[컴퓨터 구조 기초] 컴퓨터와 명령어

dev-ohdam 2024. 6. 3. 00:22

컴퓨터가 이해하는 정보

컴퓨터는 크게 데이터와 명령어 이 두 가지 정보를 이해한다.

데이터는 이미지, 텍스트, 미디어 등의 정적인 정보들이다.
그리고 컴퓨터가 어떤 실질적인 동작을 수행 할 수 있도록 알려주는 정보가 명령어이다.
이 두 데이터는 모두 0과 1로만 이루어져 있으며, 컴퓨터는 이 정보를 이해하고 목적에 맞게 처리한다.

이때 컴퓨터를 통해 실행되는 프로그램 또한 개발자들이 작성한 명령어들의 집합체다.
우리는 프로그램을 개발할 때는 C++/C# 과 같은 프로그래밍 언어를 사용해 소스 코드를 작성하고
이를 실행 파일로 만든다.

그런데 0과 1의 정보만 이해할 수 있는 컴퓨터는 어떻게 우리가 작성한 소스 코드를 이해할까?

고급 언어 VS 저급 언어

결론만 말하자면 컴퓨터는 소스 코드를 이해할 수 없다.
컴퓨터는 0과 1의 정보만을 이해할 수 있다. 하지만 일반적인 사람들이 0과 1만을 사용해 어떤 데이터나 명령어를
구현하기란 굉장히 어려운 작업이다.

그렇기 때문에 우리가 쉽게 프로그램을 개발할 수 있도록 등장한 것이 프로그래밍 언어이다.
우리가 소스 코드를 작성하며 사용하는 프로그래밍 언어는 굉장히 인간친화적인 언어다.
영어를 기반으로 구성되어 있으며, 이 언어의 문법만 익힌다면 모두가 해석할 수 있다.

이런 언어들을 고급 언어라고 한다.

반면 실질적으로 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어를 저급 언어라고 한다.
저급 언어는 어셈블리어와 기계어로 분류할 수 있다.

고급 언어는 저급 언어로 변화하는 과정을 거처야 비로소 컴퓨터가 이해할 수 있게 된다.
그리고 고급 언어를 저급 언어로 변환하는 방식에 따라 컴파일 언어와 인터프리터 언어로 나눌 수 있다.

어셈블리어 VS 기계어

기계어는 0과 1로 이루어진 명령어이다.

어셈블리어는 기계어의 직전 단계의 형태라고 볼 수 잇다.
기계어를 보면 알겠지만 사람이 이해하기 힘든 괴랄한 모습을 하고 있다.

그래서 기계어를 인간이 좀 더 쉽게 이해할 수 있게 등장한 저급 언어가 바로 어셈블리어이다.
어셈블리어는 기계어에서 유의미한 부분을 니모닉 심볼을 이용해 표현한 것을 말한다.
엇
어셈블리어는 어셈블러를 통해 기계어로 변환할 수 있다.

컴파일 언어 VS 인터프리터 언어

컴파일 언어는 컴파일 방식을 통해 저급 언어로 변환된다.
컴파일 방식은 다음과 같은 특징을 가진다.

C++ 등이 이에 해당한다.

컴파일러에 의해 소스코드 전체가 한번에 기계어로 변환된다. (컴파일)
컴파일은 단 한 번만 수행된다. 실행 속도가 빠르다.
컴파일 과정에서 오류가 있는 코드 발견 시, 컴파일이 실패한다.
컴파일 결과로 바이트 코드(파일) 혹은 목적 코드(파일)이 생성된다.

인터프리터 언어는 인터프리트 방식을 통해 저급 언어로 변환된다.
인터프리터 언어는 다음과 같은 특징을 가진다.

Python 등이 이에 해당한다.

소스 코드 전체가 한번에 바뀌는 것이 아니라 한줄 한줄 차례대로 변환되고 실행된다.
인터프리트 과정을 한줄 한줄 반복하다 보니 컴파일 언어보다 실행 속도가 느리다.
플랫폼 이식성이 좋다.
오류가 있는 코드가 있더라도 그 이전까지는 변환 작업이 실행된다.

특이하게도 JAVA는 두 방식을 모두 채택한 언어이다.

번외) 바이트 코드, 목적 코드 VS 기계어

컴파일러와 관련해 공부할 때 꽤나 헷갈렷던 내용이다.
우리가 어떤 소스 코드를 컴파일하면, 바이트 코드(= 파일)와 목적 코드 등이 생성된다.

목적 코드를 링킹하면 실행 파일이 생성되고, 컴퓨터는 이를 이해하고 실행할 수 있다.
바이트 코드를 인터프리트 하면 기계어로 변환되고, 컴퓨터는 이를 이해하고 실행할 수 있다.

그럼 바이트 코드랑 목적 코드는 기계어인가..? 도대체 뭐지? 이런 생각이 들 것이다.
이 친구들은 어셈블리 코드(어셈블리어로 제작된 코드 or 파일)와 비슷하다고 생각하면 좋다.

이 친구들은 기계어와 완벽하게 대응하는 코드들은 아니지만, 그 직전 단계에 위치한 친구라고 볼 수 있다.
목적 코드, 바이트 코드들을 정확하게 까지 이해할 필요는 없지만, 이해하기 쉽게 하나의 도표로 만들어 표현해보았으니 참고하면 좋을 것 같다.