堆棧機(jī)

堆棧機(jī)，全稱為“堆棧結(jié)構(gòu)機(jī)器”，即英文的 “Stack Machine”。基于堆棧機(jī)模型實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)，無論是虛擬機(jī)還是實(shí)體計(jì)算機(jī)，都會使用“棧”這種結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和交換。棧是一種“后進(jìn)先出（LIFO）”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即最后被放入棧容器的數(shù)據(jù)會被最先取出。

堆棧機(jī)的指令集中包含了零地址指令（“0-operand” instruction set），硬件在運(yùn)行運(yùn)算時(shí)，使用兩種基本操作進(jìn)行運(yùn)算：

• 推入：將數(shù)據(jù)放入堆棧的頂端（數(shù)組形式或串列形式），堆棧頂端 top 指針加一。
• 彈出：將頂端數(shù)據(jù)輸出（回傳），堆棧頂端數(shù)據(jù)減一。

累加器機(jī)

累加器機(jī)，英文為“Accumulator Machine”，是一種寄存器，用來存儲計(jì)算產(chǎn)生的中間結(jié)果。累加器機(jī)模型是一種古老的計(jì)算模型，僅能夠支持單一值的累加寄存器單元，因此，基于累加器機(jī)模型設(shè)計(jì)的指令都只支持一個(gè)操作數(shù)。

寄存器機(jī)

寄存器機(jī)，英文為 Register Machine，也譯為暫存器機(jī)，這種計(jì)算模型的機(jī)器，使用特定的 CPU 寄存器組，來作為指令執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)存儲和交換的容器。

在寄存器中，由于每一條參與到數(shù)據(jù)交換和處理的指令，都需要顯示地標(biāo)記操作數(shù)所在的寄存器，相較于堆棧機(jī)和累加器機(jī)，指令更長，但也更加靈活。

三種計(jì)算模型的比較

• 堆棧機(jī)使用棧結(jié)構(gòu)作為數(shù)據(jù)存儲與交換的容器，由于其“先進(jìn)后出”的特性，無法直接操作位于棧底的數(shù)據(jù)，因此，在特殊情況下，機(jī)器會使用額外的指令來進(jìn)行棧數(shù)據(jù)的交換過程，從而損失一定的執(zhí)行效率。但另一方面，堆棧機(jī)模型實(shí)現(xiàn)簡單，指令代碼長度適中。
• 累加器機(jī)由于只有一個(gè)累加器寄存器可用于存儲數(shù)據(jù)，因此在指令的執(zhí)行過程中，可能會頻繁請求機(jī)器的線形內(nèi)存，從而導(dǎo)致一定的性能損耗。但另一方面，該模型最多只能有一個(gè)操作數(shù)，因此對應(yīng)的指令代碼較為精簡。
• 寄存器機(jī)內(nèi)大多數(shù)與數(shù)據(jù)操作相關(guān)的指令，都需要在執(zhí)行時(shí)指定目標(biāo)寄存器，因此，指令代碼的長度較長。寄存器機(jī)擁有更多的數(shù)據(jù)暫存容器，一方面，靈活的數(shù)據(jù)操作導(dǎo)致寄存器的分配和使用規(guī)則變得復(fù)雜，另一方面，在使用得當(dāng)?shù)那闆r下，同樣的計(jì)算邏輯，基于寄存器機(jī)模型，可以生成更為高效的指令執(zhí)行結(jié)構(gòu)。

最后

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