Was ist ein Stapelregister?

In Bezug auf Computer ist ein Stapelregister eine Speicherstelle - normalerweise auf der Zentraleinheit (CPU) oder der zugehörigen Verarbeitungshardware -, die die aktuelle Adresse des oberen Bereichs eines separaten Computerspeichers enthält, der als Stapel bezeichnet wird. Das Stapelregister ist wichtig, da ein Computer ohne es eine langsamere, fehleranfälligere Methode zum Verfolgen des Programmablaufs implementieren müsste. In den meisten Systemarchitekturen ist das Stapelregister ein dediziertes Register, sodass bei der Arbeit mit anderen Speicherregistern nicht versehentlich darauf zugegriffen wird. Seltener kann ein Stapelregister ein allgemeines Register sein, auf das normalerweise ein Programm zugreifen kann, das jedoch absichtlich nicht verwendet wird, da seine Verwendung vom Hersteller festgelegt wird. Wenn ein Computersystem zwei oder mehr Stapelregister enthält, was bedeutet, dass möglicherweise mehr als ein Stapel vorhanden ist, wird die Architektur als Stapelmaschine bezeichnet.

Auf der untersten Ebene der Computerprogrammierung ist ein Stapel ein Speicherbereich - normalerweise im Arbeitsspeicher (RAM) -, der ein genau definiertes Verhalten aufweist. Dem Stapel können Informationen hinzugefügt werden, die als Pushing bezeichnet werden, oder es können Informationen abgerufen werden, die als Popping bezeichnet werden. Das Modell für einen Stapel ist first-in, last-out, dh wenn mehrere Informationen in den Stapel geschoben werden, wird das erste Element als letztes herausgeschoben, während das zuletzt eingeschobene Element herausgeschoben wird Seien Sie der Erste, der mit einem Pop-Befehl abgerufen wird. Ein Stapelregister verfolgt den oberen Teil des Stapels, der immer das letzte Element ist, das in den Stapel geschoben wird.

Wenn ein Computerprogramm ausgeführt wird, hat jeder ausgeführte Befehl eine bestimmte Speicheradresse, unter der er für die Dauer des Programms zwischengespeichert wird. Wenn ein Programm ein Unterprogramm aufruft - oder eine Prozedur, Funktion oder Methode, abhängig von der Programmiersprache -, muss das Programm zur Speicheradresse des Unterprogrammcodes springen, um diesen auszuführen. Die Adresse, an der der Programmsteuerungsfluss unterbrochen wird, um zur Unterroutine zu verzweigen, wird auf den Stapel verschoben, damit er gespeichert wird. Wenn die Ausführung der Subroutine abgeschlossen ist, weiß das Programm, wohin es im Hauptcode zurückkehren soll, indem die Codeadresse von der Oberseite des Stapels abgesetzt wird, auf die das Stapelregister zeigt.

Obwohl es andere Methoden gibt, mit denen dieselben Ergebnisse erzielt werden können, ermöglicht die Verwendung eines Stapels und eines Stapelregisters ein wichtiges Programmierkonzept, das als Rekursion bezeichnet wird. Eine rekursive Funktion ist eine Funktion, die sich innerhalb ihres eigenen Codes selbst aufruft. Dieser Prozess wird häufig in Sortieralgorithmen und für bestimmte mathematische Funktionen verwendet. Das Stapelregister verfolgt alle letzten Adressen, an denen die Ausführung verzweigt, so dass eine Funktion eine Rekursion mit dem Wissen sicher implementieren kann, dass die Steuerung schließlich zum Ursprungspunkt zurückkehren wird. Eine Komplikation tritt auf, wenn der gesamte Stapel voll wird und kein Speicherplatz mehr vorhanden ist. In diesem Fall tritt ein Stapelüberlauf auf, und die Ausführung des Programms wird abgebrochen.