fpu以基於堆棧的方式實現寄存器的動機是什么？

Question

fpu以基於堆棧的方式實現寄存器的動機是什么？ 據我所知，其他指令集如x86 / sse使用命名寄存器。 我可以想象基於堆棧的屬性通常與我們的函數思想相對應，從而為匯編程序員提供了更直觀的設計。

然而，我很好奇是否有一些更有形的動機，即技術優勢。

Answer 1

這些架構現在不再在現場看到。 盡管如此，寄存器和程序代碼空間的硅空間都是稀有資源（現在在嵌入式環境中仍然如此）。 這幾乎總結了這種架構背后的兩個動機：

• ISA更加苗條
  • 需要更少的寄存器編碼空間
  • 堆棧處理等事情的指示較少（顯然）
• 更簡單的硬件設計
  • 寄存器解碼邏輯少
  • 非常確定的和數學上易於理解的行為（像Java虛擬機這樣的虛擬架構仍然使用它的原因）

Answer 2

這個問題只能由最初的8087本人W Kahan的設計師真實地回答，他在一篇名為“關於8087疊加的優勢”的簡短論文中寫到了這個問題。

從那里：

• 8087堆棧實際上不是“經典堆棧”，您可以訪問任何寄存器，而不僅僅是前兩個/三個寄存器。
• 具有兩個操作數/指令的平面寄存器設置是不切實際的：協處理器指令缺少編碼空間，這使得單操作數指令成為首選（並且堆棧優於此），以及它可能具有的寄存器數量（顯然8是不可能的，似乎只有4個寄存器有足夠的空間）被認為不足以有效計算一些常見的浮點運算。
• 堆棧溢出/下溢應該不經常發生，並且在軟件中處理，給出了更大堆棧的錯覺。

Answer 3

這主要僅適用於x86，因為ARM和PowerPC以及MIPS和Sparc都不會將其FPU實現為基於堆棧的計算機。

現在我們已將其縮小到x86，原因很明顯。 像計算中的許多其他東西一樣歸結為歷史原因（有些人稱之為歇斯底里的葡萄干，因為真正的原因並沒有真正意義）。

歷史原因是x86架構沒有FPU。 現在，我知道你會說“但看看Pentiums！”。 是的，他們有FPU，但IBM選擇構建他們的PC的原始8086沒有FPU - 這是一個像許多低端微控制器這樣的嚴格整數機器。

這不是一個太大的問題，因為它主要是低端終端和文本處理器。 但它的廉價和普及突然看到它被用於科學和工程應用。 所以人們想出了帶有FPU芯片的附加擴展卡，以加快速度。 最受歡迎的這些卡恰好使用基於堆棧的芯片，該芯片也是由英特爾制造的。 這一小事實使英特爾更容易將芯片集成到未來的CPU中。

此時，英特爾仍然可以設計一個不基於附加芯片的指令集。 但發生了兩件事。 許多應用程序（主要是游戲和電子表格）開始使用附加FPU，這些應用程序變得非常非常受歡迎。 此外，其他芯片供應商也看到了PC市場正在發生的事情，並希望采取行動。 因此，由於向后兼容並且需要快速添加此功能，英特爾做了最明智的事情（在業務管理方面，不一定在工程方面）：他們只是將協處理器芯片包含在他們的下一個版本的x86中，以便營銷部門可以說他們有一個FPU。

長話短說：歇斯底里的葡萄干！