1. Pilhas

• Voc j deve saber que uma pilha

uma estrutura de dados que

consiste em um amontoado de valo-

res (empilhados, da o nome)

Pilhas sero importantes na execuo

de programas. Veremos a seguir como

elas so utilizadas

2.

Toda pilha possui duas operaes bsicas: PUSH, que consiste em adicionar um valor

na pilha; e POP, que retira da pilha o

valor presente no topo

Para a nossa arquitetura, pilhas sero

blocos contguos presentes na mem-

ria principal que contero dados a serem processados, com um ponteiro SP ( Stack Pointer ) que indicar o endereo onde est o topo da pilha

medida que descemos pela memria, os endereos aumentam. Ou seja, sempre que adicionarmos um valor na pilha (PUSH), o ponteiro SP apontar para o endereo atual 1, um endereo acima

O contrrio acontece para a operao POP

3.

A pilha do exemplo a seguir comea no endereo 1000 da memria, e seu topo est em 996

. . . . . . . . . . . 1000 999 998 997 996 4 9 7 2 5 SP 4.

Fazendo PUSH 3, o valor 3 ser acrescentado na pilha, e o topo ser o endereo 996 1 = 995

. . . . . . . . . . . 1000 999 998 997 996 4 9 7 2 5 SP 995 3 5.

Por outro lado, se tivssemos feito POP, o valor 9 passaria a ser lixo e o novo topo estaria em 996 + 1 = 997

. . . . . . . . . . . 1000 999 998 997 996 4 9 7 2 5 SP 6.

Algumas linguagens de programao so organizadas em blocos (escopos)

Em Java, por exemplo, o escopo de uma classe so todos os procedimentos existentes naquela classe, e no escopo de cada procedimento existem todas as operaes realizadas por ele, inclusive eventuais chamadas a outros procedimentos

7.

Para essas linguagens, interessante utilizar pilhas durante a execuo de um programa para liberar o espao ocupado pelasvariveis locaisde um procedimento, quando ele finalizado

Variveis locais so variveis utilizadas e conhecidas exclusivamente nos procedimentos onde foram inicializadas, e no nvel de macroprogramao so geralmente carregadas nas pilhas

J asvariveis globaisso variveis conhecidas em todo o programa e a princpio esto presentes em endereos da memria que no fazem parte da pilha de um procedimento em particular

8.

Alm das operaes PUSH e POP, outra operao til para pilhas mover arbitrariamente o ponteiro SP, sem inserir dados inicialmente

Isto til para quando a execuo entrar em um procedimento que utilizar variveis locais, de maneira que SP ser decrementado (topo subir) para reservar espao para essas variveis

Em Pascal, isso fica fcil de ser visto, j que as variveis locais so inicializadas antes da palavrabegin , que indica o comeo do procedimento

O exemplo a seguir mostra o comeo do mtodo de ordenaoBubbleSort , em Pascal

9.

procedure BubbleSort(var A: ArrayType);

var i, j: integer;

begin

.

.

.

Repare que as variveisiejso inicializadas. Em seguida, a palavrabeginindica o comeo das operaes do procedimento neste ponto onde SP decrementado em 2

A pilha agora ocupa mais 2 espaos: os espaos deiej , que eventualmente recebero valores durante a execuo do procedimento

E se o topo da pilha atingir endereos que j esto sendo usados pelo programa?

10.

Familiar?

Agora vamos supor uma funo, tambm em Pascal, que recebe duas entradas e retorna como resultado o produto entre elas

Perceba como fica sua pilha de execuo

11.

• • function produto(a, b: integer): integer;

• • var p, j: integer;

• • begin

• • if (a = 0) or (b = 0) then

• • produto := 0

• • else

• • begin

• • p := 0;

• • for j := 1 to a do

• • p := p + b;

• • produto := p;

• • end

• • end;

a b

Quando a funo chamada no programa, j temos na pilha as variveis de entrada, e precisamos tambm do endereo de retorno, para que o processador saiba para onde voltar quando a funo terminar

end. ret. SP 12.

• • function produto(a, b: integer): integer;

• • var p, j: integer;

• • begin

• • if (a = 0) or (b = 0) then

• • produto := 0

• • else

• • begin

• • p := 0;

• • for j := 1 to a do

• • p := p + b;

• • produto := p;

• • end

• • end;

a b end. ret. p j

J ao final desta linha, precisamos de mais 2 para as variveis locaispej

SP 13.

• • function produto(a, b: integer): integer;

• • var p, j: integer;

• • begin

• • if (a = 0) or (b = 0) then

• • produto := 0

• • else

• • begin

• • p := 0;

• • for j := 1 to a do

• • p := p + b;

• • produto := p;

• • end

• • end;

a b end. ret.

Quando a funo termina, os espaos das variveis locais so liberados. Em outras palavras, SP incrementado em 2, voltando a ser o endereo de retorno. Este endereo dir onde a execuo estava quando chamou a funoproduto , e ela continuar a partir daquele ponto

SP 14.

Com apenas estas descries, fica a

impresso de que a funo foi intil,

j que a pilha guardou apenas seus

valores de entrada e manipulou as variveis locais

Mas bvio que isto no verdade. De que maneira ento foram usadas as variveis

aebpara chegar at o resultado final,

e onde ele foi parar?

Todos os resultados de operaes intermedirias foram sendo armazenados no nosso registrador AC (Accumulator). O mesmo vale para o resultado final da funo, que pode ser apenas um valor intermedirio para o resto do programa

15.

O endereo de retorno est relacionado a outro registrador, o Program Counter

Quando a funoprodutotermina, o endereo de retorno desempilhado e salvo em PC

Caso voc no se lembre, AC e PC so dois dos nossos 16 registradores conectados aos barramentos A, B e C em N0

Isso nos d bagagem suficiente para falar sobre o nvel demacroprogramao