10 명령어 집합 구조 (Feat. CISC & RISC)

컴퓨터 아키텍처는 프로세서가 이해하고 실행할 수 있는 명령어 집합을 정의합니다. 다양한 아키텍처가 존재하지만, 여기서는 주로 사용되는 두 가지 아키텍처에 대해 설명하겠습니다.

 

인텔 CPU (x86 아키텍처)

인텔과 AMD의 x86 아키텍처는 주로 개인 컴퓨터 및 서버에서 사용됩니다. x86 명령어 집합은 인텔과 AMD 프로세서가 이해하고 실행할 수 있는 명령어를 정의합니다. 대표적인 x86 명령어 세트로는 IA-32(32비트)와 x86-64(64비트)가 있습니다. 많은 소프트웨어 및 운영 체제가 x86 아키텍처를 지원하고 있습니다.

x86 아키텍처 코드

 

 

ARM 아키텍처

ARM 아키텍처는 주로 모바일 기기 및 임베디드 시스템에서 사용됩니다. 또한 최근에는 일부 노트북 및 서버에서도 사용되고 있습니다. ARM 명령어 집합은 ARM 프로세서가 이해하고 실행하는 명령어를 정의합니다. ARM 아키텍처는 32비트 및 64비트 버전이 있으며, 예를 들면 ARMv7-A(32비트)와 ARMv8-A(64비트)가 있습니다.

ARM 아키텍처 코드

 

종합하면, 인텔 CPU는 x86 아키텍처를 기반으로 하고, 맥 (Apple)의 최근 컴퓨터는 ARM 아키텍처를 기반으로 합니다. 따라서 각각의 프로세서는 해당하는 명령어 집합을 사용하여 명령을 이해하고 실행합니다.

 

 

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CISC(Cmplex Instruction Set Computing)와 RISC(Reduced Instruction Set Computing)는 컴퓨터 아키텍처의 두 가지 주요 설계 철학입니다. 이 두 철학은 명령어 집합의 구조와 처리 방식에 차이를 가지고 있습니다.

CISC (Complex Instruction Set Computing)

- 복잡한 명령어 집합을 활용하는 컴퓨터 (CPU)

복잡하고 다양한 명령어들이 존재하지만.. 사용 빈도가 낮다

• 명령어 집합이 복잡합니다: 다양하고 복잡한 명령어 세트를 가지고 있습니다. 한 개의 명령어가 여러 동작을 수행할 수 있습니다.
• 많은 명령어 형태: 다양한 형태의 명령어가 존재하며, 메모리 액세스, 산술 연산, 논리 연산 등 다양한 기능을 수행할 수 있습니다.
• 메모리 액세스가 유연함: CISC 아키텍처는 메모리 액세스에 특화되어 있어, 주소 계산, 자동 증가, 간접 주소 지정 등이 지원됩니다.
• 마이크로코딩이 사용됨: 명령어 하나가 여러 개의 마이크로 연산으로 구성되어 있습니다.
  대표적인 CISC 아키텍처로는 x86(인텔 및 AMD 프로세서)이 있습니다.

 

RISC (Reduced Instruction Set Computing)

- 단순하고 규격화된 명령어 집합을 사용하는 컴퓨터 (CPU)

짧고 규격화된 단순한 명령어, 메모리 접근 최소화와 레지스터 활용 (파이프라이닝 용이)

• 명령어 집합이 간단합니다: 단순하고 작은 명령어 세트를 가지고 있습니다. 한 개의 명령어는 한 개의 기능만을 수행합니다.
• 고정 길이 명령어: 명령어의 길이가 고정되어 있습니다. 간단한 명령어로 구성되어 있어 디코딩이 간단합니다.
  레지스터 중심 구조: RISC 아키텍처는 레지스터를 많이 사용하며, 메모리 액세스를 최소화합니다.
• 파이프라인 구조 사용: 명령어 처리를 파이프라인 구조로 설계하여 명령어를 여러 단계로 나누어 동시에 처리합니다.
• 대표적인 RISC 아키텍처로는 ARM, MIPS, SPARC 등이 있습니다.

 

장단점 비교

• CISC 장점: 복잡한 명령어로 인해 프로그래머가 쉽게 프로그램을 작성할 수 있습니다. 메모리 액세스가 유연하므로 적은 명령어로 많은 작업을 수행할 수 있습니다.
• CISC 단점: 복잡한 명령어로 인해 하드웨어가 복잡해지고 전력 소모가 높을 수 있습니다.
• RISC 장점: 간단하고 빠른 명령어로 인해 성능이 향상됩니다. 레지스터 중심 구조와 파이프라인 처리로 인해 전력 효율이 높습니다.
• RISC 단점: 프로그래머에게 레지스터 관리 등 일부 추가 작업이 필요할 수 있습니다. 그리고 명령어들의 종류가 적기때문에 더 많은 명령어들이 필요. 

 

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Intel CPU (x86 Architecture): x86 architecture, predominantly used by Intel and AMD, is based on a Complex Instruction Set Computing (CISC) design with a sophisticated instruction set.

ARM Architecture: Primarily used in mobile devices and embedded systems, the ARM architecture is a Reduced Instruction Set Computing (RISC) design featuring a simple and efficient instruction set.

CISC (Complex Instruction Set Computing): A computer architecture design characterized by a complex and diverse instruction set.

RISC (Reduced Instruction Set Computing): A computer architecture design characterized by a simple and small instruction set, with a focus on a register-centric structure and fixed-length instructions.