Warum wachsen Stapel normalerweise nach unten?

Ich weiß, dass in den Architekturen, mit denen ich persönlich vertraut bin (x86, 6502 usw.), der Stapel normalerweise nach unten wächst (dh jedes auf den Stapel geschobene Element führt zu einem dekrementierten SP, nicht zu einem inkrementierten).

Ich wundere mich über die historischen Gründe dafür. Ich weiß, dass es in einem einheitlichen Adressraum praktisch ist, den Stapel am gegenüberliegenden Ende des Datensegments zu starten (z. B.), sodass es nur dann ein Problem gibt, wenn die beiden Seiten in der Mitte kollidieren. Aber warum bekommt der Stapel traditionell den oberen Teil? Besonders wenn man bedenkt, wie das Gegenteil des "konzeptuellen" Modells ist?

(Beachten Sie, dass in der 6502-Architektur der Stapel auch nach unten wächst, obwohl er auf eine einzelne 256-Byte-Seite beschränkt ist und diese Richtungsauswahl willkürlich erscheint.)

Was die historische Begründung betrifft, kann ich nicht mit Sicherheit sagen (weil ich sie nicht entworfen habe). Meine Gedanken zu diesem Thema sind, dass frühe CPUs ihren ursprünglichen Programmzähler auf 0 gesetzt haben und es ein natürlicher Wunsch war, den Stack am anderen Ende zu starten und nach unten zu wachsen, da ihr Code natürlich nach oben wächst.

Beachten Sie außerdem, dass diese Einstellung des Programmzählers auf 0 beim Zurücksetzen nicht bei allen frühen CPUs der Fall ist . Zum Beispiel würde das Motorola 6809 den Programmzähler von Adressen abrufen, 0xfffe/fso dass Sie an einem beliebigen Ort laufen können, abhängig davon, was an dieser Adresse angegeben wurde (normalerweise, aber keineswegs auf ROM beschränkt).

Eines der ersten Dinge, die einige historische Systeme tun würden, wäre, den Speicher von oben zu scannen, bis ein Speicherort gefunden wurde, der denselben geschriebenen Wert zurückliest, damit er den tatsächlich installierten RAM kennt (z. B. einen z80 mit 64 KB Adressraum) hatte nicht unbedingt 64K oder RAM, tatsächlich wären 64K massiv gewesen in meinen frühen Tagen ). Sobald es die oberste tatsächliche Adresse gefunden hat, würde es den Stapelzeiger entsprechend setzen und könnte dann anfangen, Unterprogramme aufzurufen. Dieses Scannen wird im Allgemeinen durch den CPU-Ausführungscode im ROM als Teil des Startvorgangs durchgeführt.

In Bezug auf das Stapelwachstum wachsen nicht alle nach unten, siehe diese Antwort für Details.

Eine gute Erklärung, die ich gehört habe, war, dass einige Maschinen in der Vergangenheit nur vorzeichenlose Offsets haben konnten. Sie möchten also, dass der Stapel nach unten wächst, damit Sie Ihre Einheimischen treffen können, ohne die zusätzliche Anweisung verlieren zu müssen, um einen negativen Offset vorzutäuschen.

Stanley Mazor (Architekt 4004 und 8080) erklärt in "Intel Microprocessors: 8008 to 8086" , wie die Stapelwachstumsrichtung für 8080 (und schließlich für 8086) gewählt wurde :

Der Stapelzeiger wurde so gewählt, dass er "bergab" läuft (wobei der Stapel in Richtung des unteren Speichers vorrückt), um die Indizierung in den Stapel aus dem Benutzerprogramm zu vereinfachen (positive Indizierung) und die Anzeige des Inhalts des Stapels von einer Frontplatte aus zu vereinfachen.

Ein möglicher Grund könnte sein, dass dies die Ausrichtung vereinfacht. Wenn Sie eine lokale Variable auf dem Stapel platzieren, die an einer 4-Byte-Grenze platziert werden muss, können Sie einfach die Größe des Objekts vom Stapelzeiger subtrahieren und dann die beiden unteren Bits auf Null setzen, um eine richtig ausgerichtete Adresse zu erhalten. Wenn der Stapel nach oben wächst, wird die Ausrichtung etwas schwieriger.

IIRC wächst der Stapel nach unten, weil der Haufen nach oben wächst. Es hätte auch umgekehrt sein können.

Ich glaube, es ist eine reine Designentscheidung. Nicht alle wachsen nach unten - in diesem SO-Thread finden Sie eine gute Diskussion über die Richtung des Stapelwachstums auf verschiedenen Architekturen.

Ich glaube, die Konvention begann mit der IBM 704 und ihrem berüchtigten "Dekrementregister". Die moderne Sprache würde es ein Versatzfeld der Anweisung nennen, aber der Punkt ist, dass sie nach unten und nicht nach oben gingen .

Nur noch 2c:

Über alle erwähnten historischen Gründe hinaus bin ich mir ziemlich sicher, dass es keinen Grund gibt, der in modernen Prozessoren gültig ist. Alle Prozessoren können vorzeichenbehaftete Offsets verwenden, und die Maximierung des Heap / Stack-Abstands ist ziemlich umstritten, seit wir uns mit mehreren Threads befasst haben.

Ich persönlich halte dies für einen Sicherheitsfehler. Wenn beispielsweise die Designer der x64-Architektur die Stapelwachstumsrichtung umgekehrt hätten, wären die meisten Überläufe des Stapelpuffers beseitigt worden - was eine große Sache ist. (da die Saiten nach oben wachsen).

Ich bin mir nicht sicher, aber ich habe damals einige Programmierungen für VAX / VMS durchgeführt. Ich scheine mich zu erinnern, wie ein Teil des Speichers (der Haufen ??) hoch und der Stapel runter ging. Als sich die beiden trafen, war dir das Gedächtnis ausgegangen.

Ein Vorteil des absteigenden Stapelwachstums in einem minimalen eingebetteten System besteht darin, dass ein einzelner RAM-Block redundant sowohl auf Seite O als auch auf Seite 1 abgebildet werden kann, sodass ab 0x000 keine Seitenvariablen zugewiesen werden können und der Stapel von 0x1FF abwärts wächst, wodurch das maximiert wird Menge, die es wachsen müsste, bevor Variablen überschrieben werden.

Eines der ursprünglichen Entwurfsziele des 6502 war, dass er beispielsweise mit einem 6530 kombiniert werden konnte, was zu einem Zwei-Chip-Mikrocontrollersystem mit 1 KB Programm-ROM, Timer, E / A und 64 Byte gemeinsam genutztem RAM führte zwischen Stapel- und Seitennullvariablen. Im Vergleich dazu wäre das minimale eingebettete System dieser Zeit, das auf einem 8080 oder 6800 basiert, vier oder fünf Chips.