[Dreamhack] Sys-Architecture

• 컴퓨터 구조(Computer Architecture)
  • 폰노이만 구조
    • 중앙처리장치 - 버스 - 메모리 의 구조로 되어 있음
    • 중앙처리장치는 연산, 버스는 데이터 통로, 메모리는 연산할 데이터를 보내는 역할
    • 중앙처리장치에도 레지스터라는 메모리가 있는데, 연산속도가 데이터 교환보다 빠르므로 병목을 방지하고 원활한 연산을 위해 레지스터가 존재함
• 명령어 집합 구조(Instruction Set Architecture, ISA)
  • x86, ARM 등의 명령어 집합 구조가 존재함
  • x86-64는 intel의 64비트 아키텍처이다
    • 아키텍처의 64비트, 32비트는 중앙처리장치가 한 번에 처리할 수 있는 데이터의 양
    • 다른말로 WORD 라고 부르는데, 32비트 아키텍처의 경우 가상메모리 공간이 상대적으로 적어서 고성능의 소프트웨어를 실행 못할 수 있는 반면, 64비트 아키텍처는 가상메모리 공간이 크기 때문에 가상메모리 공간이 부족할 일은 거의 없다
• 범용 레지스터(General Register)
  • 주용도가 있지만 다양한 용도로 사용되는 레지스터
  • x86-64에서 범용레지스터는 각각 8바이트의 크기를 가진다

이름                                                                     주용도

rax (accumulator register)	함수의 반환 값
rbx (base register)	x64에서는 주된 용도 없음
rcx (counter register)	반복문의 반복 횟수, 각종 연산의 시행 횟수
rdx (data register)	x64에서는 주된 용도 없음
rsi (source index)	데이터를 옮길 때 원본을 가리키는 포인터
rdi (destination index)	데이터를 옮길 때 목적지를 가리키는 포인터
rsp (stack pointer)	사용중인 스택의 위치를 가리키는 포인터
rbp (stack base pointer)	스택의 바닥을 가리키는 포인터

• 이외에도 r8~15 까지의 레지스터가 존재

 

• 세그먼트 레지스터(Segment Register)
  • x64에는 cs, ss, ds, es, fs, gs총 6가지 레지스터가 있으며 각각은 16바이트의 크기를 가짐
  • cs ss, ds 는 코드, 스택, 데이터 영역을 가리킬때 사용되고 나머지는 운영체제별로 범용적인 용도를 가진다 
• 플래그 레지스터(Flag Register)
  • 플래그 레지스터는 프로세서의 현재 상태를 저장하고 있는 레지스터이다
  • x64에는 RFLAGS 라는 64비트 크기의 플래그 레지스터가 있다
  • 64비트 이므로 최대 64개의 플래그를 사용할 수 있지만 20여개의 비트만 사용한다
  • 아래는 대표적인 플래그 4가지 이다

CF(Carry Flag)	부호 없는 수의 연산 결과가 비트의 범위를 넘을 경우 설정 됩니다.
ZF(Zero Flag)	연산의 결과가 0일 경우 설정 됩니다.
SF(Sign Flag)	연산의 결과가 음수일 경우 설정 됩니다.
OF(Overflow Flag)	부호 있는 수의 연산 결과가 비트 범위를 넘을 경우 설정 됩니다.

• 명령어 포인터 레지스터(Instruction Pointer Register, IP)
  • CPU가 어느 부분의 코드를 실행할지 가리키는 것이 명령어 포인터 레지스터 이다
  • x64에서 명령어 레지스터는 rip이며, 크기는 8바이트 이다
• x86-64 아키텍처는 IA-32 의 확장 아키텍처이이며, 호환이 가능하다
  
  • IA-32 아키텍처에서 레지스터들은 32비트의 크기를 가진다
  • rax, rbx, rcx, rdx, rsi, rdi, rsp, rbp 가 64비트 레지스터 라면, eax, ebx, ecx, edx, esi, edi, esp, ebp는 64비트 레지스터의 하위 32비트 부분을 가리키며, ax, bx, cx, dx, si, di, sp, bp는 32비트 레지스터의 하위 16비트를 가리킨다
  • 또, 16비트의 상위 8비트는 ah, bh, ch, dh 로 나타내고 하위 8비트는 al, bl,  cl, dl로 나타낸다