close

Veremgép

Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

A veremgép olyan számítási modell , amelyben a számítógép memóriája egy vagy több verem formájában van . A kifejezés egy valódi számítógépre is utal, amely egy idealizált veremgépet valósít meg vagy szimulál.

Ezenkívül a veremgép egy valós vagy szimulált gépre is utalhat "0-operandus" utasításkészlettel . Egy ilyen gépen a legtöbb utasítás implicit módon a verem tetején lévő értékekre vonatkozik, és lecseréli ezeket az értékeket az eredménnyel. Az ilyen gépeken általában van egy "betöltési" és egy "tárolási" utasítás is, amelyek tetszőleges helyekre olvasnak és írnak a RAM -ban . (Mint minden más utasításhoz hasonlóan a "betöltés" és a "tárolás" utasításoknak sincs szükségük operandusokra egy tipikus veremmotorban – mindig a verem tetejéről veszik az olvasni vagy írni kívánt RAM címét.)

A veremgépek ("0 operandusos utasításkészlet") előnye az akkumulátoros gépekkel ("1 operandusos utasításkészlet") és a regisztergépekkel ("2 operandusos utasításkészlet" vagy "3 operandusos utasításkészlet") szemben hogy a "0-operandus" utasításkészlethez írt programok általában nagyobb kódsűrűséggel rendelkeznek, mint a más utasításkészletekhez írt egyenértékű programok.

Veremek az automata elméletben

Az automata elméletben egy veremgépnek számos verem van. A bemenet az 1. verem kezdeti tartalma; az összes többi verem üresen kezdődik. A veremgép minden állapota olvasási vagy írási állapot ; és minden állapot megad egy veremszámot, amelyből olvasni (pop) vagy írni (push) kell. Ezenkívül az írási állapot meghatározza az írandó szimbólumot és a következő állapotot, amelyre át kell térni. Az olvasási állapot megadja az ábécé minden egyes szimbólumához, hogy milyen állapotba kerülne át, ha a szimbólumot elolvasnák; emellett azt is meghatározza, hogy melyik állapotba kell áttérni, ha a verem üres. Egy veremgép leáll, amikor az átmenetei speciális leállított állapotba kerülnek.

Az 1 veremű veremgép nagyon gyenge számítási modell . Például kimutatható, hogy egyetlen 1 veremből álló gép sem képes felismerni a 0 n 1 n egyszerű nyelvet (a 0-k száma és az 1-esek száma), pumpa argumentumokon keresztül . Az egyveremes gépek számítási teljesítménye szigorúan nagyobb, mint egy véges automatáé , de szigorúan kisebb, mint a determinisztikus veremautomaté .

Másrészt egy több veremből álló veremgép egyenértékű egy Turing-géppel . Például egy 2 veremből álló gép emulálhat egy Turing-gépet úgy, hogy az egyik köteget a szalagnak az aktuális Turing-gép fejpozíciójától balra eső részéhez, a másik verem pedig a jobb oldali részhez használja.

Praktikus stack gépek

A verem alapú utasításkészlettel rendelkező gépek egy vagy több veremmel rendelkezhetnek. Egyes veremgépek 2 veremből álló gépek, a két verem általában egy adatverem és egy visszatérési verem , az előbbi az adatokkal végzett műveletekhez, az utóbbi pedig a visszatérési címekhez . Más gépek ugyanazt a köteget használják mindkettőhöz.

Az operandusokhoz processzorregisztereket használó gép könnyen szimulálhat egy veremgépet. Az ilyen szimulációt néha virtuális veremgépnek is nevezik . A (többé-kevésbé) verem alapú (hardveres) utasításkészlet előnye a regiszter alapú architektúrával szemben a rövidebb utasítások száma, mivel kevesebb operanduscímet kell megadni. Ez ugyanaz, mint a jobb kódsűrűség és a kisebb lefordított programok.

A veremmotorok kereskedelmi megvalósításai általában speciális célú regiszterek kis készletét tartalmazzák a kontextusbezárás kezelésére, azaz olyan veremkeretek, amelyek nem a legfelső veremkeret (dinamikus versus lexikális hatókör). A kontextusburkolt használatának és elérésének két különböző módja. A gyakorlati veremgépek tehát nem azonosak az automata-elmélet veremgépeivel, de lehetővé teszik, hogy a veremalapú CPU teljes mértékben alkalmas legyen általános célú számítástechnikára.

Példák a köteggépek kereskedelmi felhasználására:

Ne feledje, hogy a Burroughs architektúra a veremmotort címkézett memóriával kombinálja (a memória minden szavának néhány bitje az operandusok adattípusának leírására szolgál). A címkézett memória kevés műveleti kódot igényel , azaz egyetlen "add" utasítás működik egész és lebegőpontos operandusok bármilyen kombinációjához . A kevesebb műveleti kód megkövetelése azt jelenti, hogy a teljes utasításkészlet elfér kisebb műveleti kódokban, csökkentve az utasítás teljes szélességét.

Teljesítmény

A stack gépek versenyeznek a hagyományos regisztergépekkel a piaci részesedésért. Mindkét architektúrának vannak erősségei. A következő megbeszélés célja, hogy képet adjon a két architektúra relatív előnyeiről.

A hagyományos hivatkozások azt mondják [ 8 ] , hogy a veremgépek lassúak, mert a veremek a memóriában vannak, és ezért lassabban érhetők el, mint a regiszterek. Ezt azonban némileg ellensúlyozza a veremmotor kisebb kódmérete, amely gyorsabban lekérhető és végrehajtható. Ezt megerősítik mind a gépi architektúra, mind a fordítók agresszív optimalizálásával végzett kísérletek [ 9 ] , amelyek azt mutatják, hogy a regiszter gépi kódja 47%-kal kevesebb virtuális utasítást tartalmaz, ugyanakkor 25%-kal nagyobb, mint a verem gépi kódja. Amikor veremek vannak a memóriában, egy regisztergép körülbelül 26,5%-kal gyorsabban fut, mint egy veremgép, nagyrészt a regiszterekben lévő állandók újrafelhasználásának köszönhetően.

Azt is mondják [ 10 ] , hogy a regiszterek több lehetőséget biztosítanak a párhuzamos végrehajtásra szuperskaláris végrehajtás során . Ennek oka az lehet, hogy a szuperskaláris veremgépek és a szükséges optimalizáló fordítók nem túl aktív kutatási vagy kereskedelmi fejlesztési terület. Elvileg a szuperskaláris számítógép sebességét a fő memória lassú elérési sebessége korlátozza, nem pedig a köztes eredmények kezelésére használt jelölés.

Egyes veremgépek [ 11 ] ​[ 12 ]​ olyan gyorsítótárral rendelkeznek, amely a verem egyes részeit nagy sebességű regiszterekben tárolja, hogy felgyorsítsa a verem elérését, miközben a kód gyors és kicsi marad. Ez azonban nem minden stack gépre igaz.

A valós idejű késleltetés, vagyis az elektronikus eseménytől a hasznos megszakítási kód kezdetéig eltelt idő alacsonyabb lehet veremgépeken, mert a regisztereket el kell menteni, majd vissza kell állítani, hogy a megszakítási kód ne sérüljön meg. számítások a háttérben. Egyes regisztergépek, például az Intel 8051 [ 13 ] több regiszterkészlettel rendelkeznek. A megszakítási kód egyszerűen megváltoztathatja a regiszterkészlet indexét, hogy a programok által általában használt regiszterek érintése nélkül működhessen. Sajnos ez a funkció nem minden naplózó gépen létezik.

A veremgépek kisebb kódmérete csökkentheti a számítógép memória méretét és költségét. Kevés memóriaelérés növelheti a regisztergép sebességét egy veremgéphez képest (amelynek a memóriájában vannak a veremek). A regiszterek mentéséhez és visszaállításához szükséges idő csökkentésével a veremgép kevesebb többletterheléssel reagálhat a megszakításokra.

Lásd még

Hivatkozások

  1. ↑ A világ első Java processzora , David A. Greve és Matthew M. Wilding, Electronic Engineering Times, 1998. január 12.,
  2. ↑ MARC4 4 bites architektúra
  3. ↑ Forth chipek archiválva 2006-02-15 a Wayback Machine -nél
  4. ↑ F21 mikroprocesszor áttekintése
  5. ↑ Elérhető egy Java chip – most! , szerző: Rick Brian Slack
  6. ↑ 4stackProcesszor
  7. ↑ Harry Gunnarsson és Thomas Lundqvist (1995). A GNU C fordító portolása a Thor mikroprocesszorra . Letöltve: 2008. december 4 . 
  8. ↑ "Számítógépes architektúra, kvantitatív megközelítés", John L. Henessy, David Goldberg; Lásd a stack gépekről szóló vitát.
  9. ↑ Virtuális gép leszámolás: Stack vs. Register Machine, Yunhe Shi, David Gregg, Andrew Beatty, M. Anton Ertle
  10. ↑ Hennessy, uo.
  11. ↑ Sh'Boom CPU leírása, Charles Moore
  12. ↑ Nagy Burroughs rendszerek
  13. ↑ 8051 CPU kézikönyv, Intel, 1980

Külső linkek

Letöltve innen: « https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Máquina_de_pila&oldid=141808278 »