[SPARC] 1. Introduction & Computer System Organization

- What's Assembly Language

CPU는 전기 신호를 받아들이는 '회로' 이다.

따라서 CPU로 명령을 전달할 때는 전기 신호로 전달하는데, 이 신호를 전압에 따라 0과 1로 표현할 수 있다.

이 0과 1로 구성된 신호를 '기계어' 라고 한다.

 

프로그램은 CPU에게 일련의 명령을 내리는데, 사람이 CPU에게 내릴 명령을 작성할 때 0과 1로 구성된 기계어로 명령을 작성하는 것은 매우 어렵다.

따라서 프로그램을 작성하는 사람의 편의를 위해 만들어진 High Level Language 가 C, Python 같은 언어이다.

물론 High Level Language 는 CPU 같은 회로가 이해할 수 있는 형태가 아니기에 이를 변환하는 과정이 필요하고,

이를 '컴파일' 이라고 한다.

컴파일의 과정은 각 언어에 따른 '컴파일러' 가 수행한다.

(파이썬 같은 언어는 인터프리터가 수행한다.)

어셈블리 언어 관점에서 '컴파일' 은 High Level Language 를 Assembly Langulage 로 변환하는 과정이다.

기계어로의 변환은 어셈블러가 담당한다.

 

예전에는 프로그래밍을 하다가 로우레벨에서 문제가 생겼을 때 디버깅을 해야하는 상황이 있었다고 한다.

그럴 때 기계어를 직접 보는 것이 너무 불편하기 때문에 만들어진 언어가 '어셈블리 언어' 이다.

 

즉, 기계어를 사람이 볼 수 있는 형태로 변환한 것이 어셈블리 언어이다.

그렇기 때문에 기계에 매우 가까운 언어이다.

---

'CPU가 이해할 수 있는 기계어' 의 형태는 표준이 없어 CPU 회사마다, 제조사마다 다르다.

그래서 같은 ARM 계열이라도 안드로이드, 애플, AMD 의 프로세서가 이해하는 기계어가 모두 다르다.

 

이때 'CPU가 이해할 수 있는 기계어' 의 정해진 형태를 '명령어 (Instruction)' 라고 하며 명령어는 CPU가 처리해야할 작업이 무엇인지를 알려준다. (Instruct)

 

명령어는 일종의 '데이터' 이기도 하다.

폰 노이만의 컴퓨터에서는 이 명령어들을 메모리에 넣고 순차적으로 실행하기 때문에, 명령어도 하나의 데이터인 셈이다.

 

각 제조사마다 CPU 회사마다 이 명령어의 형태가 모두 다르다고 볼 수 있다.

명령어의 길이(사이즈), 명령어 내에서 각 부분이 의미하는 것들 구분되어 있는 포맷이 서로 다르다.

(예로 32bit CPU는 32bit 사이즈의 명령어를 처리한다.)

 

명령어 내에서 어떤 부분은 처리해야할 데이터를 의미하고, 어떤 부분은 그 데이터를 가지고 할 작업을 의미하는 등, 구성이 다르다.

하지만 이걸 숫자로 보는게 어려우니 어셈블리 언어의 형태로 보는 것

 

어셈블리 언어는 flexible 하지 않다. a + b + c 를 한번에 연산하지 못한다.

(가능한 경우가 있긴하나, 32bit 라는 한정된 사이즈에서는 3개의 피연산자를 다 저장할 수 없기 때문에)

=> 그럼 64비트에서는 가능하려나? x86은 32bit 임에도 이 제한을 극복했지만 명령어 종류가 많아서 복잡하다고 한다.

---

- Why We Learn Assembly Language

1. 더 빠른 프로그램을 만들 수 있다

컴파일러가 표준화 되어있기 때문에 모든 상황에 대응하기 위해서 컴파일 과정에서 비효율적인 어셈블리 코드도 생성하기 때문에 아주 틀린 말은 아니다.

-> 그러나 요즘은 하드웨어 성능이 올라가서 별 차이가 없다.

 

2. 하드웨어를 원하는대로 직접 컨트롤 할 수 있다.

그래픽카드, 디스플레이 같은 IO 를 컨트롤 할 때 일종의 API를 쓰는데, 이를 사용하는 것보다 어셈블리어로 조작할 때 더 많은 조작이 가능하다.

그러나 정말 low 레벨이라서 보기 간단하지는 않아 실제로는 API를 쓰는게 낫다.

 

3. 컴퓨터가 동작하는 방식을 이해할 수 있다.

어셈블리 언어로 코드를 짜다보면 CPU가 실제로 어떻게 동작하는지를 이해하는데 도움이 된다.

---

- ISA

CPU마다 다룰 수 있는 명령어 종류가 다른데, 이 명령어 셋을 ISA (Instructions Set Architecture) 라고 한다.

레지스터 타입과 메모리 모델도 ISA 마다 정해져 있다.

따라서 ISA는 CPU하고 세트다.

그냥 CPU 제조사에서 이 CPU를 다룰 땐 이런 명령어들로 다루세요~ 하고 주는 메뉴얼과 같은 존재라고 보면 된다.

그래서 특정 프로세서를 대상으로 작성된 프로그램은 다른 프로세서 위에서 돌아가지 않는다

 

유명한 ISA : x86(PC), ARM(Mobile), SPARC (Server) 등

 

=> 그러면 Windows 프로그램이 AMD CPU 하고 Intel CPU 모두에서 돌아갈 수 있는 이유는 무엇인가?

===> https://stackoverflow.com/questions/32168380/why-can-an-executable-run-on-both-intel-and-amd-processors

Why can an executable run on both Intel and AMD processors?

역시 스택 오버플로우에 답이 있었다.

AMD 와 Intel CPU 는 32bit 라면 x86, 64bit 라면 x64 라는 공통의 ISA 를 가지고 있으나 이 ISA 의 Instructions 를 어떻게 구현하는지에 차이가 있다고 한다.

즉, 명령어를 어떻게 실행시킬지 칩의 구조의 차이만 있을 뿐, ISA는 같기 때문에 x64 위에서 돌아가는 프로그램은 Intel 이든 AMD 든 상관없이 돌아갈 수 있다는 얘기