크래프톤 정글 16DAY isa와 cpu아키텍처

레퍼런스

• cs:app도서 3.1부터 3.3
  
• 13일차 til(cisc/risc)
  
• 한권으로 읽는 컴퓨터 구조와 프로그래밍(오현식 역)

isa에 대한 개념 잡기

13일차 til에 나오는 cisc와 risc는 isa의 종류이다.
즉 cisc와 risc는 isa의 어떤 속성이나 성격 특징 등을 보여주며, isa와 cpu아키텍처는 필연적으로 서로에게 영향을 주게 된다.

cpu아키텍처와 isa의 아키텍처

isa에 들어있는 명령어를 뜯어보면 01의 나열인 것 쯤은 16일 til까지 보았으니 대충 알 것이다.
이 01의 길이에 영향을 주는 것이 바로 cpu의 아키텍처인데, 이는 cpu아키텍처에 따라 명령어를 해독하는 방식이 달라지기 때문이다.
명령어 해독 이야기가 나와서 덧붙이는 말이지만, 프로그램의 실행 흐름(처리방식)과 어셈블리 코드는 일치가 되지 않을 수도 있다.

파이프라이닝시

위에 설명을 들으면 isa의 명령어 길이와 cpu메모리 상 존재하는 주소의 길이가 100프로 일치할 것 같지만 그렇지는 않다.
파이프라이닝과 같이 명령어를 쪼개는 기술도 있으며, 다이렉트 모드냐 인다이렉트 모드냐에 따라 주소를 참조할 때에도 가상 메모리 주소를 참조하여 인스트럭션 수준의 병렬성을 통한 최적화를 할 수도 있기 때문이다.

링커의 임무와 레지스터의 작동방식

링커의 임무는 크게 보았을 때, 실행할 코드 위치와 함수 호출을 일치시키는 일과 실제 메모리 주소와 가상 주소를 매핑시키는 일이 있다.
이는 레지스터의 작동방식과도 밀접한 영향을 지닌다.

레지스터의 작동방식

레지스터는 기본적으로 참조방식으로 작동한다.
이러한 참조나 복사는 단순하게 얕은복사냐 깊은복사냐 하는 차원의 문제가 아니라, 메모리-레지스터 혹은 레지스터-레지스터간의 복사나 참조를 의미한다.

레지스터는 페이지 교체가 없다

레지스터는 캐시보다 용량이 작지만, 페이지 교체 알고리즘이 따로 존재하지 않는다.
이게 상당히 이상하게 다가올 수 있는데 여기에는 몇 가지 이유가 있다.

레지스터 존재의 이유

레지스터는 기본적으로 우편함 혹은 투두 리스트로 비유되곤하는데, 레지스터는 메모리의 관리보다는 프로세서의 연산에 대한 지원을 하기 위해 사용되는 공간이기 때문이다.

분업화

이러한 레지스터의 특징을 잘 활용하기 위하여, 현대 컴퓨터는 레지스터 파일이라는 시스템을 활용하여 여러 개의 레지스터를 임무별로 계층적으로 잘 분업화를 해두었다.
캐시설계에 있어서 우리가 페이지 교체 알고리즘을 고려하는 것이 바로 캐시의 지역성에서부터 오는 한계라는 것을 고려하여 생각해본다면, 왜 레지스터에는 페이지 교체 시스템이 없는지 감이 올 것이다.

아주 빠르다

한 클럭 사이클 내에서 데이터 전달이 이루어지는 레지스터의 특성상 굳이 페이지를 교체 할 필요조차 없다.
그냥 다음 사이클 이전까지 레지스터를 비워두고 새로운 자료를 받으면 되는 것이다.