개의 명령어) Vs 2주소(2개의 명령어) ADD A, B, R1

12. 오퍼랜드 수에 따른 명령어 형식-1주소 • 1-주소 명령어 형식 • 오퍼랜드의 수가 1개인 명령어 형식 • 오퍼랜드를 가져오거나 연산결과를 저장하기 위한 임시적인 장소로 누산기를 사용 • LOAD A  AC  M[A] • ADD B  AC  AC+M[B] • STORE X  M[X]  AC • 장점 • 3주소 명령어에 비해 명령어의 길이가 짧아짐 • 단점 • 같은 내용을 수행하기 위한 명령어의 수가 증가 • 3주소 (1개의 명령어) Vs 1주소(3개의 명령어) R1 ADD A, B, X

13. 오퍼랜드 수에 따른 명령어 형식-0주소 • 0-주소 명령어 형식 • 기억장치 스택을 사용하며 주소 필드는 사용하지 않음 • TOS : 스택의 최상위 • TOS-1 : 최상위의 바로 아래 항목 • 산술 연산의 수행 • TOS-1의 오퍼랜드를 가져와 연산을 수행한 후에 결과를 TOS에 저장 • 레지스터와 기억장치 주소를 사용하지 않음 • PUSH A  TOS  M[A] • PUSH B  TOS  M[B] • ADD  TOS  TOS+TOS-1 • POP X  M[X]  TOS • 명령어의 길이가 짧아 기억공간을 적게 차지하나 많은 양의 정보가 스택과 주기억장치를 이동하므로 비효율적 ADD A, B, X

14. 오퍼랜드 수에 따른 장단점 • 오퍼랜드 수가 많아질수록 • 명령어가 복잡 • 레지스터의 수가 많아져 연산속도가 빨라짐 • 프로그램이 짧아져 프로그램당 명령어 수가 감소 • 오퍼랜드 수가 적어질수록 • 명령어가 간단 • 실행속도 증가 • 프로그램 길이 증가

15. 연산코드 방식 주소 혹은 오퍼랜드 주소 지정 방식 • 주소지정방식 • 프로그램 수행시 오퍼랜드의 지정 방법을 결정 • 오퍼랜드를 실제 참조하기 전에 명령어의 오퍼랜드를 변경하거나 해석하는 규칙을 지정하는 형식 • 유효 주소 • 규칙의 적용에 의해 만들어진 오퍼랜드 주소 • 주로 주소 필드의 값이 바로 오퍼랜드의 주소가 됨 • 계산해야 할 때도 있음 • 별도의 연산필드를 가진 명령어 형식 • 연산코드 : 수행할 연산의 종류를 지정 • 연산방식 : 연산에 필요한 오퍼랜드의 주소를 알아내는데 사용 • 주소 필드 : 존재하면 기억 장치나 레지스터의 주소를 지정

16. 의미 주소 지정(implied mode) • 주소필드를 필요로 하지 않는 방식 • 연산코드에 지정된 묵시적 의미의 오퍼랜드를 지정 • 스택에서 ADD와 같은 명령어는 스택의 TOS 항목과 그 아래 항목을 더하여 스택의 TOS 저장하는 명령어로서 오퍼랜드가 스택의 TOS에 있다는 것을 묵시적으로 가정 • MUL X  AC  AC X M[X] • X가 곱해지는 대상과 저장되는 위치가 모두 AC인 것으로 묵시적 지정이 됨 • 장점 • 오퍼랜드가 생략되므로 명령어의 길이가 짧아짐 • 단점 • 명령어의 종류가 제한됨

17. 즉치 주소 지정(immediate mode) • 오퍼랜드를 명령어 자체 내에 지정 • 오퍼랜드에 저장된 내용이 명령어에서 사용될 실제 데이터 • 레지스터나 변수의 값을 초기화하는데 유용 • LDI 100, R1  R1  100 • 레지스터 R1에 데이터 100을 초기화 • 장점 • 오퍼랜드가 데이터이므로 기억장치 접근이 필요 없음 • 단점 • 데이터의 크기가 오퍼랜드의 비트 수에 의해 제한

18. 직접 주소 지정(direct-addressing mode) • 명령어의 주소필드에 직접 오퍼랜드의 주소를 저장시키는 방식 • 오퍼랜드에 저장된 내용이 가리키는 주소로 가야 실제 데이터 • AC  M[ADRS] • ADRS의 값이 가지는 주소로 가서 실제 데이터를 가져다 AC에 저장 • 장점 • 기억장치를 한번만 접근 • 단점 • 오퍼랜드의 길이에 의해 접근할 수 있는 기억장치의 주소공간에 한계가 있음

19. 간접 주소 지정(indirect-addressing mode) • 명령어의 주소필드에 유효 주소가 저장되어 있는 기억장치의 주소를 기억 • 오퍼랜드가 가리키는 주소로 가서 다시 그 값이 가리키는 주소로 가야 실제 데이터 • AC  M[M[ADRS]]  M[ADRS] • ADRS의 값이 가지는 주소에서 다시 그 값을 주소로 하는 실제 데이터를 가져다 AC에 저장 • 장점 • 기억장치의 주소 공간이 CPU가 한번에 접근할 수 있는 단어의 길이에 의해 결정 • 단점 • 두 번의 기억장치 접근이 필요 • 주소지정 방식을 나타내는 방식필드(mode)가 필요 • 직접=0, 간접=1

20. 레지스터와 레지스터 간접주소지정(register mode) • 레지스터 방식 • 오퍼랜드에 실제 오퍼랜드가 저장된 레지스터가 저장 • 오퍼랜드에는 레지스터 번호가 저장  유효주소=레지스터번호 • 장점 : 오퍼랜드의 비트가 적고 레지스터를 접근하므로 고속 • 단점 :오퍼랜드가 중앙처리장치의 레지스터로 제한 • 레지스터 간접주소지정 방식 • 레지스터가 실제 오퍼랜드가 저장된 기억장치의 주소 값을 갖고 있는 방식 • 오퍼랜드 자체가 아니라 오퍼랜드가 저장된 주소를 가짐 • 유효 주소 = 지정된 레지스터에 있는 주소 • 자동 증가나 자동 감소 방식에 주로 사용 • 장점 : 주소필드의 비트 수가 직접 주소를 지정하는 것보다 적다

21. 상대 주소 지정 • 유효주소를 계산하기 위해 처리장치 내에 있는 특정 레지스터의 내용에 명령어 주소필드 값을 더하는 방식 • 명령어가 지정하는 오퍼랜드가 다음 실행 명령어 위치에서 상대적으로 얼마만큼 위치에 있다는 의미 • 분기형 명령어에서 주로 사용 • PC (program counter) • 상대 주소를 계산하기 위해 사용되는 레지스터 • 다음에 실행될 명령어가 있는 곳의 주소를 가짐 • 유효주소의 계산 • 유효주소 = 명령어 주소부분의 내용 + PC 의 내용 • 명령어 주소 부분 : 부호(+/-)가 있는 수

22. 인덱스된 주소 지정(indexed mode) • 인덱스된 주소지정 • 인덱스 레지스터의 내용을 명령어 주소 부분에 더해서 유효주소 구함 • 특정한 CPU레지스터나 레지스터 set 중의 하나 • 인덱스 레지스터는 명령어의 주소 영역에 대한 상대적인 위치 값을 가짐 • 배열을 인덱싱할 때 주로 사용 • 유효 주소 = 명령어 주소부분의 내용 + 인덱스레지스터의 내용 • 베이스-레지스터 모드 • 인덱스된 주소지정방식의 변형 • 인덱스 레지스터 대신 베이스-레지스터를 사용 • 베이스 레지스터는 베이스 주소를 가짐

23. 주소지정 방식의 요약 OP-code mode 250 PC = 250 251 연산코드 : AC에 적재하라 R1 = 400 252 AC 400 500 752 800 900 기억장치

24. 과 제 OP-code mode 100 PC = 100 101 연산코드 : AC에 적재하라 R1 = 200 102 AC 200 302 500 800 900 기억장치

25. 명령어의 종류 • 기본적인 명령어 집합 • 데이터 전송명령어 • 데이터 처리명령어 • 프로그램 제어명령어

26. 데이터 전송 명령어 • 2진 정보의 내용을 변화시키지 않고 한 장소에서 다른 장소로 데이터를 전송하는 것 • 레지스터간, 레지스터와 기억장치간, 기억장치간 • 입출력 명령어가 포함 • 대표적인 명령어

27. 데이터 처리 명령어 • 데이터에 대한 연산을 실행하고 컴퓨터에 계산 능력을 제공 • 산술 명령어 • 사칙연산에 대한 산술 명령어를 제공 • 1증가, 1감소, 2의 보수 등의 연산을 포함 • 논리와 비트 처리 명령어 • 레지스터나 기억장치에 저장된 단어에 대해 2진 연산을 수행 • 오퍼랜드 각 비트를 독립적으로 간주하며 각 비트를 부울식의 한 변수로 처리 • Clear, Set, Complement, AND, OR, … • 쉬프트 명령어 • 오퍼랜드의 비트를 왼쪽이나 오른쪽으로 이동 • 논리적 쉬프트 : 남는 비트는 0으로 채움 • 산술적 쉬프트 : 부호 비트는 고정, 왼쪽은 부호로 오른쪽은 0으로 • 회전형 쉬프트 : 버려지는 비트는 반대쪽으로 순환

28. 프로그램 제어 명령어 • 프로그램 명령어는 기억 장치에 연속적으로 저장됨 • 제어장치에 의해 연속적으로 읽어 하나씩 처리 • 명령어를 가져올 때마다 PC가 자동으로 1씩 증가되어 다음 명령어의 주소를 갖게 됨 • 프로그램 제어 명령어의 수행 • PC의 값과 제어 흐름이 바뀜 • 이전 계산 결과에 따라 흐름을 제어하거나 다른 프로그램 세그먼트로 분기할 수 있는 능력을 제공하기 때문에 가능