컴퓨터 구조 - 명령어집합구조를 공부하다 몇 가지 질문이 생겨 올립니다

일단 개념이 헷갈리셔서 어려워하시는 내용이니, 질문의 내용을 떠나서 먼저 정리를 해보기로 하겠습니다.

1 Word 는 CPU 가 한 클럭에 받아들일 수 있는 Data 의 너비 (Data bus width) 입니다. 보통 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit 컴퓨터라고 하면, Data Bus Width 를 의미하는 것입니다. 하지만, 정확하게는 외부의 데이터를 내부에 저장해두는 레지스터의 크기입니다. 외부에 핀이 4 pin 밖에 없지만, 내부 레지스터가 4 bit씩 2개 연결되어 2 클럭에 저장이 된다면, 실제 Word 크기는 8 bit 가 되는 것입니다.

2. Data 는 피연산 대상인 수(Number)만을 의미하지는 않고, OP Code(Operator Code) Operand, ... 조합의 Instruction 일 수도 있으며, 여러개의 Operand 가 다음 Word 로 들어오는 경우도 있습니다. 즉, Inst. Operand 1 + Operand 2 + Operand 3 + ... 식으로 연결되어서 각 클럭마다 입력받을 수 있고 SIMD(Single Instruction Multi Data, 다중 피연산자처리 단일 명령어) 종류의 Instruction 에서 나타나는 형태입니다. 이 때, 이러한 종류의 명령어 길이에 따라 Program Counter 의 값이 2 Word 이상 늘어나게 됩니다.

3. Word 는 1. 에서 말했듯이 8, 16, 32 bit 너비일 수 있습니다. 바이트로 환산하면 1,2,4 bytes가 됩니다. 메모리 주소는 1 byte 단위로 지정(Addressing)하기 때문에, 32 bit 컴퓨터에서는 한 클럭마다 4의 배수로 Program Counter 값이 바뀔 것입니다.

4. PC(Program Counter) 레지스터는 실행할 명령어가 담겨있는 메모리주소를 저장하는 공간이기 때문에 Address Bus Width 와 같거나 더 큽니다.

5. Address Bus Width 는 꼭 Data Bus Width 와 일치하지는 않습니다. 32 bit CPU 이지만, 24 bit 메모리 주소 버스를 갖는 i386 CPU 처럼, 대부분은 비대칭적인 경우가 많습니다. 현재 64 bit CPU 인 x86_64 는 물리적 메모리 주소 버스 폭이 48 bit 입니다. 그러나 PC 레지스터의 크기는 64 bit 입니다.

A. 주소공간(Address Space) 이라는 개념에 대해 설명듣지 못하셨을 겁니다. 주 메모리의 한계용량을 의미하고, i686(IA32, x86) 구조에서는 32 bit, 즉 2^32 bytes 의 영역인 4 GB 가 주 메모리 한계공간입니다. i686은 Data Bus Width 가 32 bit, 즉 4 Bytes 이기 때문에, 32 bit 의 메모리 핀 중, 30 핀만 사용한다고 하더라도 충분히 4 GB 주소공간을 지정할 수 있었을 겁니다. 즉, 주소 지정 단위(Address Unit)가 어떻게 지정되느냐에 따라, Address Pin 의 갯수, 혹은 Address Bus Width 가 달라지는 셈입니다.

64 bit 컴퓨터인 x86_64 구조에서는 주소지정단위가 64bit, 즉 8 bytes 이므로, 48 bit 로 나타낼 수 있는 2^48 = 64 TBytes 의 공간을 8 Bytes 씩 지정한다고 했을 때, 45 bit 의 Address Bus Width 를 갖게 되는 셈입니다.

하지만, 최신 코어에서는 64 bit 컴퓨터라서 꼭 8 bytes 씩 단위를 쓰지는 않고, 16 bit (2 bytes), 32 bit (4 bytes) 단위로도 접근해서 쓰기 때문에, 동작하는 환경에 따라 주소공간이 각각 달라진다는 점을 알고 계시면 좋겠습니다.

답변이 도움이 되시기를.