Теория операционных систем

Косвенно-регистровый режим

В этом режиме, как и в регистровом, адресное поле не используется. Значение регистра интерпретируется как адрес операнда. Данный режим используется для разыменования указателей или для обращения к памяти по предварительно вычисленному адресу.
Некоторые процессоры, такие, как PDP-11, VAX, МСбЗОхО, имеют любопытные варианты этого режима — адресацию с постинкрементом и предек-рементом. Постинкремент означает, что после собственно адресации значение регистра увеличивается на величину адресуемого объекта. Предекремент, соответственно, означает, что регистр уменьшается на ту же величину перед адресацией.
Эти режимы могут использоваться для разнообразных целей, например для реализации операций над текстовыми строками или поэлементного сканирования массивов. Но одно из основных назначений -- это реализация стека.

Стек

Стек, или магазин — это структура данных, над которой мы можем осуществлять две операции: проталкивание (push) значения и выталкивание (pop). Значения выталкиваются из стека в порядке, обратном тому, в котором проталкивались: LIFO (Last In, First Out, первый вошел, последний вышел). Стековые структуры находят широкое применение при синтаксическом разборе арифметических выражений и алголоподобных языков программирования [Кормен/Лейзерсон/Ривест 2000].
Самая простая реализация стека — это массив и индекс последнего находящегося в стеке элемента (рис. 2.7). Этот индекс называется указателем стека (SP - Stack Pointer). Стек может расти как вверх, так и вниз [(рис. 2.8). Широко применяются также реализации стеков в виде односвяз-|ных списков.

Рис. 2.7. Стек на основе массива

Рис. 2.8. Стеки, растущие вверх и вниз

При реализации стека скалярных значений удобно использовать непрерывную область памяти в качестве массива, регистр SP в качестве указателя и режимы адресации с постинкрементом и предекрементом при реализации команд проталкивания и выталкивания.
Действительно, команда

MOVE x, -(SP)

приведет к тому, что указатель стека уменьшится на размер х, и мы положим х в освободившуюся память. Напротив, команда

MOVE (SP)+, у

приведет к получению значения и продвижению указателя стека в обратном направлении. Поэтому первая команда имеет также мнемоническое обозначение

PUSH х

а вторая

POP у

Если мы поместим несколько значений в стек командой PUSH, команда POP вытолкнет их из стека в обратном порядке. Стек можно использовать для хранения промежуточных данных (см. пример 2.3) и при реализации арифметических выражений — например, команда

ADD (SP)+, (SP)

в точности воспроизводит описанную выше семантику безадресной команды ADD стековой архитектуры. Впрочем, безадресной команде ADD операнды не нужны, а в данном случае они просто не используются, но никуда не исчезают. Команда получается длиннее: у типичной стековой архитектуры команда сложения занимает 1 байт, у PDP-11 ее имитация занимает 2 байта, а у VAX — целых три. Поэтому, если мы хотим использовать стековую технику генерации кода, лучше использовать предназначенный для этого процессор.

Пример 2.3. Использование стека для хранения промежуточных значений

void swap(int &a, int &b) {
int t;
t=a;
a=b;
b=t;
}

;Для простоты мы не рассматриваем механизм передачи параметров
; и считаем, что они передаются в регистрах А и В
.GLOBL swap
swap:
POSH (A)
MOVE (B) , (A)
POP (B)
RET.

Одно из основных назначений стека в регистровых архитектурах — это сохранение адреса возврата подпрограмм. Кроме того, если принятое в системе соглашение о вызовах подпрограмм предполагает, что вызываемая процедура должна сохранить все или некоторые регистры, которые использует сама, стек обычно применяют и для этого.
Неортогональные процессоры, такие, как х86, часто предоставляют специальные команды PUSH и POP, работающие с выделенным регистром SP (Stack Pointer), который не может быть использован для других целей.