[혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제]03. 소스코드와 명령어 변환

alswlfl 2026. 5. 26. 00:48

컴퓨터는 개발자가 작성한 소스 코드를 이해하지 못한다. 개발자가 사용하는 언어는 '고급 언어'이고, 고급 언어를 컴퓨터가 실행할 때에는 '저급 언어'로 변환되어 실행된다.

고급 언어: 개발자가 읽고 쓰기 편하게 만들어진 언어
- C/C++, Java, Python 등
저급 언어(=명령어): 컴퓨터가 이해하고 실행하기 위해 만들어진 언어
- 기계어: 0과 1로 이루어진 명령어로 구성된 저급 언어(2진수 혹은 16진수로 표현)
- 어셈블리어: 0과 1로 이루어진 기계어를 읽기 편한 형태로 번역한 저급 언어

1) 컴파일 방식

컴파일 언어(컴파일): 고급 언어로 작성된 소스 코드로, 전체를 한 번에 실행한다.
- 소스 코드 컴파일 중 오류가 발생하면 소스 코드 전체가 실행되지 않음

2) 인터프리트 방식

인터프리터 언어: 인터프리터에 의해 한 줄 씩 실행되며, 소스 코드 전체가 저급 언어로 변환되기까지 기다릴 필요가 없음
- 소스 코드 인터프리트 중 오류가 발생하면 오류 발생 전까지의 코드는 실행됨

명령어 = 무엇을 대상으로, 무엇을 수행해라 = 연산 코드(수행할 연산) + 오퍼랜드(연산에 사용될 데이터 or 연산에 사용될 데이터가 저장된 위치)

수행할 연산	연산에 사용될 데이터 혹은 연산에 사용될 데이터가 저장된 위치
더해라	100과	120을
빼라	메모리 32번지 안의 값과	메모리 33번지 안의 값을
저장해라	10을	메모리 128번지에

오퍼랜드

연산에 사용될 데이터 or 연산에 사용될 데이터가 저장된 위치

연산 코드

수행할 연산

연산 코드의 종류와 생김새는 CPU 마다 다름
공통적인 연산 코드 종류에는 크게 4가지 존재
1. 데이터 전송: MOVE(데이터를 옮겨라), STORE(메모리에 저장해라), LOAD/FETCH(메모리에서 CPU로 데이터를 가져와라), PUSH(스택에 데이터를 저장하라), POP(스택의 최상단 데이터를 가져와라)
2. 산술/논리 연산: ADD/SUBTRACT/MULTIPLY/DIVIDE(덧셈/뺄셈/곱셈/나눗셈을 수행하라), INCREMENT/DECREMENT(오퍼랜드에 1을 더하라/오퍼랜드에 1을 빼라), AND/OR/NOT(AND/OR/NOT 연산을 수행하라), COMPARE(두 개의 숫자 또는 TRUE/FALSE 값을 비교하라)
3. 제어 흐름 변경: JUMP(특정 주소로 실행 순서를 옮겨라), CONDITIONAL JUMP(조건에 부합할 때 특정 주소로 실행 순서를 옮겨라), HALT(프로그램의 실행을 멈춰라), CALL(되돌아올 주소를 저장한 채 특정 주소로 실행 순서로 옮겨라), RETURN(CALL을 호출할 때 저장했던 주소로 돌아가라)
4. 입출력 제어: READ/INPUT(특정 입출력 장치로부터 데이터를 읽어라), WRITE/OUTPUT(특정 입출력 장치로 데이터를 써라), START IO(입출력 장치를 시작하라), TEST IO(입출력 장치의 상태를 확인하라)

명령어 주소 지정 방식

데이터가 저장된 위치를 사용하는 이유는 '명령어 내에서 표현할 수 있는 크기가 제한'되기 때문이다.

오퍼랜드 종류가 많아질수록 오퍼랜드에 표현할 수 있는 데이터 크기가 줄어듦

그렇기 때문에 표현할 수 있는 범위의 데이터 크기가 제한받지 않도록 오퍼랜드에 메모리 주소를 저장하여 표현함

유효 주소(effective address): 연산에 사용될 데이터가 저장된 위치

명령어 주소 지정 방식(addressing modes): 연산에 사용할 데이터가 저장된 위치를 찾는 방법, 즉 유효 주소를 찾는 방법

다양한 명령어 주소 지정 방식 존재함

즉시 주소 지정 방식(immediate addressing mode): 연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시
- 가장 간단한 형태의 주소 지정 방식
- 연산에 사용할 데이터의 크기가 작아질 수 있지만, 빠름(해당 주소에 있는 데이터를 찾기 위한 과정 수행 X)

직접 주소 지정 방식(direct addressing mode): 오퍼랜드 필드에 유효 주소를 직접적으로 명시
- 유효 주소를 표현할 수 있는 크기가 연산 코드만큼 줄어듦

간접 주소 지정 방식(indirect addressing mode): 오퍼랜드 필드에 유효 주소의 주소를 명시
- 앞선 주소 지정 방식들에 비해 속도가 느림

레지스터 주소 지정 방식(register addressing mode): 연산에 사용할 데이터가 저장된 레지스터 명시
- 메모리에 접근하는 속도보다 레지스터에 접근하는 것이 빠름

레지스터 간접 주소 지정 방식(register indirect addressing mode): 연산에 사용할 데이터를 메모리에 저장
- 그 주소를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 명시

C언어 소스 코드(test.c) → 전처리기(preprocessor) → 컴파일러(compiler) → 어셈블러(assembler) → 링커(linker) → 실행파일(test.exe)

1) 전처리 과정(preprocessing)

본격적으로 컴파일하기 전에 처리할 작업들
- 외부에 선언된 다양한 소스 코드, 라이브러리 포함(ex: #include)
- 프로그래밍의 편의를 위해 작성된 매크로 변환(ex: #define)
- 컴파일할 영역 명시(ex: #if, #ifdef, ...)

2) 컴파일 과정(compiling)

3) 어셈블러 과정(assembling)

목적 파일 vs 실행 파일
목적 파일과 실행 파일은 둘 다 기계어로 이루어진 파일이지만, 다르다!
목적 파일은 링킹(linking)을 거친 이후에 실행 파일이 된다.

4) 링킹(linking)

한 파일에서 다른 파일에 있는 함수를 사용하고자 하는 상황에서 파일을 연결해주는 과정
즉, 각기 다른 목적 파일을 하나의 실행 파일로 연결시켜주는 과정