[CS:APP/어셈블리] 실수(부동소수점) 숫자를 명령어 안에 직접 적지 못하고 메모리(.rodata) 주소에서 읽어와야 하는 x86-64 아키텍처 이유

1. 정수와 실수의 컴퓨터 저장 방식 차이

• 정수 (Integer): 1, 2, 32 같은 숫자는 2진수로 바꾸어 비트에 순서대로 0과 1을 채웁니다.
• 실수 (Floating Point): 3.14 같은 소수점이 있는 숫자는 컴퓨터에서 부호(1비트), 지수(11비트), 가수(52비트)로 나누어 복잡하게 인코딩하는 IEEE 754 규격을 사용합니다.

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2. 정수 연산과 실수 연산의 어셈블리 명령어 차이

정수 연산 어셈블리 명령어는 명령어 자체에 숫자를 바로 적어 넣을 수 있습니다.

addq $32, %rax   # %rax 레지스터에 숫자 32를 더하라 (32가 명령어 코드 안에 직접 들어감)

명령어 바이트 안에 숫자를 직접 넣는 방식을 즉시값 (Immediate value)이라고 부릅니다.

하지만 실수(부동소수점) 연산 명령어는 즉시값을 지원하지 않습니다.

# 문법 에러가 발생하는 불가능한 명령어
vmulsd $3.14, %xmm0, %xmm0  # CPU에 이런 형태의 기계어 형식이 아예 존재하지 않음!

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3. 실수를 명령어 안에 직접 적지 못하는 이유

x86-64 CPU를 설계할 때, 64비트 실수(double)의 복잡한 0과 1 비트 패턴을 명령어 코드 안에 직접 집어넣는 하드웨어 회로 규격을 만들지 않았기 때문입니다. 실수 연산 장치(AVX/SSE)는 오직 레지스터끼리 계산하거나 메모리 주소에서 숫자를 읽어와서 계산하도록만 만들어졌습니다.

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4. 해결 방법: .rodata 메모리에 실수를 미리 저장해두고 주소로 읽어오기

컴파일러는 C 코드에 적힌 실수 숫자(3.14)를 프로그램의 읽기 전용 데이터 영역(.rodata) 메모리에 미리 8바이트 숫자로 기록해 둡니다.

.section .rodata
.LC0:
    .long 1413754136    # 3.141592... 의 하위 4바이트 정수 표현
    .long 1074340347    # 3.141592... 의 상위 4바이트 정수 표현

.text
    # 메모리 주소 .LC0에서 8바이트를 읽어와서 실수 전용 레지스터 %xmm0에 복사
    vmovsd .LC0(%rip), %xmm0

    # 레지스터에 들어있는 값끼리 곱셈 실행
    vmulsd %xmm0, %xmm1, %xmm0

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5. 결론 요약

• x86-64 CPU의 실수 연산 명령어는 명령어 코드 안에 직접 실수 값을 적는 기능이 없습니다.
• 따라서 모든 실수 상수는 메모리의 .rodata 영역에 먼저 저장됩니다.
• CPU는 실행 중에 그 메모리 주소를 찾아가서 레지스터로 값을 읽어온(Load) 뒤에 곱셈이나 덧셈을 수행합니다.