==5

Intro

• Аннотация 0
• Предисловие 10
• Вступление 12

Часть 1 Введение и обзор

• Часть 1 Введение и обзор 15
• 1.1 Общий обзор 15
• 1.2 Что такое стек ? 16
• 1.2.1 Пример с подносами в кафетерии 16
• 1.2.2 Примеры программной реализации 16
• 1.2.3 Примеры аппаратной реализации 18
• 1.3 В чём важность стековых машин ? 18
• 1.4 Зачем в компьютерах нужны стеки ? 19
• 1.4.1 Стек для вычисления выражений 19
• 1.4.2 Стек адресов возврата 20
• 1.4.3 Стек для размещения временных переменных 20
• 1.4.4 Стек аргументов 21
• 1.4.5 Комбинированные стеки 21
• 1.5 Стековые машины нового поколения 21
• 1.6 Наиболее интересные сведения из следующих частей книги 22

Часть 2 Систематика аппаратной поддержки стеков

• Часть 2 Систематика аппаратной поддержки стеков 24
• 2.1 Трёхмерное пространство стековых архитектур 24
• 2.1.1 Разница между одним и несколькими стеками 25
• 2.1.2 Размер стековых буферов 26
• 2.1.3 0-, 1- и 2-операндная адресация 27
• 2.2 Обозначения и категории систематизации 29
• 2.2.1 Обозначения 29
• 2.2.2 Разбиение по категориям существующих разработок 29
• 2.3 Интересные особенности систематики 29

Часть 3 Машины с несколькими стеками и 0-операндной адресацией

• Часть 3 Машины с несколькими стеками и 0-операндной адресацией 32
• 3.1 Отличительные особенности категорий MS0 и ML0 32
• 3.2 Классическая стековая машина 33
• 3.2.1 Блок-схема 33
• 3.2.1.1 Шина данных 33
• 3.2.1.2 Стек данных 33
• 3.2.1.3 Стек адресов возврата 34
• 3.2.1.4 АЛУ и регистр вершинаы стека 34
• 3.2.1.5 Счётчик команд 35
• 3.2.1.6 Программная память и регистр адресации памяти 35
• 3.2.1.7 Ввод/вывод 35
• 3.2.2 Операции над данными 35
• 3.2.2.1 Обратная польская запись 35
• 3.2.2.2 Арифметические и логические операторы 37
• 3.2.2.3 Операторы для работы со стеком 39
• 3.2.2.4 Чтение и запись памяти 40
• 3.2.2.5 Символьные константы 41
• 3.2.3 Выполнение инструкций 41
• 3.2.3.1 Счётчик команд 41
• 3.2.3.2 Условные переходы 42
• 3.2.3.3 Вызов подпрограмм 42
• 3.2.3.4 Постоянные и подгружаемые наборы инструкций 43
• 3.2.4 Изменение состояния 44
• 3.2.4.1 Прерывания по переполнению и антипереполнению стека 45
• 3.2.4.2 Прерывания от подсистемы ввода/вывода 45
• 3.2.4.3 Переключение задач 45


==6

• 3.3 Обзор языка программирования FORTH 46
• 3.3.1 Язык FORTH, как основа мироздания 46
• 3.3.2 Виртуальная FORTH-машина 46
• 3.3.2.1 Стековая архитектура / Обратная польская запись ( RPN ) 47
• 3.3.2.2 Частые вызовы коротких процедур 47
• 3.3.3 Акцент на интерактивности и универсальности 47

Часть 4 Архитектура 16-разрядных систем

• Часть 4 Архитектура 16-разрядных систем 49
• 4.1 Общие характеристики 16-разрядных машин 49
• 4.1.1 Соответствие стандартной модели языка FORTH 50
• 4.1.2 Наименьшая интересная разрядность 50
• 4.1.3 Компактность делает возможными законченные решения для встраиваемых систем 50
• 4.2 Архитектура процессора WISC CPU/16 50
• 4.2.1 Введение 50
• 4.2.2 Блок-схема 51
• 4.2.3 Обзор системы команд 53
• 4.2.4 Архитектурные особенности 55
• 4.2.5 Реализация и область применения 59
• 4.3 Архитектура MISC M17 61
• 4.3.1 Введение 61
• 4.3.2 Блок-схема 61
• 4.3.3 Обзор системы команд 64
• 4.3.4 Возможности архитектуры 68
• 4.3.5 Реализация и область применения 69
• 4.4 Архитектура NOVIX NC4016 69
• 4.4.1 Введение 69
• 4.4.2 Блок-схема 69
• 4.4.3 Обзор системы команд 71
• 4.4.4 Возможности архитектуры 74
• 4.4.5 Реализация и область применения 75
• 4.5 Архитектура HARRIS RTX 2000 78
• 4.5.1 Введение 78
• 4.5.2 Блок-схема 78
• 4.5.3 Обзор системы команд 78
• 4.5.4 Возможности архитектуры 83
• 4.5.5 Реализация и области применения 83
• 4.5.6 Проектирование по технологии стандартных ячеек 85

Часть 5 Архитектура 32-разрядных систем

• Часть 5 Архитектура 32-разрядных систем 87
• 5.1 Зачем нужны 32 разряда ? 87
• 5.2 Архитектура FRISC 3 ( SC32 ) 88
• 5.2.1 Введение 88
• 5.2.2 Блок-схема 88
• 5.2.3 Обзор системы команд 91
• 5.2.4 Возможности архитектуры 95
• 5.2.5 Реализация и область применения 97
• 5.3 Архитектура RTX 32P 97
• 5.3.1 Введение 97
• 5.3.2 Блок-схема 98
• 5.3.3 Обзор системы команд 101
• 5.3.4 Возможности архитектуры 105
• 5.3.5 Реализация и область применения 108


==7

• 5.4 Архитектура SF1 108
• 5.4.1 Введение 108
• 5.4.2 Блок-схема 109
• 5.4.3 Обзор системы команд 111
• 5.4.4 Архитектурные особенности 113
• 5.4.5 Реализация и область использования 114

Часть 6 Пояснения к конструкции и принципам работы стековых машин

• Часть 6 Пояснения к конструкции и принципам работы стековых машин 115
• 6.1 Историческая перспектива 116
• 6.1.1 Регистровые и нерегистровые машины 116
• 6.1.2 Высокоуровневые языки и RISC машины 117
• 6.2 Архитектурные отличия от обычных машин 117
• 6.2.1 Размер программ 118
• 6.2.2 Сложность процессора и системы в целом 121
• 6.2.3 Производительность процессора 124
• 6.2.3.1 Скорость исполнения инструкций 124
• 6.2.3.2 Производительность системы 128
• 6.2.3.3 Наиболее подходящие для стековых машин типы программ 130
• 6.2.4 Однородность процесса выполнения программ 130
• 6.3 Изучение частот появления слов языка FORTH 130
• 6.3.1 «Динамическая» частота появления инструкций 131
• 6.3.2 «Статическая» частота появления инструкций 133
• 6.3.3 Сжатие инструкций в RTX 32P 134
• 6.3.3.1 Увеличение скорости исполнения 134
• 6.3.3.2 Цена вопроса в терминах расхода памяти 137
• 6.4 Вопросы управления стеками 139
• 6.4.1 Экспериментальное определение размеров стека 139
• 6.4.2 Обработка исключений по переполнению 143
• 6.4.2.1 Очень большая стековая память 143
• 6.4.2.2 Одноэлементная схема управления стеком, работающая по запросу 144
• 6.4.2.3 Страничная схема управления стеком 145
• 6.4.2.4 Ассоциативный кэш 145
• 6.5 Прерывания и многозадачность 146
• 6.5.1 Латентность реакции на прерывание 146
• 6.5.1.1 Возможность повторного запуска инструкций 147
• 6.5.2 «Упрощённые» прерывания ( Lightweight interrupts ) 148
• 6.5.3 Переключения контекста 148
• 6.5.3.1 Эксперименты с переключением контекста 149
• 6.5.3.2 Многозадачность при большом числе стеков 149

Часть 7 Вопросы разработки программного обеспечения

• Часть 7 Вопросы разработки программного обеспечения 153
• 7.1 Важность быстрого вызова подпрограмм 153
• 7.1.1 Важность небольших процедур 153
• 7.1.2 Процедуры правильного размера 154
• 7.1.3 Почему программисты не используют небольшие процедуры 155
• 7.1.4 Архитектурная поддержка процедур 155
• 7.2 Выбор языка 156
• 7.2.1 FORTH: сила и слабость 156
• 7.2.2 Си и другие традиционные языки 158
• 7.2.3 Продукционные системы и функциональное программирование 159
• 7.3 Единообразие программного интерфейса 161

Часть 8 Сфера применения

• Часть 8 Сфера применения 163
• 8.1 Встраиваемые устройства для управления в реальном времени 163
• 8.1.1 Требования к управлению в реальном времени 163
• 8.1.2 Как стековые машины удовлетворяют этим требованиям 164
• 8.2 Разрядность стековых машин 165
• 8.2.1 Часто лучше иметь 16 разрядов 166
• 8.2.2 Но иногда нужны и 32 разряда 166


==8

• 8.3 Пути построения вычислительных систем 167
• 8.3.1 Выбор между постоянной и подгружаемой системой команд 167
• 8.3.2 Влияние степени интеграции на стоимость и производительность системы 168
• 8.4 Возможные области использования 169

Часть 9 Будущее стековых компьютеров

• Часть 9 Будущее стековых компьютеров 171
• 9.1 Поддержка традиционных языков 172
• 9.1.1 Стековые кадры 172
• 9.1.2 Отображение ( aliasing ) регистров на память 173
• 9.1.3 Стратегия работы со стековыми кадрами 174
• 9.1.4 Эффективность исполнения традиционных языков 174
• 9.2 Виртуальная память и защита адресного пространства 175
• 9.2.1 Где нужно разделение адресного пространства 175
• 9.2.2 Виртуальная память и контроллеры 175
• 9.3 Использование третьего стека 176
• 9.4 Предел пропускной способности памяти 176
• 9.4.1 История проблемы 177
• 9.4.2 Текущие проблемы производительности памяти 177
• 9.4.3 «Стековый» путь решения проблемы 178
• 9.5 Пара идей для разработчика стековых машин 180
• 9.5.1 Условный возврат из подпрограмм 180
• 9.5.2 Использование стека для хранения кода 180
• 9.6 Влияние стековых машин на развитие вычислительных машин 181

Приложение A

• Краткий обзор компьютеров с аппаратной поддержкой стеков 183

Приложение B

• Базовый словарь FORTH 209

Приложение C

• Полная версия частотных таблиц 214

Библиография

• Библиография 221