컴퓨터 구조 - 주소

컴퓨터 구조 - 주소

 

이번 장에서는 주소지정 방식에 대해서 다뤄 볼 것이다.

 

주소를 지정해주는 방식은 여러가지가 있다.

 

이처럼 주소지정방식을 다양하게 사용하는 이유는 더 큰 용량의 기억장치를 사용할 수 있게 해주거나, 임의의 변수를 통해 많은 데이터를 손쉽게 다루기 위해서이다.

 

설명에서는 이와 같은 기호가 사용된다.

• EA : 유효 주소, 데이터가 저장된 기억장치의 실제 주소
• A : 명령어 내의 주소 필드 내용(오퍼랜드 필드의 내용이 기억장치 주소인 경우)
• R : 명령어 내의 레지스터 번호 (오퍼랜드 필드의 내용이 레지스터 번호인 경우)
• (A) : 기억장치 A번지의 내용
• (R) : 레지스터 R의 내용

주소지정 방식의 종류는 7가지가 있고, 그 중 변위 주소지정 방식은 또 3개로 나뉜다. 천천히 살펴보자.

 

1) 직접 주소지정 방식

-오퍼랜드 필드의 내용이 유효 주소가 되는 방식.

EA = A

이는 한 번의 기억장치 액세스만 필요한다. 연산 코드를 제외하고 남은 비트들만 주소 비트로 사용되기 때문에 직접 저장할 수 있는 기억장소의 수가 제한 된다.(2의 11승가지로 제한)

 

2) 간접 주소지정 방식

-오퍼랜드 필드 속에 유효주소를 갖고 있는 주소를 갖고 있는 방식.

EA = (A)

이는 오퍼랜드 주소안에 실제 데이터를 담고있는 주소의 주소를 담고 있다. 쉽게 말하자면 데이터가 있는 주소를 직접적으로 가져오지 않고, 데이터가 있는 주소의 주소를 먼저 갔다가 이를 통해 접근하는 것이다. 즉 기억장치 엑세스에 두 번 접근하는 것이다.

 

이의 장점은 최대 기억장치용량이 단어의 길이에 의하여 결정된다. 즉 오퍼랜드의 주소비트가 작더라도 그 실제 유효주소는 단어 길이의 비트만큼을 가질 수가 있다는 것이다. 단어 길이가 길어진다면 자연스럽게 기억 장소에 대한 주소용량이 커지게 된다.

 

단점은 앞서 말한 것처럼 기억장치에 두 번 액세스를 해야 한다.

 

1) 주소 인출 2) 그 주소가 지정하는 실제 데이터 인출

 

연산코드와 기억장치 주소 사이에는 간접비트가 존재하는데 간접비트가 1이라면 간접 주소지정 방식, 0이라면 직접 주소지정 방식이다.

 

3) 묵시적 주소지정 방식

- 명령어 실행에 필요한 데이터의 위치가 묵시적으로 지정되는 방식

ex) 'SHL' : 누산기의 내용을 좌측으로 시프트

     'PUSH R1' : 레지스터 R1의 내용을 스택에 저장

 

장점은 명령어 길이가 짧은 것이고 단점은 종류가 제한된다.

 

4) 즉시 주소지정 방식

- 데이터가 명령어에 포함되어 있는 방식

- 초기값으로 많이 사용되고 상수값으로 세트하는데 사용이 된다.

장점은 기억장치를 액세스할 필요가 없는 것이고 단점은 상수값의 크기가 오퍼랜드 필드의 비트 수에 의해 제한된다.

 

5) 레지스터 주소지정 방식

- 연산에 사용될 데이터가 내부 레지스터에 저장되어 있는 경우, 오퍼랜드가 해당 레지스터를 가리키는 방식.

EA = R

k를 오퍼랜드의 비트수라고 보았을 때 비트수가 4라면 2의 4승 = 16개의 레지스터 수가 존재한다.

이의 장점은 오퍼랜드 필드의 수가 적어도 되고, 기억장치 액세스가 필요없는 것이다.

단점은 데이터가 저장될 수 있는 공간이 CPU 내부 레지스터들로 제한되는 것이다.

 

6) 레지스터 간접 주소지정 방식

-오퍼랜드 필드가 가리키는 레지스터의 내용을 유효 주소로 사용하는 방식

EA = (R)

위의 간접 주소지정 방식과 비슷하다. 단지 필드가 가리키는 게 유효주소를 담고 있는 기억장치의 주소가 아니라, 유효주소를 담고 있는 레지스터의 번호일 뿐이다. 

이는 레지스터의 길이에 따라 기억장치 영역 확장이 가능하다.

예를 들어 레지스터의 길이가 16비트라면 2의 16Byte만큼 사용이 가능하고, 32비트라면 2의 32승Byte만큼 사용이 가능하다.

 

7) 변위 주소지정 방식

-직접 주소지정과 레지스터 간접 주소지정 방식의 조합

EA = A + (R)

1.  PC -> 상대 주소지정 방식
2. 인덱스 레지스터 -> 인덱스 주소지정 방식
3. 베이스 레지스터 -> 베이스-레지스터 주소지정 방식

 

상대 주소지정 방식

프로그램 카운터(PC)를 레지스터로 사용하여 EA를 계산

오퍼랜드 필드의 값과 PC의 명령어 주소를 더해서 명령어 주소에 넣는다. 

이때 A>0라면 앞 방향으로 분기를 하고, A<0라면 뒷 방향으로 분기한다. 왜냐하면 PC가 100일때 A가 -17이면 83인 앞방향으로, 17이면 117인 뒷 방향으로 분기하기 때문이다.

 

장점 : 전체 기억장치 주소가 명령어에 포함되어야 하는 일반적인 분기 명령어보다 적은 수의 비트만 필요

단점 : 분기 범위가 오퍼랜드 필드의 길이에 의해 제한

 

 

인덱스 주소지정 방식

- 인덱스 레지스터의 내용과 변위 A를 더하여 유효 주소를 결정

EA = (IX) + A

주요 용도 : 배열 데이터 액세스

 

 

인덱스 레지스터는 한번 수행이 끝나면 증가 혹은 감소하는 형식으로 이루어지기 때문에 덩어리형태의 배열을 처리할 때 사용이 된다.

EA = (IX) + A

IX = IX +1

 

 

베이스-레지스터 주소지정 방식

-베이스 레지스터의 내용과 변위 A를 더하여 유효 주소를 결정

EA = (BR) + A

 

 

주요 용도 : 프로그램의 위치 지정 및 변경에 사용