ISA
나라마다 언어가 다르듯이 CPU도 이해하고 실행하는 명령어가 다릅니다.
CPU가 이해할 수 있는 명령어들의 모음을 명령어 집합 구조(ISA:Instruction Set Architecture)라고 합니다.
따라서 CPU마다 ISA가 다를 수 있습니다.
ISA의 역할
ISA의 역할에는
| 역할 | 설명 |
|---|---|
| 명령어 집합 | CPU가 이해하고 실행할 수 있는 명령어의 종류 규정 |
| 레지스터 | 레지스터의 수, 종류 및 용도 규정 |
| 명령어 형식 | 명령어가 어떻게 구성되어 있는지 규정 |
| 명령어 실행 방법 | 명령어가 어떻게 실행되는지 규정 |
등이 있습니다. 여기서 명령어 집합과 명령어 실행 방법에 해당하는 CISC와 RISC에 대해 알아보겠습니다.
CISC(Complex Instruction Set Computing)?
다양한 명령어들을 활용하는 CPU 설계 방식입니다.
- 다양하고 강력한 기능의 명령어 집합을 활용
-> 명령어의 형태와 크기가 다양한 가변 길이 명령어 활용
즉, 상대적으로 적은 수의 명령어로도 프로그램 실행 가능
명령어가 작다 = 컴파일된 프로그램의 크기가 작다(메모리를 절약할 수 있음)
<단점>
- 활용하는 명령어가 워낙 복잡하고 다양한 기능 제공
-> 명령어의 크기와 실행되기까지의 시간 일정하지 않음
즉, 명령어 파이프라인이 효율적으로 명령어를 처리할 수 없음
명령어 파이프라인 기법을 위한 이상적인 명령어는 다음 그림과 같이 각 단계에 소요되는 시간이(가급적 1클럭으로) 동일해야 함
- 복잡하고 다양한 명령어 활용 가능, but 대다수의 복잡한 명령어는 사용 빈도 낮음
CISC의 한계로 인한 교훈
- 빠른 처리를 위해 명령어 파이프라인을 활용
- 원활한 파이프라이닝을 위해 '명령어 길이와 수행 시간 짧고 규격화'
- '자주 쓰이는 기본적인 명령어를 작고 빠르게 만드는 것' 중요
RISC(Reduced Instruction Set Computer)란?
단순하고 적은 수의 고정 길이 명령어사용
- CISC에 비해 명령어의 종류가 적음
- CISC와 달리 짧고 규격화된 명령어(되도록 1클럭 내외로 실행되는 명령어 지향)
즉, 명령어 파이프라이닝에 최적화 되어 있음 - 메모리에 직접 접근하는 명령어(load, store) 두 개로 제한 -> 메모리 접근 단순화 & 최소화 추구
RISC를 load-store 구조라고 부르기도 함
마무리
| CISC | RISC | |
|---|---|---|
| 명령어 | 복잡하고 다양함 | 단순하고 적음 |
| 명령어 형식 | 가변 길이 명령어 | 고정 길이 명령어 |
| 주소 지정 방식 | 다양함 | 적음 |
| 명령어의 수 | 적음 | 많음 |
| 명령어 수행 | 여러 클럭에 걸쳐서 | 1클럭 내외로 |
| 파이프라이닝 | 어려움 | 쉬움 |
