JP2002268877A - クロック制御方法及び当該クロック制御方法を用いた情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パイプライン処理の実行効率を損なうことな
く諸費電力を低減することができるクロック制御方法及
び当該クロック制御方法を用いた情報処理装置を提供す
る。 【解決手段】 クロックに同期して処理を行う処理回路
と、処理回路へのクロック供給を制御するクロック供給
制御回路を有する情報処理装置において、処理回路にお
ける処理の実行開始から処理結果の出力までに必要とす
るサイクル数を抽出し、抽出されたサイクル数をクロッ
ク供給制御回路に伝達し、処理回路における処理の開始
からクロック供給を開始し、サイクル数の供給が終了し
た後、処理回路へのクロック供給を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロセッサを用い
る情報処理装置に関する。特に、クロック供給の制御方
法に特徴を有する情報処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】命令を処理するプロセッサをはじめとし
た情報処理装置において、命令実行のスループットを向
上させるために一般的にパイプライン処理が行われる。
一般的なパイプライン構成としては、ＩＦステージ（命
令フェッチステージ）、ＤＥＣステージ（命令デコード
ステージ）、ＥＸステージ（命令実行ステージ）、ＭＥ
Ｍステージ（メモリアクセスステージ）、ＷＢステージ
（メモリライトバックステージ）の５段階構成が良く用
いられている。通常は各ステージに同じ周波数のクロッ
クが供給されることによって、各ステージにおける処理
が進行することになる。

【０００３】また、プロセッサ自体の実行性能を向上さ
せるためには、実行周波数を増加させることによって処
理の高速化を図ることが多い。しかしながら、処理の高
速化を図るためにクロック周波数を増加させると、クロ
ック周波数に比例してプロセッサの消費電力が増加して
しまう。特に、プロセッサが搭載される携帯機器等にお
いては、処理性能の向上とともに消費電力低減が課題と
なっており、かかる技術的ジレンマをいかに解決してい
くかが重要な課題の一つとなっている。

【０００４】従来から、消費電力低減を実現するため
に、あるステージで複数サイクルの処理を必要とする場
合には他のステージのクロック供給を停止するという技
術がある。この技術においては、ＥＸステージで複数サ
イクルの処理を行っている場合には、ＤＥＣステージ及
びＩＦステージのクロック供給を停止し、ＤＥＣステー
ジ及びＩＦステージにおける動作を停止させることがで
きることから、パイプラインにおいて処理が停止するス
テージでの消費電力を低減させることが可能となる。

【０００５】同様の手法により、ＭＥＭステージにおい
て複数サイクル処理を行っている場合に、ＥＸステー
ジ、ＤＥＣステージ、及びＩＦステージのクロック供給
を停止させることによって、消費電力を低減させること
も可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の解決方法では、例えばＭＥＭステージで
複数サイクル処理を行っている場合にはＥＸステージの
クロック供給が停止されるために、ＥＸステージに存在
する命令はＥＸステージに投入されてから実行が停止す
ることになる。このため、ＭＥＭステージで複数サイク
ルの処理を行っているサイクル期間中にＥＸステージで
複数サイクル処理を必要とする命令が投入されても、Ｍ
ＥＭステージでの実行が完了していないとＥＸステージ
での多サイクル命令の実行が開始できない。このため
に、ＭＥＭステージの実行が完了した時点ではＥＸステ
ージの命令は実行完了しておらず、ＭＥＭステージでも
実行完了後にＥＸステージの命令をすぐにＭＥＭステー
ジに投入することができないという問題点が生じること
になる。

【０００７】図１を参照しながら上述した例における処
理のタイミングについて詳細に説明する。図１において
は、ＭＥＭステージで７サイクルの処理が行われる命令
Ａと、ＥＸステージで５サイクルの処理が行われる命令
Ｂが連続して実行される場合のパイプライン状態を示し
ている。

【０００８】サイクル１−１、１−２において、順次命
令Ａおよび命令ＢがパイプラインのＤＥＣステージに投
入され、サイクル１−３から命令ＡのＭＥＭステージで
の処理が開始される。同時にサイクル１−３において命
令ＢはＥＸステージに投入される。

【０００９】命令ＡはＭＥＭステージで７サイクルの処
理であるため、サイクル１−４の期間においては命令Ａ
の実行によってＭＥＭステージにおけるパイプロックが
発生する。従来の技術では、ＭＥＭステージでの処理完
了までＥＸステージのクロック供給を停止させるため、
サイクル１−４の期間、図１に示すようにＥＸステージ
クロックは停止されることになる。したがって、ＥＸス
テージでは命令Ｂの処理が行われるが、ＥＸステージク
ロックが停止しているため、処理の継続を行うことはで
きない。

【００１０】ＥＸステージにクロック供給が再開される
のは、ＭＥＭステージの命令Ａの実行が完了したサイク
ル１−５からであり、ＥＸステージの命令Ｂの実行再開
はサイクル１−５から行われる。

【００１１】ＥＸステージにクロックが供給されつづけ
ている場合には、命令Ｂは命令ＡがＭＥＭステージで処
理を行っている期間でも実行を行うことが可能であり、
命令ＡがＷＢステージに投入されるサイクル１−５の時
点で命令ＢをＭＥＭステージに投入することが可能であ
る。しかし、消費電力を下げる従来の技術では、命令Ａ
がＷＢステージに投入されないとＥＸステージの実行が
再開されないために、実際にはサイクル１−７でＭＥＭ
ステージに投入されることになる。

【００１２】すなわち、消費電力を低減させるために、
パイプライン処理における実行効率を損なう処理が行わ
れていることになる。また、ハードウェアにおけるすべ
ての命令実行時に上記のようなクロック停止が行われる
ため、プログラム処理の性質上、クロックを停止せずに
通常動作と同等の性能での処理を行いたい場合において
は、別途クロックを停止させないように指定する手段を
設ける必要が生じることになる。

【００１３】本発明は、上記問題点を解消するべく、パ
イプライン処理の実行効率を損なうことなく消費電力を
低減することができるクロック制御方法及び当該クロッ
ク制御方法を用いた情報処理装置を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にかかるクロック制御方法は、クロックに同期
して処理を行う処理回路と、処理回路へのクロック供給
を制御するクロック供給制御回路を有する情報処理装置
において、処理回路における処理の実行開始から処理結
果の出力までに必要とするサイクル数を抽出する工程
と、抽出されたサイクル数を前記クロック供給制御回路
に伝達する工程と、処理回路における処理の開始からク
ロック供給を開始する工程と、サイクル数の供給が終了
した後、処理回路へのクロック供給を停止する工程を有
することを特徴とする。

【００１５】かかる構成により、処理に必要なサイクル
数分だけクロックを供給することができることから、無
駄なクロック供給を未然に防止することができ、消費電
力を低減することが可能となる。

【００１６】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、サイクル数が、処理実行開始から処理結果出力まで
の最小サイクル数以上であり、常時供給した場合のサイ
クル数よりも小さいことが好ましい。最小サイクル数に
おいて最も顕著な効果を得ることができるが、最低限常
時供給した場合におけるサイクル数より小さければ同様
の効果が期待できるからである。

【００１７】次に上記目的を達成するために本発明にか
かるクロック制御方法は、クロックに同期して処理を行
う第１の処理回路及び第２の処理回路と、第１の処理回
路へのクロック供給を制御するクロック供給制御回路
と、第１の処理回路における処理結果が入力される第２
の処理回路とを有する情報処理装置において、第１の処
理回路において第１の処理及び第２の処理が連続して処
理される場合であり、かつ第２の処理回路において第１
の処理回路の処理結果を入力として第３の処理を開始す
ると同時に、第１の処理回路において第２の処理を実行
する場合に、第１の処理回路における処理の実行に必要
な第１のサイクル数を抽出する第１の工程と、第１のサ
イクル数をクロック供給制御回路に伝達する第２の工程
と、第１の処理回路における処理の開始からクロック供
給を開始する第３の工程と、第１のサイクル数分のクロ
ック供給が終了した時点で第２の処理回路における処理
が開始可能か否かを判断する第４の工程と、第１の処理
回路における第２の処理の処理実行に必要な第２のサイ
クル数を抽出する第５の工程と、第２のサイクル数をク
ロック供給制御回路に伝達する第６の工程と、第４の工
程において処理開始が可能であると判断された場合、第
１の処理回路における処理結果を第２の処理回路に入力
する第７の工程と、第４の工程における処理開始が可能
であると判断された場合、第１の処理回路へ第２のサイ
クル数のクロックを供給開始し、第２の処理回路におけ
る処理を第１の処理回路において処理を開始する第８の
工程を含むことを特徴とする。

【００１８】かかる構成により、処理に必要なサイクル
数分だけクロックを供給することができることから、無
駄なクロック供給を未然に防止することができ、消費電
力を低減することが可能となる。

【００１９】次に上記目的を達成するために本発明にか
かるクロック制御方法は、クロックに同期して処理を行
う第１の処理回路及び第２の処理回路と、第１の処理回
路へのクロック供給を制御するクロック供給制御回路
と、第１の処理回路における処理結果が入力される第２
の処理回路とを有する情報処理装置において、第１の処
理回路における処理と第２の処理回路における処理とが
連続して処理される場合に、第１の処理回路における処
理の実行に必要な第１のサイクル数を抽出する第１の工
程と、第１のサイクル数をクロック供給制御回路に伝達
する第２の工程と、第１の処理回路における処理の開始
からクロック供給を開始する第３の工程と、第１のサイ
クル数分のクロック供給が終了した時点で第２の処理回
路における処理が開始可能か否かを判断する第４の工程
と、第１の処理回路における第２の処理の処理実行に必
要な第２のサイクル数を抽出する第５の工程と、第２の
サイクル数をクロック供給制御回路に伝達する第６の工
程と、第４の工程において処理開始が可能であると判断
された場合、第１の処理回路における処理結果を第２の
処理回路に入力する第７の工程と、第４の工程における
処理開始が可能であると判断された場合、第１の処理回
路へ第２のサイクル数のクロック供給を開始し、第２の
処理回路における処理を第１の処理回路において処理を
開始する第８の工程を含むことを特徴とする。

【００２０】次に上記目的を達成するために本発明にか
かるクロック制御方法は、命令をパイプライン処理する
ことが可能な情報処理装置において、実行ステージにお
ける命令実行に必要なサイクル数を抽出する工程と、実
行ステージに属する回路へのクロック供給を制御する工
程と、抽出されたサイクル数を伝達する工程を含み、実
行ステージにおける命令の実行開始からサイクル数分だ
けクロック供給を行うことを特徴とする。

【００２１】かかる構成により、実行サイクルに必要な
クロック供給のみを行うことによって、パイプライン処
理の実行効率を損なうことなく消費電力を低減すること
が可能となる。

【００２２】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、サイクル数を抽出する工程において、命令ごとに実
行ステージにおける実行サイクル数を定め、命令コード
をデコードし、命令の種別を判定すると同時に実行サイ
クル数をサイクル数として抽出することが好ましい。

【００２３】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、サイクル数を抽出する工程において、実行ステージ
における実行サイクル数を命令のビットコードで定める
実行サイクル数フィールドを設け、命令コードをデコー
ドし、命令の種別を判定すると同時に、実行サイクル数
フィールドから実行ステージにおける命令実行サイクル
数をサイクル数として抽出することが好ましい。同様
に、ハードウェア的に命令ごとの実行サイクル数を記憶
したり、あるいは命令ごとのクロックを生成する回路が
不要になることから、デコーダ回路自体の規模を縮小す
ることができ、全体として消費電力を削減することがで
きるからである。

【００２４】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、サイクル数を抽出する工程において、情報処理装置
が実行するすべての命令を実行ステージにおける実行サ
イクル数によってグループに分別し、分別されたグルー
プごとにグループ番号を定め、命令コードにグループ番
号を設定するグループ番号フィールドを設け、命令コー
ドをデコードし、命令の種別を判定すると同時にグルー
プ番号を抽出し、グループ番号に対応する実行サイクル
数をサイクル数として抽出することが好ましい。同様
に、ハードウェア的に命令ごとの実行サイクル数を記憶
したり、あるいは命令ごとのクロックを生成する回路が
不要になることから、デコーダ回路自体の規模を縮小す
ることができ、全体として消費電力を削減することがで
きるからである。

【００２５】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、サイクル数を抽出する工程において、可変長命令を
処理する場合には、命令コードの命令語長ごとに実行ス
テージにおける実行サイクル数を定め、命令コードをデ
コードし、実行する命令を判定すると同時にデコードし
た命令の命令語長から実行サイクル数をサイクル数とし
て抽出することが好ましい。同様に、ハードウェア的に
命令ごとの実行サイクル数を記憶したり、あるいは命令
ごとのクロックを生成する回路が不要になることから、
デコーダ回路自体の規模を縮小することができ、全体と
して消費電力を削減することができるからである。

【００２６】次に上記目的を達成するために本発明にか
かるクロック制御方法は、命令をパイプライン処理する
ことができる情報処理装置において、実行ステージにお
ける命令実行に必要なサイクル数を抽出する工程と、実
行ステージに属する回路へのクロック供給を制御する工
程と、サイクル数を伝達する工程と、実行ステージにお
ける命令の実行開始時点からクロック供給を行うか否か
を選択する工程を含み、クロック供給を選択する工程に
おいてクロック供給を行うと選択された場合、クロック
供給を制御する工程において実行ステージにおける命令
の実行開始からサイクル数分だけクロック供給を開始す
ることを特徴とする。

【００２７】かかる構成により、実行ステージにおける
命令の実行開始時点からクロック供給を行うか否かを判
断して、必要な場合にのみクロック供給を行うことがで
きることから、パイプライン処理の実行効率を損なうこ
となく消費電力を低減することが可能となる。

【００２８】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、クロック供給を選択する工程において、命令コード
に実行ステージにおける命令の実行開始からクロック供
給を行うか否かを示すクロック供給許可ビットを設け、
命令コードのデコードと同時にクロック供給許可ビット
からクロック供給を行うか否かの情報を抽出することが
好ましい。クロック供給許可ビットからクロック供給を
行うか否かを判断できるので、ハードウェア的にクロッ
ク供給の必要性を判断する必要が無く、その分消費電力
を低減することが可能となるからである。

【００２９】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、連続する第１の命令と第２の命令との依存関係を解
析し、第２の命令が第１の命令の実行結果を参照する場
合には、クロック供給許可ビットをオン状態にすること
が好ましい。依存関係にある第１の命令が実行完了次
第、第２の命令にクロック供給できるようにするためで
ある。

【００３０】次に上記目的を達成するために本発明にか
かるクロック制御方法は、命令をパイプライン処理する
ことができる情報処理装置において、実行ステージにお
ける命令の実行に必要なサイクル数を抽出する工程と、
実行ステージに属する回路へのクロック供給を制御でき
る工程と、サイクル数を伝達する工程と、実行ステージ
における命令の実行開始時点からクロック供給を行うか
否かを選択する工程と、実行ステージの次のステージの
状態を判定する工程を含み、クロック供給を選択する工
程においてクロック供給を行うと選択され、次のステー
ジの状態を判定する工程において次のステージが実行可
能であると判定された場合、クロック供給を制御する工
程において実行ステージにおける命令の実行開始からサ
イクル数分だけクロック供給を開始することを特徴とす
る。

【００３１】かかる構成により、実行ステージにおける
命令の実行開始時点からクロック供給を行うか否かを判
断するとともに、次のステージの状態に応じてクロック
供給を行うことができることから、パイプライン処理の
実行効率を損なうことなく消費電力を低減することが可
能となる。

【００３２】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、クロック供給を選択する工程において、実行ステー
ジの次のステージで実行中の第１の命令の実行状態と、
実行ステージで実行開始する第２の命令と第１の命令の
依存関係を判定し、第２の命令が第１の命令の実行結果
に依存する場合には、第１の命令の実行完了まで第２の
命令を実行ステージで実行するのに必要なサイクル数の
クロック供給を行わないことを選択し、依存しない場合
には、実行ステージで実行するのに必要なサイクル数の
クロック供給を行うことを選択することが好ましい。依
存関係にある場合に第１の命令が完了するまで第２の命
令を実行することがないようにするためである。

【００３３】次に上記目的を達成するために本発明にか
かるクロック制御方法は、命令をパイプライン処理する
ことができる情報処理装置において、実行ステージにお
ける命令の実行に必要なサイクル数を抽出する工程と、
実行ステージに属する回路へのクロック供給を制御する
工程と、サイクル数を伝達する工程と、実行ステージに
おける命令の実行開始時点からクロック供給を行うか否
かを選択する工程と、実行ステージより後のすべてのス
テージで命令実行が完了していることを検出する工程を
含み、クロック供給を選択する工程においてクロック供
給を行うと選択され、実行ステージより後のすべてのス
テージで命令実行が完了していることが検出された場
合、クロック供給を制御する工程において、実行ステー
ジにおける命令の実行開始からサイクル数分だけクロッ
ク供給を開始することを特徴とする。

【００３４】かかる構成により、実行ステージにおける
命令の実行開始時点からクロック供給を行うか否かを判
断するとともに、パイプライン処理の実行効率を下げて
プログラムを実行して良い場合により低消費電力化を図
ることが可能となる。

【００３５】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、パイプラインの各ステージごとに各ステージへのク
ロック供給の制御が可能であり、各ステージにおける命
令の実行時以外は各ステージのクロック供給を停止可能
であることが好ましい。無駄なクロック供給を回避する
ことができるからである。

【００３６】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、命令コードに低速動作ビットを設け、低速動作ビッ
トがセットされている命令を実行ステージで実行する場
合には、実行ステージより後のステージにおいて先行す
る命令の実行がすべてのステージで完了したと検出した
後にサイクル数分のクロック供給を開始することが好ま
しい。低速動作ビットによって、高速動作が必要とされ
ない処理において、処理にかかる消費電力を低減するこ
とができるからである。

【００３７】また、本発明にかかるクロック制御方法
は、実行形式コードが高級言語で記述されているプログ
ラムに基づいて生成されるクロック制御方法であって、
高級言語によるプログラム記述によって、低速動作を行
うか否かを指定する工程を含み、高級言語によって低速
動作を行うと指定されたプログラム記述を実行形式コー
ドに変換する場合に、クロック供給開始許可ビットをオ
ン状態とすることが好ましい。プロセッサが動的に消費
電力状態を検出する必要がないため、検出回路のハード
ウェア実装が不要となり、消費電力をの低減膏顔ｗ得る
ことができるからである。

【００３８】次に上記目的を達成するために本発明にか
かる情報処理装置は、上述したようなクロック制御方法
を用いることを特徴とする。

【００３９】かかる構成により、パイプライン処理を行
うプロセッサにおいて実行性能を落とさずに消費電力の
低減効果を得ることができ、命令コード中に実行サイク
ル数を定義できるようにすることでハードウェア資源の
増加を抑えて、かつ消費電力の低減効果を得ることが可
能となる。

【００４０】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態１にかかるクロック制御方法を用いた情報処
理装置について、図面を参照しながら説明する。図２
は、本発明の実施の形態１にかかるクロック制御方法を
用いた情報処理装置のシステム構成図である。

【００４１】図２において、２０１はクロックに同期し
て処理を行う第１の処理回路を、２０２は第１の処理回
路２０１のクロックを制御するクロック制御回路を、２
０３はサイクル数抽出回路を、２０４はクロック制御回
路２０２へ入力されるクロックを、２０８はサイクル数
抽出回路２０３で抽出された処理サイクル数を、２１４
はクロック２０４を生成するクロックジェネレータを、
２０９はクロック制御回路２０２から処理回路２０１に
入力される処理回路クロックを、２１０はクロックの最
終サイクルを示すクロック終了信号を、それぞれ示す。

【００４２】また、２０５は第１の処理回路２０１への
命令を、２０６は第１の処理回路２０１へのリクエスト
を、２０７は第１の処理回路２０１への入力データを、
それぞれ示しており、これらはシステム制御部２１３か
ら出力される。さらに、２１１は第１の処理回路２０１
からの出力データを、２１２は出力データ２１１を新た
な入力として動作する第２の処理回路を、それぞれ示し
てしる。

【００４３】図３は、本実施の形態１にかかるロック制
御方法を用いた情報処理装置における処理の流れ図であ
る。図３において、システム制御部２１３から第１の処
理回路２０１における処理の命令及びリクエストがある
場合、サイクル数抽出ステップ（ステップＳ３０１）に
おいて第１の処理回路２０１での処理に必要なサイクル
数を抽出する。

【００４４】次に、第１の処理回路２０１にクロックを
供給開始するとともに（ステップＳ３０２）、データを
入力する（ステップＳ３０３）。そして、ステップＳ３
０１で抽出したサイクル数のクロック供給を完了したか
否かを判定し（ステップＳ３０４）、クロック供給を完
了していない場合には（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、次
の１サイクルのクロックを出力する（ステップＳ３０
６）。ステップＳ３０６後、再度ステップＳ３０４を繰
り返す。

【００４５】ステップＳ３０４において抽出したサイク
ル数のクロック供給を完了したと判定した場合（ステッ
プＳ３０４：Ｙｅｓ）、第１の処理回路２０１における
処理は完了したことになり、データを出力することにな
る（ステップＳ３０５）。

【００４６】次に、後続する命令があるかどうかを判定
し（ステップＳ３０７）、後続する命令がある場合には
（ステップＳ３０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０１から
再度処理を行い、後続する命令が無い場合には（ステッ
プＳ３０７：Ｎｏ）、クロック制御回路２０２からのク
ロック供給を停止して（ステップＳ３０８）、次の命令
があるまでステップＳ３０７を繰り返すことになる。

【００４７】図４に、クロック供給のタイミング図を示
す。図４において、リクエストと命令がサイクル４−１
で発生すると、処理に必要なサイクル数を抽出して、処
理回路クロックの供給を開始する。なお、図４において
は、処理が５サイクルで行われる場合について説明す
る。

【００４８】すなわち、処理は５サイクルで行われるた
め、処理回路クロックは５サイクルのクロック供給を行
い（サイクル４−２）、その後、処理回路クロックを停
止する。

【００４９】クロックの最終サイクル４−３ではクロッ
ク終了信号を出力し、第１の処理回路２０１から処理結
果のデータを出力する。あるいは、クロック終了信号が
出力されているサイクルでのデータ出力を有効と判断す
る。

【００５０】以上のように本実施の形態１によれば、シ
ステム制御部２１３から第１の処理回路２０１における
処理の命令及びリクエストがある場合、第１の処理回路
２０１での処理に必要なサイクル数を事前に抽出してお
き、その分だけクロックを供給することから、無駄なク
ロック供給を未然に回避することが可能となる。

【００５１】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２にかかるクロック制御方法を用いた情報処理装置に
ついて、図面を参照しながら説明する。本実施の形態２
では、第１の処理回路２０１が、連続して第１の処理と
第２の処理を行う場合のクロック制御方法について説明
する。図２において、第１の処理回路２０１は、処理が
終了すると第２の処理回路２１２にデータを出力し、第
２の処理回路２１２が処理を開始すると、第１の処理回
路２０１は第２の処理を開始することになる。

【００５２】また、図１６は、本発明の実施の形態２に
かかるクロック制御方法を用いた情報処理装置での第１
の処理回路における処理の流れ図である。図１６におい
て、システム制御部２１３から第１の処理回路２０１に
おける処理の命令及びリクエストがある場合、まず第１
の処理回路２０１における処理に必要なサイクル数を抽
出する（ステップＳ３０１）。

【００５３】次に、第１の処理回路２０１に対してクロ
ック供給を開始するとともに（ステップＳ３０２）、デ
ータを入力する（ステップＳ３０３）。そして、ステッ
プＳ３０１で抽出したサイクル数分のクロック供給を完
了していないと判定された場合には（ステップＳ３０
４：Ｎｏ）、次の１サイクルのクロックを出力して（ス
テップＳ３０６）。抽出したサイクル数になるまでステ
ップＳ３０４を繰り返す。

【００５４】ステップＳ３０４において抽出したサイク
ル数分のクロック供給を完了したと判定された場合には
（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、第１の処理回路２０１
における処理は完了したことになり、データを出力する
ことになる（ステップＳ３０５）。

【００５５】次に、第１の処理回路２０１への次のリク
エストがあるか否かを判定する（ステップＳ１６０
１）。次のリクエストがないと判定された場合には（ス
テップＳ１６０１：Ｎｏ）、クロック供給を停止し（ス
テップＳ１６０４）、次のリクエストがあるまでクロッ
ク供給は行われない。

【００５６】次のリクエストがあると判定された場合に
は（ステップＳ１６０１：Ｙｅｓ）、次のリクエストに
対する処理実行にかかるサイクル数を抽出し（ステップ
Ｓ１６０２）、現在第１の処理回路２０１が出力してい
るデータを新たな入力として第２の処理回路２１２が処
理を開始できるか否かを判定する（ステップＳ１６０
３）。

【００５７】第２の処理回路２１２が処理を開始できる
と判定された場合には（ステップＳ１６０３：Ｙｅ
ｓ）、第２の処理回路２１２は第１の処理回路２０１に
おける出力データを取り込んで処理の実行を開始し、第
１の処理回路２０１はステップＳ３０２に戻って次のリ
クエストに対する処理を実行する。

【００５８】第２の処理回路２１２が処理を開始できな
いと判定された場合には（ステップＳ１６０３：Ｎ
ｏ）、クロック供給を停止し、第２の処理回路２１２で
現在第１の処理回路２０１が出力しているデータを用い
た処理を開始できるようになるまでクロック供給を停止
する（ステップＳ１６０４）。

【００５９】次に、図１７には本発明の実施の形態２に
かかるクロック制御方法を用いた情報処理装置における
クロック供給のタイミング図を示す。図１７において、
第１のリクエスト及び命令がサイクル１７−１で発生す
ると、処理に必要なサイクル数を抽出して処理回路に対
してクロック供給を開始する。

【００６０】なお、図１７においては、図４と同様に、
処理が５サイクルで行われる場合について説明する。す
なわち、第１のリクエスト及び命令に対する処理は５サ
イクルで行われるため、処理回路クロックはサイクル１
７−２に示すように５サイクルのクロック供給を行い、
５サイクル分のクロック供給が完了したら処理回路クロ
ックが停止する。処理回路クロックの最終サイクル１７
−３においてはクロック終了信号を出力し、第１の処理
回路２０１から第２の処理回路２１２にデータを出力す
る。

【００６１】また、処理回路クロックの最終サイクル１
７−３においては、第２の処理回路２１２が処理を開始
することができるか否かを判定する。図１７は、サイク
ル１７−３においては処理を開始することができない場
合を示しており、第２の処理回路２１２はサイクル１７
−５において処理を開始できることを示している。

【００６２】すなわち、サイクル１７−５において第２
の処理回路２１２が処理開始信号を出力するまで、第１
の処理回路２０１は次のリクエスト及び命令が入力され
ても実行を開始することはなく、またクロック供給も停
止されたままとなる。さらに、サイクル１７−３におい
て第２のリクエストが第１の処理回路２０１に入力され
たとしても、第１の処理回路２０１は、処理回路クロッ
クの供給が完了してから第２の処理回路が処理を開始で
きるサイクル１７−５までのサイクル期間１７−４の間
は、第２のリクエストに対する処理の実行を開始するこ
とはない。サイクル１７−４の期間中は、第１の処理回
路２０１における第２のリクエストに対する処理に必要
なサイクル数を抽出するのみである。

【００６３】そして、サイクル１７−５において、第２
の処理回路２１２が処理を開始することができるように
なると、第２の処理回路２１２は第１の処理回路２０１
の出力データを用いて処理を開始し、同時に第１の処理
回路２０１は第２のリクエスト及び命令についての処理
を開始する。サイクル１７−５においては、第１の処理
回路２０１はサイクル１７−１と同様に、処理に必要な
クロック数のみクロック供給が開始される。

【００６４】以上のように本実施の形態２によれば、第
２の処理回路で実行中であっても、次の処理を第１の処
理回路で実行することができ、無駄なクロック供給を未
然に回避することが可能となる。

【００６５】（実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３にかかるクロック制御システムについて、図面を参
照しながら説明する。図５は、本実施の形態３にかかる
クロック制御方法を用いたパイプライン処理を行うプロ
セッサの構成図を示しており、ＥＸステージでの実行サ
イクル数の抽出を命令デコーダで行うプロセッサを示し
ている。

【００６６】図５には標準的な５段パイプライン構成の
プロセッサを示している。図５において、ＩＦステージ
５０１、ＤＥＣステージ５０２、ＭＥＭステージ５０
４、ＷＢステージ５０５には、クロックジェネレータ５
０９からクロック５１０が供給される。ＥＸステージ５
０３には、クロック５１０がクロック制御部５０７で制
御されたＥＸステージクロック５１６が供給される。

【００６７】ＤＥＣステージ５０２内には、命令がＥＸ
ステージ５０３において何サイクルで実行されるかを抽
出するサイクル数抽出部５０６を装備している。クロッ
ク制御部５０７はＤＥＣステージ５０２内のサイクル数
抽出部５０６によって抽出されたサイクル数５１７が出
力され、ＥＸステージ５０３での必要サイクル数をＥＸ
ステージ５０３に供給する。

【００６８】ＥＸステージ５０３と、ＭＥＭステージ５
０４には、各ステージでの命令実行状態を判定するＥＸ
ステージ状態判定部５１２、ＭＥＭステージ状態判定部
５１１を装備し、ＥＸステージ判定結果５２１とＭＥＭ
ステージ判定結果５２２がＥＸステージ実行開始要求生
成部５１３に出力する。

【００６９】ＤＥＣステージ５０２からのリクエスト５
２３が出力されると、ＥＸステージ実行開始要求生成部
５１３はＥＸステージ判定結果５２１とＭＥＭステージ
判定結果５２２からＥＸステージ５０３に命令投入可能
であると判断した場合、実行開始信号５１８をＥＸステ
ージ５０３へ出力する。また、実行開始信号５１８はク
ロック制御部５０７へも入力される依存関係判定部５１
４はＤＥＣステージ５０２にある命令の情報であるＤＥ
Ｃ命令情報５２０と、ＥＸステージ５０３にある命令の
情報であるＥＸ命令情報５１９からＤＥＣステージの命
令とＥＸステージの命令との依存関係を判定し、依存判
定結果５２４を出力する。供給開始信号生成部５０８は
実行開始信号５１８と依存判定結果５２４からＥＸステ
ージにいまから投入する命令が先行命令と依存関係が無
い場合には供給開始信号５１５をクロック制御部５０７
へ出力する。

【００７０】図６には、命令実行及びクロック供給時に
おける処理の流れ図を示す。図６では、ＤＥＣステー
ジ、ＥＸステージにおける処理の流れ図を示している。

【００７１】まず、ＤＥＣステージに命令があるかどう
かを調べる（ステップＳ６０１）。命令が存在しない場
合には（ステップＳ６０１：Ｎｏ）、クロック１サイク
ル待機する（ステップＳ６０２）。命令が存在する場合
には（ステップＳ６０１：Ｙｅｓ）、デコードした命令
に対してＥＸステージでの実行サイクル数を抽出する
（ステップＳ６０３）。

【００７２】次に、ＥＸステージへ命令投入が可能かど
うかを判定する。まずＥＸステージにおいて先行する命
令が存在するかどうかを調べ（ステップＳ６０４）、先
行する命令が存在する場合には（ステップＳ６０４：Ｙ
ｅｓ）、当該命令の実行が完了しているか否かを判定す
る（ステップＳ６０５）。ステップＳ６０５において実
行が完了していないと判定された場合には（ステップＳ
６０５：Ｎｏ）、クロック１サイクル分だけ待機し（ス
テップＳ６０６）、実行が完了していると判定された場
合には（ステップＳ６０５：Ｙｅｓ）、ＭＥＭステージ
における実行が完了したか否かを調べる（ステップＳ６
０７）。

【００７３】ステップＳ６０７において実行が完了して
いないと判断された場合には（ステップＳ６０７：Ｎ
ｏ）、クロック１サイクル分だけ待機し（ステップＳ６
０８）、実行が完了していると判定された場合には（ス
テップＳ６０７：Ｙｅｓ）、ＥＸステージに命令投入が
可能であるものと判断し、ＥＸステージの実行開始要求
を出してＥＸステージへ命令の投入を行う（ステップＳ
６０９）。それと同時に、クロック制御部へＥＸステー
ジに供給するサイクル数を入力する（ステップＳ６１
０）。また、先行する命令と今からＥＸステージで実行
する命令との依存関係の有無を確認する（ステップＳ６
１１）。

【００７４】ステップＳ６１１において依存関係が無い
と判断され（ステップＳ６１１：Ｎｏ）、かつステップ
Ｓ６０９においてＥＸステージ実行開始要求がある場合
には，クロックの供給を開始することになる（ステップ
Ｓ６１２）。

【００７５】ＥＸステージに命令が投入されても、先行
する命令にこれからＥＸステージで実行開始する命令が
依存している場合、すなわち現在ＭＥＭステージで実行
している命令のＭＥＭステージの実行結果をＥＸステー
ジで実行する命令が参照する場合には、ＥＸステージで
の命令実行を開始することができない。

【００７６】したがって、ステップＳ６１１において依
存関係があると判断された場合には（ステップＳ６１
１：Ｙｅｓ）、先行する命令はＭＥＭステージで実行し
ていることから、ＭＥＭステージにおける実行状態を判
定し、ＭＥＭステージにおいて実行が完了しているか否
かを判定する（ステップＳ６１３）。ステップＳ６１３
において実行が完了していると判定された場合には（ス
テップＳ６１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ６１２において
クロックの供給を開始する。実行が完了していないと判
定された場合には（ステップＳ６１１：Ｎｏ）、クロッ
ク１サイクル分だけ待機することになる（ステップＳ６
１４）。

【００７７】そして、ステップＳ６１２においてクロッ
ク供給が開始されると、１サイクルクロックをＥＸステ
ージに供給し（ステップＳ６１５）、次にサイクル数抽
出部において抽出されたサイクル数のクロック供給が完
了したか否かを判定する（ステップＳ６１６）。クロッ
ク供給が完了していない場合には（ステップＳ６１６：
Ｎｏ）、ステップＳ６１５において再度クロックを出力
する。

【００７８】ステップＳ６１６においてクロックの供給
が完了したと判断した場合には（ステップＳ６１６：Ｙ
ｅｓ）、ＭＥＭステージの状態を調べてＭＥＭステージ
における命令の実行が完了しているか否かを判定する
（ステップＳ６１７）。実行が完了している場合には
（ステップＳ６１７：Ｙｅｓ）、ＭＥＭステージへ命令
を投入して（ステップＳ６１８）、ＥＸステージでの実
行結果をＭＥＭステージに入力する。そして、次の命令
をＥＸステージで投入すべくステップＳ６０１から処理
を繰り返すことになる。

【００７９】ステップＳ６１７において実行が完了して
いないと判断された場合には（ステップＳ６１７：Ｎ
ｏ）、クロック供給を停止し（ステップＳ６１９）、Ｍ
ＥＭステージでの実行が完了するまで待機することにな
る。

【００８０】上述したような処理によって図７に示すよ
うな効果が生じる。図７においては、連続した命令Ａと
命令Ｂを実行する場合の従来の技術を利用した場合のパ
イプライン状態と、本実施の形態２にかかるクロック制
御方法を用いた場合のパイプライン状態を示している。

【００８１】なお、命令ＡはＭＥＭステージでメモリア
クセスペナルティーにより実行に７サイクル必要とする
命令であり、命令ＢはＥＸステージで５サイクルの実行
サイクルを必要とする命令であるものとする。

【００８２】まず、図７（ａ）には本実施の形態２にか
かるクロック制御方法を用いた場合、図７（ｂ）には従
来のクロック制御方法を用いた場合のパイプライン状態
を示している。

【００８３】命令Ａは、サイクル７−２からＭＥＭステ
ージに投入されて実行が行われる。しかしながら、メモ
リペナルティーで７サイクルの実行となるものとする。
この時点において、命令ＢはＥＸステージに投入されて
いることになる。

【００８４】従来の技術では、図７（ｂ）に示すよう
に、ＭＥＭステージにおいてウェイト状態になった場合
にはＥＸステージでのクロック供給が停止されるため、
サイクル７−２で命令ＢがＥＸステージに投入されて
も、サイクル７−２からサイクル７−８までの期間はク
ロック供給が行われないことになる。

【００８５】すなわち、図７（ｂ）のＥＸクロックのよ
うに、命令ＡのＭＥＭステージでの実行がサイクル７−
８で終了して、ＷＢステージに命令Ａが投入されてか
ら、ＥＸステージにはクロック供給が再開され、サイク
ル７−９から命令ＢのＥＸステージでの実行が再開され
る。したがって、従来の技術では、命令Ｂの実行サイク
ル期間は７−２から７−１１の期間となる。

【００８６】このように、命令Ａがサイクル７−９にお
いてＷＢステージに投入され、ＭＥＭステージに次の命
令投入が可能な状態になっているにもかかわらず、ＥＸ
ステージにおいて命令Ｂの実行が完了していないため
に、ＭＥＭステージに命令Ｂを投入することができない
ことになってしまう。実際に命令ＢがＭＥＭステージに
投入されるのは、命令Ｂの実行が完了した後であるサイ
クル７−１１となる。

【００８７】一方、本実施の形態３にかかるクロック制
御方法を用いた場合には、図７（ａ）に示すように、命
令ＡがＭＥＭステージで７サイクルの実行を行っている
サイクル７−２からサイクル７−８の期間であっても、
ＥＸステージにおける命令Ｂの実行サイクル数のクロッ
クが供給されるために、サイクル７−２から７−６まで
の期間も、ＥＸステージにはクロックが供給されること
になる。

【００８８】すなわち、ＭＥＭステージが命令Ａの実行
によってウェイト状態であっても、ＥＸステージにおい
て命令実行を行うことが可能であり、命令Ｂの実行サイ
クル期間は７−１５に示す期間となり、従来よりも早期
に実行を完了させることが可能となる。さらに、命令Ｂ
がＭＥＭステージに投入されるまでの待機サイクルであ
る７−１６に示す期間は、ＥＸステージにクロックを供
給することがないことから、待機状態にあるサイクルで
の無駄な電力消費を回避することが可能となる。

【００８９】要は、サイクル７−９において命令ＡがＷ
Ｂステージに投入された時点で、命令ＢをＭＥＭステー
ジに投入することができることになる。したがって、従
来のクロック制御方法に比べて、ＭＥＭステージに命令
Ｂが投入されるサイクル数が７−１７に示すサイクル期
間だけ改善されることになる。また、図７の例における
命令Ａ及び命令Ｂの実行の場合、図７（ａ）に示すパイ
プライン状態は常にＥＸステージにクロック供給を行っ
ている場合と同様になる。

【００９０】以上のように本実施の形態３によれば、必
要なサイクル数のクロックを供給し、ＥＸステージでの
命令を実行完了状態で待機状態とさせ、待機状態の場合
にはクロックを停止することができることから、パイプ
ライン実行の効率を落とさずに消費電力低減効果を得る
ことが可能となる。

【００９１】（実施の形態４）以下、本発明の実施の形
態４について、図面を参照しながら説明する。図８は本
実施の形態４にかかるクロック制御方法における命令コ
ード自体の構成例示図を示す。

【００９２】実施の形態４では、命令コード８１にＥＸ
ステージでのサイクル数を示す実行サイクル数フィール
ド８２を設け、命令デコードと同時に実行サイクル数フ
ィールド８２からサイクル数を抽出する方法である。

【００９３】命令コード８１は、実際の実行命令コード
である命令ビットフィールド８３と、この命令が実行ス
テージでの実行サイクル数を示す実行サイクル数フィー
ルド８２から構成される。

【００９４】ＩＦステージで、命令フェッチを行い読み
出しデータから命令コード８１を取り出す。命令コード
８１は、ＤＥＣステージで命令ビットフィールド８３か
ら命令をデコードすると同時に、実行サイクル数フィー
ルド８２から命令がＥＸステージで実行される時の実行
サイクル数を取り出す。なお、実行サイクル数フィール
ド８２には、実際のサイクル数を設定しても良いし、グ
ループ分けして、当該グループごとの識別番号を設定す
るものであっても良い。

【００９５】例えば、ＥＸステージにおける実行サイク
ル数が１サイクルである命令はグループ１に、３サイク
ルの命令はグループ２に、１０サイクルの命令はグルー
プ３に、というように、サイクル数ごとにグループ分け
を行い、そのグループ番号を設定する。デコーダ回路で
は、実行サイクル数フィールド８２に設定されたグルー
プ番号に基づいて、グループ番号に対応したサイクル数
を生成し、ＥＸステージのクロック制御部に入力するこ
とになる。

【００９６】以上のように本実施の形態４によれば、命
令デコーダのデコード回路においてハードウェア的に命
令ごとの実行サイクル数を記憶する、あるいは生成する
回路が不要となり、実施の形態２の場合よりもデコーダ
回路自体の規模を縮小することが可能となる。

【００９７】（実施の形態５）以下、本発明の実施の形
態５について、図面を参照しながら説明する。実施の形
態５では可変長命令を処理するプロセッサにおいて、可
変長命令の命令語長から実行サイクル数を抽出する方法
である。

【００９８】第一の命令はＥＸステージで１サイクル、
第二の命令は３サイクル、第三の命令は５サイクルの実
行サイクルを必要とするものとする。この場合、第一の
命令の命令コードは１バイト、第二の命令コードは３バ
イト、第三の命令コードは５バイトの命令コードである
と定義する。

【００９９】可変長命令の命令コードがＤＥＣステージ
でデコードされる場合、命令語長を判定する必要があ
る。上記のように命令語長ごとに実行サイクルを定義し
た場合、命令をデコードするために命令データから可変
長命令を取り出し、命令語長を判定した時点で命令実行
サイクルを抽出することができる。

【０１００】以上のように本実施の形態５によれば、実
施の形態４と同様に実施の形態３と比べてデコーダ回路
の規模自体を縮小することが可能となる。

【０１０１】（実施の形態６）以下、本発明の実施の形
態６について、図面を参照しながら説明する。図９は実
施の形態３と同様に、本実施の形態６にかかるクロック
制御方法を用いたパイプライン処理を行うプロセッサの
構成を示している。

【０１０２】図９は、ＥＸステージでの実行サイクル数
の抽出を命令デコーダで行うプロセッサであり、かつ、
ＥＸステージでのクロック供給サイクル数を命令ビット
コードから抽出し、ＥＸステージへ命令が投入された時
点からクロック供給を開始するか否かをクロック供給開
始許可ビットから抽出するプロセッサを示している。

【０１０３】そのために、本実施の形態５では、命令を
デコードするＤＥＣステージ内に命令データからクロッ
ク供給開始許可ビットを参照するクロック供給開始許可
ビット抽出回路９０１が備えられている。

【０１０４】図１０には実施の形態６にかかるクロック
制御方法を用いたプロセッサの命令コードを示す。図１
０において、命令コード１０１はクロック供給開始許可
ビット１０４と、実行サイクル数フィールド１０２と実
行命令フィールド１０３から構成されている。なお、実
行サイクル数フィールド１０２は命令のＥＸステージで
の実行サイクル数を示している。

【０１０５】クロック供給開始許可ビット１０４は、命
令がＥＸステージに投入された場合、即座にクロックを
供給開始するか、あるいはＭＥＭステージでの先行命令
の実行完了後にクロック供給開始するかを判定するため
のビットである。

【０１０６】このビットは、命令がＥＸステージに入っ
たサイクルから実行の開始ができない場合にセットさ
れ、ＥＸステージで実行しようとする命令と先行命令と
の間に依存関係がある場合にセットされる。

【０１０７】図１１に示す２つのプログラム例ＰＲＯＧ
−Ａと、ＰＲＯＧ−Ｂを用いてクロック供給開始許可ビ
ット１０４がどのようにセットされるかを説明する。Ｐ
ＲＯＧ−Ａ、ＰＲＯＧ−Ｂにはデータを読み出して加算
する命令列である。

【０１０８】ＰＲＯＧ−Ａでは、命令１がアドレスレジ
スタａ０内のアドレスのデータを読み出してデータレジ
スタｄ０に格納する命令であり、命令２がデータレジス
タｄ１に１６進数の１を加算してｄ１に再び格納する命
令である。

【０１０９】ＰＲＯＧ−Ａの場合、命令１が扱うデータ
レジスタと命令２が扱うデータレジスタは異なる。すな
わち、命令２は命令１に依存していないため、命令２が
ＥＸステージに投入された場合には、即座にクロック供
給を開始して実行を開始することができる。この場合に
は、クロック供給開始許可ビット１０４に‘１’がセッ
トされることになる。

【０１１０】一方、ＰＲＯＧ−Ｂの場合、命令３はアド
レスレジスタａ０内のアドレスからデータレジスタｄ０
にデータを読み出す命令であり、命令４はデータレジス
タｄ０の値と１６進数で１を加算してデータレジスタｄ
０に格納する命令である。ＰＲＯＧ−Ｂでは、命令４と
命令３が扱うデータレジスタが同じであるために、命令
４は命令３に依存している。このため、命令４がＥＸス
テージに投入された場合、ＭＥＭステージにある命令３
の実行が完了しないとｄ０レジスタの値が不明であるこ
とから、命令４の実行を開始することができないことに
なる。この場合には、クロック供給開始許可ビット１０
４には‘０’がセットされる。

【０１１１】なお、命令の依存関係は、プログラムを実
行形式コードに変換する際に抽出することができる。し
たがって、ハードウェアにおいて依存関係を抽出する回
路は特に必要としないものと考えられる。

【０１１２】すなわち、図９に示すように、ＤＥＣステ
ージで命令コードをデコードする際にクロック供給開始
許可ビット１０４をクロック供給開始許可ビット抽出部
９０１において参照し、そのクロック供給開始許可信号
９０２をクロック開始要求生成部５０８に入力する。

【０１１３】クロック開始要求生成部５０８は、ＥＸス
テージの実行開始要求５１８とクロック供給開始許可ビ
ット９０２から、ＥＸステージのクロック開始要求信号
５１５を生成し、クロック制御部５０７に出力する。

【０１１４】以上のように本実施の形態６によれば、Ｅ
ＸステージとＭＥＭステージの命令の依存関係を検出す
るハードウェアを必要とすることなく、クロック供給開
始信号を生成することができ、依存関係を検出するため
のハードウェアを削減することが可能となる。

【０１１５】（実施の形態７）以下、本発明の実施の形
態７について、図面を参照しながら説明する。本実施の
形態７は実施の形態６で示したクロック供給開始許可ビ
ットと同等の低速動作ビットを用いてパイプライン実行
において高速動作が必要でない場合にさらなる低消費電
力を実現する形態である。

【０１１６】図１２に実施の形態７で用いられる命令コ
ードを示す。図１２では、図１０に示す命令コードとほ
ぼ同じ構成となっているが、クロック供給開始許可ビッ
ト１０４に代わって、低速動作ビット１２４を有する点
に特徴を有する。

【０１１７】図１３に実施の形態７にかかるクロック制
御方法を用いた情報処理装置におけるプロセッサ構成を
示す。図９に示すパイプライン構成では、ＥＸステージ
にのみクロック制御回路が存在し、ＥＸステージにのみ
クロック制御を行っていたが、同様にＭＥＭステージの
クロック供給制御部１３５、ＷＢステージのクロック供
給制御部１３６を設けることで、よりきめ細かいクロッ
ク制御を行うものである。

【０１１８】まず、ＭＥＭステージのクロック制御部１
３５は、ＭＥＭステージに命令が存在し実行中か否かを
判定するＭＥＭステージ状態判定部５１２の出力５２２
に基づいて、ＭＥＭステージに命令が存在し命令実行を
行っている場合にのみクロックを供給するように制御す
る。

【０１１９】同様に、ＷＢステージクロック供給制御部
１３６は、ＷＢステージの状態判定部１３４の出力１３
３に基づいてＷＢステージで命令実行を行っている場合
にのみＷＢステージにクロックを供給するように制御す
る。

【０１２０】命令がＤＥＣステージ５０２に投入され、
命令デコードすると同時に命令のＥＸステージでの実行
サイクル数がサイクル数抽出部５０６で抽出される。同
時に命令コード中の低速動作ビット１２４が低速動作ビ
ット参照部１３１で抽出される。

【０１２１】低速動作ビット１２４が‘１’にセットさ
れている命令を実行する場合には、ＥＸステージに命令
が投入されてもすぐにクロックの供給を開始せず、先行
する命令がＭＥＭステージ及びＷＢステージにおいて実
行を完了してから実行開始させるようにＥＸステージへ
のクロック供給を開始させない。すなわち、低速動作ビ
ット１２４がセットされている場合には、ＭＥＭステー
ジ及びＷＢステージには命令が存在せず、ＭＥＭステー
ジ及びＷＢステージのクロック供給が停止してからＥＸ
ステージにクロック供給を開始して実行を開始させるこ
とになる。

【０１２２】図１４にクロック供給の概略を示す。図１
４では、連続して互いに依存関係の無い命令Ａ、Ｂ、Ｃ
を実行した場合のパイプラインチャートを示しており、
図１４（ａ）は低速動作ビット１２４が‘０’の場合、
図１４（ｂ）は低速動作ビット１２４が‘１’の場合を
示している。

【０１２３】図１４（ａ）に示すように命令Ａ、Ｂ、Ｃ
のすべての命令の命令コードにおいて低速動作ビット１
２４が‘０’の場合、すなわち命令Ａ、Ｂ、Ｃの実行を
通常動作させる場合には、命令Ａ、Ｂ、Ｃが順次各ステ
ージでパイプライン処理されていき、ＥＸステージクロ
ック、ＭＥＭステージクロック、ＷＢステージは図１４
（ａ）に示すように供給される。

【０１２４】一方、図１４（ｂ）に示すようにすべての
命令の低速動作ビット１２４が‘１’である場合、すな
わち命令Ａ、Ｂ、Ｃを低速動作させる場合には、命令Ａ
がＷＢステージで実行完了するまで命令ＢはＥＸステー
ジに投入されても実行を開始しない。命令ＡがＷＢステ
ージで実行完了してからＥＸステージに指定されたサイ
クル数供給開始され実行開始される。命令Ｂにクロック
が供給され実行完了するとＭＥＭステージに投入される
が、このサイクルまでＭＥＭステージのクロックは供給
停止している。また、ＭＥＭステージにＥＸステージの
命令が投入されると、命令ＣがＥＸステージに投入され
るが、命令Ｃは命令ＢがＷＢステージで実行完了するま
でＥＸステージへのクロック供給が開始されないために
停止状態となっている。

【０１２５】命令Ａ、Ｂ、Ｃの命令コードの低速動作ビ
ット１２４がすべて‘１’である場合のＥＸステージク
ロック、ＭＥＭステージクロック、ＷＢステージは図１
４（ｂ）に示すように供給される。

【０１２６】この方法によれば、ある一定期間において
各ステージに供給されるクロックエッジが通常の場合よ
りも減少し、消費電力を抑制することが可能となる。

【０１２７】プロセッサで行う処理においては、すべて
の処理において高速動作を行う必要が無い場合がある。
高速処理が必要でない場合には、低速動作ビット１２４
を意図的にセットし、実行性能自体は低減するものの、
処理にかかる消費電力をより低減することが可能とな
る。なお、本実施の形態においては命令コードに低速動
作ビットを設ける場合を示しているが、特に命令コード
に限定されるものではなく、例えばＣＰＵのレジスタ設
定によってかかる動作を行うことができるようにする手
法であっても良い。

【０１２８】プログラムの記述時点で実行性能を落と
し、かつ消費電力を落として実行させるかどうかを指定
することにより、プログラマが消費電力を意識してプロ
グラム可能な手法であるプログラム処理を図１５に示
す。

【０１２９】例えば図１５に示すように、高級言語プロ
グラムの記述において消費電力をおさえるルーチンかど
うかを指定可能なように、消費電力を落として実行させ
るルーチンの開始、および通常の消費電力での処理に復
帰する予約語を定義することが考えられる。図１５にお
いて、「ＰｏｗｅｒＬｏｗ」はこの予約語以降は低速動
作させるルーチンであることを示し、「ＰｏｗｅｒＨｉ
ｇｈ」はこの予約語以降通常の高速動作をさせるルーチ
ンであることを示す予約語である。

【０１３０】そして、高級言語記述Ｐｒｏｇ０は低速動
作させる処理記述を、Ｐｒｏｇ１は高速動作させる処理
記述を示している。

【０１３１】高級言語プログラムＰｒｏｇ０、Ｐｒｏｇ
１はプロセッサの機械語プログラムであるアセンブラプ
ログラムに一旦変換されそこから実行形式コードを作成
する。このアセンブラプログラムを実際の実行形式コー
ドに変換する時点でアセンブラは命令コードのクロック
供給開始許可ビットを操作する。

【０１３２】例えば図１５では、高級言語プログラムＰ
ｒｏｇ０はａｓｍ０に、Ｐｒｏｇ１はａｓｍ１に変換さ
れる。

【０１３３】Ｐｒｏｇ０は低速動作させる処理であるの
でＰｒｏｇ０が変換されたアセンブラコードａｓｍ０中
の命令に対する命令コードの低速動作ビット１２４には
‘１’がすべてセットされる。

【０１３４】一方、高速動作させる処理であるＰｒｏｇ
１が変換されたアセンブラコードａｓｍ１中の命令に対
する命令コードの低速動作ビット１２４にはすべて
‘０’がセットされる。

【０１３５】以上のように、本実施の形態７によれば、
プロセッサが動的に消費電力状態を検出することがない
ため、検出回路をハードウェアで実装する必要がなく、
低消費電力化が可能となる。

【０１３６】また、プログラマが消費電力と実行処理性
能との関係を把握し、意図的に操作することができるた
め、プログラム開発時に消費電力を考慮しながらのプロ
グラム開発も可能となる。

【０１３７】

【発明の効果】以上のように本発明にかかるクロック制
御方法を用いた情報処理装置によれば、パイプライン処
理を行うプロセッサにおいて実行性能を落とさずに消費
電力の低減効果を得ることが可能となる。また、命令コ
ード中に実行サイクル数を定義できるようにすることで
ハードウェア資源の増加を抑えてかつ消費電力の低減効
果が得られる。

【０１３８】また、低速動作を定義できる命令コード内
のビット、およびプログラム記述手法によって、意図的
にパイプライン動作性能を落とし、より消費電力を下げ
ることが可能である。この動作はプログラム内で実現可
能であり、実行時の消費電力を考慮しながらプログラム
開発が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のクロック制御方法におけるクロック供
給タイミング図

【図２】 本発明の実施の形態１にかかるクロック制御
方法を用いた情報処理装置のシステム構成図

【図３】 本発明の実施の形態１にかかるクロック制御
方法を用いた情報処理装置における処理の流れ図

【図４】 本発明の実施の形態１にかかるクロック制御
方法を用いた情報処理装置におけるクロック供給タイミ
ング図

【図５】 本発明の実施の形態３にかかるクロック制御
方法を用いた情報処理装置におけるプロセッサ構成図

【図６】 本発明の実施の形態３にかかるクロック制御
方法を用いた情報処理装置における処理の流れ図

【図７】 本発明の実施の形態３にかかるクロック制御
システムにおけるパイプライン効果の比較図

【図８】 本発明の実施の形態４にかかるクロック制御
方法における命令コード構成図

【図９】 本発明の実施の形態６にかかるクロック制御
方法を用いた情報処理装置におけるプロセッサ構成図

【図１０】 本発明の実施の形態６にかかるクロック制
御方法における命令コード構成図

【図１１】 本発明の実施の形態６にかかるクロック制
御方法におけるプログラム例示図

【図１２】 本発明の実施の形態７にかかるクロック制
御方法における命令コード構成図

【図１３】 本発明の実施の形態７にかかるクロック制
御方法を用いた情報処理装置におけるプロセッサ構成図

【図１４】 本発明の実施の形態７にかかるクロック制
御方法を用いた情報処理装置におけるクロック供給タイ
ミング図

【図１５】 本発明の実施の形態７にかかるクロック制
御方法における高級言語プログラムの例示図

【図１６】 本発明の実施の形態２にかかるクロック制
御方法を用いた情報処理装置における処理の流れ図

【図１７】 本発明の実施の形態２にかかるクロック制
御方法を用いた情報処理装置におけるクロック供給タイ
ミング図

【符号の説明】 ８１、１０１、１２１ 命令コード ８２、１０２、１２２ 実行サイクル数フィールド ８３、１０３、１２３ 実行命令フィールド １０４ クロック供給開始許可ビット １２４ 低速動作ビット １３１ 低速動作ビット参照部 １３３ ＷＢ判定結果 １３４ ＷＢステージ状態判定部 １３５ ＭＥＭクロック制御部 １３６ ＷＢクロック制御部 １３７ ＭＥＭクロック １３８ ＷＢクロック ２０１ 処理回路 ２０２ クロック制御回路 ２０３ サイクル数抽出回路 ２０４、５１０ クロック ２０５ 命令 ２０６、５２３ リクエスト ２０７ 入力データ ２０８ 処理サイクル数 ２０９ 処理回路クロック ２１０ クロック終了信号 ２１１ 出力データ ２１２ 第２の処理回路 ２１３ システム制御部 ２１４、５０９ クロックジェネレータ ５０１ ＩＦステージ ５０２ ＤＥＣステージ ５０３ ＥＸステージ ５０４ ＭＥＭステージ ５０５ ＷＢステージ ５０６ サイクル数抽出部 ５０７ クロック制御部 ５０８ 供給開始信号生成部 ５１１ ＭＥＭステージ状態判定部 ５１２ ＥＸステージ状態判定部 ５１３ ＥＸステージ実行開始要求生成部 ５１４ 依存関係判定部 ５１５ 供給開始信号 ５１６ ＥＸステージクロック ５１７ サイクル数 ５１８ 実行開始信号 ５１９ ＥＸ命令情報 ５２０ ＤＥＣ命令情報 ５２１ ＥＸ判定結果 ５２２ ＭＥＭ判定結果

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クロックに同期して処理を行う処理回路
   と、 前記処理回路へのクロック供給を制御するクロック供給
   制御回路を有する情報処理装置において、 前記処理回路における処理の実行開始から処理結果の出
   力までに必要とするサイクル数を抽出する工程と、 抽出された前記サイクル数を前記クロック供給制御回路
   に伝達する工程と、 前記処理回路における処理の開始からクロック供給を開
   始する工程と、 前記サイクル数の供給が終了した後、前記処理回路への
   クロック供給を停止する工程を有することを特徴とする
   クロック制御方法。
2. 【請求項２】 前記サイクル数が、処理実行開始から処
   理結果出力までの最小サイクル数以上であり、常時供給
   した場合のサイクル数よりも小さい請求項１記載のクロ
   ック制御方法。
3. 【請求項３】 クロックに同期して処理を行う第１の処
   理回路及び第２の処理回路と、 前記第１の処理回路へのクロック供給を制御するクロッ
   ク供給制御回路をさらに有する情報処理装置において、 前記第１の処理回路における処理と前記第２の処理回路
   における処理とは独立して同時に実行することが可能で
   あり、前記第２の処理回路は前記第１の処理回路におけ
   る処理結果が入力される処理回路であって、 前記第１の処理回路における処理の実行開始から前記第
   ２の処理回路へ処理結果を入力するまでに必要なサイク
   ル数を抽出する工程と、 抽出された前記サイクル数を前記クロック供給制御手段
   に伝達する工程と、 前記第１の処理回路における処理の開始からクロック供
   給を開始する工程と、 前記サイクル数分のクロック供給が終了した後、前記第
   １の処理回路へのクロック供給を停止する工程を有する
   ことを特徴とするクロック制御方法。
4. 【請求項４】 クロックに同期して処理を行う第１の処
   理回路及び第２の処理回路と、 前記第１の処理回路へのクロック供給を制御するクロッ
   ク供給制御回路と、 前記第１の処理回路における処理結果が入力される第２
   の処理回路とを有する情報処理装置において、 前記第１の処理回路において第１の処理及び第２の処理
   が連続して処理される場合であり、かつ前記第２の処理
   回路において前記第１の処理回路の処理結果を入力とし
   て第３の処理を開始すると同時に、前記第１の処理回路
   において前記第２の処理を実行する場合に、 前記第１の処理回路における処理の実行に必要な第１の
   サイクル数を抽出する第１の工程と、 前記第１のサイクル数を前記クロック供給制御回路に伝
   達する第２の工程と、 前記第１の処理回路における処理の開始からクロック供
   給を開始する第３の工程と、 前記第１のサイクル数分のクロック供給が終了した時点
   で前記第２の処理回路における処理が開始可能か否かを
   判断する第４の工程と、 前記第１の処理回路における前記第２の処理の処理実行
   に必要な第２のサイクル数を抽出する第５の工程と、 前記第２のサイクル数を前記クロック供給制御回路に伝
   達する第６の工程と、 前記第４の工程において処理開始が可能であると判断さ
   れた場合、前記第１の処理回路における処理結果を前記
   第２の処理回路に入力する第７の工程と、 前記第４の工程における処理開始が可能であると判断さ
   れた場合、前記第１の処理回路へ前記第２のサイクル数
   のクロックを供給開始し、前記第２の処理回路における
   処理を前記第１の処理回路において処理を開始する第８
   の工程を含むことを特徴とするクロック制御方法。
5. 【請求項５】 命令をパイプライン処理することが可能
   な情報処理装置において、 実行ステージにおける命令実行に必要なサイクル数を抽
   出する工程と、 前記実行ステージに属する回路へのクロック供給を制御
   する工程と、 抽出された前記サイクル数を伝達する工程を含み、 前記実行ステージにおける命令の実行開始から前記サイ
   クル数分だけクロック供給を行うことを特徴とするクロ
   ック制御方法。
6. 【請求項６】 前記サイクル数を抽出する工程におい
   て、命令ごとに前記実行ステージにおける実行サイクル
   数を定め、命令コードをデコードし、命令の種別を判定
   すると同時に前記実行サイクル数を前記サイクル数とし
   て抽出する請求項５記載のクロック制御方法。
7. 【請求項７】 前記サイクル数を抽出する工程におい
   て、前記実行ステージにおける実行サイクル数を命令の
   ビットコードで定める実行サイクル数フィールドを設
   け、命令コードをデコードし、命令の種別を判定すると
   同時に、前記実行サイクル数フィールドから前記実行ス
   テージにおける命令実行サイクル数を前記サイクル数と
   して抽出する請求項６記載のクロック制御方法。
8. 【請求項８】 前記サイクル数を抽出する工程におい
   て、前記情報処理装置が実行するすべての命令を前記実
   行ステージにおける実行サイクル数によってグループに
   分別し、分別された前記グループごとにグループ番号を
   定め、命令コードに前記グループ番号を設定するグルー
   プ番号フィールドを設け、命令コードをデコードし、命
   令の種別を判定すると同時に前記グループ番号を抽出
   し、前記グループ番号に対応する実行サイクル数を前記
   サイクル数として抽出する請求項６記載のクロック制御
   方法。
9. 【請求項９】 前記サイクル数を抽出する工程におい
   て、可変長命令を処理する場合には、命令コードの命令
   語長ごとに前記実行ステージにおける実行サイクル数を
   定め、前記命令コードをデコードし、実行する命令を判
   定すると同時にデコードした命令の命令語長から前記実
   行サイクル数を前記サイクル数として抽出する請求項６
   記載のクロック制御方法。
10. 【請求項１０】 命令をパイプライン処理することがで
    きる情報処理装置において、 実行ステージにおける命令実行に必要なサイクル数を抽
    出する工程と、 前記実行ステージに属する回路へのクロック供給を制御
    する工程と、 前記サイクル数を伝達する工程と、 前記実行ステージにおける命令の実行開始時点からクロ
    ック供給を行うか否かを選択する工程を含み、 前記クロック供給を選択する工程においてクロック供給
    を行うと選択された場合、前記クロック供給を制御する
    工程において前記実行ステージにおける命令の実行開始
    から前記サイクル数分だけクロック供給を開始すること
    を特徴とするクロック制御方法。
11. 【請求項１１】 前記クロック供給を選択する工程にお
    いて、命令コードに実行ステージにおける命令の実行開
    始からクロック供給を行うか否かを示すクロック供給許
    可ビットを設け、前記命令コードのデコードと同時に前
    記クロック供給許可ビットからクロック供給を行うか否
    かに関する情報を抽出する請求項１０記載のクロック制
    御方法。
12. 【請求項１２】 連続する第１の命令と第２の命令との
    依存関係を解析し、前記第２の命令が前記第１の命令の
    実行結果を参照する場合には、前記クロック供給許可ビ
    ットをオン状態にする請求項１１記載のクロック制御方
    法。
13. 【請求項１３】 命令をパイプライン処理することがで
    きる情報処理装置において、 実行ステージにおける命令の実行に必要なサイクル数を
    抽出する工程と、 前記実行ステージに属する回路へのクロック供給を制御
    できる工程と、 前記サイクル数を伝達する工程と、 前記実行ステージにおける命令の実行開始時点からクロ
    ック供給を行うか否かを選択する工程と、 実行ステージの次のステージの状態を判定する工程を含
    み、 前記クロック供給を選択する工程においてクロック供給
    を行うと選択され、前記次のステージの状態を判定する
    工程において前記次のステージが実行可能であると判定
    された場合、前記クロック供給を制御する工程において
    前記実行ステージにおける命令の実行開始から前記サイ
    クル数分だけクロック供給を開始することを特徴とする
    情報処理装置。
14. 【請求項１４】 前記クロック供給を選択する工程にお
    いて、前記実行ステージの次のステージで実行中の第１
    の命令の実行状態と、前記実行ステージで実行開始する
    第２の命令と前記第１の命令の依存関係を判定し、 前記第２の命令が前記第１の命令の実行結果に依存する
    場合には、前記第１の命令の実行完了まで前記第２の命
    令を前記実行ステージで実行するのに必要なサイクル数
    のクロック供給を行わないことを選択し、 依存しない場合には、前記実行ステージで実行するのに
    必要なサイクル数のクロック供給を行うことを選択する
    請求項１３記載のクロック制御方法。
15. 【請求項１５】 命令をパイプライン処理することがで
    きる情報処理装置において、 実行ステージにおける命令の実行に必要なサイクル数を
    抽出する工程と、 前記実行ステージに属する回路へのクロック供給を制御
    する工程と、 前記サイクル数を伝達する工程と、 実行ステージにおける命令の実行開始時点からクロック
    供給を行うか否かを選択する工程と、 前記実行ステージより後のすべてのステージで命令実行
    が完了していることを検出する工程を含み、 前記クロック供給を選択する工程においてクロック供給
    を行うと選択され、前記実行ステージより後のすべての
    ステージで命令実行が完了していることが検出された場
    合、前記クロック供給を制御する工程において、前記実
    行ステージにおける命令の実行開始から前記サイクル数
    分だけクロック供給を開始することを特徴とするクロッ
    ク制御方法。
16. 【請求項１６】 パイプラインの各ステージごとに各ス
    テージへのクロック供給の制御が可能であり、各ステー
    ジにおける命令の実行時以外は前記各ステージのクロッ
    ク供給を停止可能である請求項１５記載のクロック制御
    方法。
17. 【請求項１７】 命令コードに低速動作ビットを設け、
    前記低速動作ビットがセットされている命令を前記実行
    ステージで実行する場合には、前記実行ステージより後
    のステージにおいて先行する命令の実行がすべてのステ
    ージで完了したと検出した後に前記サイクル数分のクロ
    ック供給を開始する請求項１６記載のクロック制御方
    法。
18. 【請求項１８】 実行形式コードが高級言語で記述され
    ているプログラムに基づいて生成されるクロック制御方
    法であって、 前記高級言語によるプログラム記述によって、低速動作
    を行うか否かを指定する工程を含み、 前記高級言語によって低速動作を行うと指定された前記
    プログラム記述を実行形式コードに変換する場合に、前
    記クロック供給開始許可ビットをオン状態とする請求項
    １５記載のクロック制御方法。
19. 【請求項１９】 請求項１から１８のいずれか一項に記
    載のクロック制御方法を用いることを特徴とする情報処
    理装置。