ISA

Last updated - 2023년 03월 10일 Edit Source

ISA(Instruction Set Architecture, 명령어 집합 구조)는 마이크로프로세서가 인식해서 기능을 이해하고 실행할 수 있는 기계어 명령어를 의미한다. 즉, 이는 하드웨어와 소프트웨어 사이의 Interface를 정의하는 것이다.

  • ISA는 소프트웨어 관점에서 굉장히 중요한 하드웨어 추상화를 진행한다.
  • ISA는 하드웨어를 프로그래밍한다. 가장 밑단에 있는 언어이다.
  • 장점 : HW가 바뀌더라도 architecture가 동일하면, ISA는 변하지 않는다.
    • ( ISA가 변하지 않는다 = SW가 변할 필요 없다. )
  • 단점 : ISA는 SW/HW 양쪽 모두 영향을 받아서 쉽게 바꾸지 못한다.
  • 예시 : IA-32, PowerPC, MIPS, SPARC, ARM 등


ISA를 설계하는 것은 아주 중요하다. 왜냐하면, ISA에 따라 마이크로프로세서의 성능이 정해지기 때문이다. 하드웨어가 얼마나 잘 설계되었는지 보다는 ISA가 얼마나 잘 설계되었는지가 훨씬 중요하다. 하드웨어는 마음대로 바꿀 수 있지만, ISA는 한번 정해지면 쉽게 바꾸지 못하기 때문이다. 이것이 바로 ISA를 잘 설계해야하는 궁극적인 목표이다.

ISA는 굉장히 다양한데, 예를 들어, Intel, AMD 프로세서를 사용하는 아키텍처는 x86 ISA를 가지고 있다라고 한다. 스마트폰에 쓰이는 것으로 ARM ISA가 있다. x86과 ARM은 서로 다른 ISA이다. 그래서 데스크탑의 application이 있고 모바일 전용 application이 있는데 호환이 안되는 것은 애초에 Interface가 다르니 말이 통하지 않는 것이다.

ISA를 물리적으로 구현하는 방법을 마이크로 아키텍쳐라고 하는데, 같은 ISA를 서로 다른 마이크로 아키텍쳐로 구현하기도 한다. 그래서 Intel과 AMD가 x86 ISA를 사용함에도 다른 성능을 내는 이유는 ISA를 구현하는 방법이 다르기 때문이다.

마이크로 아키텍처는 마이크로 프로세서가 사용하는 명령어 처리 방식인데, 마이크로 프로세서를 우리가 흔히 아는 CPU라고 이해하면 된다. 과거와 비교하였을 때, 상대적으로 작아져서 micro가 붙은 것이다. 따라서, micro architecture 역시 CPU architecture의 맥락으로 이해하면 편하다. 미리 말하자면, 대표적으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)와 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 방식이 있다.

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