4

fpu 以基于堆栈的方式实现其寄存器的动机是什么？据我了解，其他指令集（例如 x86/sse）使用命名寄存器。我可以想象基于堆栈的属性通常与我们对函数的想法相对应，从而为汇编程序员带来更直观的设计。

但是我很好奇是否有一些更切实的动机，即技术优势。

4

3 回答 3

5

如今，这些架构在该领域并不常见。不过，在过去，寄存器的硅空间和程序代码空间都是稀有资源（现在嵌入式环境中仍然如此）。这几乎总结了这种架构背后的两个动机：

  • ISA 更苗条
    • 需要更少的寄存器编码空间
    • 更少的堆栈处理指令（显然）
  • 更简单的硬件设计
    • 更少的寄存器解码逻辑
    • 非常确定性和数学上易于理解的行为（像 Java 虚拟机这样的虚拟架构仍然使用它的原因）
于 2012-02-14T06:36:40.333 回答
3

这个问题只能由最初的 8087 的设计者 W. Kahan 本人真正回答，他在一篇名为“On the Benefits of the 8087's Stack”的短论文中写到了这个问题。

从那里：

  • 8087 堆栈并不是真正的“经典堆栈”，您可以访问任何寄存器，而不仅仅是顶部的两个/三个寄存器。
  • 具有两个操作数/指令的平面寄存器集是不切实际的：协处理器指令缺乏编码空间，这使得单操作数指令成为首选（堆栈擅长于此），并且它可能拥有的寄存器数量（显然 8 是不可能的，似乎只有足够的空间容纳 4 个寄存器）被认为不足以有效计算一些常见的浮点运算。
  • Stack overflow/underflow was supposed to happen infrequently, and be handled in software, giving the illusion of a much larger stack.
于 2012-02-14T23:31:04.993 回答
1

这主要只适用于 x86，因为 ARM、PowerPC、MIPS 和 Sparc 都没有将它们的 FPU 实现为基于堆栈的机器。

现在我们已将其范围缩小到 x86，原因很明显。像计算中的许多其他事情一样，它归结为历史原因（有些人称之为歇斯底里的葡萄干，因为真正的原因并不真正有意义）。

历史原因是x86架构没有FPU。现在，我知道你会说“但是看看 Pentiums！”。是的，他们有 FPU，但 IBM 选择围绕其构建 PC 的原始 8086 没有 FPU——它是一个严格的整数机器，就像现在许多低端微控制器一样。

这不是什么大问题，因为它主要用于低端终端和文本处理器。但它的廉价和流行突然让它被用于科学和工程应用。所以人们想出了带有 FPU 芯片的附加扩展卡来加快速度。这些卡中最受欢迎的碰巧使用了英特尔制造的基于堆栈的芯片。这个小事实使英特尔以后更容易将该芯片集成到下一代 CPU 中。

在这一点上，英特尔仍然可以设计一个不基于附加芯片的指令集。但是发生了两件事。许多应用程序，主要是游戏和电子表格，开始使用附加 FPU，这些应用程序变得非常非常流行。其他芯片供应商也看到了 PC 市场正在发生的事情，并希望采取行动。因此，迫于向后兼容性和需要快速添加此功能，英特尔做了最明智的事情（在业务管理方面，不一定在工程方面）：他们只是将协处理器芯片包含在他们的下一个 x86 版本中，以便营销部门可以说他们有 FPU。

长话短说：歇斯底里的葡萄干！

于 2012-02-14T07:00:29.393 回答