# ISA & Compiler Basics

## Basic Computer

To get a task done by a general-purpose computer, we need:

* Program: A sequence of instructions
* Instruction set: A set of possible instructions

### Von Neuman Architecture

Both Instructions and data are stored in the memory.
Instructions dictate:

1. which and how data are manipulated
2. which instruction should be next

The memory is independent of the CPU.


### How to load a program
```
*.c -(compiler)-> *.s: Assembly program
*.s -(assembler)-> *.o: Object file 
*.o -(linker)-[with library(*.o)]-> *.exe: Executable
*.exe -(loader)-> to in memory 
```

### Program

Computer is essentially a complex state machine.
**programmer visible state**:

* Memory
* Registers
* Program Counter

Instructions(Program) specify how to transform the values of programmer visible state.

# Compiler

* Front-End

보이는 부분(HW에 신경을 안써도 됨)

* Back-End

HW에 밀접한 최적화를 해줌


## General Structure of a Modern Compiler

* Front-End
    * Lexial Analysis
    * Syntax Analysis
    * Semantic Analysis
* Code Generation - 1
* Back-End
    * Control/DataFlow Analysis
    * Optimization
    * Code Generation - 2

이런 모듈식 구조는 다양한 언어와 하드웨어에 쉽게 적용할 수 있도록 도운다.

### Lexical Analysis (Scanner)

프로그램을 `token`의 의미 단위로 나눔.
그리고 의미가 없는 단위를 지움.

보통 FSA로 구현함.

### Syntax Analysis (Parser)

미리 있는 Grammar를 바탕으로 Syntax Correctness를 진행함.

### Semantic Analysis

* identifier 정의 등
* 타입 체크
* 스코프 체크
* 오버로딩 모호화 해소
* IR로 변환

### Optimization

최적화함
* 상수 최적화
* 안쓰는 변수
* loop에서 안바뀌는 변수
* 다시 똑같이 계산하는 변수 제거
* ...

### Code Generation