CPU 아키텍쳐에 대한 간단한 고찰.

오늘 알아볼 것

- 아키텍쳐란 무엇인가.

- 아키텍쳐 종류별 특징.

 

---

열어가는 글(아키텍처란 무엇인가).

아키텍쳐(Architecture)를 나타내는것은 정말 많다.

 

- 하드웨어에서의 아키택쳐

- 소프트웨어에서의 아키택쳐

- 데이터적인 면에서의 아키택쳐. 

-----https://www.ibm.com/kr-ko/topics/data-architecture

데이터 아키텍처란? | IBM

등의 아키택처가 내포하고 있는 뜻은 정말 많다.

 

여기서 우리가 알아볼것은 하드웨어(CPU)에서의 아키택쳐이다.

 

아무래도 System & Reversing공부를 할때는 모든 아키택쳐의 정의를 알아가는 것이 중요하지만

지금 시스템, 리버싱공부를 하는데 당장 필요한 지식은 CPU를 나타내는 아키텍쳐다.

 

cpu가 가지고 있는 아키택쳐가 회사마다 다를 뿐 더러 그로 인해 기계어와 어셈블리어가 달라지기 때문이다. 

---

마이크로 아키텍쳐(Micro Architecture)란?

CPU안에 탑재될 코어들의 위치 또는 캐시메모리 등 구성요소들의 배치를 하기 위한 밑바탕을 의미한다고 한다.

인텔의 아키텍처 구조.

 

그냥 프로세서의 구조를 짜고, 어떠한 값을 받으면 어떻게 돌아갈건지 설계하는 것이라고 이해하면 될 것 같다.

 

그 intel i3/i5/i7이 x86-64기반 cpu인데 이 x86-64가 오늘 알아볼 아키텍처의 의미다.

---

마이크로 아키텍쳐의 종류

크게크게 나누면 RISC / CISC로 나눌 수 있다.

 

  CISC (Complex Instruction Set Computer)

• 복잡하고 많은 종류의 명령어와 주소 지정 모드를 가지고 있는 cpu구조.
• 명령어의 개수 증가에 따라 프로세서 내부 구조가 매우 복잡해지고, 고속으로 작동되는 프로세서를 만들기 어려워짐. 
•  주로 개인용 pc, 서버용 cpu로 많이 만들어졌다.

 

 

  CISC 방식을 사용한 CPU들

 

Intel

x86

• intel이 1978년에 개발한 인텔 8086부터 시작된 아키텍처. 
• 이에 대한 호환 프로세서와 후속작도 포함.
• 16bit에서 시작되어 32bit까지 발전.
• 지금까지 널리 이용된 cpu 아키텍처.

 

 

AMD64(x86-64)

• 1999년에 AMD에 의해 발표된 x86의 64비트 확장 아키텍처.
• 막상 AMD사에서 만들고 발표했지만, 인텔도 같이 쓴다.
• 앞으로 많이 쓰일 cpu 아키텍처.

 

그 외 나머지 회사들. 

 

M68K(모토로라 68000시리즈)

• 모토로라에서 만든 16비트 기반 아키텍처.
• 32bit까지 확장해서 만들어짐.

 

---

 

  RISC (Reduced Instruction Set Computer)

• CISC에서 실제로 쓰이는 명령어가 몇개 되지 않는다는 사실을 바탕으로 만들어진 cpu구조.
• 적은 수의 명령어 집합을 가지고 있는 간단 명료한 cpu구조.
• 적은 수의 명령어때문에 같은 내용을 처리하는데 더 많은 코드 용량이 필요하다.
•  
• 주로 모바일 기기, 슈퍼컴퓨터 프로세서로 쓰인다.

 

 

  RISC 방식을 사용한 CPU들

 

 

ARM사의 아키텍처

ARM(Advanced RISC Machine, Acorn RISC Machine)

• 1980년대에 Acorn Computer사에서 자체 설계를 해서 만들어진 cpu 아키텍처.
• 전력을 적게 소모하여 슈퍼컴퓨터에도 사용되는 cpu 아키텍처.
• 나중에 Advanced RISC Machines라는 회사로 빠져 나오고, 애플과 재휴를 맺는다. 
• 그냥 정확히 말하자면 RISC방식의 cpu의 제품군이라고 한다. 'arm'에서도 하위종목으로 나뉘는 모양..

 

AArch64(ARM64)

• ARM에서 정의된 새 64비트 명령 집합 아키텍처. (cpu이지만 인텔 I7-8700처럼의 cpu가 아닌 그냥 x86-64와 같은 결.)
• arm에서의 하위종목.

 

--

그 외 다른 회사.

 

RISC-V

• RISC기반의 개방형 명령어 집합.
• BSD 라이센스로 무료로 쓸 수 있게 배포된 신기한 아키텍처
• ARM과 관련없는 RISC 아키텍처.
• MIPS라는 아키텍처가 여기로 이수됨.

PowerPC 시리즈

 

DEC 알파

 

 

 

----

이 AArch64등을 사용한 시리즈.

ARM Cortex-M/R/A (intel I3/I5/I7과 결이 같은)시리즈

• SoC(System on  a Chip)형태로 되있고, 그 안에 cpu를 담당하는 칩.
• 퀄컴 스냅드래곤등에서 쓰임.
• 나중에 저 SoC안에 있는 칩들중에 버퍼 오버플로우와 같이 그런 종류의 취약점이 발견되지 않을까? 하는 상상중..

 

 

---

번외편. (지금은 거의 안쓰이는 아키텍처)

 

  EPIC (Explicity Parallel Instruction Computing)

• 여러 명령어를 병렬로 실행 가능한 CPU구조.
• Intel에 의해 개발되고, RISC + VLIW조합으로 구성됨

VLIW? -> 여러가지 독립적인 연산 여러개가 하나의 명령어에 들어가 있는 구조.

 

  EPIC 방식을 사용한 CPU들

 

Intel ITANIUM 시리즈

...

 

---

 

글을 마치며

위와 같이 아키텍처가 무엇인지, 그 아키텍처의 종류별 특징에 대해 알아보았다.

 

이번 아키텍처에 대한 글을 쓰는중 순간 인지부조화가 왔다. 

 

intel i5이야기가 나온이유가 위에 쓴 이유였다..

 

 

 

그리고 x86, m68k, arm, risc-v등의 아키텍처를 알아보고나서 이 아키텍처에서 쓰이는 '명령어'가 다르다는걸 알았다.

즉, 각 아키텍처의 구분은 cisc와 risc이고, 그 2가지 아키텍처는 서로다른 명령어를 가진다는것을 알게 되었다.

 

cisc와 risc의 명령어를 비교하자면  

cisc는 4 * 7 = 21와 같이 명령어가 많은 만큼 단축해서 쓰거나 빠르게 로딩이 가능한 환경이라면,

risc는 4+4+4+4+4+4+4와 같이 명령어가 적은 대신, 이걸 다 계산해야되서 느리다는걸로 이해했다.

 

그래서 나중에 취약점을 찾을때 쓰이는 명령어를 서로 다르게 알아야 하는것을 알 수 있었다.

 

 

 

출처 및 참고 -

https://linsaeng.tistory.com/35

아키텍처(Architecture)란?

https://velog.io/@yeongori/%EC%95%84%ED%82%A4%ED%85%8D%EC%B2%98%EB%9E%80

아키텍처란?

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A7%88%EC%9D%B4%ED%81%AC%EB%A1%9C%EC%95%84%ED%82%A4%ED%85%8D%EC%B2%98

마이크로아키텍처 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

https://crone.tistory.com/459

CPU Architecture 아키텍처란 무엇일까

https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=ytghandsome&logNo=100065632980 

Risc와 Cisc의 차이점

https://cooling.tistory.com/19

[운영체제] 4. CISC와 RISC

https://xetown.com/topics/1531860

헷갈릴수 있는 리눅스 아키텍처(부제: AMD64는 AMD 전용 아키텍처일까)

https://kldp.org/node/102650

왜 32비트 환경을 x86이라고 하는걸까요?> | KLDP

https://www.redhat.com/ko/topics/linux/what-is-arm-processor

ARM 프로세서란?

https://phil-baek.tistory.com/entry/ARM-Cortex-%EC%8B%9C%EB%A6%AC%EC%A6%88%EC%97%90-%EB%8C%80%ED%95%B4-%EC%95%8C%EB%A0%A4%EC%A3%BC%EC%84%B8%EC%9A%94

ARM Cortex 시리즈에 대해 알려주세요