Yığınlar neden tipik olarak aşağı doğru büyüyor?

Kişisel olarak aşina olduğum mimarilerde (x86, 6502, vb.), Yığının tipik olarak aşağı doğru büyüdüğünü biliyorum (yani, yığına itilen her öğe artırılmış bir SP değil, azaltılmış bir SP ile sonuçlanır).

Bunun tarihsel gerekçesini merak ediyorum. Birleştirilmiş bir adres alanında, yığını veri segmentinin karşı ucunda başlatmak (diyelim ki) uygun olduğunu biliyorum, bu nedenle yalnızca iki taraf ortada çarpışırsa bir sorun olur. Ama neden yığın geleneksel olarak en üst kısmı alıyor? Özellikle bunun "kavramsal" modelin tersi olduğu göz önüne alındığında?

(Ve 6502 mimarisinde, 256 baytlık tek bir sayfaya sınırlı olmasına rağmen yığının da aşağı doğru büyüdüğünü ve bu yön seçiminin keyfi göründüğünü unutmayın.)

Tarihsel mantığa gelince, kesin olarak söyleyemem (çünkü onları ben tasarlamadım). Benim düşüncelerim konuda erken CPU'lar 0'a orijinal program sayacı seti var ve diğer ucunda yığını başlatmak ve bunların kod doğal olarak yukarı doğru büyüyeceği için aşağıya büyümeye karşı doğal bir istek olduğunu vardır.

Bir kenara, sıfırlamada program sayacının 0 olarak ayarlanmasının tüm eski CPU'lar için geçerli olmadığını unutmayın . Örneğin, Motorola 6809 program sayacını adreslerden alır, 0xfffe/fböylece o adreste neyin sağlandığına bağlı olarak (genellikle, ancak hiçbir şekilde ROM ile sınırlı değildir) rastgele bir konumda çalışmaya başlayabilirsiniz.

Bazı tarihsel sistemlerin yapacağı ilk şeylerden biri, hafızayı en baştan, aynı değeri okuyacak bir konum bulana kadar taramak olacaktır, böylece kurulu gerçek RAM'i bilecektir (örneğin, 64K adres alanına sahip bir z80 64K veya RAM olması gerekmiyordu, aslında 64K ilk günlerimde çok büyük olurdu ). En üst gerçek adresi bulduktan sonra, yığın işaretçisini uygun şekilde ayarlayacak ve ardından alt rutinleri çağırmaya başlayabilecektir. Bu tarama genellikle başlatmanın bir parçası olarak ROM'da CPU çalıştıran kod tarafından yapılır.

Yığın büyümesi ile ilgili olarak, hepsi aşağı doğru büyümez, ayrıntılar için bu yanıta bakın.

Duyduğum iyi bir açıklama, geçmişte bazı makinelerin sadece işaretsiz ofsetlere sahip olabileceğiydi, bu yüzden yığının aşağı doğru büyümesini isteyeceksiniz, böylece negatif bir ofset taklit etmek için fazladan talimatı kaybetmek zorunda kalmadan yerlilerinizi vurabilirsiniz.

Stanley Mazor (4004 ve 8080 mimarı) "Intel Mikroişlemciler: 8008 ila 8086" da 8080 (ve sonunda 8086 için) yığın büyüme yönünün nasıl seçildiğini açıklıyor :

Yığın işaretçisi, kullanıcının programından yığına endekslemeyi basitleştirmek (pozitif dizinleme) ve yığının içeriğinin bir ön panelden görüntülenmesini basitleştirmek için "yokuş aşağı" (yığın daha düşük belleğe doğru ilerleyerek) çalışacak şekilde seçildi.

Olası nedenlerden biri, hizalamayı basitleştirmesidir. Yığın üzerine 4 baytlık bir sınıra yerleştirilmesi gereken yerel bir değişken yerleştirirseniz, nesnenin boyutunu yığın işaretçisinden çıkarabilir ve ardından düzgün şekilde hizalanmış bir adres elde etmek için iki alt biti sıfırlayabilirsiniz. Yığın yukarı doğru büyürse, hizalamanın sağlanması biraz daha zor hale gelir.

IIRC, yığın yukarı doğru büyüdüğü için yığın aşağı doğru büyür. Tersi de olabilirdi.

Bunun tamamen bir tasarım kararı olduğuna inanıyorum. Hepsi aşağı doğru büyümez - farklı mimarilerde yığın büyümesinin yönü hakkında iyi bir tartışma için bu SO başlığına bakın .

Konvansiyonun IBM 704 ve kötü şöhretli "eksiltme kaydı" ile başladığına inanıyorum. Modern konuşma öğretim bir ofset alan çağırır, ama mesele gittikleri olduğunu aşağı , değil yukarı .

Sadece 2c daha:

Bahsedilen tüm tarihsel mantığın ötesinde, modern işlemcilerde geçerli olan hiçbir neden olmadığından oldukça eminim. Tüm işlemciler işaretli ofsetleri alabilir ve birden fazla iş parçacığı ile uğraşmaya başladığımızdan beri yığın / yığın mesafesini en üst düzeye çıkarmak oldukça tartışmalıdır.

Ben şahsen bunu bir güvenlik tasarımı hatası olarak görüyorum. Diyelim ki, x64 mimarisinin tasarımcıları yığın büyüme yönünü tersine çevirmiş olsaydı, yığın arabellek taşmalarının çoğu ortadan kaldırılırdı - ki bu büyük bir mesele. (dizeler yukarı doğru büyüdüğü için).

Emin değilim ama günlerde VAX / VMS için bazı programlar yaptım. Belleğin bir kısmının (yığın ??) yukarı ve yığının aşağı indiğini hatırlıyorum. İkisi bir araya geldiğinde, hafızanız tükendi.

Minimum gömülü sistemde azalan yığın büyümesinin bir avantajı, tek bir RAM öbeğinin yedekli olarak hem sayfa O hem de sayfa 1'e eşlenebilmesidir; bu, sıfır sayfa değişkenlerinin 0x000'den başlayarak atanmasına ve yığının 0x1FF'den aşağı doğru büyümesine izin vererek değişkenlerin üzerine yazmadan önce büyümesi gereken miktar.

6502'nin orijinal tasarım hedeflerinden biri, örneğin bir 6530 ile birleştirilebilmesiydi, bu da 1 KB program ROM'u, zamanlayıcı, G / Ç ve paylaşılan 64 bayt RAM ile iki çipli bir mikro denetleyici sistemi ile sonuçlandı. yığın ve sayfa sıfır değişkenleri arasında. Karşılaştırıldığında, 8080 veya 6800'e dayanan o zamanın minimum gömülü sistemi dört veya beş yonga olacaktır.