이 글은 혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제 (저자 : 강민철)의 책과 유튜브 영상을 참고하여 개인적으로 정리하는 글임을 알립니다.
반드시 알아야 할 레지스터
프로그램 카운터
명령어 레지스터
메모리 주소 레지스터
메모리 버퍼 레지스터
플래그 레지스터
범용 레지스터
스택 포인터
베이스 레지스터
프로그램 카운터
메모리에서 가져올 명령어의 주소(메모리에서 읽어 들일 명령어의 주소)를 저장
프로그램 카운터를 명령어 포인터라고 부르는 CPU도 있음
명령어 레지스터
방금 읽어 들어 들인 명령어를 저장하는 레지스터
제어장치는 명령어 레지스터 속 명령어를 받아들이고 해석한 뒤 제어 신호를 내보냄
메모리 주소 레지스터
메모리의 주소를 저장하는 레지스터
CPU가 읽고자 하는 주소 값을 주소 버스로 보낼 때 메모리 주소 레지스터를 거침
메모리 버퍼 레지스터
메모리와 주고받을 값(데이터와 명령어)을 저장하는 레지스터
CPU가 데이터 버스로 주고받을 값은 메모리 버퍼 레지스터를 거침
메모리에 저장된 프로그램을 실행하는 과정에서 프로그램 카운터, 명령어 레지스터, 메모리 주소 레지스터, 메모리 버퍼 레지스터에 어떤 값들이 담기는가?
1. 메모리에 실행할 프로그램이 1000번지부터 1500번지까지 저장되어 있다고 가정하고, 1000번지에는 2진수 1101이 저장되어 있다고 가정하자
2. 프로그램을 처음부터 실행하기 위해 프로그램 카운터에는 1000이 저장된다. 이는 메모리에서 가져올 명령어가 1000번지에 있다는 것을 의미
3. 1000번지를 읽어 들이기 위해서 주소 버스로 1000번지를 내보내야한다. 이를 위해 메모리 주소 레지스터에는 1000이 저장된다.
4. '메모리 읽기' 제어 신호와 메모리 주소 레지스터 값이 각각 제어 버스와 주소 버스를 통해 메모리로 보내진다.
5. 메모리 1000번지에 저장된 값은 데이터 버스를 통해 메모리 버퍼 레지스터로 전달되고, 프로그램 카운터는 증가되어 다음 명령어를 읽어 들일 준비를 한다.
프로그램 카운터 메모리에서 현재 실행할 값인 1101을 메모리 버퍼 레지스터로 이동되었으니 프로그램 카운터는 1001번지 데이터를 읽어 들인다. 이 과정이 반복되면서 CPU는 프로그램을 차례대로 실행해 나간다. 결국 CPU가 메모리 속 프로그램을 순차적으로 읽어 들이고 실행해 나갈 수 있는 이유는 CPU속 프로그램 카운터가 꾸준히 증가하기 때문이다.
6. 메모리 버퍼 레지스터에 저장된 값은 명령어 레지스터로 이동한다.
7. 제어장치는 명령어 레지스터의 명령어를 해석하고 제어 신호를 발생시킨다.
범용 레지스터
범용 레지스터는 일반적인 상황에서 자유롭게 사용할 수 있는 레지스터이다.
다른 레지스터는 특정 용도가 있지만 범용 레지스터는 용도가 다양함
범용 레지스터는 CPU 내에서 여러개가 존재
플래그 레지스터
연산 결과 또는 CPU 상태에 대한 부가적인 정보를 저장하는 레지스터
스택 주소 지정 방식(특정 레지스터를 이용한 주소 지정방식 1)
스택 포인터, 베이스 레지스터는 주소 지정에 사용될 수 있는 특별한 레지스터이다.
스택 포인터는 스택 주소 지정 방식이라는 주소 지정 방식에 사용되고, 프로그램 카운터와 베이스 레지스터는 변위 주소 지정 방식이라는 주소 지정 방식에 사용된다.
스택 주소 지정 방식은 스택과 스택 포인터를 이용한 주소 지정 방식이다.
스택 포인터란 스택의 꼭대기를 가리키는 레지스터이다. 즉, 스택 포인터는 스택에 마지막으로 저장한 값의 위치를 저장하는 레지스터이다.
스택은 어디에 있을까? 스택은 메모리 안에 있다. 정확히는 메모리 안에 스택처럼 사용할 영역이 정해져 있다. 이를 스택 영역이라고 한다.
변위 주소 지정 방식(특정 레지스터를 이용한 주소 지정 방식 2)
변위 주소 지정 방식이란 오퍼랜드 필드 값(변위)과 특정 레지스터의 값을 더하여 유효 주소를 얻어내는 주소 지정 방식이다.
변위 주소 지정 방식을 사용하는 명령어는 연산 코드 필드, 어떤 레지스터의 값과 더할지를 나타내는 레지스터 필드, 주소를 담고 있는 오퍼랜드 필드가 있다.
이때, 변위 주소 지정 방식은 오퍼랜드 필드의 주소와 어떤 레지스터를 더하는지에 따라 상대 주소 지정 방식, 베이스 레지스터 주소 지정 방식 등으로 나뉜다.
상대 주소 지정 방식
오퍼랜드와 프로그램 카운터의 값을 더하여 유효 주소를 얻는 방식이다.
프로그램 카운터에는 읽어 들일 명령어의 주소가 저장되어 있다. 만약 오퍼랜드가 음수(-3)라면 CPU는 읽어 들이기로 한 명령어로부터 -3번지로 접근한다.
오퍼랜드가 +3이라면 아래와 같다.
베이스 레지스터 주소 지정 방식
오퍼랜드와 베이스 레지스터의 값을 더하여 주소를 얻는 방식이다.
베이스 레지스터는 '기준 주소', 오퍼랜드는 '기준 주소로부터 떨어진 거리' 로서의 역할을 한다.
즉, 베이스 레지스터 주소 지정 방식은 베이스 레지스터 속 기준 주소로부터 얼마나 떨어져 있는 주소에 접근할 것인지를 연산하여 유효 주소를 얻어내는 방식이다.
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