スタックマシン型命令セット
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2020/02/10 20:03 UTC 版)
「スタックマシン」の記事における「スタックマシン型命令セット」の解説
スタックマシン型の命令セットでは、例えば加算 (ADD) 命令はスタック上のトップにある2つの値を暗黙のうちにオペランドとして使用し、それらの和をスタックのトップに格納する。オペランドとして使用した値はスタックから取り除かれ（ポップ）、和をスタックのトップに置く（プッシュ）。ほとんどの命令は命令コードだけで構成され、レジスタ番号やメモリアドレスや即値を指定する必要がない。演算を行う場合、先にスタック上に演算対象の値をプッシュし、その後に演算命令を実行することになる。これは逆ポーランド記法と呼ばれる数式の表現方法と同じである。この場合、演算命令は容易に3つ以上の値を対象とするよう拡張可能である。メモリ上の任意のアドレスにあるデータをスタックにプッシュする命令や即値をスタックにプッシュする命令が必要となる。 スタックマシンと対比されるレジスタマシンは、高速で小さいレジスタファイルを持ち、一時的な値をレジスタに保持する。その中でもアキュムレータマシンはレジスタを1つだけ持ち、そのレジスタとオペランドで指定したメモリ位置との間で演算を行う。初期のコンピュータには一時レジスタを持たず、常にメモリ間で演算を行うものもあった。 スタックマシンの実装方式は2つあり、レジスタファイルのみを小さなスタックとして利用する実装と、スタック自体はメモリ上にあって、スタックのトップを指すレジスタを持つ実装である。後者の例としては、バロース B5000 や HP 3000 がある。稀に、メモリ上のスタックとレジスタファイルによる小さいスタックを別々のスタックとして持つ実装もある。 回路素子の高速化によりメモリアクセスなどの配線遅延が問題となるに連れて、スタックを階層構造のキャッシュに収める実装が現れた。明示的なロード命令を用いない限り、スタック内のオペランドが使われる順序は、スタックトップから下方へ積まれている順序と一致する。このため、スタックトップから優先してより高速の記憶素子に収められた状態を保つだけで、オペランドの強力なプリフェッチが実現され、配線遅延が隠蔽される。仮想スタックマシンの多くでは、スタックトップはメモリ領域ではなくホストマシンのレジスタファイルで実装されるレジスタで実現されている。FPGA上のJAVAプロセッサであるJOPでは、レジスタファイルよりさらに高速で小さい記憶素子である、命令パイプライン上のラッチ回路をスタックトップ2個に充てている。 スタックベースの命令セットを持つマシンは、複数のスタックを持つことがある。2つのスタックを持つ場合、一方を「データスタック」、もう一方を「リターンスタック」と呼び、データスタックはデータの処理に使われ、リターンスタックはサブルーチンコールの戻りアドレスを保持するのに使われる（コールスタックとも）。データスタックとリターンスタックを分離すると、スタック管理処理の大部分を排除して、全体の動作を大幅に高速化できる。このスタックを2つ持つという方式は独自に3回発明されている(バロース B5000、Forth、PostScript)。また、Java仮想マシンでも使われている。 ヒューレット・パッカードの関数電卓が有名だが、一種のスタックマシンを操作モデルとしている電卓がある。プッシュに相当する「Enter」キーが特徴である。具体例で説明すると、加算を行う際は、「数値1」「Enter」「数値2」「+」の順に操作する。この操作で、まず2つの数値がスタックにプッシュされた後、加算のためにポップされ加算され結果がプッシュされる。逆ポーランド記法(順)の電卓、と呼ばれている。 オペランドとしてレジスタを使うマシンは、容易にスタックマシンをシミュレートできる。このようなシミュレーションを「仮想スタックマシン」とも呼ぶ。
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