인프런의 개발자를 위한 컴퓨터 공학1 : 혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제 강의를 듣고, 학습 및 요약
1. 데이터
1. 0과 1로 숫자를 표현하는 방법
비트(bit) : 0과 1을 표현할 수 있는 가장 작은 단위
프로그램은 수많은 비트로 이루어져 있음
워드(word)
CPU가 한 번에 처리할 수 있는 정보의 크기 단위
- 하프 워드(half word) : 워드의 절반 크기
- 풀 워드(full word) : 워드 크기
- 더블 워드(double word) : 워드의 두 배 크기
이진법
0과 1로 숫자 표현하기
- 숫자가 1을 넘어가는 시점에 자리올림
- 우리가 일상적으로 사용하는 진법은 숫자가 9를 넘어갈 때 자리올림하는 십진법 (decimal)
- 0과 1로 음수 표현하기
- 모든 0과 1을 뒤집고 1 더한 값
16진법
수가 15를 넘어가는 시점에 자리올림
- 2진수 => 16진수 변환, 16진수 => 2진수 변환 쉽고 간편!
2. 0과 1로 문자를 표현하는 방법
문자 집합과 인코딩
- 문자 집합(character set)
- 컴퓨터가 이해할 수 있는 문자의 모음
- 인코딩(encoding)
- 코드화하는 과정
- 문자(문자 집합에 속한 문자)를 0과 1로 이루어진 문자 코드로 변환하는 과정
- 사람이 이해하는 문자 -> 컴퓨터가 이해하는 문자
- 디코딩(decoding)
- 코드를 해석하는 과정
- 0과 1로 표현된 문자 코드로 변환하는 과정
- 컴퓨터가 이해하는 문자 => 사람이 이해하는 문자
아스키코드
- 초창기 문자 집합 중 하나
- 알파벳, 아라비아 숫자, 일부 특수 문자 및 제어 문자
- 7비트로 하나의 문자 표현(128개의 문자표현 가능(2의 7승))
- 8비트 중 1비트는 오류 검출을 위해 사용되는 패리티 비트(parity bit)
- A는 65로 인코딩 / a는 97로 인코딩
- 인코딩이 간단하지만 한글을 포함한 다른 언어 문자, 다양한 특수 문자 표현 불가
- 128개보다 많은 문자를 표현할 수 없음
- 8비트 확장 아스키 (extended ASC2)이 등장했지만, 부족
한글 인코딩
- 완성형 인코딩 방식과 조합형 인코딩 방식이 존재함
- 완성형 인코딩 방식 : 단어 하나 자체에 고유한 코드를 부여함
- 조합형 인코딩 방식 : 자음 모음에 각각에다가 고유한 코드를 부여함(like 레고블럭)
EUC-KR (인코딩할 수 있는 홈페이지 : https://dencode.com/)
- 완성형 인코딩 방식
- 글자 하나 하나에 2바이트 크기의 코드 부여
- 2바이트(1바이트) == 16비트(8비트) == 4자리 16진수로 표현
- 즉, 한글 하나를 표현하기 위해 16진수 필요
- 2300여 개의 한글 표현 가능
- 쀏, 뙠, 휔 같은 한글은 표현 불가능(모든 한글을 표현하기에는 역부족!
유니코드 문자 집합과 UTF-8
유니코드
- 통일된 문자 집합
- 한글, 영어, 화살표와 같은 특수 문자, 이모티콘까지
- 현대 문자 표현에 있어 매우 중요함
- 인코딩 방식 : UTF-8, UTF-16, UTF-32 등
- U+는 16진수임을 표현! 뒤에 4자리가 실제 코드
UTF-8 인코딩
- UTF(Unicode Transformation Format) == 유니코드 인코딩 방법
- 가변 길이 인코딩 : 인코딩 결과가 1바이트 ~ 4바이트
- 인코딩 결과가 몇 바이트가 될지는 유니코드에 부여된 값에 따라 다름
글자가 깨질 때?
- 인코딩에 포함되는 것은 아닌 지 확인
- 문자집합에 속하지 않는 문자가 사용된 것은 아닌지 확인!
2. 명령어
1. 소스코드와 명령어
| 고급언어 | 저급언어 |
| 개발자가 이해하기 쉽게 만든 언어 | 컴퓨터가 이해하고 실행하는 언어, 전부 다 명령어로 이루어져 있음 |
| 컴파일 언어, 인터프리터 언어 | 기계어, 어셈블리어 |
저급 언어
- 기계어 : 0과 1로 이루어진 명령어로 구성
- 어셈블리어 : 0과 1로 이루어진 기계어를 읽기 편한 형태로 번역
고급 언어
- 컴파일 : 컴파일 언어로 작성된 소스 코드가 컴파일러에 의해 저급 언어로 변환되는 과정
- 컴파일 결과로 저급 언어인 목적 코드(원시 코드)가 생성
- 컴파일 되는 과정 : https://everysmallstep.tistory.com/303
- 인터프리터 언어 : 인터프리터에 의해 한 줄씩 실행된다.
- 소스 코드 전체가 저급 언어로 변환되기까지 기다릴 필요 없음
2. 명령어의 구조
- 명령어는 연산 코드와 오퍼랜드로 구성된다.
- 수행할 연산 + 오퍼랜드(연산에 사용될 데이터 혹은 연산에 사용될 데이터가 저장된 위치(주소필드))
- 오퍼랜드에는 연산에 사용될 데이터가 저장된 위치(주소 필드)가 훨씬 더 자주 저장된다.
연산 코드
| 데이터 전송 | 산술/논리 연산 | 제어 흐름 변경 | 입출력 제어 |
- 연산 코드의 종류 & 생김새는 CPU 마다 다르다.
대표적인 연산 코드의 종류
- 데이터 전송
- MOVE : 데이터를 옮겨라 (레지스터에서 다른 레지스터로 옮길 때)
- STORE : 메모리에 저장하라
- LOAD(FETCH) : 메모리에서 CPU로 데이터를 가져와라
- PUSH : 스택에 데이터를 저장하라
- POP : 스택의 최상단 데이터를 가져와라
- 산술/논리 연산
- 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
- 제어 흐름 변경
- JUMP : 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라
- CONDITIONAL JUMP : 조건에 부합할 때 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라
- HALT : 프로그램의 실행을 멈춰라
- CALL : 되돌아올 주소를 저장한 채 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라
- 함수 호출하고 나서 다시 호출했던 부분으로 되돌아오기
- RETURN : CALL을 호출할 때 저장했던 주소로 돌아가라
- 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
명령어 주소 지정 방식(addressing modes)
- 데이터 대신 메모리 주소 필드를 입력하는 이유: 데이터 크기의 한계 때문
- 연산에 사용할 데이터가 저장된 위치를 찾는 방법
- 유효 주소[(effective address) : 연산에 사용할 데이터가 저장된 위치]를 찾는 방법
- 다양한 명령어 주소 지정 방식들
- 즉시 주소 지정 방식 (immediate addressing mode)
- 연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시
- 가장 간단한 형태의 주소 지정 방식
- 연산에 사용할 데이터의 크기가 작아질 수 있지만, 빠름
- 직접 주소 지정 방식 (diresct addressing mode)
- 오퍼랜드 필드에 유효 주소 직접적으로 명시
- 유효 주소를 표현할 수 있는 크기가 연산 코드만큼 줄어듦
- 간접 주소 지정 방식 (indirect addressing mode)
- 오퍼랜드 필드에 유효 주소의 주소를 명시
- 앞선 주소 지정 방식들에 비해 속도가 느림(CPU가 메모리를 뒤적뒤적 거리기 때문에)=> CPU가 메모리 접근을 최소화 해야 속도가 빨라짐
- 레지스터 주소 지정 방식 (register addressing mode)
- 연산에 사용할 데이터가 저장된 레지스터 명시
- CPU가 메모리에 접근하는 속도보다 레지스터에 접근하는 것이 빠름(메모리는 CPU 밖에 있고, 레지스터는 CPU 안에 있기 때문)
- 직접 주소 지정 방식보다 조금 더 빠를 수 있음
- 레지스터 간접 주소 지정 방식 (register indirect addressing mode)
- 연산에 사용할 데이터를 메모리에 저장
- 그 주소를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 명시
'cs' 카테고리의 다른 글
| [혼공운영체제] 2. CPU의 작동원리(ALU와 제어장치, 레지스터) (0) | 2023.04.13 |
|---|---|
| 방화벽(Firewall)의 동작 원리 (0) | 2023.04.10 |
| CORS (0) | 2023.04.08 |
| [혼공운영체제] 0.컴퓨터 구조의 큰 그림(컴퓨터 핵심 부품) (0) | 2023.04.05 |
| MSA란? (0) | 2023.04.04 |
