CPU에서 코드 라인을 어떻게 실행합니까?

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고수준 언어가 기계 코드로 변환 된 다음 CPU에 의해 실행되는 방식을 실제로 이해하려고합니다.

코드가 머신 코드로 컴파일되어 CPU가 사용할 수있는 하위 수준 코드 인 것으로 알고 있습니다. 과제 명세서가 있으면 다음과 같이 말합니다.

x = x + 5;
y = x - 3;

CPU는 한 번에 한 줄씩 실행합니까? 따라서 먼저 x = x + 5를 실행합니다. 명령어와 CPU가 다음에 실행할 명령어는 y = x-3입니다. 실제로 실행 프로세스와 CPU에서 실제로 작성한 코드가 어떻게 실행되는지 이해하려고합니다.

computer-science cpu

— 프랭키
소스

오픈 소스 CPU 중 하나의 디자인을 이해하려고 할 수 있습니다. excamera.com/sphinx/fpga-j1.html 과 같은 간단한 스택 기반 구현 이 있습니다. 3- 주소 아키텍처보다 훨씬 간단합니다. 당신의 예 에서처럼.

— SK-logic

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내가이 사업에 들어갔을 때, 이것은 간단하고 명확한 대답이 있었을 것입니다. 오늘날 CPU는 매우 복잡하며 처리 능력을 높이기 위해 모든 종류의 작업을 수행합니다.

— David Thornley

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코드 줄은 CPU가 코드를 실행하는 방법과 관련이 없습니다. 하드웨어가 실제로 어떻게 작동하는지에 대해 많은 것을 가르쳐 줄 것이기 때문에 어셈블러를 읽는 것이 좋습니다. 많은 컴파일러에서 어셈블러 출력을 얻을 수도 있습니다.

이 코드는 (구성된 어셈블리 언어에서) 다음과 같이 컴파일 될 수 있습니다.

load R1, [x] ; meaning load the data stored at memory location x into register 1
add R1, 5
store [x], R1 ; store the modified value into the memory location x
sub R1, 3
store R1, [y]

그러나 컴파일러에서 변수를 다시 사용하지 않는 것을 알고 있으면 저장 작업이 수행되지 않을 수 있습니다.

디버거가 어떤 머신 코드가 프로그램 소스 라인에 해당하는지 알기 위해, 컴파일러는 주석을 추가하여 머신 코드의 어느 라인에 어떤 라인이 대응 하는지를 보여줍니다.

— 막스 폴룬
소스

왜 안돼? 3- 주소 아키텍처에는 ADD Rx, Rx, $5and와 같은 명령어가 있습니다 SUB Ry, Rx, $3(x와 y 변수가 레지스터에 매핑되었다고 가정). 로드 / 스토어 RISC 접근 방식을 설명하고 있습니다.

— SK-logic

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@ SK-logic : 데이터 유형과 연산이 포함 된 매우 간단한 프로그래밍 언어에서 매우 간단한 코드 줄에서 발생할 수 있지만 CPU가 충분히 지원할 수는 있지만 일반적인 경우는 없습니다. 전문가에게는 편리하지만 먼저 기계어 명령어는 일반적으로 고급 언어의 코드 줄과 거의 유사하지 않다는 것을 인식하는 것이 중요합니다.

@ SK-Logic :이 특정 예제에서만 작동합니다. 그러나 일반적으로 maxpolun이 옳습니다. 개념적으로 간단한 작업을 수행하려면 더 많은 "빨간 테이프"가 필요한 고급 언어 설명을 하위 언어로 번역해야합니다. OP 가이 변환의 예를 요구하고 있다고 생각합니다.

— Andres F.

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@ SK-Logic : OP는 "정말 고급 언어 [...]를 정확히 이해하려고 노력하고 있습니다."라고 질문을 시작했습니다.

— Andres F.

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@ SK-logic 컨텍스트는 "할당 문장이있는 경우 : [코드 조각] CPU가 한 번에 한 줄씩 실행합니까?"입니다. -비 어셈블러 언어의 소스 코드 인 것처럼 보입니다. 더 일반적으로, 나는 저수준 기계 코드가 어떻게 이해 되는지 에 대한 지표를 보지 못하고 (구문과 같은) 문구는 약간의 오해를 나타냅니다. 그것은 당신이 암시하는 것처럼 불가능하지는 않습니다. 모두가 간단한 마이크로 컨트롤러 (나와 다른 것 같은)에서 먼저 머리를 던지는 즐거움을 얻지 못했습니다. 아마도 Frankie는 분명히해야합니다.

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때에 따라 다르지.

정말 간단한 기계의 초기에는 코드가 한 번에 한 줄씩 실행되었습니다. 머신이 더 크고 빠르며 복잡 해짐에 따라 여러 명령을 동시에 실행할 수있는 기능과 레지스터에서 작업하는 것보다 메모리 읽기 및 쓰기가 훨씬 오래 걸리기 시작했습니다.

컴파일러 최적화는이 점을 고려해야했으며, 프로세서의 한 부분은 y의 계산을 수행하는 반면, 다른 부분은 이전에 계산 된 새로운 값을 저장 한 상태에서 병렬로 "더 많거나 적은"실행할 수 있습니다. x (그리고 y의 계산은 레지스터에서 새로운 값을 사용하고있었습니다).

Control Data 6600은 이런 종류의 작업을 수행 한 최초의 머신이었습니다. 정수 추가는 300 nsec, 메모리 참조 (읽기 또는 쓰기)는 1000 nsec, 곱하기 및 나누기에는 많은 시간이 걸렸습니다. 필요한 기능 단위에 따라 최대 약 10 개의 명령을 모두 병렬로 실행할 수 있습니다. CDC 6600 FORTRAN 컴파일러는이 모든 것을 예약하는 데 매우 능숙했습니다.

— 존 알 스트롬
소스

이 경우 다음 명령의 입력은 첫 번째 명령 결과에 따라 달라 지므로 순차적으로 실행 해야합니다 .

— SK-logic

@ SK-logic :별로. 두 번째 줄의 입력은 첫 번째 줄의 오른쪽 결과에 따라 달라 지지만 원래 예제 코드에서 볼 수있는 내용에 따라 결과에 대한 저장소 메모리에 의존하지 않을 수도 있습니다. 첫 번째 줄. x가 휘발성으로 선언 된 경우 (C / C ++에서) "휘발성"은 무언가를 의미하기 때문에 컴파일러는 결과를 먼저 저장 한 다음 새로운 y 값 계산을 시작하기 전에 메모리에서 다시로드해야합니다. (인터럽트 핸들러), 두 줄 사이에 들어오고 zap x 할 수 있습니다.

— John R. Strohm

나는 x와 y가 레지스터라고 가정했다 (그리고 코드는 C와 같은 것이 아닌 3- 주소 의사 어셈블리 언어로되어있다). 이 경우 두 명령 모두 불가피하게 순차적입니다. 그렇지 않으면 OP는이 질문 대신 두 가지 이상의 다른 질문을해야했습니다.

— SK-logic

프로세서가 그 가치를 "추측"하려고하는지 궁금합니다 x. 이 방법으로 이미 코드를 실행했으며 캐시에 저장했습니다.

— Kolob Canyon

이들이 레지스터 인 경우에도 기계에 따라 명령이 완전히 순차적으로 실행된다고 가정 할 수 없습니다. 6600에는 프로그래머가 명백한 것을 원한다는 가정에 따라 순차적 의미론을 강제하는 스케줄링 논리 ( "스코어 보드")가있었습니다. 나중에 기계는 그 하드웨어를 생략하고 대신 컴파일러를 사용하여 명령을 신중하게 예약합니다. 그 짐승들에 대해 어셈블리 언어 프로그래밍을하는 인간 프로그래머들은 그들 자신에있었습니다.

— John R. Strohm

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아니요, 상위 및 하위 언어의 코드 라인 / 명령간에 일대일 매핑이 없습니다. 실제로 위의 두 줄은 다음 과 같은 여러 머신 코드 명령어 로 변환됩니다.

특정 메모리 주소의 값을 레지스터로로드
값을 수정하다
그것을 메모리에 다시 쓴다

이 지침의 실제 세부 사항은 플랫폼마다 다릅니다.

이것은 사물의 기본 견해입니다. 그러나 문제를 더욱 복잡하게하기 위해 최신 CPU는 실행 파이프 라인 , 비 순차적 실행 및 다중 코어 와 같은 기술을 적용 합니다. 이로 인해 CPU는 한 번에 여러 작업을 수행합니다. 예를 들어 파이프 라인은 동일한 처리 장치 내에서 후속 명령의 여러 단계를 병렬로 처리하는 반면 여러 코어는 독립적 인 명령을 병렬로 처리 할 수 있습니다.

— 페테르 토 ö
소스

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작동 방식, 컴파일러 클래스에 대한 자세한 내용을 보려면 책에서 자세한 내용을 살펴 봐야합니다.

기본적으로 귀하의 질문은 두 가지 측면에 중점을 둡니다.

1) 코드는 기계 코드로 어떻게 번역됩니까?

2) 코드는 언제 / 어떻게 병렬화를 사용하여 계산됩니까?

1)에 대한 대답은 사용하는 언어에 따라 다릅니다 (예를 들어 사소한 것이지만 출력은 동일 함). 컴파일러가 기계 코드로 변환하는 방식은 언어의 힘 중 하나입니다. 또한 예제에서 고려해야 할 몇 가지 문제가 있습니다. 코드는 데이터를 메모리에로드하고 저장해야합니다.

마지막으로 병렬화는 프로그래밍 관점에서 강제 할 수있는 기능이지만 간단히 말하면 일부 프로세서는 독립적 인 코드의 일부를 동시에 실행할 수 있다고 생각할 수 있습니다. 귀하의 경우, 문장을 순차적으로 실행해야하기 때문에 분명히 그렇지 않습니다. 그렇지 않으면 동시에 실행되지 않습니다.

— SRKX
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