JP2002073326A - プログラム実行装置及びプログラム実行方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＩＭＤ方式において、命令数の削減を図
る。 【解決手段】 レジスタ１６にデータ値格納領域１６ｂ
のみならずそのデータの種類を示す属性格納領域１６ａ
を設け、属性生成部１４によりデータの属性を生成し、
属性格納領域１６ａに格納する。演算部１８で命令を実
行する場合、命令実行制御部１２からの命令に加え、レ
ジスタ１６の属性格納領域１６ａに格納された属性に基
づきデータの種類に応じた命令を決定し、演算を実行す
る。これにより、データの種類ごとの命令が不要とな
り、演算種類分の命令だけで演算を実行できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプログラム実行装
置、特に命令数の削減技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチメディア処理の必要性など
から、単独命令で複数のデータに対して処理を行うＳＩ
ＭＤ（Single Instruction stream Multiple Data stre
am）方式を採用したプロセッサが増えてきている。例え
ば、インテル社製のＭＭＸｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）
がこれに相当し、６４ｂｉｔ、３２ｂｉｔ×２、１６ｂ
ｉｔ×４、８ｂｉｔ×８等の複数のデータに対して１つ
の命令で演算を実行することが可能である。

【０００３】図３には、ＳＩＭＤ方式による命令実行の
様子が模式的に示されている。（ａ）は６４ｂｉｔのデ
ータに対して加算（ＡＤＤ）命令を実行する場合であ
り、６４ｂｉｔデータ同士を加算して１つの６４ｂｉｔ
データを生成する。（ｂ）は３２ｂｉｔ×２、すなわち
３２ｂｉｔデータ２個に対して加算命令を実行する場合
であり、１つの命令で３２ｂｉｔデータの加算を２回行
って３２ｂｉｔデータを２個生成する。（ｃ）は１６ｂ
ｉｔ×４、すなわち１６ｂｉｔデータ４個に対し加算命
令を実行する場合であり、１つの命令で１６ｂｉｔデー
タの加算を４回行って１６ｂｉｔデータを４個生成す
る。（ｄ）は８ｂｉｔ×８、すなわち８ｂｉｔデータ８
個に対して加算命令を実行する場合であり、１つの命令
で８ｂｉｔデータの加算を８回行って８ｂｉｔのデータ
を８個生成する。

【０００４】従来のＳＩＭＤ方式においては、このよう
に１つの命令で複数のデータを扱うことが可能である
が、扱うデータサイズや数によって異なる複数種類の命
令を用意して演算を実行している。例えば、加算（ＡＤ
Ｄ）命令を実行する場合、（ａ）に対してはＡＤＤ１と
いう命令を用い、（ｂ）に対してはＡＤＤ２という命令
を用い、（ｃ）に対してはＡＤＤ３という命令を用い、
（ｄ）に対してはＡＤＤ４という命令を用いる等であ
る。ここで、ＡＤＤ４は、８ビットのデータに対する加
算命令であり、８ビットのデータを８個同時に加算する
ことを意味する。また、データサイズの他に符号ビット
の有無に応じて異なる命令を使い分けて対応しており、
さらに桁あふれについても飽和処理や例外処理など数種
類存在し、これらについても異なる種類の命令をそれぞ
れ割り当てることで対応している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＳ
ＩＭＤ方式においては、同じ演算に対してもデータ種類
毎に複数の命令が存在するため、命令数が増大してしま
う問題があった。そして、命令数の増大は、各命令を互
いに区別するためのビット数の増大を招き、１つ１つの
命令長が長くなって必要な命令メモリのサイズも増大し
てしまう問題があった。一般に、命令は命令の種類を示
すオペコードと処理対象を示すオペランドの２つから構
成され、命令を演算種類分だけ用意するのであればオペ
コードの部分は演算種類を区別するだけのビット数で足
りることになる。しかしながら、命令を演算種類分だけ
でなくデータ種類ごとにも用意する必要があると、オペ
コードの部分が（演算種類＋データ種類）となり、単純
な演算種類分だけの場合に比べて命令長がデータ種類の
分だけ増大することになる。

【０００６】さらに、プログラムにはアルゴリズムに関
する記述（演算の順序などを規定する）と実装に関する
記述（データのサイズや符号ビットの有無、桁あふれ処
理方法などを規定する）があり、アルゴリズムに関する
部分は汎用的であるため他の問題に対するプログラムに
もそのまま適用することができ、実装に関する部分のみ
を書き換えればよいはずであるが、従来の方式ではデー
タサイズなどの実装方法が異なる場合には演算に関する
命令も書き換える必要が生じるため（データサイズが変
化すると、そのデータサイズに応じた命令が必要とな
る）、効率的なプログラミングが困難である問題もあっ
た。

【０００７】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、命令数の増加を抑
制し、これにより必要な命令メモリのサイズを縮小でき
るとともに、効率的にプログラムを作成することができ
るプログラム実行装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のプログラム実行装置は、命令をデコードす
るデコード手段と、データ及びそのデータの属性を記憶
する記憶手段と、前記デコード手段でデコードされた、
データの属性に依存しない命令と前記記憶手段に記憶さ
れた前記データの属性から前記データに対する命令を決
定して実行する演算手段とを有する。データ種類などの
データ属性毎に異なる命令を用意するのではなく、デー
タ属性に依存しない命令、すなわち演算種類分だけの命
令を用意し、この命令と別途記憶されたデータ属性とを
合わせて最終的な命令を決定することで、データ属性に
応じた演算を可能とするとともに、命令数の増大を抑え
ることができる。本発明では、（演算種類＋データ種
類）のオペコードは必要ではなく、演算種類分のみのオ
ペコードで足りることになる。また、データ属性に依存
しない命令を用いることができるため、アルゴリズムと
実装部分を分けることができ、実装部分を変えるだけで
他の問題にも対応できる。データの属性とは、具体的に
はデータサイズやデータの符号、桁あふれの有無等であ
る。記憶手段は、データを記憶する部分と属性を記憶す
る部分が別体で構成されていてもよく、単一のメモリの
異なる領域にデータと属性がそれぞれ記憶されていても
よい。

【０００９】本発明において、前記デコード手段でデコ
ードされた命令に基づいて、前記データの属性を生成し
て前記記憶手段に格納する属性生成手段をさらに有する
ことができる。例えば、命令の引数でデータの種類が指
定されている場合、属性生成手段はこのデータの種類を
データの属性として記憶手段に書き込む。属性生成手段
は、データが新たに記憶手段に書き込まれる際に、この
書き込みに付随してそのデータの属性を記憶手段に書き
込むことが好適である。データの属性に変更がない場合
には、元の属性をコピーして再び書き込むことができ
る。もちろん、データの属性に変更がない場合に属性の
書き換えを行わずそのまま保持してもよい。

【００１０】前記演算手段は、ＳＩＭＤ方式で演算を実
行することが好適である。これにより、ＳＩＭＤ方式で
ありながら命令数を削減でき、かつ、単一の命令で複数
のデータをまとめて処理することができる。本発明によ
れば、６４ｂｉｔのデータを１つ入力した場合には単一
の演算命令に基づいて６４ｂｉｔのデータが１つ出力さ
れ、１６ｂｉｔのデータを４つ入力した場合には単一か
つ６４ｂｉｔの場合と同一の演算命令に基づいて１６ｂ
ｉｔのデータが４つ出力される。本発明のプログラム実
行装置は、マイクロプロセッサに適用することができ
る。

【００１１】また、本発明はプログラム実行方法を提供
する。この方法は、演算の種類毎に規定された演算命令
を読み出すステップと、演算すべきデータの属性を読み
出すステップと、前記演算命令を前記データの属性に応
じて変化させて演算を実行するステップとを有する。

【００１２】本発明の１つの実施形態では前記データの
属性は前記データのサイズであり、前記演算命令を前記
データのサイズに応じて変化させて演算を実行する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。

【００１４】図１には本実施形態に係るプログラム実行
装置の構成ブロック図が示されている。プログラム実行
装置は、命令メモリ１０、命令実行制御部１２、属性生
成部１４、レジスタ１６、演算部（ＡＬＵ）１８、メモ
リ制御部２０及びデータメモリ２２を有して構成され
る。なお、命令は命令バス、データはデータバスを介し
てそれぞれ送受される。

【００１５】命令メモリ１０は、命令を格納するもの
で、命令実行制御部１２に対して順次格納した命令を供
給する。命令実行制御部１２は、命令フェッチ機能及び
命令デコード機能を備え、命令メモリ１０から読み出
し、デコードした命令を属性生成部１４や演算部１８、
メモリ制御部２０に供給する。演算部１８は、命令実行
制御部１２から与えられた命令に基づきレジスタ１６か
らデータを読み出して演算を実行し、再びレジスタ１６
にその結果を書き込む。メモリ制御部２０は、命令実行
制御部１２からのデコードされた命令に基づき、データ
メモリ２２にアクセスし、データのメモリ２２への書き
込み及びメモリ２２からの読み出しを実行する。レジス
タ１６は、データを一時格納するものであるが、本実施
形態では従来のようにデータ値のみを格納するのではな
く、そのデータの属性をも格納する。すなわち、本実施
形態におけるレジスタ１６は、属性格納領域１６ａとデ
ータ値格納領域１６ｂの２つの領域から構成されてお
り、データ値格納領域１６ｂには、従来と同様に演算部
１８で演算して得られた結果が格納されるが、属性格納
領域１６ａには属性生成部１４で生成されたそのデータ
の属性が格納される。データの属性とは、具体的にはそ
のデータの種類であり、属性生成部１４は、命令の引数
等で指定されるデータの種類を判定して属性格納領域１
６ａに格納する。そして、属性格納領域１６ａに格納さ
れたデータの属性は、命令実行制御部１２でデコードさ
れた演算命令とともに演算部１８に供給される。演算部
１８では、命令実行制御部１２から供給された演算命令
とともに、データ種類を表すこの属性データに基づき演
算を一義的に特定し、データ種類に応じた演算を実行す
る。言い換えれば、演算部１８で実行される演算は、演
算命令とデータ属性に基づいて決定され、同一演算命令
であっても、データ属性が異なれば異なる演算が実行さ
れることになる。

【００１６】図２には、図１におけるレジスタ１６の構
成例が示されている。データ値格納領域１６ｂには６４
ｂｉｔのデータｄａｔが格納される。また、属性格納領
域１６ａには８ｂｉｔの属性ａｔｔｒが格納される。こ
の属性格納領域１６ａに、データ値格納領域１６ｂに格
納されているデータが６４ｂｉｔのデータであるか、３
２ｂｉｔのデータ２個であるか、あるいは１６ｂｉｔの
データ４個であるかなどが格納される。もちろん、属性
格納領域１６ａのビット数は任意に決定することができ
る。データ値格納領域１６ｂに格納されたデータが読み
出されて演算部１８に供給される際、属性格納領域１６
ａに格納されたそのデータの属性も同時に読み出され、
演算部１８に供給される。演算部１８は、（デコードさ
れた命令＋データ属性）により演算の種類を決定し、レ
ジスタ１６から読み出したデータに対して演算を実行す
る。

【００１７】また、例えばメモリリードや即値格納時な
ど、新たにレジスタ１６にデータを格納する命令を実行
する際には、レジスタ１６のデータ値格納領域１６ｂに
データを書き込むだけでなく、属性生成部１４によりそ
のデータの属性を決定し、レジスタ１６の属性格納領域
１６ａにその属性を書き込む。例えば、８ｂｉｔ×８の
ＳＩＭＤの場合には＜８ｂｉｔＳＩＭＤ＞なる属性を書
き込む。そして、レジスタ１６に格納されたこのデータ
をソースとするＡＤＤ命令を実行する際には、レジスタ
１６からデータ値を読み出すとともに、属性格納領域１
６ａから＜８ｂｉｔＳＩＭＤ＞なる属性を読み出し、こ
の属性に応じた演算、すなわち８ｂｉｔデータ同士の加
算を８個行う演算（図３（ｄ）参照）を実行する。した
がって、本実施形態では、同一ＡＤＤ命令であっても、
データ属性が異なれば異なる演算が実行されることにな
り、データサイズが３２ｂｉｔ×２であればＡＤＤ命令
により図３（ｂ）に示される演算が実行され、データサ
イズが１６ｂｉｔ×４であれば同一ＡＤＤ命令でも図３
（ｄ）に示される演算が実行される。このことは、命令
から見れば、命令実行制御部１２でデコードされた命令
がデータ属性により変換されると言うこともできる。

【００１８】なお、転送命令や演算命令の実行結果をレ
ジスタ１６に書き込む場合には、レジスタ１６のデータ
値格納領域１６ｂに当該データを格納するとともに属性
格納領域１６ａにソースレジスタの属性をコピーして格
納する。属性のコピーは属性生成部１４にて実行する。
具体的には、命令実行制御１２から送られた命令が転送
命令や演算命令である場合、レジスタ１６の属性格納領
域１６ａに格納されている当該データの属性を読み出
し、これをコピーして再度属性格納領域１６ａに書き込
む。

【００１９】データの合成（PACK）や分割（UNPACK）を
行う命令の場合には、データの属性が変更されるため、
属性生成部１４では属性格納領域１６ａにデータの合成
あるいは分割後の該当する属性を属性格納領域に書き込
む。＜３２ｂｉｔＳＩＭＤ＞から＜１６ｂｉｔＳＩＭＤ
＞と書き換える等である。

【００２０】このように、本実施形態においてはデータ
の種類によらず演算命令を演算種類分だけ用意し、この
演算とレジスタ１６の属性格納領域１６ａに格納された
データ種類を表す属性に基づいた演算を実行することで
データの種類に応じた演算を実現するため、従来のよう
に（演算種類分＋データ種類分）の命令を用意する必要
がなくなり、命令数を削減できるとともに命令の区別の
ためのビット数を減らすことができる。

【００２１】また、本実施形態においてはデータの種類
による演算の選択を命令のオペコード部分で行うのでは
なく、レジスタ１６に格納された属性を用いて行うた
め、プログラムを実装ごとに作り直す必要もなくなり
（データの種類が変化しても、同一の命令を用いること
ができる）、効率的なプログラムが可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば命
令メモリの増大を抑制でき、また、プログラムを効率的
に作成、実行することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の構成ブロック図である。

【図２】 図１におけるレジスタの構成図である。

【図３】 ＳＩＭＤ方式による演算処理を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ 命令メモリ、１２ 命令実行制御部、１４ 属性
生成部、１６ レジスタ、１８ 演算部、２０ メモリ
制御部、２２ データメモリ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 命令をデコードするデコード手段と、 データ及びそのデータの属性を記憶する記憶手段と、 前記デコード手段でデコードされた、データの属性に依
   存しない命令と前記記憶手段に記憶された前記データの
   属性から前記データに対する命令を決定して実行する演
   算手段と、 を有することを特徴とするプログラム実行装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、さらに、 前記デコード手段でデコードされた命令に基づいて、前
   記データの属性を生成して前記記憶手段に格納する属性
   生成手段と、 を有することを特徴とするプログラム実行装置。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかに記載の装置に
   おいて、 前記演算手段は、ＳＩＭＤ方式で演算を実行することを
   特徴とするプログラム実行装置。
4. 【請求項４】 プログラム実行方法であって、 演算の種類毎に規定された演算命令を読み出すステップ
   と、 演算すべきデータの属性を読み出すステップと、 前記演算命令を前記データの属性に応じて変化させて演
   算を実行するステップと、 を有することを特徴とするプログラム実行方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の方法において、 前記データの属性は前記データのサイズであり、 前記演算命令を前記データのサイズに応じて変化させて
   演算を実行することを特徴とするプログラム実行方法。