로드-스토어 아키텍처

1. 본문

로드-스토어 아키텍처(Load-Store Architecture)는 컴퓨터 명령어 집합 아키텍처(ISA) 설계 방식 중 하나입니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 명령어 분리: 명령어를 크게 두 가지 범주로 나눕니다.
• 메모리 접근 명령어: 메모리와 레지스터 간의 데이터 이동을 담당하는 로드(Load)와 스토어(Store) 명령어가 있습니다. 로드 명령어는 메모리에서 레지스터로 데이터를 가져오고, 스토어 명령어는 레지스터에서 메모리로 데이터를 저장합니다.
• ALU 연산 명령어: 산술 논리 장치(ALU)를 사용하는 연산은 레지스터 내의 데이터에 대해서만 수행됩니다. 즉, 연산에 필요한 데이터는 반드시 레지스터에 있어야 합니다.

• 레지스터 중심: 연산이 레지스터에 있는 데이터로만 이루어지기 때문에 레지스터의 활용이 중요합니다.

• RISC 아키텍처: 파워PC, SPARC, RISC-V, ARM, MIPS 등과 같은 대부분의 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 아키텍처에서 로드-스토어 방식을 사용합니다.

로드-스토어 아키텍처의 장점 (RISC와의 연관성):

• 단순성: 명령어 집합이 단순해지므로 프로세서 설계가 간단해지고, 클럭 속도를 높이기 용이합니다.
• 효율성: 메모리 접근 횟수를 줄이고, 레지스터를 효율적으로 사용하여 연산 속도를 높일 수 있습니다.
• 파이프라이닝 최적화: 명령어의 단계가 단순하고 균일하여 파이프라인을 효과적으로 구성할 수 있습니다.

로드-스토어 아키텍처의 예시 (RISC):만약 메모리에 있는 두 값을 더해서 메모리에 다시 저장하는 연산을 한다고 가정해 보겠습니다.

1. 로드: 메모리에서 첫 번째 값을 레지스터로 가져옵니다. (Load)

2. 로드: 메모리에서 두 번째 값을 다른 레지스터로 가져옵니다. (Load)

3. 덧셈: 두 레지스터의 값을 더합니다. (ALU operation)

4. 스토어: 덧셈 결과를 메모리에 저장합니다. (Store)
CISC와의 비교:x86과 같은 CISC(Complex Instruction Set Computer) 아키텍처는 레지스터-메모리 아키텍처를 사용하는 경우가 많습니다. 이는 메모리에 있는 피연산자에 직접 연산을 수행할 수 있다는 차이점이 있습니다. 예를 들어, 메모리에 있는 값과 레지스터에 있는 값을 더해서 바로 메모리에 저장하는 단일 명령어를 사용할 수 있습니다.
로드-스토어 아키텍처가 사용되는 이유 (velog.io에서):

• Orthogonality (직교성): 연산 종류와 피연산자 주소 지정 방식을 독립적으로 조합할 수 있게 합니다.
• Minimalism (최소주의): 최소한의 기본 요소로 연산을 분해하여 조합 가능하게 하고, 각 요소가 파이프라인의 한 사이클에서 실행되도록 단순화합니다.