Стековая адресация

Стековая память, реализующая безадресное задание операндов, является эффективным элементом современной архитектуры ЭВМ, особенно широко используемым в микропроцессорах, малых и микроЭВМ, а также в некоторых суперЭВМ. Учитывая своеобразие стековой адресации, ее рассмотрение выделено в отдельный параграф.

Стек представляет собой группу последовательно пронумерованных регистров (аппаратурный стек) или ячеек памяти, снабженных указателем стека (обычно регистром) (УС), в котором автоматически при записи и считывании устанавливается номер (адрес) последней занятой ячейки стека (вершины стека}. При операции записи заносимое в стек слово помещается в следующую по порядку свободную ячейку стека, а при считывании из стека извлекается последнее поступившее в него слово. Таким образом, в стеке реализуется правило «последний пришел - первый ушел».

Указанное правило при обращении к стеку реализуется автоматически, и поэтому при операциях со стеком возможно безадресное задание операнда — команда не содержит адреса ячейки стека, но содержит адрес (или он подразумевается) ячейки памяти или регистра, откуда слово передается в стек или куда помещается из стека.

Механизм стековой адресации поясняется на рис.3.7. При выполнении команды передачи в стек слова из регистра или ячейки ОП сначала указатель стека увеличивается на 1 (в перевернутом стеке уменьшается на 1), а затем слово помещается в ячейку стека, указываемую УС. При команде загрузки из стека регистра или ячейки памяти сначала слово извлекается из вершины стека, а затем указатель стека уменьшается на 1 (в перевернутом стеке увеличивается на 1). Как это ни кажется на первый взгляд удивительным, но при соответствующем расположении операндов в стеке можно вычислять выражения полностью безадресными командами, указывающими только вид операции. Такая команда извлекает из стека в соответствии с кодом операции один или два операнда, выполняет над ними предписанную операцию и заносит результат в стек.

Вычисления с использованием стековой памяти удобно описывать и программировать с помощью польской инверсной (бес скобочной) записи арифметических выражений ПОЛИЗ. Эта запись производится по следующему правилу: читаем арифметическое выражение слева направо и последовательно друг за другом выписываем встречающиеся операнды. Как только окажется, что все операнды некоторой операции выписаны, записываем знак этой операции и продолжаем выписывать операнды. Если операция имеет операндом результат некоторой предыдущей операции и знак последней выписан, то считаем этот операнд выписанным.

Например, выражение

(k + l - m) (p - s)

в ПОЛИЗ имеет вид

k l + m – p s - *.

Выражение в ПОЛИЗ не содержит скобок, но порядок действий определяет однозначно. При использовании стековой памяти последовательность символов в выражении ПОЛИЗ, может рассматриваться как программа вычисления исходного арифметического выражения (рис. 3.8), если под буквами понимать команды засылки, содержащие только адреса в ОП соответствующих операндов, засылаемых в стек, а под знаками операции безадресные команды, содержащие только коды операций. Команда второго типа инициирует извлечение из стека двух (или одного) слов, выполнение над ними указанной в команде операции и засылку результата в вершину стека

Безадресные команды на основе стековой адресации предельно сокращают формат команд, экономят память и способствуют повышению производительности ЭВМ.

Однако при такой структуре команд возникают осложнения с построением команд передачи управления и работы с периферийными устройствами.

В современной архитектуре процессоров и микропроцессоров стек и стековая адресация широко ИСПОЛЬЗУЮТСЯ при организации переходов к подпрограммам и возврате от них, а также в системах прерывания. Весьма широко стеки и безадресные команды используются в вычислительном комплексе «Эльбрус».

Дата добавления: 2014-01-06