끄적끄적

LOAD & STORE 명령어의 필요성

명령어의 제한

사칙연산의 피 연산자는 숫자 또는 레지스터.

연산결과는 레지스터에 저장.

레지스터를 통해서 모든 연산을 진행 해야 한다.

사칙연산 명령어 구성

                      ADD                  r2                        r1                            7

저장소 : 레지스터

피연사자1,2:레지스터 or 숫자

문제

LOAD & STORE 명령어 디자인

LOAD 명령어

destination : 데이터를 저장할 레지스터 정보        LOAD r1, 0x20

source : 데이터를 읽어올 메모리의 주소 정보

STORE 명령어

source : 데이터를 읽어올 레지스터 정보             STORE r1, ox20

destination : 데이터를 저장할 메모리의 주소 정보

※명령어 2진코드 110, 111은 사칙연산에 겹치지않게 만든것이다.

문제해결

int a=10; //0x10 번지 할당

int b=20; //0x20 번지 할당

int c=0;  //0x3 0번지 할등

c=a+b;

↓

 c=a+b를 이러한 명령어 조합으로 만들어 볼수있다. 

메모리에 있는 값을 LOAD명령어로 불러들여온후 ADD 명령어로 연산을 하면 사칙연산에서의 피연사자 문제를 해결 할 수있다.

컴퓨터를 디자인 하자

프로그래머 관점

컴퓨터 구조를 잘 아느 프로그래머도 컴퓨터 디자인에 참여

컴퓨터 디자인은 레지스터와 명령어 디자인

레지스터 디자인의 핵심   

레지스터는 몇 비트로 구성할 것인가?

몇 개 정도로 레지스터를 구성할 것인가?

레지스터 각각을 무슨 용도로 사용할 것인가?

명령어 구조 및 명령어 디자인

명령어의 기본 모델

16비트 명령어

사칙연산 명령어 구성

                      ADD                  r2                        r1                            7

저장소 : 레지스터

피연사자1,2:레지스터 or 숫자

64비트 기반 프로그래밍

64비트 시스템을 고려한 프로그래밍으로 자료형에 대해서 고려해야 한다.

LLP64 vs LP64

32비트 시스템과의 호환성을 중시한 모델

Windows 에서는 LLP64 모델을, UNIX 계열에서는 LP64 모델을 채택하고있는데

32비트 시스템과의 호환성을 고려하여 기존과의 차이는 포인터에서만 볼 수있다.

데이터 손실의 문제    

#include<stdio.h>

int main(void)

{

int arr[10]={0,};

int arrVal=(int)arr;

printf("pointer : %d \n ",arrVal);

return 0;

}

위 예제를 보면 arr이라는 배열의 주소값을 int형으로 강제형변환을 통하여 출력하려한다. 32비트 시스템이라면 포인터가 4byte이기때문에 문제가 발생하지 않을 것이다.

하지만 64비트 시스템이라면 arr 이 8byte 이고 int형은 4byte 이기때문에 문제가 발생 할수 있다. 

※64비트 시스템에서는 포인터를 기본자료형으로 변환하지말자!

Polymorphic 자료형

#if define(_WN64)

typedef __int64 LONG_PTR;

typedef unsigned __int64 ULONG_PTR;

typedef __int64 INT_PTR;    

typedef unsigned __int64 UNIT_PTR;

#else 

typedef long LONG_PTR;

typedef unsigned long ULONG_PTR;

typedef int INT_PTR;

typedef unsigned int UINT_PTR;

#endif

Polymorphic 자료형은   _WIN64 를 정의 했을때 다형적 자료형이 정의된다.

하나만 예로 들어  UNIT_PTR 은 64비트일때 unsigned __int64로  해석되고

32비트일때는 그냥  unsigned int로 해석된다.

PTR이 들어가서 포인터형으로 오해 할 수 있지 Polymorphic 자료형은 포인터 타입이 아니다.

PTR이 들어간 이유는 포인터 연산을 활용하기 위한 자료형일 뿐이다.

밑의 예제를 보자.

예제를 보면 val1과 val2의 거리를 구하는 예제이다.

하지만 UINT 자료형은 4byte이다. 32비트시스템이면 몰라도 64비트시스템에서는 정상적으로 안될 수 있다.

이럴때 UINT 대신 UINT_PTR을 쓰면 32비트 일 때는 unsigned int 로

  64비트 일 때는  unsigned __int64로 

해석되어 문제가 발생하지 않고 메로리 낭비도 줄일 수 있다.

#if define(_WIN64)

typedef unsigned __int64 UNIT_PTR;

#else

typedef unsigned int UINT_PTR;

#endif

함수호줄의 성공여부 확인의 기본

 GetLastError 함수 호출

CreateFile함수는 윈도우시스템함수이므로 크게 신경쓰지말자.

ABC.DAT 파일을 열려고 하는데 이런파일이 없다.  

그래서 오류가 발생했다는것을 알고 GetLastError 함수를 호출하면 에러 코드를 얻을 수 있다.

GetLastError 함수는 에러의 발생 이유를 확인하는 함수이지 에러가 발생했는지를 확인하는 함수는 아니다.

에러가 발생하면 그 원인이 전역공간에 저장된다고 하였는데 다른 함수가 호출되면 그 값이 변할 수 있다. 그렇기 때문에

에러가 발생이 됐는지 확인 이후 어느 함수보다 GetLastError 함수가 먼저 호출해야 정확한 에러이유를 정확히 알 수있다.

한번에 송수신 가능한 데이터 크기

데이터가 메모리에서 I/O BUS를 통해 CPU로 전송되는 크기가 각 시스템 크기에따라

64비트, 32비트 로 나눌수 있다.

데이터 처리능력

위와 마찬가지로 CPU에서 한번에 처리 가능한 데이터 크기로 나눌 수 있다.

데이터 이동과 처리가 동일한 크기로 이루어져야 완벽한 시스템을 이룰 수 있다.

64비트 시스템에서 일반적으로 64비트 명령어를 사용하지만 32비트로 디자인하면 한번에 32비트 데이터 2개를 처리 할 수도 있다.

32비트 → 64비트

프로그램으로 표현 할 수 있는 범위의 증가

표현할 수 잇는 메모리의 전체 크기

일반적으로 32비트 시스템에서 포인터의 크기가 32비트이고

64비트 시스템에서는 포인터의 크기가 64비트이다.

32비트 시스템이라면 메모리를 어드레싱 할 때 주소값을 2^32 만큼을 갖는데 32비트 시스템에서 4G이상의 메모리를 사용 못 하는 이유가 바로 이것이다. 

시스템이 64비트라면 표현할 수 있는 메모리의 크기가 2^64로 훨씬더 크게 사용 할 수 있다.

만약 64비트 시스템을 사용하지만 메모리가  2G라면 의미없지않은가?

이것은 가상메모리를 사용한다.

 WBCS 기반의 개발이 여러가지로 장점이 많지만 기존 개발 된 프로그램과의  호환성,

사용자 시스템의 유니코드 지원여부에 때문에 프로그램 개발에 이써 MBCS와 WBCS을 동시에 지원하는 프로그램을 개발 하여야 한다.

Windosws 정의 자료형

typedef char        CHAR;

typedef wchar_t   WCHAR;

#define CONST const

typedef CHAR*              LPSTR;

typedef CONST CHAR*   LPCSTR;

typedef WCHAR*            LPWSTR;

typedef CONST WCHAR* LPCWSTR;

windows.h 안에는 이런 식으로 자료형이 정의되있는데 실제 개발에 있어서 꼭 이런식의 자료형을 사용하지는 않으므로 이정도만 알아두자. 

#ifdef UNICODE

  typedef  WCHAR     TCHAR;

  typedef  LPWSTR    LPTSTR;

  typedef  LPCWSTR  LPCTSTR;

#else 

 typedef   CHAR        TCHAR;

 typedef   LPSTR       LPTSTR;

 typedef   LPCSTR     LPCTSTR;

#endif

windows.h 보면 위와같은 매크로가 선언되어 있다.

만약  매크로 UNICODE 가 정의됬을 경우 

TCHAR arr[10];    →    WCHAR arr[10];     →    wchar_t arr[10];

매크로 UNICODE 가 정의되지 않았을 경우

TCHAR arr[10];    →    CHAR arr[10] ;       →    char arr[10];

이런식으로 처리가 된다.

이 매크로를 통하여 손쉽게 MBCS와 WBCS를 동시에 지원하는 프로그램을 개발 할 수있다.

#ifdef _UNICODE

     #define __T(x)   L ## x

#else

     #define __T(x)   x

#define _T(x)       __T(x)

#define _TEXT(x) __T(x)

WBCS 기반의 문자열을 선언 할 때 L"ABC" 이런식으로 정의하는것을 위한 매크로가 위의 매크로 이다. 

  #define __T(x)   L ## x  이 부분의 ## 처리자는 L과 x를 붙이라는 의미이다. 

매크로 _UNICODE 가 정의됬을 경우

_T("ABC");   __T("ABC");   L"ABC";

매크로 _UNICODE 가 정의되지 않았을 경우

_T("ABC");   __T("ABC");   "ABC";

매크로가 정의 되어있을떄를 보면 문자열이 WBCS로 치환되고

매크로가 정의 되지않았을 때 MBCS 기반으로 해석된다. 

#define _T(x)       __T(x)

#define _TEXT(x) __T(x)

이 부분은 _T(x), __T(x), _TEXT(x) 어떤걸 쓰던 상관은 없지만 주로 _T(x)를 쓴다.

간단한 예제를 통하여 매크로를 정의했을때  TCHAR str[]=_T("1234567");부분이 유니코드 처리가 되었다는 사실을 결과값을 통하여 알 수있다.

(문자 7개에 null값포함 각각 2byte씩 이므로 문자열의 길이가 16이다.)

※유니코드에서 null값도 2byte이다. 나만 모르던 사실 일 수 있다.

많이 쓰는 MBCS와 WBCS 동시 지원하는 함수이다.

SBCS(Single Byte Character Set)

문자를 1byte를 사용하여 표현 대표적인 문자셋으로 아스키코드(ASCII code)가 있다.

MBCS(Multi Byte Character Set)

MBCS에서 Multi는 2byte 이상을 써서 문자를 표현해서가아닌 문자종류에 따라서 다른크기의 표현방식을 사용한다 해서의 Multi 라 한다. 

WBCS(Wide Byte Charater Set)

SBCS보다 2배 큰 2byte를 써서 문자를 표현. 유니코드

우리가 흔히 사용하는 컴퓨터 시스템은 SBCS이 아니라 영문과 한글을 같이쓰는 경우가 대부분이기 때문에 MBCS를 사용한다.

MBCS의 사용은 효율적일 수 있으나  하드웨어의 발전으로 안정성을 위해 WBCS를 사용하는 것이 안정적이다.

예제의 결과값을 보면 배열의 크기가 8 ,문자열의 길이가 7이라 나온다.

문자열을 보면 ABC는 영어로 각각 1byte 씩이고 한글은 각각 2byte 씩해서

7byte에 맨뒤 null 문자를 합하여 8이라는 정확한 값을 출력한다.

문자열의 길이가 7이라 나온다. 하지만 이 문자열의 길이는 5이다.

strlen()함수가 한글을 2문자로 인식을 하기때문에 이러한 문제가 발생 한다.

이번 예제를 통하여 앞선예제에서의 문제를 다시한번 볼 수 있다.

for(i=0; i<5; i++) 를 통하여 5번 루프를 시켰을때 한글 이라는 결과를 출력하고

10번 루프 시켰을때 한글입니다 이라는 출력이 나온다.

 앞선 예제 2-1,2-2 를 보면 한글이 들어갔을 때 시스템이 지원해 줄 경우 MBCS을 이용하는것보다 WBCS 기반으로 프로그래밍 하는것이 안정적이다.

wchar_t 가 익숙하지 않을수 있지만 기본적으로 제공하는 표준자료형이다.

char형은 1byte로 문자를 표현하고 wchar_t 2byte로 문자를 표현한다.

또한 문자열을 선언 할 때 문자열 앞에 L 를 붙여주어야 한다.

예제 2-3을 컴파일 하면 오류가 발생 한다.

int len=strlen(str);를 보면  strlen함수는 strlen(char*) 식으로 char형 포인터타입을 전달하게 선언되어있는데 예제를 보면 wchat_t을 사용하므로 strlen함수를 wcslen함수로 대체하여야 한다.

문자열 조작함수

예제2-3를 위의 처럼 바꾸면 컴파일이 되고 실행결과도 올바르게 나온다.

하지만 printf()함수 부분을 보면 WBCS방식으로 처리하고있지않는다.

밑에 표를보고 WBCS 기반의 입출력을 해볼수 있다. 

입출력 함수도 WBCS 기반의 함수로 바꾸었다. 하지만 매개변수 전달자의 유니코드화가 되지않았다. 

매개변수 전달이자들 모두 WCBS 기반으로 바꿔주기 위해서는

main함수 대신해서 wmain함수를 선언해 주면된다. 또한 전달하는 인자들도

wchar_t 타입으로 바꾸어 주어야 한다.

프로그램 실행과정

천처리기에 의한 치완작업

#으로 시작하는 지시자들 ex. #include , #define

컴파일러에 의한 번역

명령어 사용에 어려움을 느끼고 프로그램언어를 제작.

이런 프로그래밍언어를 명령어로 해석하는데 이과정이 컴파일러에 의해 이루러짐.

어셈블러에 의한 바이너리 코드 생성

위에 그림에서 처럼 cpu 개발 과정에서 명령어를 디자인하는데 0011은 덧셈,0010은 뺄셈 식으로 바이너리코드 할당. 이 코드로 프로그램을 개발하기에는 너무힘듬 이에 명령어를 이용.

이런 명령어를 미용한 프로그램밍을 코드로 재해석하는것을 어셈블러가 한다.

링커에 의한 연결과 결합

어셈블러를 통해 만들어진 바이너리와 라이브러리를 결합하여 실행파일을 만듬.

Stored Program Comdept ?

프로그램이 메모리에 저장되는 구조 

명령어가 메모리 저장상태에서 CUP로 가서 해석 후 연산 진행 개념.

 Fetch

CPU 내부로 bus interface를 통하여 명령어가 이동.

↓

Decode

control unit 이 명령어 해석

↓

Execution

ALU 가 중심이 되어 연산이 이루어짐.

※Stored Program Concept 기반의 컴퓨터 구조

CPU와 메모리 관점에서 볼때 크게 위 3개의 버스로 나눌 수 있다.

버스를 하면 데이터 버스만 생각하기 쉽지만 어떤 데이터를 가져가야 할 지를 알아야 하기때문에 어드레스 버스가 존재. 또한 CPU와 메모리의 데이터는 양방향이기 때문에 

일의 순서를 정하기위해서 컨트롤 버스가 필요함.