인스트럭션(instruction)은 컴퓨터에게 일을 시키는 단위로서, 컴퓨터가 알아들을 수 있는 기계어로 이루어져 있는 명령이다. 지시 또는 명령이라고 한다.
컴퓨터는 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어인 기계어로 작성된 프로그램을 받아들인 후, 그 지시에 따라 움직인다. 이 기계어 프로그램에서 사용하는 동작 지시가 인스트럭션이다. 인스트럭션은 컴퓨터 프로그램의 기본으로서 컴퓨터의 동작을 지시하는 부호 단위인 셈이다.
인스트럭션(instruction) 또는 명령어는 컴퓨터가 직접 실행할 수 있는 가장 기본적인 단위의 명령을 의미한다. 이는 중앙처리장치(CPU)가 수행할 수 있는 연산, 데이터 이동, 분기(조건에 따라 흐름을 바꾸는 작업) 등을 지시한다. 대부분의 인스트럭션은 기계어(machine code) 형태로 인코딩되어 있으며, 이를 사람이 읽기 쉬운 형태로 바꾼 것이 어셈블리어(assembly language)이다.
인스트럭션은 명령부와 처리부로 나누어진다.
- 명령부(OP) : 실제 컴퓨터가 수행해야 할 동작을 나타내는 동사에 해당한다. 명령부의 내용은 주로 산술 및 논리연산, 데이터 이동, 분기, 입출력, 그외의 제어 명령이다.
- 처리부(operand) : 동작의 대상이 되는 데이터를 지정하므로 목적어에 해당한다. 처리부는 피연산자를 직접 나타내거나 피연산자가 기억된 레지스터 또는 기억장치의 주소이다.
대부분 컴퓨터에서 사용되는 공통적인 명령 부류는 자료 이동 명령, 산술 및 논리연산, 비교 및 검사, 분기, 서브루틴 호출과 복귀, 입출력, CPU 상태 조절 등이 있다.
기본 구조[편집]
하나의 인스트럭션은 보통 다음과 같은 구조를 가진다:
css
[연산 코드(opcode)] + [피연산자(operand)]들
- 구성 요소
- Opcode: 어떤 작업을 할 것인지 지정 (예: 더하기, 이동, 비교 등)
- Operand: 작업 대상 (예: 레지스터, 메모리 주소, 상수 등)
- 예시 (x86 어셈블리어 기준)
asm
MOV AX, BX ; BX 레지스터의 값을 AX로 복사
ADD AX, 1 ; AX 값에 1을 더함
JMP 0x0040 ; 0x0040 주소로 점프 (무조건 분기)
인스트럭션 실행 단계[편집]
CPU는 아래 단계(명령어 사이클)로 인스트럭션을 처리한다.
- 페치(Fetch): 메모리에서 인스트럭션 읽기
- 디코드(Decode): OPCODE 해석
- 실행(Execute): ALU(산술논리장치) 연산 수행
- 메모리 접근(Memory Access): 데이터 로드/저장
- 쓰기 백(Write Back): 결과 저장
⚙️ 파이프라이닝: 현대 CPU는 여러 인스트럭션을 병렬 처리하여 성능 향상.
인스트럭션의 종류[편집]
- 데이터 처리 인스트럭션
- 산술 연산: ADD, SUB, MUL, DIV
- 논리 연산: AND, OR, XOR, NOT
- 시프트 연산: SHL(왼쪽 시프트), SHR(오른쪽 시프트)
- 데이터 이동 인스트럭션
- MOV: 레지스터/메모리 간 데이터 복사
- PUSH/POP: 스택 연산
- 제어 흐름 인스트럭션
- JMP: 무조건 분기
- CALL/RET: 서브루틴 호출 및 반환
- CMP + JE/JNE: 조건부 분기
- 시스템 인스트럭션
- INT: 인터럽트 발생
- HALT: CPU 정지
인스트럭션 세트 (Instruction Set)[편집]
인스트럭션 세트(instruction set)**는 특정 CPU 아키텍처에서 사용되는 모든 인스트럭션의 집합이다.
대표적인 인스트럭션 세트 아키텍처(ISA):
| 아키텍처
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설명
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| x86
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인텔/AMD 계열, 복잡하고 다양한 인스트럭션을 지원
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| ARM
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모바일, 임베디드에 최적화된 간결한 인스트럭션
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| RISC-V
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오픈소스, 교육 및 차세대 CPU 설계에 사용
|
| MIPS
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고전적인 RISC 구조, 임베디드 시스템에서 사용됨
|
인스트럭션 저장과 실행[편집]
- 프로그램은 기계어(0과 1) 형태로 저장
- CPU는 명령어 포인터(Program Counter)로 다음 인스트럭션을 읽음
- 디코더(Decoder)가 인스트럭션 해석
- 해석된 연산을 ALU(산술논리장치) 등이 수행
최신 인스트럭션 기술 동향[편집]
- SIMD(Single Instruction Multiple Data)
- 한 인스트럭션으로 다수 데이터 병렬 처리 (예: Intel AVX, ARM NEON)
assembly
; AVX-512를 이용한 16개 부동소수점 연산
VMULPS ZMM1, ZMM2, ZMM3
- 확장 ISA
- AI 가속: NPU 전용 인스트럭션 (예: ARM SVE, x86 AMX)
- 보안: Intel SGX(메모리 암호화), RISC-V PMP(권한 제어)
인스트럭션 최적화 기법[편집]
- 인스트럭션 레벨 병렬성(ILP)
- 슈퍼스칼라: 다수 실행 유닛으로 동시 인스트럭션 처리
- 분기 예측: if문 성능 향상을 위한 하드웨어 최적화
- 코드 크기 감소
- Thumb 모드(ARM): 16비트 축약 인스트럭션 사용
- RISC-V 압축 확장(C): 32비트 → 16비트 인스트럭션 압축
같이 보기[편집]
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| 명령어
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abstract • array • boolean • break • byte • case • char • continue • default • double • do while • echo • elif • else • else if • false • final • float • for • gosub • goto • if • if else • import • include • int • long • long long • null • print • printf • println • private • protected • public • return • scanf • short • stdio.h • static • string • switch • temp • then • true • unsigned • void • while
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| 디자인패턴과 템플릿
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구조패턴 • 동시성패턴 • 동시실행패턴 • 모델-뷰-컨트롤러 패턴 • 상태패턴 • 생성패턴 • 싱글톤패턴 • 아키텍처패턴 • 전략패턴 • 커맨드패턴 • 타임리프 • 템플릿 • 행동패턴
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