[ 컴퓨터구조 ] 2.4.3 명령어 세트

[ 실제 상용 프로세서들의 명령어 형식 ]

▣ CISC(Complex Instruction Set Computer) 프로세서

▪ 명령어들의 수가 많음
▪ 명령어 길이가 일정하지 않음(명령어 종류에 따라 달라짐) 

▪주소지정 방식이 매우 다양함→명령어 실행 시간이 길다 

[예] PDP 계열 프로세서, Intel 펜티엄 계열 프로세서

▣ RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서

▪ 명령어들의 수를 최소화
▪ 명령어 길이를 일정하게 고정
▪ 주소지정 방식의 종류를 단순화
[예] ATmega microcontroller, ARM 계열 프로세서

▣ PDP-10 프로세서 : 고정 길이의 명령어 형식 사용
▪ 단어의 길이 = 36 비트, 명령어의 길이 = 36 비트
▪연산코드 = 9비트→최대512종류의연산허용(실제365개)

▣ PDP-11 프로세서 : 다양한 길이의 명령어 형식들 사용

▪ 연산 코드 = 4 ∼ 16 비트
▪주소개수: 0,1,2개

▣ PDP-11의 명령어 형식들

[ 펜티엄 계열 프로세서의 명령어 형식 ]

▣ 펜티엄 계열 프로세서

▪  CISC 형으로 분류

▪  다양한 종류의 명령어 형식 사용

▪  펜티엄은 C나 FORTRAN과 같은 고급 언어가 효율적으로 실행될 수 있도록 하기 위해 여러 종류의 주소 지정 방식 제공

▪  기억장치 공간은 세그먼트(segment) 단위로 분리되어 엑세스

➢세그먼트 레지스터(SR)에 의하여 구분
➢SR은 6개가 있음
➢각 SR은 해당 세그먼트의 시작 주소를 가지고 있음

➢SR 이외에도 베이스 레지스터(BR)와 인덱스 레지스터(IX)가 주소지정에 사용됨

▪  펜티엄 계열 프로세서에서는 일단 유효 주소(EA)가 결정되면, 해당 세그먼트의 시작 주소와 유효 주소를 더하여 실제 기억장치를 엑세스 하는 데 사용되는 선형 주소(linear address: LA)를 생성함

▣ 선형 주소(linear address: LA)

▪ 프로세서가 발생하는 주소 = 유효 주소 + 세그먼트의 시작 주소 (각 세그먼트의 시작 주소는 해당 Segment Register(SR)에 저장)

▣ 펜티엄의 주소지정 방식들

▪ 즉시 방식(immediate mode)
➢데이터가 명령어에 포함되는 방식
➢데이터의 길이 = 바이트, 단어(word) 혹은 2중 단어(double word)

▪ 레지스터 방식(register mode)
➢유효 주소(EA)가 레지스터에 들어 있는 방식

▪ 변위 방식(displacement mode)
➢명령어에 포함된 변위(주소)가 유효 주소로 사용되는 방식으로서, 직접주소지정 방식에 해당

▪ 베이스 방식(base mode)

➢레지스터 간접 주소지정에 해당

▪ 상대 방식(relative mode)

➢변위값과 프로그램 카운터의 값을 더하여 다음 명령어의 주소로 사용하 는 방식

[ 펜티엄 계열 명령어 형식의 필드들 ]

▣ 연산 코드(Op code)

▪ 연산의 종류 지정. 길이 = 1 or 2 바이트

▣ MOD/RM

▪ 주소지정 방식 지정 

▣ SIB

▪ MOD/RM 필드와 결합하여 주소지정 방식을 완성 

▣ 변위(displacement)

▪ 부호화된 정수(변위)

▣ 즉시(immediate)

▪ 즉시 데이터

[ ATmega Microcontroller의 명령어 형식 ]

▣ ATmega128 microcontroller의 CPU 코어

▪ 8-비트 CPU
▪ 대부분 명령어들의 길이 : 16비트
▪ 기억장치 액세스 명령어들(LOAD, STORE) : 32비트 

▪ 내부 레지스터 : 32개
▪ RISC 프로세서

▪특징
➢연산 코드의 비트 수가 명령어에 따라 달라짐 

➢오퍼랜드의 위치가 유동적

▣ ATmega128 microcontroller의 명령어 형식의 예

(a) ADD Rd,Rr         ; Rd ← Rd + Rr

(b)ASR Rd               ;레지스터Rd에대하여산술적우측시프트수행

(c) JMP K                ; K 번지로 무조건 점프

(d)BRVS K               ;V플래그가세트되었다면,K번지로분기

(f) LDS Rd,K            ; K 번지의 내용을 읽어서 Rd에 적재

[ ARM(Advanced RISC Machine) 계열 프로세서 ]

▣ ARM(Advanced RISC Machine) 계열 프로세서

▪ 32-비트 RISC 프로세서
▪ 공개형 아키텍처(Open Architecture) : 라이센스가 있으면 사용 가능 

▪ 모바일 시스템용 프로세서로 널리 사용

▪ 명령어 필드들
➢분기조건 필드, 연산 필드, 오퍼랜드 필드, 등
➢조건 플래그(cond): 명령어의 분기 조건 지정 (N, Z, C, V)
➢명령어 연산 유형 결정 비트: 데이터 처리, 기억장치 액세스, 조건 분기 등 ➢연산 코드(OP)
➢S 비트: 명령어 실행 후 조건 플래그 갱신 여부 결정
➢레지스터 필드: Rn, Rd, Rs
➢P, U, W 비트: 주소지정 방식 결정
➢B 비트: 연산처리 단위 결정 (바이트(B=1) 혹은 단어(B=0))

▣ ARM 계열 프로세서 명령어 형식들

▪ Thumb 명령어: 컴파일 과정에서 원래의 32-비트 명령어들을 분석하여 새로운 패턴의 16-비트 명령어 형식으로 축소

→ 프로그램 기억장치 용량 감소 (각종 임베디드 시스템에서 널리 사용)