[CE] Machine Code와 Microcode의 차이점 비교 및 설명

Machine Code와 Microcode의 차이점 비교 및 설명

Machine Code (기계어)

정의:

Machine code는
CPU가 직접 이해하고 실행할 수 있는 저수준의 코드임.

이는 CPU의 명령어 세트(instruction set architecture, ISA)에 따라 작성된 명령어들로 구성됨.

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특징:

• 저수준 언어:
  • 고수준 프로그래밍 언어에서 컴파일된 형태로, CPU가 직접 실행.
• 형태:
  • 이진수로 이루어진 bit pattern이며,
  • 각 명령어는 특정 작업을 수행함 (예: 데이터 이동, 산술 연산 등).
• 고정된 명령어 세트:
  • 각 CPU 아키텍처마다 고유한 명령어 세트가 있음.
• 직접 실행:
  • CPU는 machine code를 직접 해석하여 명령어를 수행함.

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예:

• x86 아키텍처의 MOV AX, 1 명령어는 1011 0000 0000 0001과 같이 이진수로 표현됨.
• ARM 아키텍처의 ADD R0, R1, R2 명령어는 1110 1010 0001 0000과 같이 이진수로 표현됨.

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Microcode (마이크로코드)

정의:

Microcode는

CPU 내부에서 machine code 명령어를 실행하기 위해 필요한 저수준 제어 신호를 생성하는 코드임.
이는 CPU의 마이크로아키텍처 수준에서 동작하며, 복잡한 명령어를 더 단순한 하드웨어 동작으로 분해함.

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특징:

• 제어 신호 생성:
  • CPU 내부의 Control Unit에서 사용되며,
  • 각 machine code 명령어를 실행하기 위해 필요한 일련의 microcode들을 정의.
• 형태:
  • Microcode 명령어로 구성되어 있으며,
  • 이는 레지스터 설정, ALU(산술 논리 장치) 동작, 메모리 접근 등을 제어함.
• 유연성:
  • CPU 설계자는 microcode를 변경하여
  • CPU의 동작을 수정하거나 최적화할 수 있음.
• 하드웨어 내장:
  • 보통 하드웨어에 내장되거나 펌웨어 형태로 제공됨.

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예:

MOV AX, 1 machine code 의 명령어(mnemonic form)를 실행하기 위해
필요한 레지스터 설정, 버스 신호, ALU 동작 등을 제어하는 마이크로-명령어들로 분해되어 수행됨.

• MOV AX, 1이라는 mnemonic은 CPU가 이해할 수 있는 이진수 형태의 machine code로 변환됨.
  • x86 아키텍처에서는 MOV AX, 1이 1011 0000 0000 0001과 같은 형태의 이진수 machine code로 변환됨.
  • Accumulator Regisger AX에 1을 저장.
• CPU는 이 machine code 명령어를 해석하고 실행하기 위해 내부적으로 여러 단계의 microcode들로 사용.
• MOV AX, 1 명령어를 실행하기 위해 CPU는 다음과 같은 microcode로 분해하여 수행함:
  1. AX 레지스터를 선택하고 준비.
  2. 상수 1을 내부 버스를 통해 ALU로 전달.
  3. ALU는 이 값을 AX 레지스터로 전송.
  4. 결과를 AX 레지스터에 저장.

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차이점 요약

1. 레벨:
   • Machine Code: CPU가 직접 실행하는 최하위 수준의 프로그래밍 언어.
   • Microcode: Machine code 명령어를 실행하기 위해 필요한 하드웨어 제어 신호를 생성하는 코드.
2. 목적:
   • Machine Code: 프로그램의 논리적 명령어를 직접 수행함.
   • Microcode: 각 machine code 명령어를 실행하기 위해 필요한 세부적인 하드웨어 동작을 제어.
3. 위치:
   • Machine Code: 메모리에서 CPU로 전달되어 직접 실행됨.
   • Microcode: CPU 내부의 Control Unit에서 실행됨.
4. 작성 및 수정:
   • Machine Code: 고수준 프로그래밍 언어가 컴파일러에 의해 변환됨.
   • Microcode: CPU 설계자가 작성하며, CPU의 동작을 최적화하거나 수정할 때 사용됨.

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비유

• Machine Code:
  • 요리 레시피 책의 레시피처럼,
  • 요리사 (~cpu)가 직접 따라할 수 있는 구체적인 지침임.
• Microcode:
  • 요리 과정에서 각 단계를 세부적으로 설명하는 내부 지침처럼,
    각 단계를 구체적으로 수행하기 위한 세부 지침임.

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같이보면 좋은 자료들

https://dsaint31.me/mkdocs_site/CE/ch08/ce08_compiler_interpreter/#_2

BME228