시스템프로그래밍(명령어 실행 4단계 및 논리주소와 물리주소)

문서 내 토픽

1. 명령어(instruction)

명령어(instruction)란 컴퓨터가 직접 실행할 수 있는 프로그램의 최소 단위를 의미합니다. 명령어는 프로세서가 외부적으로 작동하는 '판독'과 '기록' 사이클, 기억장치에서 읽은 프로그램 명령어를 '실행시키는 4단계'로 구분해서 이해할 수 있습니다.
2. 명령어 실행 4단계

명령어 실행은 '명령어 인출 → 명령어 해독 → 데이터 인출 → 명령어 실행'의 4단계로 진행되며, 각 단계별 내용이 자세히 설명되어 있습니다.
3. 물리 주소와 논리 주소

메모리의 구조는 크게 물리 주소와 논리 주소 두 가지로 구분할 수 있습니다. 물리 주소는 메모리 입장에서 바라본 주소이며, 논리 주소는 CPU와 실행 중인 프로그램 입장에서 바라본 주소입니다. 메모리 관리 장치(MMU)가 CPU와 주소 버스 사이에서 논리 주소를 물리 주소로 변환시킵니다.
4. 메모리 보호 방법

논리 주소는 메모리 관리 장치(MMU)에 의해 변환되며, 메모리 보호를 위해 프로그램 영역 침범 방지, 베이스 레지스터와 한계 레지스터 활용, 프로그램 독립 실행 공간 확보 등의 방법이 사용됩니다.

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1. 명령어(instruction)

명령어(instruction)는 컴퓨터 프로세서가 실행해야 할 작업을 지시하는 기본적인 단위입니다. 명령어는 프로세서의 ALU(Arithmetic Logic Unit)에서 연산을 수행하거나, 메모리에서 데이터를 읽고 쓰는 등의 작업을 수행합니다. 명령어는 기계어로 표현되며, 프로세서의 구조와 명령어 세트에 따라 다양한 형태로 구성됩니다. 명령어의 효율적인 설계와 실행은 컴퓨터 시스템의 성능에 큰 영향을 미치므로, 명령어 아키텍처 설계와 최적화는 매우 중요한 연구 분야입니다. 또한 명령어 실행 과정에서의 병렬성, 파이프라이닝, 분기 예측 등의 기술은 프로세서 성능 향상을 위한 핵심 기술이라고 할 수 있습니다.
2. 명령어 실행 4단계

명령어 실행 과정은 일반적으로 4단계로 구분됩니다. 첫 번째 단계는 명령어 가져오기(Fetch) 단계로, 메모리에서 다음 실행할 명령어를 가져오는 단계입니다. 두 번째 단계는 명령어 해독(Decode) 단계로, 가져온 명령어를 분석하여 어떤 연산을 수행해야 하는지 파악하는 단계입니다. 세 번째 단계는 연산 수행(Execute) 단계로, 명령어에 따라 ALU에서 실제 연산을 수행하는 단계입니다. 마지막 단계는 결과 저장(Write Back) 단계로, 연산 결과를 레지스터나 메모리에 저장하는 단계입니다. 이러한 4단계 과정은 프로세서의 성능과 효율성을 높이기 위해 파이프라이닝 기법 등을 통해 병렬적으로 처리되며, 명령어 실행 과정의 최적화는 프로세서 설계의 핵심 요소라고 할 수 있습니다.
3. 물리 주소와 논리 주소

물리 주소와 논리 주소는 컴퓨터 메모리 관리에서 중요한 개념입니다. 물리 주소는 실제 메모리 장치의 물리적인 주소를 나타내는 것으로, 프로세서가 직접 접근할 수 있는 주소입니다. 반면 논리 주소는 운영체제가 프로세스에게 할당한 가상 메모리 주소를 의미합니다. 운영체제는 메모리 관리 기법을 통해 물리 주소와 논리 주소 간의 매핑을 관리하며, 이를 통해 프로세스가 자신의 논리 주소 공간을 사용할 수 있게 합니다

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