2019학년도 1학기 컴퓨터구조 중간고사 대비 정리

중간고사 대비 정리.docx

2019학년도 1학기 컴퓨터구조 중간고사 대비하여 정리했었던 내용입니다.

 

교재 = Computer_Organization_and_Design_5th_Edition

 

 

컴퓨터 설계의 목적과 제약조건 (Goals)

= 기능, 낮은 가격, 신뢰성, 저전력, 높은 성능, 앞 5가지 및 기타 등등의 균형

Applications/Domains

-       Desktop

-       Mobile: laptops, mobile phones

-       Embedded: microcontrollers in automobiles, door knobs

Technology

-       IC의 주요 부분 (평가 기준)

= 퍼포먼스, 신뢰성, 가격, 전력, 대량 생산 시설

l  무어의 법칙 = 반도체 메모리의 용량이나 CPU의 속도는 18~24개월마다 2배씩 향상된다. / 컴퓨팅 성능은 18개월마다 2배씩 향상된다. / 컴퓨터 가격은 18개월마다 반으로 떨어진다. (but 여러가지 문제(특히 발열) 때문에 2005년 이후부터 맞지 않는 말이 됨. – Single-Core => Multi-Core)

First Microprocessor = Intel 4004 (1971) – 10000nm, 108KHz, 4bit

Pinnacle(절정) of Single-Core Microprocessor = Intel Pentium4 (2003) – 90nm, 3.4GHz, 64bit

Modern Multi-Core Processor = Intel Core I7 (2009) – 45nm, 3.2~3.6GHz, 128bit, Quard-Core

l  Modern Multi-Core Processor는 그냥 그런가보다 하고 넘어감.

 

 

 

Explicit Parallelism

-       Multi-Threading

-       Multi-Core

-       GPU

컴퓨터 구조를 구상할 때에는 Goals, applications, technology 3가지를 모두 고려해야 한다.

 

CPU Performance

           T = Tck * CPI * IC

l  Tck = Cycle time in seconds (Tck = 1 / Clock Rate)

l  CPI = Number of clock cycles per instruction

l  IC = Instruction counts

l  T = CPU using seconds for program

l  MIPS = million instruction per second (= inst / exec * 10^6)

Performance = Execution Time!!!

l  Elapsed Time = 전체 시간 (입출력 포함)

l  CPU Time = 프로그램을 돌리는데 CPU를 사용한 시간 (입출력 제외)

성능 향상 = 실행시간 감소.

-       Increase Clock Rate

-       Decrease CPI

-       Reduce IC

l  하나의 값이 바뀌면 다른 값에 영향을 줄 수 있다!

l  따라서 Clock Rate가 높다고, CPI가 낮다고, IC가 적다고 성능이 무조건 좋은 것은 아니다!

암달의 법칙 (f = 전체 중 성능개선이 된 부분%, a = f의 성능개선이 된 정도)

MIPS | ISA (*MIPS Processor와 million instruction per second는 다른 것!)

-       Data types = word(32), byte(8), half-word(16), single FP(32), double FP(64)

Register Naming (개수 중요함!)

$zero	Hardwired to 0.	1개
$at	Reserved for pseudo-instructions.	1개
$v0, $v1	Results and expression evaluation.	2개
$a0-$a3	Arguments.	4개
$s0-$s7	Save Values.	8개
$t0-$t9	Temporary values.	10개

 

더 자세한 내용 (인터넷 자료)

Register No.	Name	Usage
$0	$zero	Hard-wired to 0 (0으로 고정)
$1	$at	의사 명령어 전용
$2-$3	$v0-$v1	Value. 함수 반환 값 ($v0는 syscall사용시에도 사용)
$4-$7	$a0-$a3	Arguments. 매개변수
$8-$15	$t0-$t7	Temporary data.
$16-$23	$s0-$s7	Saved registers.
$24-$25	$t8-$t9	More temporary registers.
$26-$27	$k0-$k1	Reserved for kernel. Do not use.
$28	$gp	Global Area Pointer (base of global data segment)
$29	$sp	Stack Pointer
$30	$fp	Frame Pointer
$31	$ra	Return Address
$f0-$f3	-	Floating point return values
$f4-$f10	-	Temporary registers, not preserved by subprograms
$f12-$f14	-	First two arguments to subprograms, not preserved by subprograms
$f16-$f18	-	More temporary registers, not preserved by subprograms
$f20-$f31	-	Saved registers, preserved by subprograms

 

Instructions

-       Arithmetic operations                 ex) add, addi, addu, …

-       Data movement operations          ex) lw, sw, …

-       Control flow operations               ex) beq, bne, j, jr, …

-       Logical operations                     ex) sll, sra, and, or, …

The basic type of instruction has 4 components:

1.     Operation name

2.     1st source operand

3.     2nd source operand

4.     Destination operand

 

add $dst, $src1, $src2      # $dst = $src1 + $src2

sub $dst, $src1, $src2      # $dst = $src1 - $src2

l  음수의 표현 방식은 2의 보수가 가장 좋다. (1의 보수에 +1)

addi => src2 대신 상수를 사용하는 것이 가능. (i = immediate)

addu => 부호 없는 덧셈. (u = unsigned)

 

MIPS에서 Memory access 명령어는 load, store종류밖에 없다 => 속도상 이점

lw $dst, offset($base)      # $base에 저장되어 있는 주소값 + offset만큼 더한 주소에서 word(32비트)만큼을 가져와 $dst에 저장.

sw $dst, offset($base)      # 저장.

sll $dst, $src, num          # shift left logical. $src의 비트를 왼쪽으로 num만큼 shift해서 dst에 저장한다. * $dst=$src*2num 가 된다.

beq $reg1, $reg2, label    # branch equal. if ($reg1 == $reg2) goto label.

bne $reg1, $reg2, label    # branch not equal. if ($reg1 != $reg2) goto label.

j label                         # jump (=goto). Jump to label.

slt $t0 $reg1, $reg2        # set less than. if ($reg1 < $reg2) $t0 = 1.

★beq와 slt의 조합으로 이상, 이하 조건문 작성 가능!

$s0 < $s1	slt $t0, $s0, $s1 bne $t0, $0, Less  # if ($s0 < $s1) goto Less
$s0 > $s1	slt $t0, $s1, $s0 bne $t0, $0, Grtr  # if ($s0 > $s1) goto Grtr
$s0 >= $s1	slt $t0, $s0, $s1 beq $t0, $0, Gteq # if ($s0 >= $s1) goto Gteq
$s0 <= $s1	slt $t0, $s1, $s0 beq $t0, $0, Lteq # if ($s0 <= $s1) goto Lteq

bltz $src, label               # branch on less than zero. goto if ($src < 0)

 

단순한 코드를 위한 반복문의 표현

 

 

System calls

Service	System Call Code	Arguments	Result
print integer	1	$a0 = value
print float	2	$f12 = float value
print double	3	$f12 = double value
print string	4	$a0 = address of string
read integer	5	$v0 = value read
read float	6	$f0 = value read
read double	7	$f0 = value read
read string	8	$a0 = buffer, $a1 = length
memory allocation	9	$a0 = amount	$v0 = address of block
exit	10
print character	11	$a0 = integer
read character	12		char in $v0

 

MIPS Assembler Directives

-       .asciiz = null로 끝나는 문자열 저장

-       .data = 데이터 영역 시작

-       .text = 텍스트 영역 (함수 등) 시작

-       .global = 밖에서 주 기호에 접근할 수 있음.

-       .word = word단위로 메모리에 저장.

 

MIPS 명령어의 3가지 포맷

-       R-format => register

-       I-format => immediate

-       J-format => jump

 

 

 

프린트할 목적으로 워드에 먼저 적고 복붙했는데 엄청 이상하게 나왔다.. 귀찮으니 그냥 둬야지.. 그림하고 수식도 복붙 안된거 따로 넣느라 귀찮았당