[Pintos] Project02 _ User Programs | Keyword | Register VS Memory

레지스터(Register)

1. 위치와 특성
   • 레지스터는 CPU 내부에 위치한 매우 작은 저장 장치입니다.
   • 용량은 매우 작지만(몇 비트에서 수십 비트 정도), 읽기 및 쓰기 속도가 매우 빠릅니다.
2. 목적
   • 레지스터는 연산의 중간 결과를 저장하고, 연산에 필요한 데이터를 임시로 보관하는 데 사용됩니다.
   • CPU가 명령을 수행할 때 필요한 데이터를 즉각적으로 접근할 수 있도록 하여, 연산 속도를 극대화합니다.
3. 장점과 단점
   • 장점: 매우 빠른 속도로 데이터를 저장하고 읽을 수 있어 연산 속도가 크게 향상됩니다.
   • 단점: 용량이 매우 작아, 많은 데이터를 저장할 수 없습니다.
4. 종류

Address Registers 

1. PC (Program Counter, 프로그램 카운터)
   • PC는 일반적으로 순차적으로 진행
   • 현재 실행 중인 명령어의 다음 위치 가르키는 주소 저장
   • 순차적 실행 흐름이 끊기는 경우
     • 특정 메모리 주소로 실행 흐름을 이동하는 명령어
     • 인터럽트 발생
   • 함수 호출 시 PC 값을 스택에 저장하고, 함수 호출이 끝나면 스택에 저장된 값이 다시 PC로 복귀
2. MAR (Memory Address Register, 메모리 주소 레지스터)
   • 메모리에서 데이터를 읽거나 쓸 때 필요한 메모리 주소 저장
3. SP (Stack Pointer, 스택 포인터)
   • 스택 구조에서 가장 최근에 추가된 데이터 주소 가르킴
   • 스택 포인터가 가르키는 주소는 가상주소
   • 일반적으로 높은 주소에서 낮은 주소로 확장
   • 스택 포인터 주로 사용되는 상황
     • 함수 호출 시
       • 매개변수, 반환 주소, 지역 변수를 스택에 저장
       • 스택 포인터는 스택의 최상단 가르킴
     • 함수 반환 시
       • 스택에 저장된 반환 주소로 이동
       • 스택 포인터를 이전 위치로 되돌림
     • 지역 변수 또는 임시 데이터
4. Base Register (베이스 레지스터)
   • 스택 내에서 기준 위치
   • 함수 호출 시 고정된 기준점 역할
   • 함수 호출되면 스택 포인터 값이 베이스 레지스터에 복사 (고정 기준점)
5. Segment Register (세그먼트 레지스터)
   • 세그먼트 단위로 나누어 관리
   • Code / Data / Stack / Extra Segment 등등Date Registers

Date Registers

• IR (Instruction Register, 명령어 레지스터)
  • 현재 CPU가 실행하고 있는 명령어
  • PC가 가리키는 메모리 주소에서 명령어 가져옴
  • 명령어 = 연산자 + 오퍼랜드
• MBR (MBR, 메모리 버퍼 레지스터)
  • 메모리에서 읽어온 데이터 또는 쓸 데이터 임시 저장
  • 메모리와 CPU 간의 데이터 전송 과정에 중요
• General Purpose Register (범용 레지스터)
  • CPU 연산에 사용되는 다목적 레지스터
  • 일반적인 데이터 저장 또는 연산에 수행
• Flag Register (플래그 레지스터)
  • 연산 결과에 따라 다양한 상태 플래그
  • Zero / Sign / Carry / Overflow 등

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메모리(Memory)

1. 위치와 특성
   • 메모리는 CPU 외부에 위치하며, 프로그램과 데이터를 저장합니다.
   • RAM(Random Access Memory)을 의미하는 경우가 많으며, 휘발성 메모리이므로 전원이 꺼지면 저장된 데이터가 사라집니다.
2. 목적
   • 메모리는 프로그램 코드와 실행에 필요한 데이터를 저장합니다. 실행 중인 프로그램의 명령어, 변수, 스택, 힙 등이 메모리에 저장됩니다.
   • CPU는 필요한 데이터와 명령어를 메모리에서 가져와 처리하고, 연산 결과를 다시 메모리에 저장합니다.
3. 종류
   • 주 메모리(Main Memory, RAM): 프로그램이 실행될 때 사용하는 메모리입니다.
   • 캐시 메모리(Cache Memory): CPU와 RAM 사이에 위치하며, 자주 사용하는 데이터를 저장하여 접근 속도를 높입니다.
   • 보조 저장 장치(Storage): 하드 디스크나 SSD와 같은 장치로, 프로그램과 데이터를 장기적으로 저장합니다.
4. 장점과 단점
   • 장점: 저장 용량이 크고, 프로그램이 실행되는 동안 필요한 데이터를 모두 저장할 수 있습니다.
   • 단점: 속도가 레지스터보다 느리며, CPU가 메모리에서 데이터를 가져오려면 시간이 더 소요됩니다.

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레지스터와 메모리의 차이점

	레지스터(Register)	메모리(Memory)
위치	CPU 내부	CPU 외부, RAM, 보조 저장 장치
속도	매우 빠름	레지스터보다 느림, 메모리 계층에 따라 다름
용량	매우 작음 (몇 바이트)	상대적으로 큼 (수십 MB에서 수 GB 이상)
목적	연산 중간 결과 저장, 빠른 데이터 접근	프로그램 코드, 실행 데이터 및 변수를 저장
데이터 유지	비휘발성 (CPU가 활성화된 동안 유지)	RAM은 휘발성, 저장 장치는 비휘발성
접근 방식	CPU가 직접 접근	CPU가 버스를 통해 접근