계명대 컴퓨터 과학 개론 강의자료

1. An introduction to
computer
Science
- 컴퓨터 구조
2017. 03. 17
황태욱

2. 01 컴퓨터 하드웨어 구성
02 프로그램 명령어
03 프로그램 실행 동작
CONTENTS
04 Further Study

3. 1.1 컴퓨터 하드웨어 구성
컴퓨터 하드웨어는 중앙처리장치(CPU:Central Processing Unit),
주기억장치, 입출력장치 그리고 이들을 연결해주는 시스템 버스로 구성

4. 1.2 시스템 버스 종류
컨트롤 버스(Control bus): 제어 정보가 전달
주소버스(Control bus): 주기억장치 주소가 전달
데이터 버스(Data bus): 데이터가 전달

5. 1.3 프로그램 실행 과정
CPU
명령어 1
명령어 2
:
명령어 1
명령어 2
:
프로그램이 실행되기
위해서는 주기억장치로
들어가야 한다
명령어를 하나씩 차례대로
읽어 실행한다.
보조기억장치주기억장치

6. 1.4 중앙처리장치
시스템 버스
제어장치 Control Unit
프로그램 명령어를 해석하고, 해석된 명령의 의미에 따라 연산장치, 주기억장치, 입출력장치 등에 동작
을 지시
연산장치 ALU: Arithmetic and Logicl Unit 덧셈, 뺄셈 등 산술연산과 논리연산을 하는 장치로 제어장치의 지시에 따라 연산을 수행
레지스터 Register 주기억장치로부터 읽어온 명령어나 데이터를 저장하거나 연산된 결과를 저장하는 공간

7. 1.4 레지스터의 종류
레지스터 개수와 크기는 CPU 종류에 따라 차이가 있음
범용 레지스터 명령어 실행 중에 연산과 관련된 데이터를 저장
특수 목
적 레지
스터
프로그램 카운터 다음에 실행될 명령어가 저장된 주기억장치의 주소를 저장
명령어 레지스터 현재 실행중인 명령어를 저장
스택 포인터
주기억장치 스택의 데이터 삽입과 삭제가 이루어지는 주소를
저장
CPU는 3단계로 명령어를 처리 – 인출(fetch),
해독(decode), 실행(execute)
execute
fetch
decode

8. 1.5 Main Memory
0 1바이트
1 1바이트
2 1바이트
: :
254 1바이트
255 1바이트
프로그램과 이 프로그램이 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 장치
각 위치를 구분하기 위해 바이트(Byte) 또는 워드(word) 단위로 분할해
주소(address)를 할당
256 byte크기의 주기억장치 예
CPU
Byte 단위
256개의 주소를
가진 main
memory
Address bus: 8bit
Control bus: 1bit (Read/Write)
Data bus: 8bit

9. 1.5 Bus
Address Bus
Data Bus
Control Bus
주기억장치의 어느 위치에 데이터를 읽을지 또는 쓸지를
정해주는 값 main memory 크기에 따라 address bus의
크기 역시 정해 짐
Main memory에 읽거나 써야 할 데이터가 전송되는 bus
CPU가 한번에 전송할 수 있는 데이터의 크기와 같음
이 데이터는 보낼 수도 받을 수도 있으므로 양방향
데이터를 주기억장치에 쓸지 읽을지를 결정. CPU에서
Main memory에만 신호를 전달하므로 단방향

10. 2.1 프로그램 명령어
기본적으로 연산코드와 피연산자 부분으로 이루어 짐
연산코드 피연산자 명령어 기본 형식
연산코드: 덧셈, 뺄셈, AND, OR 등 CPU에서 실행해야 할 동작을 나타내는 부분
피연산자: 동작에 필요한 값 또는 저장공간을 타나냄
피연산자 개수는 CPU에 따라 차이가 있음
연산코드 피연산자1 피연산자2
이러한 경우 피연산자1과 피연산자2를 연산코드에 따라 처리한 결과를
피연산자 1에 저장한다는 의미

11. 2.2 명령어의 분류 및 범용레지스터
데이터 전송 명령어
레지스터 또는 주기억장치의 데이터를 레지스터 또는 주기억장치로
이동하는 명령어와 입출력장치와 데이터를 주고 받는 입출력 명령어
연산명령어 산술연산 및 온리연산, 비트를 이동하는 시프트 등의 명령어
분기 명령어 다음에 실행될 명령어를 새롭게 지정하는 명령어
CU
프로그램 카운터
명령어 레지스터
스택 포인터
AX
BX
CX
DX
ALU
main memory
Address bus
Control bus
Data bus

12. 2.3 데이터 전송 명령어
- register 또는 main memory에 지정된 값을 register 또는 main memory로 전송
- 상수 값을 register 또는 main memory로 전송
- 스택(stack)에 저장된 값을 register로 전송
- Register에 저장된 값을 스택으로 전송
Register, Main memory, 상수 값을 구별하기 위해 다음과 같이 가정한다.
- AX, BX, CX, DX는 Register를 의미
- 30, 100 같이 숫자로만 이루어진 값은 상수 값
- [10], [50] 처럼 대괄호는 main memory를 의미
[10]은 address 10의 main memory
B의 값을 A로 전송한다는 뜻 (사실상 A를 B의 값으로 바꾼다 라는 개념에 가까움)
A는 main memory와 register가 가능, B는 main memory와 register 및 상수 가능
예) MOV BX [150] main memory address150의 값을 register BX로 전송
MOV A B

13. 2.3 스택 명령어
PUSH AX
스택: Stack - 큐 라는 개념도 있음 Queue
Last in, First out
AX register 값을 stack에 삽입 – 이 경우 stack pointer를 1증가
POP BX
Stack에서 맨 위 값을 삭제하며 register BX에 저정 : stack pointer -1

14. 2.3 입출력 명령어
IN AX B
Port B에서 data를 읽어 register AX에 저장
OUT B AX
Register AX의 data를 port B로 출력하는 명령어
각 컨트롤러(controller)에는
포트(port)라는 유일한 번호가 부여

15. 2.3 연산명령어
ADD A B A에 B를 더해서 A에 저장
SUB A B A에 B를 빼서 A에 저장
MUL A B A에 B를 곱해서 A에 저장
DIV A B A를 B로 나누어 A에 저장
AND A B A, B를 AND 연산해서 A에 저장
OR A B A,B를 OR 연산해서 A에 저장
NOT A A의 1의 보수를 A에 저장
XOR A B A,B를 XOR 연산해서 A에 저장
SHR R B R 값을 오른쪽으로 B비트 만큼 이동시키고 빈곳에 0을 저장
SHL R B R 값을 왼쪽으로 B 비트만큼 이동시키고 빈곳에 0을 저장
CIR R B R 값을 오른쪽으로 B비트 만큼 이동시키고 벗어나는 비트를 왼쪽에 비는 곳에 저장
CIL R B R 값을 왼쪽으로 B 비트만큼 이동시키고 벗어나는 비트들을 오른쪽에 비는 곳에 저장
산술 연산
논리 연산
시프트(Shift) 연산

16. 2.3 분기 명령어
프로그램은 순차적으로 실행되나, JUMP나 CALL같은 분기명령어로 원하는
다른 위치의 명령어를 실행하게 할 수 있음
프로그램 카운터(Program Counter)라는 Register에 대해
지금 main memory [100]의 명령어를 실행한다면 program counter에는
다음 주소인 101이 저장됨
JUMP 100
Program Counter Register 값을 100으로 변경
CALL 100
Program Counter Register 값을 100으로 변경
다만 기존의 Program Counter Register 값을 Stack에 저장하고
향후에 RETURN을 실행할 경우 Stack에 저장된 기존 Program Counter
Register 값을 Stack에서 Pop시켜 Program Counter Register에 저장

17. 5. Further Study
큐: Queue
선입선출(先入先出, First In First Out;
FIFO)의 자료구조. 대기열이라고도 한다
기계어: Machine Code / Machine Language
어셈블리어: Assembler / Assembler Language

18. Q&A
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