컴퓨터 구조론 Lecture 2 - 3

D0Lim·2021년 1월 7일

컴퓨터 구조론

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이 글은 필자가 수업시간에 들은 내용과 강의록을 토대로 정리한 글입니다.
수업 필기이다 보니, 오류가 있거나 설명이 부족한 부분이 있을 수 있습니다.
궁금하신 점이나 지적하실 점이 있다면 댓글로 달아주세요! 확인 후 내용을 추가하거나 답변해드리도록 하겠습니다 :)

대부분, 2’s complement를 사용한다.

x = -x_{n-1}2^{n-1} + x_{n-2}2^{n-2} + \cdots + x_{1}2^{1} + x_{0}2^{0}

이다.

MSB는 부호(sign) 비트이다.
- 음수의 경우엔 1
- 음수가 아닐 경우엔 0이다.
- 따라서, $-(-2^{n-1})$ 은 표현될 수 없다.
- 음수가 아닌 수들은 자명하게 부호가 없는 수의 표현과 2의 보수 표현이 같은 표현을 가진다.
범위 : $-2^{n - 1}$ 부터 $2^{n - 1} - 1$ 까지
- 8 비트를 사용한다면 $\rightarrow$ -128 ~ 127
- 16 비트를 사용한다면 $\rightarrow$ -32768 ~ 32767
- 32 비트를 사용한다면 $\rightarrow$ -2,147,483,648 ~ 2,147,483,647
특수한 경우
- 0은 항상 0000 0000 … 0000 이다.
- -1은 항상 1111 1111 … 1111 이다.
- 가장 작은 수는 항상 1000 0000 0000 … 0000 이다.
- 가장 큰 수는 항상 0111 1111 … 1111 이다.

x + \bar{x} = 1111 \cdots 111_2 = -1

\bar{x} + 1 = -x

부호 확장은 더 많은 비트를 사용해서 숫자의 값은 유지하면서 표현하는 방법이다.
MIPS 명령 셋에선 다음의 명령들로 수행 가능하다.
- addi : 덧셈 연산을 통해서 즉각적으로 확장한다.
- lb , lh : 불러와진 바이트나 하프워드(halfword)를 확장한다.
- beq , bne : 변위(displacement)를 확장한다.
부호 비트를 왼쪽으로 복제해서 확장한다. 참고로, 부호가 없는 값은 0을 복제해서 확장한다.

하나의 16진수 숫자마다, 4 비트가 들어간다고 보면 된다. 즉, 비트 문자열을 짧게 표현한 것이라고 보면 된다.

명령들은 기계 코드(Machine code)라고 불리는 이진수로 인코딩 된다.
MIPS 명령
- 정확히 32 비트의 명령 word로 인코딩 된다.
- 연산이나 레지스터 등을 인코딩할 때, 적은 수의 명령(Instruction) 포맷을 가진다.
레지스터의 번호(Register numbers)
- $t0 - $t7 은 레지스터 8번 - 15번이다.
- $t8 - $t9 은 레지스터 24번 - 25번이다.
- $s0 - $s7 은 레지스터 16번 - 23번이다.

mips 1

mips 2

즉각 산술 연산 그리고 불러오기/저장(Load/Store) 명령에 사용된다.
- rt : 목적지(destination) 혹은 소스(source) 레지스터
- 상수(Constants) : $-2^{15}$ 에서, $2^{15} -1$ 까지
- 주소(Address) : rs에서 오프셋이 기본 주소에 더해진다.
예시 : lw , beq , slti , lui 등
디자인 원칙(Design Principle) 4 : 좋은 디자인은 좋은 타협이 필요하다.
- 포맷이 여러개 생기는 것은 디코딩을 복잡하게 하지만, 명령이 일정하게 32 비트가 될 수 있게 지킬 수 있게 한다.
- 포맷을 가능한 비슷하게 한다.