# 2.Указатель стека SP

## TODO:
- [X] Описание указателя стека
- [X] RAM Память
- [x] примеры кода
- [ ] чуть более адекватные примеры кода

## Теория

### Краткая выжимка с ролика

В ОЗУ по ячейкам обычно хранят переменные с понятным размером, названием, жизненным циклом
Как минимум, стек используется для вызова процедур, которые естественно нужно где-то складывать
Потенциально стек может быть максимального размера ОЗУ


Внизу рам хранятся рон, потом регистры ввода вывода, на самом верху обычно размещают стек
При размещении байтов стек пойнтер уменьшается и всегда указывает на следующую ячейку памяти (пустую)
Часто можно использовать стек для того чтобы перед вызовом функции закинуть в стек переменные из рона, дабы уже та функция могла роном оперировать
Младшие 16 регистров - регистоы адресных команд
Количество команд push должно совпадать с количеством команд pop
Jump просто переносит алгоритм на другие адреса и не позволяет вернуться в то конкретное место, откуда он был вызван. В регистре PC он изменяет значение на свой адрес
Для того чтобы вызвать функцию и запомнить откуда мы ее вызвали используется регистр PC (program counter), который указывает на следующую команду
В большинстве процессоров PC двубайтоаый
Call делает то же самое, что и jump, но предварительно закидывает в стек текущий PC+1.ret достаёт из стека последнее значение и снова делает jump на полученную ветку. Соответственно если в вызванной функции мы напортачили со стеком, то обратно нас не вернёт
Для обработчика прерывания так же необходимо инициализировать стек, так как он тоже своего рода процедура. А ещё обработчик прерывания умный и закидывает значения регистра статуса в стек перед началом работы и выгружает по окончанию, чтобы не сбить матан в основной программе
Регистр SP (stack pointer). По умолчанию он = 0, но так как он постоянно растёт вниз, а ниже нуля никаких адресов нет, нужно указать ему память на максимальное значение RAMEND (у каждого процессора своё, поэтому рекомендуется устанавливать его). Потенциально можно указать и конкретное место в памяти, но так как у каждого процессора размер рам отличается, так делать не рекомендуется.
Есть и другой подход - обозначить начало стека пониже, чтобы всё пространство выше него заняли переменные в ОЗУ
Если вдруг стек дойдёт до переменных ОЗУ или регистров ввода вывода, то он будет всё равно считать их стеком и будет краш

### Память

Есть два типа памяти
ROM - Read only memory (пзу)
RAM - Random acess memory (озу)
Content of ROM is non-volatile in nature, they are stored even when power is lost.
Content of RAM is volatile in nature, it vanishes when power is lost.

RAM - это вся твоя оперативка, которой ты распоряжаешься по своему усмотрению. Проще всего процессору изменять регистры общего назначения, которые собственно в нем и находятся, но в процессоре кучу памяти не разместишь. Хранить всю оперативку в ROM (которая на жестком диске) тоже не вариант, так как данные с нее идут долго. RAM - некоторый компромисс между ROM и регистрами общего назначения. Но формально оперативная память может храниться и в пзу (только в новых ПК системах, в целях экономии RAM память, к которой давно не обращались может быть закинута в файл подкачки) и в роне (но очень ограничено)

#### Types of RAM:

RAM can be broadly classified into SRAM (Static RAM) and DRAM (Dynamic RAM) based on their behavior:

**DRAM**: Dynamic RAM or DRAM needs to periodically refresh in few milliseconds to retain data. DRAM is made up of capacitors and transistors and electric charge leaks from capacitors and DRAM needs to be charged periodically. DRAM is widely used in home PCs and servers as it is cheaper than SRAM. Основной особенностью DRAM является динамическое хранение данных. Это даёт возможность многократно записывать информацию в оперативную память, но при этом возникает необходимость постоянно обновлять данные.

**SRAM**: Static RAM or SRAM keeps the data as long as power is supplied to the system. SRAM uses Sequential circuits like a flip-flop to store a bit and hence need not be periodically refreshed. SRAM is expensive and hence only used where speed is the utmost priority. Статическая память с произвольным доступом — полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный или троичный разряд хранится в схеме с положительной обратной связью, позволяющей поддерживать состояние без регенерации, необходимой в динамической памяти.

Из-за каких то железячных особенностей память в dram может быть повреждена (банально разряды уходят), поэтому ее нужно периодически перезаряжать. Sram дороже, работает на тригерах, которые позволяют избегать таких ситуаций

### Указатель стека

**Стек** в основном используется для хранения временных данных, локальных переменных и обратных адресов после прерываний и вызовов подпрограмм. **Регистр Указателя Стека (Stack Pointer Register)** всегда указывает на верхнюю часть стека.

Стек - структура данных LIFO - (Last in - first out). Тобишь что ты закинешь первым - получишь последним.

**Указатель Cтека (Stack Pointer)** указывает на область данных SRAM Stack (статическая память, выделенная для стека), в которой расположены стеки подпрограмм и прерываний.

Указатель Стека - это область стека в данных SRAM, которая определяется автоматически. Указатель стека содержит последний адрес в SRAM, записанный туда перед выключением питания.

Указатель стека уменьшается на единицу, когда данные помещаются в стек с помощью инструкции **PUSH**, и на два, когда используется команда **call**

Указатель стека увеличивается на единицу, когда данные извлекаются из стека с помощью инструкции **POP**, и увеличивается на два, когда данные извлекаются из стека при возвращении из подпрограммы с помощью инструкции RET, или при возвращении из прерывания с помощью инструкции **RETI**.

Указатель стека AVR выполнен в виде двух 8-разрядных регистров в пространстве ввода-вывода. Это регистры SPL (Stack Pointer Low) и SPH (Stack Pointer High). Формально все еще можно складывать в стек однобайтовую информацию

**В регистры SPL и SPH необходимо загружать адрес вершины стека (адрес верхней границы ОЗУ).**
Адрес вершины стека хранится в константе RAMEND, которая определена в подключаемом файле для данной модели микроконтроллера.

**Младший байт константы RAMEND надо загрузить в регистр SPL, а старший - в регистр SPH**. Это установит указатель стека на конец ОЗУ.

## Код установки границ стека (обязательно на старте программы):

LDI temp, HIGH(RAMEND)
OUT SPH,temp ; установить указатель стека на верх RAM
LDI temp, LOW(RAMEND)
OUT SPL, temp 

## Код работы со стеком

push r14 ; загрузить в стек регистр
push r13 ; загрузить в стек регистр
pop r14 ; выгрузить из стека регистр
pop r13 ; выгрузить из стека регистр (теперь у регистров будут поменяны значения, чисто для демонстрации работы)