Работа со стеком

Стек – это область памяти, специально выделяемая для временного хранения данных программы. Важность стека определяется тем, что для него в структуре программы предусмотрен отдельный сегмент. На тот случай, если программист забыл описать сегмент стека в своей программе, компоновщик TLINK выдаст предупреждающее сообщение.

Для работы со стеком предназначены три регистра:

SS — регистр сегмента стека;

SP— регистр указателя стека;

ВР— регистр указателя базы кадра стека.

Размер стека зависит от режима работы процессора и ограничивается значением 64 Кбайт (или 4 Гбайт в защищенном режиме). В каждый момент времени доступен только один стек, адрес сегмента которого содержится в регистре SS. Этот стек называется текущим. Для того чтобы обратиться к другому стеку («переключить стек»), необходимо загрузить в регистр SS другой адрес. Регистр SS автоматически используется процессором для выполнения всех команд, работающих со стеком.

Перечислим еще некоторые особенности работы со стеком.

· Запись и чтение данных в стеке осуществляются в соответствии с принципом LIFO (Last In First Out — «последним пришел, первым ушел»).

· По мере записи данных в стек последний растет в сторону младших адресов. Эта особенность заложена в алгоритм команд работы со стеком.

· При использовании регистров SP и ВР для адресации памяти ассемблер автоматически считает, что содержащиеся в нем значения представляют собой смещения относительно сегментного регистра SS.

Рисунок 11. Схема организации стека

Регистры SS, SP и ВР используются комплексно, и каждый из них имеет свое функциональное назначение. Регистр SP всегда указывает на вершину стека, то есть содержит смещение, по которому в стек был занесен последний элемент. Команды работы со стеком неявно изменяют этот регистр так, чтобы он указывал всегда на последний записанный в стек элемент. Если стек пуст, то значение SP равно адресу последнего байта сегмента, выделенного под стек. При занесении элемента в стек процессор уменьшает значение регистра SP, а затем записывает элемент по адресу новой вершины. При извлечении данных из стека процессор копирует элемент, расположенный по адресу вершины, а затем увеличивает значение регистра указателя стека SP. Таким образом, получается, что стек растет вниз, в сторону уменьшения адресов.

Что нужно сделать для получения доступа к элементам не на вершине, а внутри стека? Для этого применяют регистр ВР. Регистр ВР — регистр указателя базы кадра стека. Например, типичным приемом при входе в подпрограмму является передача нужных параметров путем записи их в стек. Если подпрограмма тоже активно работает со стеком, то доступ к этим параметрам становится проблематичным. Выход в том, чтобы после записи нужных данных в стек сохранить адрес вершины стека в указателе базы кадра стека — регистре ВР. Значение в ВР в дальнейшем можно использовать для доступа к переданным параметрам.

Начало стека расположено в старших адресах памяти. На рис. 11 этот адрес обозначен парой SS:ffff. Смещение ffff приведено здесь условно. Реально это значение определяется величиной, которую программист задает при описании сегмента стека в своей программе. К примеру, если в программе написана директива stack 100h, началу стека будет соответствовать пара SS:0100h. Адресная пара SS:ffff — это максимальное для реального режима значение адреса начала стека, так как размер сегмента в нем ограничен величиной 64 Кбайт (0ffffh).

Для организации работы со стеком существуют специальные команды записи и чтения.

Команда PUSH выполняет запись значения <источник> в вершину стека:

push <источник>

Алгоритм работы этой команды, который включает два действия (рис. 12):

1. Значение SP уменьшается на 2: (SP) = (SP) - 2

2. Значение источника записывается по адресу, указываемому парой SS:SP.

Рисунок 12. Принцип работы команды PUSH

Команда POP выполняет запись значения из вершины стека по месту, указанному операндом <приемник> (значение при этом «снимается» с вершины стека):

pop <приемник>

Алгоритм работы команды POP обратен алгоритму команды PUSH (рис. 13).

1. Запись содержимого вершины стека по месту, указанному операндом <приемник>.

2. Увеличение значения SP: (SP) = (SP) + 2

Рисунок 13. Принцип работы команды POP

Команда PUSHA предназначена для групповой записи в стек. По этой команде в стек последовательно записывается содержимое регистров АХ, СХ, DX, BX, SP, BP, SI, DI. Заметим, что записывается оригинальное содержимое SP, то есть то, которое было до выдачи команды PUSHA (рис. 14).

Рисунок 14. Принцип работы команды PUSHA

Команда РОРА выполняет действие, обратное действию команды PUSHA.

Команда PUSHF сохраняет регистр флагов в стеке. Команда POPF выполняет действие, обратное действию команды PUSHF.