Stack Pointer Register là một thanh ghi nhỏ lưu trữ địa chỉ bộ nhớ của phần tử dữ liệu cuối cùng được thêm vào stack, hoặc trong một số trường hợp, địa chỉ khả dụng đầu tiên trong stack. Stack là một bộ đệm chuyên dụng được các hàm của chương trình sử dụng để lưu trữ dữ liệu như tham số, biến cục bộ và thông tin liên quan đến hàm khác. Stack pointer, còn được gọi là extended stack pointer (ESP), đảm bảo rằng chương trình luôn thêm dữ liệu vào đúng vị trí trong stack.
Stack lưu trữ dữ liệu từ trên xuống dưới, tuân theo cấu trúc dữ liệu LIFO (Last In, First Out – vào sau ra trước). Điều này có nghĩa là chương trình thêm dữ liệu vào đầu stack và xóa dữ liệu khỏi đầu stack. Theo cách này, đầu stack luôn chứa dữ liệu được lưu trữ gần đây nhất mà chưa bị xóa.
Chương trình sử dụng thao tác push để thêm dữ liệu vào stack và thao tác pop để xóa dữ liệu khỏi stack. Vì stack là cấu trúc dữ liệu LIFO, các thao tác hoạt động tương tự như một chồng đĩa ăn tối. Một đĩa chỉ có thể được thêm vào đầu chồng và chỉ được lấy ra từ đầu chồng. Tương tự, dữ liệu chỉ có thể được thêm vào hoặc xóa khỏi đầu stack.
Khi chương trình chạy, gọi các hàm liên tiếp, nó liên tục đẩy dữ liệu vào stack và lấy dữ liệu ra khỏi stack. Do đó, địa chỉ được lưu trữ trong stack pointer register liên tục thay đổi. Khi một phần tử dữ liệu mới được đẩy lên đầu stack, stack pointer được cập nhật thành địa chỉ bộ nhớ vật lý tiếp theo trên stack. Khi một phần tử dữ liệu được lấy ra khỏi đầu stack, stack pointer register lại được cập nhật thành địa chỉ tiếp theo, nhưng lần này địa chỉ thay đổi theo hướng ngược lại.
Cách thức hoạt động của địa chỉ bộ nhớ trong stack có vẻ không trực quan. Các địa chỉ giảm dần khi chúng di chuyển về phía đầu stack và tăng dần khi chúng di chuyển về phía đáy, vì vậy khi một phần tử dữ liệu được đẩy vào stack, stack pointer giảm xuống địa chỉ tiếp theo bên dưới địa chỉ hiện tại và khi một phần tử bị xóa, con trỏ tăng lên địa chỉ của phần tử đã lưu tiếp theo trên stack, có địa chỉ cao hơn địa chỉ hiện tại.
Một chương trình sử dụng các thao tác push để thêm dữ liệu vào ngăn xếp và các thao tác pop để loại bỏ dữ liệu khỏi ngăn xếp. Vì ngăn xếp là một cấu trúc dữ liệu LIFO, các hoạt động hoạt động tương tự như một chồng đĩa ăn tối tại một dòng buffet. Một tấm chỉ có thể được thêm vào đầu ngăn xếp và chỉ được loại bỏ khỏi đầu ngăn xếp. Theo cùng một cách, dữ liệu chỉ có thể được thêm vào hoặc loại bỏ khỏi đầu ngăn xếp.
Sơ đồ minh họa cách thức hoạt động của stack pointer.
Không có một thiết kế bố cục duy nhất mà tất cả các stack đều tuân theo. Thiết kế của stack sẽ phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình và kiến trúc bộ xử lý, mặc dù các hệ thống khác nhau có xu hướng tuân theo các mẫu tương tự. Trong hầu hết các trường hợp, khi một lệnh gọi hàm được thực hiện trong một chương trình, một khung stack được tạo trên stack để hỗ trợ dữ liệu của hàm đó. Mỗi hàm tạo khung stack riêng, bất kể hệ thống phân cấp hàm trong chương trình. Khung stack cung cấp một cấu trúc logic để lưu trữ các tham số của hàm, các biến cục bộ và các dữ liệu liên quan khác. Stack pointer register luôn cung cấp cho chương trình thông tin cần thiết để xác định vị trí đầu stack. Thanh ghi ESP có thể trỏ đến địa chỉ của phần tử dữ liệu được thêm vào cuối cùng (chưa bị xóa) hoặc đến địa chỉ của khe bộ nhớ khả dụng đầu tiên. Điều này sẽ phụ thuộc vào môi trường tính toán và cách thực hiện các lệnh gọi hàm. Bất kể phương pháp nào, stack pointer luôn nằm ở đầu stack, cung cấp điểm bắt đầu đáng tin cậy để truy cập bộ nhớ stack.
