JP2556182B2 - デ−タ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はデータ処理装置に関し、より詳しくは２つの
互いに異なる番地のレジスタをアクセスするための手段
を備えたことにより２つのレジスタ内容を同時にアクセ
スするデータ処理装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、データ処理装置では高頻度に使用するデータを
高速にかつ単純な機構でアクセスする目的で、16本程度
の数の汎用レジスタにて構成されるレジスタファイルを
備え、頻繁にアクセスするデータ，演算の中間結果等を
レジスタファイルに保持するようにしている。

このようなレジスタファイルを使用するソフトウェア
では、レジスタファイルの各レジスタに配置したデータ
を一連の処理の区切り目で入れ換える手法を用いる。こ
のため、レジスタ上に配置されたデータが一度に複数個
ずつ連続してメモリにストアされたり、メモリからロー
ドされたりする処理が頻繁に反復される。

ＣあるいはPascalなどの高級言語では高頻度に使用す
る変数をプロシージャ毎にレジスタに再配置する手法が
用いられることが多く、これらの高級言語で設計された
ソフトウェアではレジスタから複数のデータをメモリに
ストアしたり、逆に複数のデータをメモリからレジスタ
にロードする頻度が高い。

このため、１命令で複数のデータをレジスタからメモ
リに退避したりあるいは１命令で複数のデータをメモリ
からレジスタにロードする複数データ転送命令を有する
データ処理装置が従来から提案されている。このような
複数データ転送命令では、データを転送すべき対象とな
るレジスタを“0"と“1"とのビット列に対応させたレジ
スタリストで示す手法が用いられている。従って、レジ
スタリストをサーチして転送すべきレジスタ番号を高速
にエンコードする必要があり、この目的のためにプライ
オリティエンコーダと称されるエンコード回路がハード
ウェアとして提案されている。

そして、複数データ転送命令を実行する際は、プライ
オリティエンコーダから出力されたレジスタ番号をデコ
ードしてレジスタを逐次的にアクセスすることによりデ
ータを転送していた。このため、複数の連続したレジス
タ番号のレジスタ内容を転送する場合にもレジスタ番号
のデコードは１対１で行われ、レジスタをアクセスする
レジスタ番地指定回路が入力されたレジスタ番号の次の
番号のレジスタをアクセスするようには構成されていな
い。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のレジスタ番地指定回路では、入力されたレジス
タ番号とこれによりアクセスされるレジスタとが１対１
の対応をするため、入力されたレジスタ番号に対してそ
の番地のレジスタ、およびそれに隣接するレジスタ番号
のレジスタをアクセスする場合は、レジスタ番地指定回
路に入力するレジスタ番地をインクリメントあるいはデ
クリメントする必要があった。また、このインクリメン
ト及びデクリメントはたとえばカウンタ等のハードウェ
アで行う必要があり、入力されたレジスタ番号とそれに
隣接するレジスタとを同時にアクセスする場合は遅延時
間が大きくなる。

また従来のデータ処理装置では、複数データ転送命令
の実行の際に、プライオリティエンコーダを用いてレジ
スタリストをサーチして“1"（または“0"）のビット位
置を２進数にエンコードして得たレジスタ番号に従って
レジスタを１つずつ逐次的にアクセスしてデータを転送
していた。このため、最低でも転送すべきデータ数と等
しい数の転送動作を反復する必要がある。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたも
ので、入力されるレジスタ番地からその番地のレジス
タ、およびそれとは異なる番地のレジスタとをともに高
速にアクセスするレジスタ番地指定手段を備えたことに
より、２つのレジスタに対して同時にデータ転送できる
データ処理装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するために手段］ 本発明の第１の発明のデータ処理装置は、第１および
第２のレジスタを有するレジスタファイルを備え、メモ
リと第１および第２のレジスタとの間でデータが転送さ
れる命令を実行するものにおいて、第１のレジスタに保
持されたデータを転送させる第１の命令、および第１の
レジスタに保持されたデータとともに第２レジスタに保
持されたデータを転送させる第２の命令をデコードする
命令デコード手段、および、2kビット（ｋは自然数）の
データを保持してメモリに転送するデータレジスタと、
第１のレジスタに保持されたｋビットの第１のデータを
データレジスタへ転送する第１のバスと、第２のレジス
タに保持されたｋビットの第２のデータをデータレジス
タへ転送する第２のバスと、２進数で表現されたレジス
タ番地ｎ（ｎは０以上の整数）を入力し、整数のビット
からなり第１のレジスタをアクセスする第１のビット列
にデコードするとともに、この第１のビット列をｍ（ｍ
は自然数）ビットシフトさせて第２のレジスタをアクセ
スする第２のビット列を生成する第１のデコード回路
と、この第１のデコード回路より出力される第１のビッ
ト列と第２のビット列とを入力してレジスタファイルへ
選択的に出力し、第１のビット列により番地ｎの第１の
レジスタをアクセスさせるか、または第２のビット列に
より番地（ｎ＋ｍ）と番地（ｎ−ｍ）とのいずれか一方
の第２のレジスタをアクセスさせるセレクタ回路と、レ
ジスタ番地ｎを入力し、第１のビット列と同一の値を有
する第３のビット列にデコードしてレジスタファイルへ
出力し、第１のレジスタをアクセスする第２のデコード
回路とを有した命令実行手段を備え、命令実行手段は、
第１の命令をデコードした命令デコード手段の出力に従
い、セレクタ回路に第１のビット列をレジスタファイル
へ出力させ、第１のレジスタをアクセスして第１のデー
タをデータレジスタに転送し、第２の命令をデコードし
た命令デコード手段の出力に従い、セレクタ回路に第２
のビット列をレジスタファイルへ出力させるとともに、
第２のデコード回路で生成される第３のビット列をレジ
スタファイルへ出力させ、第１のレジスタおよび第２の
レジスタをアクセスしてそれぞれに保持された第１のデ
ータおよび第２のデータをデータレジスタに転送するよ
うに構成されたものである。

また、本発明の第２の発明のデータ処理装置は、第１
のレジスタにデータを転送させる第１の命令、および第
１のレジスタととともに第２のレジスタに各々データを
転送させる第２の命令をデコードする命令デコード手
段、および、メモリより転送された2kビット（ｋは自然
数）のデータを保持するデータレジスタと、ｋビットの
第１のデータをデータレジスタから第１のレジスタに転
送する第１のバスと、ｋビットの第２のデータをデータ
レジスタから第２のレジスタに転送する第２のバスと、
２進数で表現されたレジスタ番地ｎ（ｎは０以上の整
数）を入力し、複数のビットからなり第１のレジスタを
アクセスする第１のビット列にデコードするとともに、
この第１のビット列をｍ（ｍは自然数）ビットシフトさ
せて第２のレジスタをアクセスする第２のビット列を生
成する第１のデコード回路と、この第１のデコード回路
より出力される第１のビット列と第２のビット列とを入
力してレジスタファイルへ選択的に出力し、第１のビッ
ト列により番地ｎの第１のレジスタをアクセスさせる
か、または第２のビット列により番地（ｎ＋ｍ）と番地
（ｎ−ｍ）とのいずれか一方の第２のレジスタをアクセ
スさせるセレクタ回路と、レジスタ番地ｎを入力し、第
１のビット列と同一の値を有する第３のビット列にデコ
ードしてレジスタファイルへ出力し、第１のレジスタを
アクセスする第２のデコード回路とを有した命令実行手
段を備え、命令実行手段は、第１の命令をデコードした
命令デコード手段の出力に従い、セレクタ回路に第１の
ビット列をレジスタファイルへ出力させ、第１のレジス
タをアクセスしてデータレジスタに保持された第１のデ
ータを第１のレジスタに転送し、第２の命令をデコード
した命令デコード手段の出力に従い、セレクタ回路に第
２のビット列をレジスタファイルへ出力させるととも
に、第２のデコード回路で生成される第３のビット列を
レジスタファイルへ出力させ、第１のレジスタおよび第
２のレジスタをアクセスしてデータレジスタに保持され
た第１のデータおよび第２のデータをそれぞれ第１のレ
ジスタおよび第２のレジスタに転送するように構成され
たものである。

［作用］ 本発明の第１の発明のデータ処理装置では、命令実行
手段は第１の命令をデコードした命令デコード手段の出
力に従い、セレクタ回路に第１のビット列をレジスタフ
ァイルへ出力させ、第１のレジスタをアクセスして第１
のデータをデータレジスタに転送し、第２の命令をデコ
ードした命令デコード手段の出力に従い、セレクタ回路
に第２のビット列をレジスタファイルへ出力させるとと
もに、第２のデコード回路で生成される第３のビット列
をレジスタファイルへ出力させ、第１のレジスタおよび
第２のレジスタをアクセスしてそれぞれに保持された第
１のデータおよび第２のデータをデータレジスタに転送
するように構成されたので、第２の命令が実行される場
合に第１のレジスタおよび第２のレジスタが同時にアク
セスされ、それぞれの保持する第１のデータおよび第２
のデータがメモリへ並列に転送される。

また、本発明の第２の発明のデータ処理装置では、命
令実行手段は第１の命令をデコードした命令デコード手
段の出力に従い、セレクタ回路に第１のビット列をレジ
スタファイルへ出力させ、第１のレジスタをアクセスし
てデータレジスタかに保持された第１のデータを第１の
レジスタに転送し、第２の命令をデコードした命令デコ
ード手段の出力に従い、セレクタ回路に第２のビット列
をレジスタファイルへ出力させるとともに、第２のデコ
ード回路で生成される第３のビット列をレジスタファイ
ルへ出力させ、第１のレジスタおよび第２のレジスタを
アクセスしてデータレジスタに保持された第１のデータ
および第２のデータをそれぞれ第１のレジスタおよび第
２のレジスに転送するように構成されたので、第２の命
令が実行される場合に第１のレジスタおよび第２のレジ
スタが同時にアクセスされ、メモリから転送される第１
のデータおよび第２のデータがそれぞれ第１のレジスタ
および第２のレジスタへ並列に転送される。

［発明の実施例］ 以下、本発明をその実施例を示す図面を参照して詳述
する。

（１）「本発明のデータ処理装置を用いたシステムの構
成」 第６図は本発明のデータ処理装置を用いたシステムの
構成例を示すブロック図である。

この例では、本発明のデータ処理装置100,命令キャッ
シュ106,データキャッシュ107及び108,主メモリ109がア
ドレスバス101,データバス102命令バス103,メモリアド
レスバス104,メモリデータバス105で結合されている。

アドレスバス101は本発明のデータ処理装置100から出
力されるアドレスを命令キャッシュ106とデータキャッ
シュ107,108とに入力する。命令バス103は命令キャッシ
ュ106から出力される命令コードを本発明のデータ処理
装置100へ転送する。データバス102は本発明のデータ処
理装置100から出力されたデータをデータキャッシュ10
7,108へ転送したりあるいはデータキャッシュ107,108か
ら出力されたデータを本発明のデータ処理装置100へ転
送したりする。メモリアドレスバス104は命令キャッシ
ュ106またはデータキャッシュ107,108から出力されるア
ドレスを主メモリ109へ転送する。メモリデータバス105
は主メモリ109と命令キャッシュ106またはデータキャッ
シュ107,108との間で命令またはデータを転送する。

命令キャッシュ106,データキャッシュ107,108がミス
した場合はそれぞれのキャッシュがメモリアドレスバス
104とメモリデータバス105とのバス権を調停して主メモ
リ109をアクセスする。

データキャッシュ107,108は本発明のデータ処理装置1
00の側では64ビットのバスに結合するため、２つのチッ
プが協調して動作する。各64ビットデータのデータの上
位32ビットのデータをデータキャッシュ107が、下位32
ビットのデータをデータキャッシュ108がそれぞれ分担
して受持つ。

以下、本発明のデータ処理装置100の命令体系及び処
理機構について最初に説明し、次に複数個のレジスタ中
のデータを転送する命令であるLDM命令とSTM命令とを実
行した場合のプライオリティエンコーダとデータ演算部
との動作を詳細に説明する。

（２）「本発明のデータ処理装置の命令フォーマット」 本発明のデータ処理装置の命令は16ビット単位で可変
長となっており、奇数バイト長の命令はない。

本発明のデータ処理装置では高頻度に使用される命令
を短いフォーマットとするために特に工夫された命令フ
ォーマット体系を有する。例えば、２オペランド命令に
対して、基本的に「４バイト」＋「拡張部」の構成を有
し、全てのアドレッシングモードが利用可能な一般形フ
ォーマットと、頻度の高い命令とアドレッシングモード
とのみを使用可能な短縮形フォーマットとの２つのフォ
ーマットがある。

第９図乃至第13図に示す本発明のデータ処理装置の命
令フォーマット中に現われる記号の意味は以下の如くで
ある。

−：オペレーションコードが入る部分 Ea:8ビットの一般形のアドレッシングモードでオペラン
ドを指定する部分 Sh:6ビットの短縮形のアドレッシングモードでオペラン
ドを指定する部分 Rn:レジスタファイル上のオペランドをレジスタ番号で
指定する部分 フォーマットは、第９図に示す如く、右側がLSB側で
且つ高いアドレスになっている。アドレスＮとアドレス
Ｎ＋１との２バイトを見ないと命令フォーマットが判別
できないようになっているが、これは、命令が必ず16ビ
ット（ハーフワード）単位でフェッチ，デコードされる
ことを前提としているためである。

本発明のデータ処理装置の命令では、いずれのフォー
マットの場合も、各オペランドのEaまたはShの拡張部は
必ずそのEaまたはShの基本部を含む16ビット（ハーフワ
ード）の直後に配置される。これは、命令により暗黙に
指定される即値データあるいは命令の拡張部に優先す
る。従って、４バイト以上の命令では、Eaの拡張部によ
り命令のオペレーションコードが分断される場合があ
る。

また、後述するように、多段間接モードにおいてEaの
拡張部に更に拡張部が付加される場合にも次の命令オペ
レーションコードよりもそちらの方が優先される。例え
ば、第１ハーフワードにEa1を含み、第２ハーフワード
にEa2を含み、第３ハーフワードまである６バイト命令
の場合について考える。なおここでは、Ea1に多段間接
モードを使用したため、普通の拡張部の他に多段間接モ
ードの拡張部も付加されるものとする。この場合、実際
の命令ビットパターンは、命令の第１ハーフワード（Ea
1の基本部を含む）,Ea1の拡張部,Ea1の多段間接モード
拡張部，命令の第２ハーフワード（Ea2の基本部を含
む）,Ea2の拡張部，命令の第３ハーフワードの順とな
る。

（2.1）「短縮形２オペランド命令」 第10図は２オペランド命令の短縮形フォーマットを示
す模式図である。

このフォーマットにはソースオペランド側がメモリと
なるＬ−formatとデスティネーションオペランド側がメ
モリとなるＳ−formatとがある。

Ｌ−formatでは、Shはソースオペランドの指定フィー
ルドを、Rnはディスネーションオペランドのレジスタの
指定フィールドを、RRはShのオペランドサイズの指定フ
ィールドをそれぞれ表す。レジスタ上に置かれたデステ
ィネーションオペランドのサイズは32ビットに固定され
ている。レジスタ側とメモリ側とのサイズが異なり、且
つソース側のサイズが小さい場合に符号拡張が行われ
る。

Ｓ−formatでは、Shはデスティネーションオペランド
の指定フィールドを、Rnはソースオペランドのレジスタ
指定フィールドを、RRはShのオペランドサイズの指定フ
ィールドをそれぞれ表す。レジスタ上に置かれたソース
オペランドのサイズは32ビットに固定されている。レジ
スタ側とメモリ側とのサイズ異なり且つソース側のサイ
ズが大きい場合に、オーバフローした部分の切捨てとオ
ーバーフローチェックとが行われる。

（2.2）「一般形１オペランド命令」 第11図は１オペランド命令の一般形フォーマット（G1
−format）を示す模式図である。

このフォーマットでは、MMはオペランドサイズの指定
フィールドを表している。一部のG1−format命令ではEa
の拡張部以外にも拡張部を有する。また、MMフィールド
を使用しない命令もある。

（2.3）「一般形２オペランド命令」 第12図に２オペランド命令の一般形フォーマットを示
す模式図である。

このフォーマットに含まれるのは、８ビットで指定さ
れる一般形アドレッシングモードのオペランドが最大２
つ存在する命令である。オペランドの総数自体は３つ以
上になる場合もある。

このフォーマットにおいて、EaMはデスティネーショ
ンオペランドの指定フィールドを、MMはデスティネーシ
ョンオペランドサイズの指定フィールドを、EaRはソー
スオペランド指定フィールドを、RRはソースオペランド
サイズの指定フィールドをそれぞれ表している。

一部の一般型フォーマット命令では、EaM及びEaRの拡
張部以外にも拡張部がある。

第13図はショートブランチ命令のフォーマットを示す
模式図である。

このフォーマットでは、ccccは分岐条件指定フィール
ドを、disp:8はジャンプ先との変位指定フィールドをそ
れぞれ表している。本発明のデータ処理装置では、８ビ
ットで変位を指定する場合にはビットパターンでの指定
値を２倍して変位値とする （2.4）「アドレッシングモード」 本発明のデータ処理装置の命令のアドレッシングモー
ド指定方法には、レジスタを含めて６ビットで指定する
短縮形と、８ビットで指定する一般形とがある。

未定義のアドレッシングモードを指定した場合、ある
いは意味的に考えて明らかに不合理なアドレッシングモ
ードの組合わせが指定された場合には、未定義命令を実
行した場合と同様に予約命令例外が発生して例外処理が
起動される。これに該当するのは、デスティネーション
が即値モードである場合、アドレス計算を伴うべきアド
レッシングモード指定フィールドで即値モードが使用さ
れた場合などである。

第14図乃至第24図に示すフォーマットの模式図におい
て使用されている記号の意味は以下の如くである。

Rn:レジスタ指定 （Sh）:6ビットの短縮形アドレッシングモードでの指定
方法 （Ea）:8ビットの一般形アドレッシングモードでの指定
方法 なお、各フォーマットの模式図において破線にて表さ
れている部分は拡張部を示す。

（2.4.1）「基本アドレッシングモード」 本発明のデータ処理装置の命令は種々のアドレッシン
グモードをサポートする。それらの内、本発明のデータ
処理装置でサポートする基本アドレッシングモードに
は、レジスタ直接モード，レジスタ間接モード，レジス
タ相対間接モード，即値モード，絶対モード,PC相対間
接モード，スタックポップモード，スタックプッシュモ
ードがある。

レジスタ直接モードは、レジスタの内容をそのままオ
ペランドとするアドレッシングモードである。フォーマ
ットの模式図を第14図に示す。図中、Rnは汎用レジスタ
またはFPUレジスタの番号を示す。

レジスタ間接モードは、汎用レジスタの内容をアドレ
スとするメモリの内容をオペラドとするアドレッシング
モードである。フォーマットの模式図を第15図に示す。
図中、Rnは汎用レジスタの番号を示す。

レジスタ相対間接は、ディスプレースメント値が16ビ
ットであるか32ビットであるかにより２種類に分かれ
る。いずれも、汎用レジスタの内容に16ビットまたは32
ビットのディスプレースメント値を加えた値をアドレス
とするメモリの内容をオペランドとするアドレッシング
モードである。フォーマットの模式図を第16図に示す。
図中、Rnは汎用レジスタの番号を示す。disp:16とdisp:
32とは、それぞれ16ビットのディスプレースメント値,3
2ビットのディスプレースメント値を示す。ここでのデ
ィスプレースメント値は符号付きとして扱われる。

即値モードは、命令コード中で指定されるビットパタ
ーンをそのまま２進数と見なしてオペランドとするアド
レッシングモードである。フォーマットの模式図を第17
図に示す。図中、imm_dataは即値を示す。imm_dataのサ
イズは、オペランドサイズとして命令中で指定される。

絶対モードは、アドレス値が16ビットで示されるか32
ビットで示されるかにより２種類に分かれる。いずれ
も、命令コード中で指定される16ビットまたは32ビット
のビットパターンをアドレスとしたメモリの内容をオペ
ランドとするアドレッシングモードである。フォーマッ
トの模式図を第18図に示す。図中、abs:16とabs:32と
は、それぞれ16ビット,32ビットのアドレス値を示す。a
bs:16にてアドレスが示される場合は指定されたアドレ
ス値が32ビットに符号拡張される。

PC相対間接モードは、ディスプレースメント値が16ビ
ットであるか32ビットであるかにより２種類に分かれ
る。いずれも、プログラムカウンタの内容に16ビットま
たは32ビットのディスプレースメント値を加えた値をア
ドレスとするメモリの内容をオペランドとするアドレッ
シングモードである。フォーマットの模式図を第19図に
示す。図中、disp:16とdisp:32とは、それぞれ、16ビッ
トのディスプレースメント値,32ビットのディスプレー
スメント値を示す。ここではディスプレースメント値は
符号付きとして扱われる。PC相対間接モードにおいて参
照されるプログラムカウンタの値は、そのオペランドを
含む命令の先頭アドレスである。多段間接アドレシング
モードにおいてプログラムカウンタの値が参照される場
合にも、同様に命令先頭のアドレスがPC相対の基準値と
して使用される。

スタックポップモードはスタックポインタ（SP）の内
容をアドレスとするメモリの内容をオペランドとするア
ドレッシングモードである。オペランドアクセス後にSP
がオペランドサイズだけインクリメントされる。例え
ば、32ビットデータが扱われる場合には、オペランドア
クセス後にSPが＋４だけ更新される。8,16,64ビットの
サイズのオペランドに対するスタックポップモードの指
定も可能であり、それぞれSPが＋1,＋2,＋８だけ更新さ
れる。フォーマットの模式図を第20図に示す。オペラン
ドに対してスタックポップモードが意味を持たない場合
には予約命令例外が発生する。具体的に予約命令例外と
なるのは、writeオペランド,read−modify−writeオペ
ランドに対するスタックポップモード指定である。

スタックプッシュモードは、SPの内容をオペランドサ
イズだけデクリメントした内容をアドレスとするメモリ
の内容をオペランドとするアドレッシングモードであ
る。スタックプッシュモードではオペランドアクセス前
にSPがデクリメントされる。例えば、32ビットデータが
扱われる場合には、オペランドアクセス前にSPが−４だ
け更新される。8,16,64ビットのサイズのオペランドに
対するスタックプッシュモードの指定も可能であり、そ
れぞれSPが−1,−2,−８だけ更新される。フォーマット
の模式図を第21図に示す。オペランドに対してスタック
プッシュモードが意味を持たない場合には予約命令例外
が発生される。具体的に予約命令例外となるのは、read
オペランド,read−modify−writeオペランドに対するス
タックプッシュモード指定である。

（2.4.2）「多段間接アドレッシングモード」 複雑なアドレッシングも基本的には加算と間接参照と
の組合わせに分解することが可能である。従って、加算
と間接参照とのオペレーションをアドレッシングのプリ
ミティブとして与えておき、それらを任意に組合わせる
ことができれば、どのような複雑なアドレッシングモー
ドをも実現可能になる。

本発明のデータ処理装置の命令の多段間接アドレッシ
ングモードは上述のような考え方に基づいたアドレッシ
ングモードである。複雑なアドレッシングモードは、モ
ジュール間のデータ参照あるいはAI（人工知能）言語の
処理系に特に有用である。

多段間接アドレッシングモードを指定する場合、基本
アドレッシングモード指定フィルドではレジスタベース
多段間接モード,PCベース多段間接モード，絶対ベース
多段間接モードの３種類の指定方法の内のいずれか１つ
を指定する。

レジスタベース多段間接モードは汎用レジスタの値を
拡張する多段間接アドレッシングのベース値とするアド
レッシングモードである。フォーマットの模式図を第22
図に示す。図中、Rnは汎用レジスタの番号を示す。

PCベース多段間接モードはプログラムカウンタの値を
拡張する多段間接アドレッシングのベース値とするアド
レッシングモードである。フォーマットの模式図を第23
図に示す。

絶対ベース多段間接モードはゼロを拡張される多段間
接アドレッシングのベース値とするアドレッシングモー
ドである。フォーマットの模式図を第24図に示す。

拡張される多段間接モード指定フィールドは16ビット
を単位としており、これを任意回反復して付加される。
１段の多段間接すアドレッシングモードにより、ディス
プレースメントの加算，インデクスレジスタのスケーリ
ング（×1,×2,×4,×８）と加算，メモリの間接参照を
行う。多段間接モードのフォーマットの模式図を第25図
に示す。各フィールドは以下に示す意味を有する。

Ｅ＝0:多段間接モード継続 Ｅ＝1:アドレス計算終了 tmp＝＝＞address of operand Ｉ＝0:メモリ間接参照なし tmp＋disp＋Rx ＊ Scale＝＝＞tmp Ｉ＝1:メモリ間接参照あり mem［tmp＋disp＋Rx ＊ Scale］＝＝＞tmp Ｍ＝0:＜Rx＞をインデクスとして使用 Ｍ＝1:特殊なインデクス ＜Rx＞＝０ インデクス値を加算しない（Rx＝０） ＜Rx＞＝１ プログラムカウンタをインデクス値として
使用（Rx＝PC） ＜Rx＞＝２〜reserved Ｄ＝0:多段間接モード中の４ビットのフィールドd4の値
を４倍してディスプレースメント値とし、これを加算す
る。d4は符号付きとして扱われ、オペランドのサイズと
は関係なく必ず４倍して使用する。

Ｄ＝1:多段間接モードの拡張部で指定されたdispx（16/
32ビット）をディスプレースメント値とし、これを加算
する。拡張部のサイズはd4フィールドで指定する。

d4＝0001 dispxは16ビット d4＝0010 dispxは32ビット XX:インデクスのスケール （scale＝1/2/4/8） プログラムカウンタに対して×2,×4,×８のスケーリ
ングを行った場合には、その段の処理終了後の中間値
（tmp）として不定値が入る。この多段間接モードによ
って得られる実効アドレスは予測できない値となるが、
例外は発生しない。プログラムカウンタに対するスケー
リングの指定は禁じられている。

多段間接アドレッシングモードによる命令フォーマッ
トのバリエーションを第26図，第27図の模式図に示す。
第26図は多段間接モードが継続するか終了するかのバリ
エーショを、第27図はディスプレースメントのサイズの
バリエーションをそれぞれ示す。

任意段数の段階間接アドレッシングモードが利用でき
ればコンパイラの中で段数による場合分けが不要になる
ので、コンパイラの負担が軽減されるというメリットが
ある。多段の間接参照の頻度が非常に少ないとしても、
コンパイラとしては必ず正しいコードを発生できなけれ
ばならないからである。このため、フォーマット上、任
意の段数が可能になっている。

（2.5）「レジスタの退避命令と復帰命令」 本発明のデータ処理装置100は複数のレジスタの内容
をスタック領域等のメモリ領域に退避させる命令である
STM命令と、スタック領域等のメモリ領域に退避されて
いる複数のレジスタの内容を復帰させるLDM命令とを備
えている。

LDM命令のフォーマットは第28図の模式図に示されて
いる。LDM命令ではsrcsフィールドで示されているアド
レッシングモードに従って計算されたアドレスのメモリ
からreglistフィールドで示されたレジスタへデータが
転送される。転送されるべきデータを格納するレジスタ
はreglistフィールドによりビットパタンで示される。
各レジスタに転送されるデータはそれぞれ４バイトであ
る。

STM命令のフォーマットは第29図の模式図に示されて
いる。STM命令では、reglistフィールドで示されている
レジスタ中のデータがdestsフィールドで示されたアド
レッシングモードに従って計算されたアドレスのメモリ
へ転送される。転送すべきデータを格納しているレジス
タはreglistフィールドによりビットパターンで示され
る。第29図に示す如く、STM命令のreglistフィールドの
意味はdestsフィールドで示されるアドレッシングモー
ドにより異なる。これは複数個のレジスタ内容がメモリ
に格納される場合に、大きな番号のレジスタが常に大き
な番地に格納されるように統一するためである。各レジ
スタから転送されるデータはそれぞれ４バイトである。

（３）「本発明のデータ処理装置の機能ブロックの構
成」 第４図は本発明のデータ処理装置100の構成を示すブ
ロック図である。

本発明のデータ処理装置の内部を機能的に大きく分け
ると、命令入力部110,命令フェッチ部111,命令デコード
部112,第１マイクロROM部113,第２マイクロROM部114,オ
ペランドアドレス計算部115,PC計算部116,整数演算部11
7,浮動小数点演算部118,アドレス入出力部119,オペラン
ドアクセス部120,データ入出力部121に分かれる。

アドレス入出力部119をアドレスバス101に結合し、デ
ータ入出力部121をデータバス102に結合し、命令入力部
110を命令バス103に結合することにより第６図に示すシ
ステム構成をとることができる。

（3.1）「命令入力部」 命令入力部110は外部の命令バス103から32ビット単位
で命令コードを本発明のデータ処理装置100に入力す
る。命令キャッシュ106のアクセス方法には、１つのア
ドレスに対して32ビットの命令コードをアクセスする標
準アクセスモードと、１つのアドレスに対して４回連続
で32ビットの命令コードをアクセスするクワッドアクセ
スモードとがあり、いずれの場合も命令入力部110は入
力した命令コードを命令フェッチ部111へ出力する。

（3.2）「命令フェッチ部」 命令フェッチ部111には、命令アドレスのアドレス変
換機構，内蔵命令キャッシュ，命令用TLB,命令キュー及
びそれらの制御部等が備えられている。

命令フェッチ部111は、次にフェッチすべき命令のPC
値を物理アドレスに変換し、内蔵命令キャッシュから命
令コードをフェッチして命令デコード部112へ出力す
る。内蔵命令キャッシュがミスした場合にはアドレス入
出力部119へ物理アドレスを出力し、外部への命令アク
セスを要求し、命令入力部110を通じて入力された命令
コードを内蔵命令キャッシュに登録する。

次にフェッチすべき命令のPC値は命令キューに入力す
べき命令のPC値として専用のカウンタで計算される。ジ
ャップが発生した場合は、新たな命令のPC値がオペラン
ドアドレス計算部115,PC計算部116,整数演算部117等か
ら転送されて来る。

命令用TLBがミスした場合のページングによるアドレ
ス変換及び命令用TLBの更新も命令フェッチ部111の内部
にある制御回路により行われる。

また、本発明のデータ処理装置110がバスウォッチモ
ードである場合は、アドレス入出力部119を通じて入力
された物理アドレスがヒットした内蔵命令キャッシュの
エントリが無効化される。

（3.3）「命令デコード部」 命令デコード部112では基本的に16ビット（ハーフワ
ード）単位で命令コードをデコードする。このブロック
には第１ハーフワードに含まれるオペレーションコード
をデコードするFHW（First Half Woed）デコーダ，第２
及び第３ハーフワードに含まれるオペレーションコード
をデコードするNFHW（Not First Half Word）デコー
ダ，アドレッシングモードをデコードするアドレッシン
グモードデコーダが含まれる。

また、FHWデコーダ,NFHWデコーダの出力を更にデコー
ドしてマイクロROMのエントリアドレスを計算する第２
デコーダ，条件分岐命令の分岐予測を行う分岐予測機
構，オペランドアドレス計算の際のパイプラインコンフ
リクトをチェックするアドレス計算コンフリクトチェッ
ク機構も備えられている。

命令フェッチ部111から出力された命令コードは１ク
ロックにつき０〜６バイトがデコードされる。

デコード結果の内、整数演算部117での演算に関係す
る情報が第１マイクロROM部113へ、浮動小数点演算部11
8での演算に関係する情報が第２マイクロROM部114へ、
オペランドアドレス計算に関係する情報がオペランドア
ドレス計算部115へ、PC計算に関係する情報がPC計算部1
16へ、それぞれ出力される。

（3.4）「第１マイクロROM部」 第１マイクロROM部113には、整数演算部117の制御を
行う種々のマイクロプログラムルーチンが格納されてい
るマイクロROM,マイクロシーケンサ，マイクロ命令デコ
ーダ等が備えられている。マイクロ命令はマイクロROM
から１クロック当たり１度読出される。マイクロシーケ
ンサは命令実行に関するマイクロプログラム実行のため
のシーケンス処理の他に、例外，割込及びトラップ（こ
の３つを併せてEITと称す）の受付けと各EITに対応する
マイクロプログラムのシーケンス処理も行う。

第１マイクロROM部113には命令コードに依存しない外
部割込み及び整数演算実行結果によるマイクロプログラ
ムの分岐条件も入力される。

第１マイクロROM部113のマイクロデコーダの出力は主
に整数演算部117へ出力されるが、ジャンプ命令の実行
時，例外受付時には一部の情報を他の機能ブロックへも
出力する。

（3.5）「第２マイクロROM部」 第２マイクロROM部114には、浮動小数点演算部118の
制御を行う種々のマイクロプログラムルーチンが格納さ
れているマイクロROM,マイクロシーケンサ，マイクロ命
令デコーダ等が備えられている。マイクロ命令はマイク
ロROMから１クロックに１度読み出される。マイクロシ
ーケンサはマイクロプログラムで示されるシーケンス処
理の他に、浮動小数点演算に関係する例外の処理も行
い、マイクされていない浮動小数点例外が検出された場
合には第１マイクロROM部113へ例外処理を要求する。第
２マイクロROM部114のマイクロシーケンサは第１マイク
ロROM部113のマイクロシーケンサと並列に動作し、整数
演算部117と並列に浮動小数点演算部118を制御する。

第２マイクロROM部114には浮動小数点演算の実行結果
によるフラッグ情報も入力される。

第２マイクロROM部114のマイクロデコーダの出力は主
に浮動小数点演算部118に対して出力されるが、浮動小
数点演算に関係する例外の検出等の一部の情報は他の機
能ブロックへも出力される。

（3.6）「オペランドアドレス計算部」 オペランドアドレス計算部115は、命令デコード部112
のアドレッシングモードデコーダ等から出力されたオペ
ランドアドレス計算に関係する情報によりハードワイヤ
ードに制御される。このオペランドアドレス計算部115
ではメモリ間接アドレッシングのためのメモリアクセス
以外のオペランドのアドレス計算とジャンプ命令のジャ
ンプ先アドレスの計算とが行われる。

オペランドアドレスの計算結果は整数演算部117へ出
力される。オペランドアドレス計算終了段階での先行ジ
ャンプ処理ではジャンプ先アドレスの計算結果が命令フ
ェッチ部111とPC計算部116とへ出力される。

即値オペランドは整数演算部117及び浮動小数点演算
部118へ出力される。アドレス計算に必要な汎用レジス
タ，プログラムカウンタの値は整数演算部117,PC計算部
116から入力される。

（3.7）「PC計算部」 PC計算部116は命令デコード部112から出力されるPC計
算に関係する情報でハードワイヤードに制御され、命令
のPC値を計算する。本発明のデータ処理装置100の命令
は可変長命令であり、命令をデコードした後でなければ
命令の長さが判明しない。PC計算部116は、命令デコー
ド部112から出力された命令長をデコード中の命令のPC
値に加算することにより次に実行すべき命令のPC値を計
算する。

PC計算部116の計算結果は各命令のPC値として命令の
デコード結果と共に出力される。

命令デコードステージでの先行ブランチ処理では、命
令デコード部112から出力されるブランチ幅をPC値に加
算することによりブランチ先命令のアドレスが計算され
る。

また、PC計算部116にはサブルーチンへのジャンプ命
令の実行時にスタックにプッシュされているサブルーチ
ンからの戻り先PC値のコピーを保持したPCスタックが備
えられており、サブルーチンからのリターン命令に対し
てはPCスタックから戻り先PCを読出すことにより、プリ
リターン先命令のアドレスを生成する処理も行う。

（3.8）「整数演算部」 整数演算部117は第１マイクロROM部113のマイクロROM
に格納されたマイクロプログラムにより制御され、各整
数演算命令の機能を実現するために必要な演算を整数演
算部117の内部にあるレジスタファイルと演算器とで実
行する。レジスタファイルには汎用レジスタと作業用レ
ジスタとが含まれる。

また、整数演算部117は演算器としてはALU,プライオ
リティエンコーダ等を備えている。整数演算部117には
整数演算の結果により変化するフラグ，外部割込みのマ
スクレベルを定めるビット等を含むプロセッサ状態語
（PSW），バッファメモリ制御レジスタ等が含まれる。

命令の演算対象となるオペランドがアドレスまたは即
値である場合は、オペランドアドレス計算部115から即
値または計算されたアドレスが入力される。また、命令
の演算対象となるオペランドがメモリ上のデータである
場合は、アドレス計算部115で計算されたアドレスがオ
ペランドアクセス部120へ出力され、内蔵データキャッ
シュまたは外部からフェッチしたオペランドが整数演算
部117へ入力される。

演算に際して、内蔵データキャッシュ，外部のデータ
キャッシュ107,108あるいは主メモリ109をリードする必
要がある場合は、マイクロプログラムの指示によりオペ
ランドアクセス部120へアドレスを出力することによ
り、目的のデータをフェッチする。

演算結果を内蔵データキャッシュ，外部のデータキャ
ッシュ107,108あるいは主メモリ109へストアする必要が
ある場合には、マイクロプログラムの指示によりオペラ
ンドアクセス部120へアドレスとデータとを出力する。
この際、PC計算部116からはそのストア動作を行った命
令のPC値がオペランドアクセス部120へ出力される。

外部割込み，例外の処理等が行われて新たな命令アド
レスを整数演算部117が得た場合は、これが命令フェッ
チ部111とPC計算部116とへ出力される。

（3.9）「浮動小数点演算部」 浮動小数点演算部118は第２マイクロROM部114のマイ
クロROMに格納されたマイクロプログラムにより制御さ
れ、各浮動小数点演算命令の機能を実現するために必要
な演算を浮動小数点演算部118の内部にあるレジスタフ
ァイルと演算器とで実行する。浮動小数点演算部118に
は浮動小数点演算の丸め処理方法及び浮動小数点演算例
外の検出許可のモードを設定する浮動小数点演算モード
制御レジスタ（FMC）と、浮動小数点演算結果に対する
フラグ，浮動小数点例外の発生状態を示すステータスビ
ットからなる浮動小数点演算状態語（FSW）とがある。

命令の演算対象となるオペランドが即値である場合
は、オペランドアドレス計算部115から即値が入力され
る。また、命令の演算対象となるオペランドがメモリ上
のデータである場合は、アドレス計算部115で計算され
たアドレスがオペランドアクセス部120へ出力され、内
蔵データキャッシュまたは外部からフェッチしたオペラ
ンドが浮動小数点演算部118に入力される。

オペランドを内蔵データキャッシュ，外部のデータキ
ャッシュ107,108あるいは主メモリ109へストアする必要
がある場合には、マイクロプログラムの指示によりオペ
ランドアクセス部120へデータを出力する。ストア動作
では浮動小数点演算部118と整数演算部117とが協調して
動作し、オペランドアクセス部120に対して整数演算部1
17からオペランドのアドレスが出力され、浮動小数点演
算部118からオペランドが出力される。この際、PC計算
部116からはそのストア動作を行った命令のPC値がオペ
ランドアクセス部120へ出力される。

（3.10）「オペランドアクセス部」 オペランドアクセス部120には、オペランドアドレス
のアドレス変換機構，データバッファ、データ用TLB,ス
トアバッファ，オペランドブレイクポイントレジスタ及
びそれらの制御部がある。データバッファはモード切替
えにより内蔵データキャッシュまたはコンテキスト退避
用メモリとして動作する。

データバッファを内蔵データキャッシュとして動作さ
せる場合、データのロード動作ではオペランドアドレス
計算部115または整数演算部117から出力されたロードす
べきデータの論理アドレスが物理アドレスに変換され、
内蔵データキャッシュからデータがフェッチされて整数
演算部117あるいは浮動小数点演算部118に入力される。

内蔵データキャッシュがミスした場合には、アドレス
入出力部119へ物理アドレスが出力されて外部へのデー
タアクセスが要求され、データ入出力部122を通じて入
力されたデータが内蔵データキャッシュに登録される。

データのストア動作においては、整数演算部117から
出力されたストアすべきデータの論理アドレスが物理ア
ドレスに変換され、整数演算部117あるいは浮動小数点
演算部118から出力されたデータが内蔵データキャッシ
ュにストアされると共に、ストアバッファを通じてアド
レス入出力部119へ物理アドレスが出力され、データ入
出力部122を通じてデータが外部へ出力される。

ストア動作でミスが発生した場合には内蔵データキャ
ッシュの更新は行われない。ストアバッファではストア
すべきデータとそのアドレス、更にそのストア動作を行
った命令のPC値とが１組として管理される。ストアバッ
ファでのストア動作は先入れ先だし制御方式で管理され
る。

データ用TLBがミスした場合のページングによるアド
レス変換及びデータ用TLBの更新もオペランドアクセス
部120の内部の制御回路により行われる。また、メモリ
アクセスアドレスがメモリ空間にマッピングされている
I/O領域に入るか否かのチェックも行われる。

また、データバッファを内蔵データキャッシュとして
動作させる場合、本発明のデータ処理装置がバスウォッ
チモードであれば、アドレス入出力部119を通じて入力
された物理アドレスがヒットする内蔵データキャッシュ
のエントリは無効化される。

（3.11）「アドレス入出力部」 アドレス入出力部119は命令フェッチ部111とオペラン
ドアクセス部120とから出力されたアドレス本発明のデ
ータ処理装置100の外部へ出力する。アドレスの出力は
本発明のデータ処理装置100で定められたバスプロトコ
ルに従って行われる。バスプロトコルの制御はアドレス
入出力部119内にある外部バス制御回路が行う。外部バ
ス制御回路ではページ不在例外またはバスアクセス例
外，外部割込みの受付も行う。

また、本発明のデータ処理装置100以外の外部デバイ
スがバスマスタになっており、本発明のデータ処理装置
100がバスウォッチモードであれば外部デバイスがデー
タライトサイクルを実行した場合にアドレスバス101上
へ出力されたアドレスを取込んで命令フェッチ部111と
オペランドアクセス部120とへ転送する。

（3.12）「データ入出力部」 データ入出力部121はオペランドのロード動作の際に
データバス102からデータを取込んでオペランドアクセ
ス部120へ転送し、またオペランドのストア動作の際に
オペランドアクセス部120から出力されたオペランドを
データバス102へ出力する。データキャッシュ107,108の
アクセス方法には、１つのアドレスに対して64ビットの
データをアクセスする標準アクセスモードと、１つのア
ドレスに対して４回連続で64ビットのデータをアクセス
するクワッドアクセスモードとがあり、いずれの場合も
データ入出力部121はオペランドアクセス部120と外部の
メモリとで送受されるデータの入出力を制御する。

（４）「パイプライン処理」 本発明のデータ処理装置100は各種のバッファ記憶装
置と、命令バス103及びデータバス102を使用したメモリ
の効率的アクセスとにより、命令をパイプライン処理し
て高性能に動作する。ここでは、本発明のデータ処理装
置100のパイプライン処理方法について説明する。

（4.1）「パイプライン機構」 本発明のデータ処理装置100のパイプライン処理機構
を第５図の模式図に示す。

本発明のデータ処理装置100のパイプライン処理機構
は、命令のプリフェッチを行う命令フェッチステージ
（IFステージ）31,命令のデコードを行うデコードステ
ージ（Ｄステージ）32,オペランドのアドレス計算を行
うオペランドアドレス計算ステージ（Ａステージ）33,
マイクロROMアクセス（特にＲステージ37と称す）とオ
ペランドのプリフェッチ（特にOFステージ38と称す）と
を行うオペランドフェッチステージ（Ｆステージ）34,
命令の実行を行う実行ステージ（Ｅステージ）35,メモ
リオペランドのストアを行うストアステージ（Ｓステー
ジ）36の６段構成でパイプライン処理を行う。なお、Ｓ
ステージ36には３段のストアバッファがある。

各ステージは他のステージとは独立に動作し、論理上
は６つのステージが完全に独立動作する。Ｓステージ36
以外の各ステージは１回の処理を最小１クロックで行う
ことができる。Ｓステージ36は１回のオペランドストア
処理を最小２クロックで行うことができる。従って、メ
モリオペランドのストア処理が行われない場合、理想的
には１クロックごとに次々とパイプライン処理が進行す
る。

本発明のデータ処理装置100にはメモリ−メモリ間演
算あるいはメモリ間接アドレッシング等、基本パイプラ
イン処理１回だけでは処理が行えない命令があるが、こ
れらの処理に対してもなるべく均衡したパイプライン処
理が行えるように設計されている。複数のメモリオペラ
ンドを有する命令に対してはメモリオペランドの数に基
づいてデコード段階で複数のパイプライン処理単位（ス
テップコード）に分解してパイプライン処理を行う。

IFステージ31からＤステージ32へ渡される情報は命令
コードそのものである。

Ｄステージ32からＡステージ33へ渡される情報は命令
で指定された演算に関する情報（Ｄコード41と称す）
と、オペランドのアドレス計算に関係する情報（Ａコー
ド42と称す）と、処理中の命令のプログラムカウンタ値
（PC）との３つである。

Ａステージ33からＦステージ34へ渡される情報はマイ
クロプログラムルーチンのエントリ番地，マイクロプロ
グラムへのパラメータなどを含むＲコード43と、オペラ
ンドのアドレス，アクセス方法指示情報等を含むＦコー
ド44と、処理中の命令のプログラムカウンタ値（PC）と
の３つである。

Ｆステージ34からＥステージ35へ渡される情報は演算
制御情報，リテラル等を含むＥコード45と、オペラン
ド，オペランドアドレス等を含むＳコード46a,46bと、
処理中命令のプログラムカウンタ値（PC）との３つであ
る。Ｓコード46a,46bはアドレス46aとデータ46bとから
なる。

Ｅステージ35からＳステージ36へ渡される情報はスト
アすべき演算結果であるＷコード47a,47bとその演算結
果を出力した命令のプログラムカウンタ値（PC）との２
つである。Ｗコード47a,47bはアドレス47aとデータ47
b）とからなる。

Ｅステージ35以前のステージで検出されたEITはその
コードがＥステージ35に到達するまでEIT処理を起動し
ない。Ｅステージ35で処理されている命令のみが実行段
階の命令であり、IFステージ31〜Ｆステージ34で処理さ
れている命令は未だ実行段階に至っていないからであ
る。従って、Ｅステージ35以前で検出されたEITはそれ
が検出されたことがステップコード中に記録されて次の
ステージに伝えられるのみである。Ｓステージ36で検出
されたEITはＥステージ35で処理中の命令の処理が完了
した時点またはその命令の処理がキャンセルされた場合
に受付けられ、Ｅステージ35に戻って処理される。

（4.2）「各パイプラインステージの処理」 各パイプラインステージの入出力ステップコードには
第５図に示したように便宜上名前が付与されている。ま
たステップコードはオペレーションコードに関する処理
を行い、マイクロROMのエントリ番地,Eステージ35に対
するパラメータなどになる系列と、Ｅステージ35の処理
対象のオペランドになる系列との２系列がある。また、
Ｄステージ32からＳステージ36までの間では処理中の命
令のプログラムカウンタ値が受渡される。

（4.2.1）「命令フェッチステージ」 命令フェッチステージ（IFステージ31）では命令フェ
ッチ部111が動作する。内蔵命令キャッシュからあるい
は外部メモリから命令をフェッチし、命令キューに入力
して、Ｄステージ32に対して２〜６バイト単位で命令コ
ードを出力する。命令キューの入力は整置された４バイ
ト単位で行われる。

標準アクセスモードで外部から命令をフェッチする場
合は整置された４バイトにつき最小２クロックを要す
る。クワッドアクセスモードでは16バイトにつき最小５
クロックを要する。内蔵命令キャッシュがヒットした場
合は整置された８バイトにつき１クロックでフェッチ可
能である。命令キューの出力単位は２バイトごとに可変
であり、１クロックの間に最大６バイトまで出力可能で
ある。またジャンプの直後には命令キューをバイパスし
て命令コード２バイトを直接命令デコーダに転送するこ
とも可能である。

命令の論理アドレスの物理アドレスへの変換，内蔵命
令キャッシュ及び命令用TLBの制御，プリフェッチ先命
令アドレスの管理，命令キューの制御もIFステージ31で
行われる。

（4.2.2）「命令デコードステージ」 命令デコードステージ（Ｄステージ32）はIFステージ
31から入力された命令コードをデコードする。命令コー
ドのデコードは命令デコード部112のFHWデコーダ,NFHW
デコーダ及びアドレッシングモードデコーダを使用して
１クロックに１度の割合で行われ、１回のデコード処理
で０〜６バイトの命令コードを消費する（リターンサブ
ルーチン命令の復帰先アドレスを含むステップコードの
出力処理等では命令コードを消費しない）。Ｄステージ
32は１回のデコードでＡステージ33に対してアドレス計
算情報であるＡコード42とオペレーションコードの中間
デコード結果であるＤコード41とを出力する。

Ｄステージ32ではPC計算部116の制御及び命令キュー
からの命令コードの出力処理も行う。Ｄステージ32では
ブランチ命令及びサブルーチンからのリターン命令に対
して先行ジャンプ処理を行う。先行ジャンプを行った無
条件ブランチ命令に対してはＤコード41もＡコード42も
出力せず、Ｄステージ32で命令の処理を終了する。

（4.2.3）「オペランドアドレス計算ステージ」 オペランドアドレス計算ステージ（Ａステージ）33で
の処理は大きく２つに分かれる。第１は、命令デコード
部112の第２デコーダを使用してオペレーションコード
の後段デコードを行う処理で、第２はオペランドアドレ
ス計算部115でオペランドアドレスの計算を行う処理で
ある。

オペレーションコードの後段デコード処理はＤコード
41を入力とし、レジスタ及びメモリの書込み予約及びマ
イクロプログラムルーチンのエントリ番地及びマイクロ
プログラムに対するパラメータ等を含むＲコード43の出
力を行う。なお、レジスタ及びメモリの書込み予約は、
アドレス計算で参照したレジスタ及びメモリの内容が、
パイプライン上を先行する命令で書換えられてしまって
誤ったアドレス計算が行われることを防止するためのも
のである。

オペランドアドレス計算処理はＡコード42を入力と
し、Ａコード42に従ってオペランドアドレス計算部115
でオペランドのアドレス計算を行い、その計算結果をＦ
コード44として出力する。またジャンプ命令に対しては
ジャンプ先アドレスの計算を行って先行ジャンプ処理を
行う。この際、アドレス計算に伴うレジスタの読出し時
に書込み予約のチェックが行われ、先行命令がレジスタ
またはメモリに対して書込み処理を終了していないため
に予約があることが指示されれば、先行命令のＥステー
ジ35での書込み処理が終了するまで待機状態になる。

Ａステージ33では、Ｄステージ32で先行ジャンプを行
わなかったジャンプ命令に対して先行ジャンプ処理を行
う。絶対値アドレスへのジャンプあるいはレジスタ間接
アドレッシングのジャンプ等に対してはＡステージ33で
先行ジャンプが行われる。先行ジャンプを行った無条件
ジャンプ命令に対してはＲコード43やＦコード44は出力
されず、Ａステージ33で命令の処理を終了する。

（4.2.4）「マイクロROMアクセスステージ」 オペランドフェッチステージ（Ｆステージ）34での処
理も大きく２つに分かれる。第１はマイクロROMのアク
セス処理であり、特にＲステージ37と称す。第２はオペ
ランドプリフェッチ処理であり、特にOFステージ38と称
す。Ｒステージ37とOFステージ38とは必ずしも同時に動
作するわけではなく、データキャッシュのミス，ヒッ
ト、データTLBのミス，ヒット等に依存して、動作タイ
ミングが異なる。

Ｒステージ37の処理であるマイクロROMアクセス処理
はＲコード43に対して次のＥステージ35での実行に使用
される実行制御コードであるＥコード45を作り出すため
のマイクロROMアクセスとマイクロ命令デコード処理と
である。

１つのＲコードに対する処理が２つ以上のマイクロプ
ログラムステップに分解される場合、第１マイクロROM
部113及び第２マイクロROM部114がＥステージ35で使用
され、次のＲコード43がマイクロROMアクセス待ちにな
る場合がある。Ｒコード43に対するマイクロROMアクセ
スが行われるのは、Ｅステージ35でのマイクロROMアク
セスが行われない場合である。本発明のデータ処理装置
100では多くの整数演算命令が１マイクロプログラムス
テップで行われ、多くの浮動小数点演算命令が２マイク
ロプログラムステップで行われるため、実際にはＲコー
ド43に対するマイクロROMアクセスが次々と行われる可
能性が高い。

（4.2.5）「オペランドフェッチステージ」 オペランドフェッチステージ（OFステージ）38はＦス
テージ34が行う上述の２つの処理の内のオペランドプリ
フェッチ処理を行う。

OFステージ38では、Ｆコード44の論理アドレスをデー
タTLBで物理アドレスに変換してその物理アドレスで内
蔵データキャッシュあるいは外部のメモリをアクセスし
てオペランドをフェッチし、そのオペランドとＦコード
44として転送されてきたその論理アドレスとを組合わせ
てＳコード46a,46bとして出力する。

１つのＦコード44では８バイト境界をクロスしてもよ
いが、８バイト以下のオペランドフェッチを指定する。
Ｆコード44にはオペランドをアクセスするか否かの指定
も含まれており、Ａステージ33が計算したオペランドア
ドレス自体あるいは即値をＥステージ35へ転送する場合
にはオペランドプリフェッチは行われず、Ｆコード44の
内容をＳコード46a,46bとして転送する。プリフェッチ
しようとするオペランドとＥステージ35が書込み処理を
行おうとするオペランドとが一致する場合は、オペラン
ドプリフェッチは内蔵データキャッシュからも外部から
も行われず、バイパスして行われる。

（4.2.6）「実行ステージ」 実行ステージ（Ｅステージ）35はＥコード45とＳコー
ド46a,46bとを入力として動作する。このＥステージ35
が命令を実行するステージであり、Ｆステージ34以前の
ステージで行われた処理は全てＥステージ35のための前
処理である。Ｅステージ35でジャンプが実行されたり、
EIT処理が起動されたりした場合は、IFステージ31〜Ｆ
ステージ34までの処理はすべて無効化される。Ｅステー
ジ35はマイクロプログラムにより制御され、Ｅコード45
にて示されたマイクロプログラムルーチンのエントリ番
地からの一連のマイクロ命令を実行することにより命令
を実行する。

Ｅコード45には整数演算部117を制御するコード（特
にEIコードと称す）と浮動小数点演算部118を制御する
コード（特にEFコードと称す）とがある。EIコードとEF
コードとは独立に出力されることも可能であり、両コー
ドが独立して出力された場合には、Ｅステージ35では整
数演算部117と浮動小数点演算部118とが並列に動作す
る。例えば浮動小数点演算部118でメモリオペランドを
持たない浮動小数点演算命令を実行する場合、この動作
は整数演算部117の動作と並列して実行される。

整数演算であっても浮動小数点演算であっても、マイ
クロROMの読出しとマイクロ命令の実行とはパイプライ
ン化されて行われる。従って、マイクロプログラムで分
岐が発生した場合は１マイクロステップの空きが生じ
る。Ｅステージ35ではＡステージ33が行ったレジスタま
たはメモリに対する書込み予約をオペランドの書込みの
後に解除する。

各種の割込は命令の切目のタイミングにおいてＥステ
ージ35が直接受付け、マイクロプログラムにより必要な
処理が実行される。その他の各種EITの処理もＥステー
ジ35でマイクロプログラムにより行われる。

演算の結果をメモリにストアする必要がある場合は、
Ｅステージ35はＳステージ36へＷコード47a,47bとスト
ア処理を行う命令のプログラムカウンタ値との両方を出
力する。

（4.2.7）「オペランドストアステージ」 オペランドストアステージ（Ｓステージ）36はＷコー
ドの論理アドレス47aをデータTLBで物理アドレスに変換
し、そのアドレスでＷコードのデータ47bを内蔵データ
キャッシュにストアする。同時にＷコード47a,47bとプ
ログラムカウンタ値とをストアバッファに入力し、デー
タTLBから出力された物理アドレスを用いて外部のメモ
リへＷコードのデータ47bをストアする処理が行われ
る。

Ｓステージ36の動作はオペランドアクセス部120で行
われ、データTLBまたは内蔵データキャッシュがミスし
た場合のアドレス変換処理及び内蔵データキャッシュの
入替え処理も行う。

オペランドのストア処理でEITが検出された場合は、
ストアバッファにＷコード47a,47bとプログラムカウン
タ値とが保持されたままの状態で、Ｅステージ35にEIT
の検出が通知される。

（4.3）「各パイプラインステージの状態制御」 パイプラインの各ステージは入力ラッチと出力ラッチ
とを有し、他のステージとは独立に動作することを基本
とする。各ステージは１つ前に行った処理が終了し、そ
の処理結果を出力ラッチから次のステージの入力ラッチ
へ転送し、自ステージの入力ラッチに次の処理に必要な
入力信号が全て揃えば次の処理を開始する。

つまり、各ステージは、１つ前段のステージから出力
されてくる次の処理に対する入力信号が全て有効とな
り、現在の処理結果を後段のステージの入力ラッチへ転
送して出力ラッチが空になった場合に次の処理を開始す
る。

各ステージが動作を開始する直前のタイミングで入力
信号が全て揃っている必要がある。入力信号が揃ってい
ない場合には、そのステージは待ち状態（入力待ち）に
なる。出力ラッチから次のステージの入力ラッチへの転
送が行われる場合には次のステージの入力ラッチが空き
状態になっている必要があり、次のステージの入力ラッ
チが空き状態でない場合もパイプラインステージは待ち
状態（出力待ち）になる。また、キャッシュ,TLBがミス
したり、パイプラインで処理中の命令相互間にデータ干
渉が生じたような場合には、１つのステージの処理に複
数クロックが必要となり、パイプライン処理が遅延す
る。

（５）「データ演算部の動作の詳細な説明」 第３図は本発明のデータ処理装置100の整数演算部117
の詳細なブロック図であり、オペランドアドレス計算部
115,受動小数点演算部118,オペランドアクセス部120も
共に示されている。

SAレジスタ210はオペランドアドレス計算部115から整
数演算部117へ出力されるオペランドアドレス及び即値
を保持するレジスタである。

AAレジスタ211は整数演算部117からオペランドアクセ
ス部120へアドレスを出力するためのレジスタであり、
保持内容に対する1,2,4,8のインクリメント／デクリメ
ント機能を有する。８をインクリメント／デクリメント
する機能は、８バイト浮動小数点数を浮動小数点レジス
タとメモリとの間で転送する際に４バイトの２つの整数
を汎用レジスタとメモリとの間で同時に転送する場合に
有意義な機能である。

レジスタファイル213は整数演算部117内の種々のデー
タを保持する。またレジスタファイル213は主ALU215と
補助ALU212とにそれぞれ３本の４バイトのバスで結合さ
れており、２つのレジスタ上のオペランドを対象として
加算，比較等の演算を主ALU215または補助ALU212に行わ
せることが可能である。

DDレジスタ216は整数演算部117とオペランドアクセス
部120との間でデータを入出力するためのインタフェイ
スレジスタであり、８バイトのDDバス123でオペランド
アクセス部120と結合している。

FFレジスタ217は整数演算部117と浮動小数点演算部11
8とのインタフェイスレジスタである。

プライオリティエンコーダ部214は、ビット列中の先
頭の“1"または“0"の位置をサーチしたり、連続した２
ビットが“1"または“0"であるフィールドの先頭の位置
をサーチする。

レジスタ番地指定回路218は、第１マイクロROM部113
の指示に従って第１マイクロROM部113が指定したレジス
タ番地またはプライオリティエンコーダ部214が指定し
たレジスタ番地に従ってレジスタファイル213に対する
データの読み書きを制御する。

以下プライオリティエンコーダ部214とレジスタ番地
指定回路218との詳細構成及びLDM命令とSTM名との動作
を述べる。

（5.1）「プライオリティエンコーダの詳細構成」 第１図はプライオリティエンコーダ部214の詳細なブ
ロック図である。

プライオリティエンコーダ部214はビット列生成回路
1,オフセット値指定回路2,2つのプライオリティエンコ
ーダ回路３及び4,エンコード結果判定回路７等にて構成
されている。

ビット列生成回路１はS1バス221から入力された16ビ
ットまたは32ビットのビット列を保持する機能、“0"と
“1"とを反転する機能、ビット順序を逆転する機能、隣
接ビット間の論理積をとる機能を有し、これらの変換が
加えられたビット列を第１エンコード回路３及び第２エ
ンコード回路４へ出力する。

第２図はビット列生成回路１の詳細な構成を示すブロ
ック図である。

S1バス221から入力された値はそのままセレクタ10に
入力される他、インバータにより反転されたビット列と
してもセレクタ10に入力される。セレクタ10は反転され
たビット列または反転されていないビット列のいずれか
を選択して出力し、入力ラッチ11に保持させる。

入力ラッチ11の出力は必要に応じてビット正順逆順指
定回路12でビット順序を逆転して第１エンコード回路３
に入力される。ビット正順逆順指定回路12の出力はま
た、論理積回路13により各ビットについてそれぞれの上
位側に隣接するビットとの論理積がとられて第２エンコ
ード回路４に入力される。

オフセット値指定回路２はS2バス222から入力された
５ビットのオフセット値を保持し、その値を第１エンコ
ード回路３及び第２エンコード回路４へ出力する。また
オフセット値指定回路２は、エンコード結果判定回路７
から出力されるオフセット値を入力し、その値に“1"ま
たは“2"を加算する加算機能がある。

第１エンコード回路３と第２エンコード回路４とは同
一に回路構成されたプライオリティエンコード回路であ
り、ビット列生成回路１から入力されたビット列を対象
としてオフセット指定回路２で指定されたビット位置以
降でサーチして最初の“1"のビット位置を出力する組合
せ論理回路である。

エンコード結果判定回路７は第１エンコード回路３と
第２エンコード回路４とから出力されるエンコード値を
入力する。また内蔵データキャッシュまたは外部メモリ
をアクセスするため２進数で表現されたアドレス信号を
転送するAAバス122のうち下位３ビットを入力する。例
えばアドレス番地５が転送される場合、そのアドレス信
号０・・・0101の下位３ビット101が入力される。これ
らの入力に対してオフセット値指定回路２へエンコード
結果と加算すべき値とを出力し、レジスタ番地指定回路
218へレジスタ番号と２つのレジスタを同時にアクセス
すべきか否かを示す並列アクセス信号８とを出力する
他、第１エンコード回路３から出力されたエンコード値
をD1バス225へ出力することもできる。また、エンコー
ド結果判定回路７は第１エンコード回路３の出力の“1"
と“0"とを反転した値をレジスタ番地指定回路218へ出
力することもできる。

第１エンコード回路３および第２エンコード回路４の
エンコード結果が同じ値である場合、かつAAバス122に
転送されるアドレス信号の下位３ビットがすべて“0"で
ある場合、エンコード結果判定回路７は２つのレジスタ
の並列アクセスを許可するとして並列アクセス信号８を
アサートする。それ以外の場合、すなわち第１エンコー
ド回路３および第２エンコード回路４のエンコード結果
が一致しない場合、またはAAバス122に転送されるアド
レス信号の下位３ビットのいずれかが“1"である場合、
２つのレジスタの並列アクセスを禁止するとして並列ア
クセス信号８をネゲートする。

（5.2）「レジスタ番地指定回路」 第８図はレジスタ番地指定回路218の詳細な構成を示
すブロック図である。

レジスタ番地指定回路218は、第１マイクロROM部113
で指定されたレジスタ番地またはプライオリティエンコ
ーダ部214で指定されたレジスタ番号をデコードし、S1
バス221,S2バス222,D1バス225,D3バス226に対するレジ
スタファイル213の入出力を制御する。

第１マイクロROM部113からは汎用レジスタと作業用レ
ジスタとのアクセスが可能で各バスについて５ビットで
入力または出力するレジスタ番地が指定される。プライ
オリティエンコーダ部214からはレジスタファイル213中
の入力または出力を行う汎用レジスタ番号が４ビットで
指定され、レジスタ番地指定回路218のセレクタ（17,1
8,19,20）への入力段階で上位に“0"を拡張してレジス
タ番地とされる。

第１マイクロROM部113で各バス毎に指定されたレジス
タ番地とプライオリティエンコーダ部214で指定された
レジスタ番号とはセレクタ17,18,19,20によりいずれか
が選択されてそれぞれのバス用のデコード回路17′,1
8′,19′,20′へ入力される。

本発明のデータ処理装置100では、転送命令あるいは
加算命令等の単純な命令では第１マイクロROM部113から
出力されたレジスタ番地に従って各バスに入出力するレ
ジスタを制御するため、レジスタ番地が各バス毎のデコ
ード回路17′,18′,19′,20′でデコードされ、その出
力信号に従ってレジスタファイル216をアクセスする
が、一部の高機能命令ではデコード回路17′,18′,1
9′,20′から出力された制御信号をシフトすることによ
り、本来のデコード結果とは異なるデコード結果にてレ
ジスタファイル213をアクセスする。

S2バス222とD3バス226とは高機能命令の実行に際して
２つのレジスタを並列アクセスする場合に、プライオリ
ティエンコーダ部214により指定されたレジスタ番号よ
り１つ大きなレジスタ番号のレジスタをアクセスするた
めにデコード結果を１ビット上位側へシフトしてレジス
タファイル213へ出力する。この機能はデコーダ18′と2
0′とがデコード結果のビット列を出力する制御信号線
群と、そのビット列を１ビット上位側にシフトしたビッ
ト列を出力する制御信号線群とをセレクタ15,16でそれ
ぞれ１ビットシフトしたビット列を出力する制御信号線
群を選択することにより実現される。

またS1バス221は高機能命令の実行に際して２つのレ
ジスタを並列アクセスする場合、プライオリティエンコ
ーダ部214により指定されたレジスタ番号より１つ小さ
なレジスタ番号のレジスタをアクセスするためにデコー
ダ17′のデコード結果を１ビット下位側へシフトしてレ
ジスタファイル213へ出力する。この機能はデコーダ1
7′がデコード結果のビット列を出力する制御信号線群
とそのビット列を１ビット下位側にシフトしたビット列
を出力する制御信号線群とをセレクタ14でそれぞれ１ビ
ットシフトしたビット列を出力する制御信号線群を選択
することにより実現される。

（5.3）「LDM命令の動作」 第30図はLDM命令のオペレーションコードの一例を示
す模式図、第32図はLMD命令を実行する場合の整数演算
部117の動作手順を示すフローチャートである。

このLMD命令は６個の汎用レジスタR1,R4,R5,R6,R7,R8
にスタック領域から６個の４バイトデータをロードする
命令である。本発明のデータ処理装置100でこの命令を
実行する場合、第１マイクロROM部113の制御により第32
図に示すフローチャートに従って整数演算部117が動作
する。

この実施例においては、LDM命令のレジスタリストに
よりR0〜R15のうちそのビット位置によりアクセスすべ
きレジスタを示すビット列“01001111 10000000"にすべ
てが“0"の16ビットが加えられた32ビットのビット列
“01001111 10000000 00000000 00000000"が生成され、
プライオリティエンコーダ214のビット列生成回路１に
入力される。このプライオリティエンコーダ214は入力
される32ビットのビット列より、“1"を有するビット位
置を検知しエンコードするためのもので、32個のレジス
タ（例えば汎用レジスタR0〜R31）をアクセスできるよ
うに構成されている。後半の16ビット“00000000 00000
000"が加えられたのは、LDM命令のレジスタリストでは
指定されないレジスタR16〜R31がアクセスされないよう
にするためである。第１図に示されるビット列生成回路
１のE1側からはそのまま“01001111 10000000 00000000
00000000"が出力され、第１エンコード回路３によりエ
ンコードされる。一方E2側からはこのビット列の各ビッ
トが上位側に隣接するビットとの論理積がとられた“00
001111 00000000 00000000 00000000"が出力され、第２
エンコード回路４によりエンコードされる。

第１エンコード回路３、第２エンコード回路４は各々
に入力された上記のビット列においてオフセット値指定
回路２で指定されたビットより上位側にある“1"のビッ
ト位置をサーチし、そのサーチされたビット位置を２進
数で表現されたエンコード値で出力する。第32図に示さ
れたようにエンコード結果判定回路７では第２のエンコ
ード回路４により出力されたエンコード値と一致する第
１のエンコード回路３のエンコード値は「４」、
「５」、「６」および「７」と判定される。ここでエン
コード値「４」については、すでにスタックポインタの
値としてAAバス122にアドレスＨ′00001004が転送され
ているので（第５番目のステップ）、エンコード結果判
定回路７はその下位３ビットがすべてゼロでないことを
判定して並列アクセス信号８をネゲートする。よってレ
ジスタR4にはレジスタR1と同様に１回の操作で４バイト
のデータがロードされることになる（第７番目のステッ
プ）。

一方エンコード値「５」および「７」の場合はそれぞ
れ並列アクセス信号８をアサートするので、従ってレジ
スタR5とR6、およびレジスタR7とR8にはそれぞれ４バイ
トずつのデータが並列にロードされることになる（第10
番目のステップ、13番目のステップ）。

このレジスタR5とR6、およびレジスタR7とR8を同時に
アクセスする場合、上記のようにアサートされた並列ア
クセス信号８がレジスタ番地指定回路218に入力され
る。この並列アクセス信号８に従って、デコード結果の
ビット列を１ビット上位側へシフトしたビット列が転送
される制御線をセレクタ16が選択することにより、エン
コード結果判定回路７から出力されたレジスタ番号より
１つ大きな番号のレジスタに値がロードされる。

（5.4）「STM命令の動作」 デスティネーションのアドレッシングモードがａ−SP
モード以外のSTM命令を実行する場合、LDM命令と同じフ
ォーマットレジスタリストを処理するためにプライオリ
ティエンコーダ部214の動作はLDM命令の場合と同様であ
る。また、レジスタ番地指定回路218ではＳバス222へ出
力するレジスタ番地として、入力されたレジスタ番地よ
りも１つ大きな番地のレジスタをアクセスするため、デ
コード結果のビット列を１ビット上位側へシフトしたビ
ット列が転送される制御線をセレクタ15が選択する。

デスティネーションのアドレッシングモードがａ−SP
モードであるSTM命令を実行する場合、LDM命令と異なる
フォーマットレジスタリストを処理するので、プライオ
リティエンコーダ部214の動作が一部異なる。この場
合、エンコード結果判定回路７からオフセット値指定回
路２へは第１エンコード回路３から出力された値がその
まま転送されるが、レジスタ番地指定回路218へは第１
エンコード回路３から出力された値の“0"と“1"とを反
転した値が出力される。つまり、オフセット値指定回路
２にはサーチしてエンコードしたビット番号そのものが
転送されるが、レジスタ番地指定回路218へは捜査して
エンコードしたビット番号に対応するレジスタ番号が出
力されることになる。またこの場合、レジスタ番地指定
回路218では、並列アクセス信号８がアサートされた場
合、S2バス222へは入力されたレジスタ番地のレジスタ
から値が出力され、S1バス221へは入力されたレジスタ
番地より１つレジスタ番地が小さいレジスタから値が出
力される。この機能はデコード結果のビット列を１ビッ
ト下位側へシフトしたビット列を転送する制御線をセレ
クタ14が選択することにより行われる。

例えば、第31図に示したSTM命令においても上述したL
DM命令と同様に、そのレジスタリストによりR0〜R15の
うちそのビット位置によりアクセスすべきレジスタを示
すビット列“00000001 11110010"にすべてが“0"の16ビ
ットが加えられた32ビットのビット列“00000001 11110
010 00000000 00000000"が生成され、プライオリティエ
ンコーダ214内のビット列生成回路１に入力される。後
半の16ビット“00000000 00000000"が加えられたのはST
M命令のレジスタリストでは指定されないレジスタがア
クセスされないようにするためである。したがって第１
エンコード回路３のサーチ対象となるビット列は“0000
0001 11110010 00000000 00000000"であり、第２エンコ
ード回路４のサーチ対象となるビット列は“00000001 1
1100000 00000000 00000000"である。最初のエンコード
動作では、エンコード結果判定回路７へは第１エンコー
ド回路３と第２エンコード回路４とからは共に値「７」
が入力され、AAバス122からは出力されるアドレス
“Ｈ′00001FF8"の下位３ビットの“0"入力される。エ
ンコード結果判定回路７は第１エンコード回路３の出力
するエンコード値と第２エンコード回路４の出力するエ
ンコード値が「７」とが一致したこと、およびAAバス12
2から入力されるアドレスの下位３ビットがすべて“0"
であることを判定してオフセット指定回路には値「７」
と加算値「２」とを出力し、レジスタ番地指定回路218
へは「７」を２進数表現した値“0111"の反転である“1
000"に対応するレジスタ番号「８」を出力し、並列アク
セス信号８をアサートする。

レジスタ番地指定回路218では入力されたレジスタ番
号「８」をデコードし、S2バス222へはレジスタR8から
データを読出し、S1バス221へはデコード結果を１ビッ
ト下位側へシフトしたビット列を転送する制御線をセレ
クタ14で選択することによりレジスタR7からデータを読
出す。S1バス221とS2バス222とへ読出された２つのデー
タはDDレジスタ216で連結され、１つの８バイトデータ
としてDDバスを通じてオペランドアクセス部120へ転送
され、内蔵データキャッシュあるいは外部メモリにスト
アされる。

（６）「外部アクセス動作」 （6.1）「入出力信号線」 第７図は本発明のデータ処理装置100の入出力信号を
示す模式図である。

本発明のデータ処理装置100は電源Vccと接地GND,64本
のデータピンと32本のアドレスピンと32本の命令ピン，
入力クロックCLKの他に種々の制御信号を入出力する。

命令アクセスの場合もデータアクセスの場合も、アド
レスピンには物理アドレスが出力される。

CLKは外部入力クロックであり、本発明のデータ処理
装置100の動作クロックと同一周波数のクロックであ
る。

データアドレスストローブDAS＃はアドレスピンへ出
力されたデータアドレスが有効であることを示す。

リードライトR/W＃はデータピンでのバスサイクルが
入力であるか出力であるかを区別する。

データストロープDS＃は本発明のデータ処理装置100
がデータ入力準備を完了したことまたは本発明のデータ
処理装置100からデータが出力されたことを示す。

DC＃は本発明のデータ処理装置100にデータアクセス
サイクルを終了してもよいことを通知する信号である。

BAT（0:2）は第７図に示す如く、アドレスピンとデー
タピンとの値の意味を示す。

命令アドレスストロープIAS＃はアドレスピンへ出力
された命令アドレスが有効であることを示す。

命令ストローブIS＃は本発明のデータ処理装置100が
命令入力準備を完了したことを示す。

IC＃は本発明のデータ処理装置100に命令アクセスサ
イクルを終了してもよいことを通知する信号である。

ホールドリクエストHREQ＃は本発明のデータ処理装置
100にバス権を要求する信号である。

HACK＃は本発明のデータ処理装置100がHREQ＃を受付
けてバス権を他のデバイスに渡したことを示す信号であ
る。

IRL＃（0:2）は外部割込み要求信号である。

IACK＃は本発明のデータ処理装置100が外部割込みを
受付け、割込みベクトルアクセスサイクルを行っている
ことを示す信号である。

（6.2）「外部デバイスのアクセス」 本発明のデータ処理装置100を用いた第６図に示すシ
ステム構成例では、本発明のデータ処理装置100とデー
タキャッシュ107,108とはデータピンに接続されている
データバス102,アドレスピンに接続されているアドレス
バス101の他、BAT（0:2）,DAS＃,R/W＃,DS＃,DC＃とで
も接続されている。本発明のデータ処理装置100と命令
キャッシュ106とは命令ピンに接続されている命令バス1
03,アドレスバス101の他、BAT（0:2）,IAS＃,IS＃,IC＃
とでも接続されている。

クロックCLKはシステム全体に供給されシステムの基
本タイミングを決定する。

本発明のデータ処理装置100は、標準アクセスモード
でのバスアクセスではデータバス102を用いたデータア
クセスと命令バス103を用いた命令アクセスとを、それ
ぞれ十分高速な外部メモリに対して外部入力クロックCL
Kの２サイクルに１度の割合で行える。

また本発明のデータ処理装置100は、クワッドアクセ
スモードでのバスアクセスではデータバス102を用いた
データアクセスと命令バス103を用いた命令アクセスと
を、それぞれ十分高速な外部のメモリに対して外部入力
クロックCLKの５サイクルに４度の割合で行える。

アドレスバス101はデータキャッシュ107,108のアクセ
スと命令キャッシュ106のアクセスとの両方に利用され
る。

（７）「本発明の他の実施例」 上記実施例では、入力されたレジスタ番地をデコード
した結果を１ビットシフトすることにより入力されたレ
ジスタ番地に隣接するレジスタ番地のレジスタをアクセ
スするレジスタ番地指定回路の例を示したが、デコード
した結果を複数ビットシフトすることにより入力された
レジスタ番地と複数番地離れたレジスタ番地のレジスタ
をアクセスするレジスタ番地指定回路も同様に構成する
ことが可能である。

また、入力されたレジスタ番地をデコードした結果の
ビット列とそれを数ビットだけシフトしたビット列とを
２組以上の制御線群により転送してセレクタでセレクト
することにより、入力されたレジスタ番地と異なる２種
類以上の番地のレジスタをアクセスするレジスタ番号指
定回路を構成することも、セレクタを多入力にすること
により同様に実現可能である。

また、上記実施例ではレジスタリストで“1"のビット
に対応するレジスタが操作対象となるレジスタである命
令の例について説明したが、レジスタリストで“0"のビ
ットに対応するレジスタが操作対象となるレジスタであ
る命令でもプライオリティエンコーダにサーチ対象とな
るビット列を反転して入力することにより、同様に処理
可能である。

また、上記実施例では複数データ転送命令としてLMD
命令とSTM命令とを例として説明したが、プロシージャ
の入口で複数のレジスタ中のデータの退避を行うと共に
スタックフレーム形成を行う命令あるいはプロシャージ
ャの出口で複数のレジスタへのデータの復帰とスタック
フレームの解消とを行う命令等、レジスタリストを用い
て転送すべきレジスタを指定する命令であれば上記実施
例と同様の処理が可能である。

［発明の効果］ 以上に詳述した如く本発明の第１の発明のデータ処理
装置によると、第１のレジスタに保持されたデータを転
送させる第１の命令、および第１のレジスタに保持され
たデータとともに第２レジスタに保持されたデータを転
送させる第２の命令をデコードする命令デコード手段、
および、2kビット（ｋは自然数）のデータを保持してメ
モリに転送するデータレジスタと、第１のレジスタに保
持されたｋビットの第１のデータをデータレジスタへ転
送する第１のバスと、第２のレジスタに保持されたｋビ
ットの第２のデータをデータレジスタへ転送する第２の
バスと、２進数で表現されたレジスタ番地ｎ（ｎは０以
上の整数）を入力し、整数のビットからなり第１のレジ
スタをアクセスする第１のビット列にデコードするとと
もに、この第１のビット列をｍ（ｍは自然数）ビットシ
フトさせて第２のレジスタをアクセスする第２のビット
列を生成する第１のデコード回路と、この第１のデコー
ド回路より出力される第１のビット列と第２のビット列
とを入力してレジスタファイルへ選択的に出力し、第１
のビット列により番地ｎの第１のレジスタをアクセスさ
せるか、または第２のビット列により番地（ｎ＋ｍ）と
番地（ｎ−ｍ）とのいずれか一方の第２のレジスタをア
クセスさせるセレクタ回路と、レジスタ番地ｎを入力
し、第１のビット列と同一の値を有する第３のビット列
にデコードしてレジスタファイルへ出力し、第１のレジ
スタをアクセスする第２のデコード回路とを有した命令
実行手段を備え、命令実行手段は、第１の命令をデコー
ドした命令デコード手段の出力に従い、セレクタ回路に
第１のビット列をレジスタファイルへ出力させ、第１の
レジスタをアクセスして第１のデータをデータレジスタ
に転送し、第２の命令をデコードした命令デコード手段
の出力に従い、セレクタ回路に第２のビット列をレジス
タファイルへ出力させるとともに、第２のデコード回路
で生成される第３のビット列をレジスタファイルへ出力
させ、第１のレジスタおよび第２のレジスタをアクセス
してそれぞれに保持された第１のデータおよび第２のデ
ータをデータレジスタに転送するように構成された。こ
のため互いに番地の異なる第１のレジスタおよび第２の
レジスタの保持内容をメモリに退避する場合に、この第
１および第２のレジスタの内容が同時にアクセスされる
ので２つのデータを並列に転送することが可能になる。
従って、コンパイラではプロシージャの入口で退避を行
うべきデータは連続した番号のレジスタに割振る場合が
多いので、従来のデータ処理装置に比べ本発明のデータ
処理装置は最大で２倍の速度でデータをレジスタからメ
モリへ退避することが可能になる。

また、本発明の第２の発明のデータ処理装置による
と、第１のレジスタにデータを転送させる第１の命令、
および第１のレジスタととともに第２のレジスタに各々
データを転送させる第２の命令をデコードする命令デコ
ード手段、および、メモリより転送された2kビット（ｋ
は自然数）のデータを保持するデータレジスタと、ｋビ
ットの第１のデータをデータレジスタから第１のレジス
タに転送する第１のバスと、ｋビットの第２のデータを
データレジスタから第２のレジスタに転送する第２のバ
スと、２進数で表現されたレジスタ番地ｎ（ｎは０以上
の整数）を入力し、複数のビットからなり第１のレジス
タをアクセスする第１のビット列にデコードするととも
に、この第１のビット列をｍ（ｍは自然数）ビットシフ
トさせて第２のレジスタをアクセスする第２のビット列
を生成する第１のデコード回路と、この第１のデコード
回路より出力される第１のビット列と第２のビット列と
を入力してレジスタファイルへ選択的に出力し、第１の
ビット列により番地ｎの第１のレジスタをアクセスさせ
るか、または第２のビット列により番地（ｎ＋ｍ）と番
地（ｎ−ｍ）とのいずれか一方の第２のレジスタをアク
セスさせるセレクタ回路と、レジスタ番地ｎを入力し、
第１のビット列と同一の値を有する第３のビット列にデ
コードしてレジスタファイルへ出力し、第１のレジスタ
をアクセスする第２のデコード回路とを有した命令実行
手段を備え、命令実行手段は、第１の命令をデコードし
た命令デコード手段の出力に従い、セレクタ回路に第１
のビット列をレジスタファイルへ出力させ、第１のレジ
スタをアクセスしてデータレジスタに保持された第１の
データを第１のレジスタに転送し、第２の命令をデコー
ドした命令デコード手段の出力に従い、セレクタ回路に
第２のビット列をレジスタファイルへ出力させるととも
に、第２のデコード回路で生成される第３のビット列を
レジスタファイルへ出力させ、第１のレジスタおよび第
２のレジスタをアクセスしてデータレジスタに保持され
た第１のデータおよび第２のデータをそれぞれ第１のレ
ジスタおよび第２のレジスタに転送するように構成され
た。このためメモリから互いに番地の異なる第１のレジ
スタおよび第２のレジスタの各々にデータを転送する場
合、この第１および第２のレジスタへ転送すべき２つの
データを一括してメモリからフェッチし、２つのデータ
を並列にレジスタへ転送することが可能になる。従っ
て、コンパイラではプロシージャの出口で連続したレジ
スタへ復帰を行う場合が多いので、従来のデータ処理装
置に比べ本発明のデータ処理装置は最大で２倍の速度で
データをメモリからレジスタへ復帰することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のデータ処理装置のプライオリティエン
コーダ部の詳細な構成を示すブロック図、 第２図は本発明のデータ処理装置のプライオリティエン
コーダ部の構成要素であるビット列生成回路の詳細な構
成を示すブロック図、 第３図は本発明のデータ処理装置の整数演算部の構成を
示すブロック図、 第４図は本発明のデータ処理装置の全体構成を示すブロ
ック図、 第５図は本発明のデータ処理装置のパイプライン処理ス
テージの説明のための模式図、 第６図は本発明のデータ処理装置を用いたデータ処理シ
ステムの構成例を示すブロック図、 第７図は本発明のデータ処理装置の入出力信号ピンを示
す模式図、 第８図は本発明のデータ処理装置のレジスタ番地指定回
路の詳細な構成を示すブロック図、 第９図，第10図，第11図，第12図及び第13図は本発明の
データ処理装置の命令のフォーマットを示す模式図、 第14図，第15図，第16図，第17図，第18図，第19図，第
20図，第21図，第22図，第23図，第24図，第25図，第26
図及び第27図は本発明のデータ処理装置の命令中のアド
レッシングモード指定部のフォーマットを示す模式図、 第28図は本発明のデータ処理装置の複数データロード命
令である。LDM命令のフォーマットを示す模式図、 第29図は本発明のデータ処理装置の複数データストア命
令であるSTM命令のフォーマットを示す模式図、 第30図は本発明のデータ処理装置の複数データロード命
令であるLDM命令の具体的オペレーションコードの構成
例を示す模式図、 第31図は本発明のデータ処理装置の複数データストア命
令であるSTM命令の具体的オペレーションコードの構成
例を示す模式図、 第32図（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は第30図に示されてい
るLDM命令の具体例を実行した場合に本発明のデータ処
理装置の命令実行部が行う処理のアルゴリズムを示すフ
ローチャートである。 １……ビット列生成回路、２……オフセット値指定回
路、３……第１エンコード回路、４……第２エンコード
回路、７……エンコード結果判定回路、17,18,19,20…
…セレクタ、14,15,16……セレクタ、17′,18′,19′,2
0′……デコード回路、109……主メモリ、107,108……
データキャッシュ、112……命令デコード部、117……整
数演算部、118……浮動小数点演算部、212……レジスタ
ファイル、214……プライオリティエンコーダ部、215…
…主ALU、218……レジスタ番地指定回路、216……DDレ
ジスタ なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１および第２のレジスタを有するレジス
   タファイルを備え、メモリと前記第１および第２のレジ
   スタとの間でデータが転送される命令を実行するデータ
   処理装置において、 前記第１のレジスタに保持されたデータを転送させる第
   １の命令、および前記第１のレジスタに保持されたデー
   タとともに前記第２レジスタに保持されたデータを転送
   させる第２の命令をデコードする命令デコード手段、 および、 2kビット（ｋは自然数）のデータを保持して前記メモリ
   に転送するデータレジスタと、 前記第１のレジスタに保持されたｋビットの第１のデー
   タを前記データレジスタへ転送する第１のバスと、 前記第２のレジスタに保持されたｋビットの第２のデー
   タを前記データレジスタへ転送する第２のバスと、 ２進数で表現されたレジスタ番地ｎ（ｎは０以上の整
   数）を入力し、整数のビットからなり前記第１のレジス
   タをアクセスする第１のビット列にデコードするととも
   に、この第１のビット列をｍ（ｍは自然数）ビットシフ
   トさせて前記第２のレジスタをアクセスする第２のビッ
   ト列を生成する第１のデコード回路と、 この第１のデコード回路より出力される前記第１のビッ
   ト列と第２のビット列とを入力して前記レジスタファイ
   ルへ選択的に出力し、前記第１のビット列により番地ｎ
   の前記第１のレジスタをアクセスさせるか、または前記
   第２のビット列により番地（ｎ＋ｍ）と番地（ｎ−ｍ）
   とのいずれか一方の前記第２のレジスタをアクセスさせ
   るセレクタ回路と、 前記レジスタ番地ｎを入力し、前記第１のビット列と同
   一の値を有する第３のビット列にデコードして前記レジ
   スタファイルへ出力し、前記第１のレジスタをアクセス
   する第２のデコード回路とを有した命令実行手段を備
   え、 前記命令実行手段は、前記第１の命令をデコードした前
   記命令デコード手段の出力に従い、前記セレクタ回路に
   前記第１のビット列を前記レジスタファイルへ出力さ
   せ、前記第１のレジスタをアクセスして前記第１のデー
   タを前記データレジスタに転送し、前記第２の命令をデ
   コードした前記命令デコード手段の出力に従い、前記セ
   レクタ回路に前記第２のビット列を前記レジスタファイ
   ルへ出力させるとともに、前記第２のデコード回路で生
   成される前記第３のビット列を前記レジスタファイルへ
   出力させ、前記第１のレジスタおよび第２のレジスタを
   アクセスしてそれぞれに保持された前記第１のデータお
   よび第２のデータを前記データレジスタに転送するよう
   に構成されたデータ処理装置。
2. 【請求項２】第１および第２のレジスタを有するレジス
   タファイルを備え、メモリと前記第１および第２のレジ
   スタとの間でデータが転送される命令を実行するデータ
   処理装置において、 前記第１のレジスタに保持されたデータを転送させる第
   １の命令、および前記第１のレジスタととともに前記第
   ２のレジスタに各々データを転送させる第２の命令をデ
   コードする命令デコード手段、 および、 前記メモリより転送された2kビット（ｋは自然数）のデ
   ータを保持するデータレジスタと、 ｋビットの第１のデータを前記データレジスタから前記
   第１のレジスタに転送する第１のバスと、 ｋビットの第２のデータを前記データレジスタから前記
   第２のレジスタに転送する第２のバスと、 ２進数で表現されたレジスタ番地ｎ（ｎは０以上の整
   数）を入力し、複数のビットからなり前記第１のレジス
   タをアクセスする第１のビット列にデコードするととも
   に、この第１のビット列をｍ（ｍは自然数）ビットシフ
   トさせて前記第２のレジスタをアクセスする第２のビッ
   ト列を生成する第１のデコード回路と、 この第１のデコード回路より出力される前記第１のビッ
   ト列と第２のビット列とを入力して前記レジスタファイ
   ルへ選択的に出力し、前記第１のビット列により番地ｎ
   の前記第１のレジスタをアクセスさせるか、または前記
   第２のビット列により番地（ｎ＋ｍ）と番地（ｎ−ｍ）
   とのいずれか一方の前記第２のレジスタをアクセスさせ
   るセレクタ回路と、 前記レジスタ番地ｎを入力し、前記第１のビット列と同
   一の値を有する第３のビット列にデコードして前記レジ
   スタファイルへ出力し、前記第１のレジスタをアクセス
   する第２のデコード回路とを有した命令実行手段を備
   え、 前記命令実行手段は、前記第１の命令をデコードした前
   記命令デコード手段の出力に従い、前記セレクタ回路に
   前記第１のビット列を前記レジスタファイルへ出力さ
   せ、前記第１のレジスタをアクセスして前記データレジ
   スタに保持された前記第１のデータを前記第１のレジス
   タに転送し、前記第２の命令をデコードした前記命令デ
   コード手段の出力に従い、前記セレクタ回路に前記第２
   のビット列を前記レジスタファイルへ出力させるととも
   に、前記第２のデコード回路で生成される前記第３のビ
   ット列を前記レジスタファイルへ出力させ、前記第１の
   レジスタおよび第２のレジスタをアクセスして前記デー
   タレジスタに保持された前記第１のデータおよび第２の
   データをそれぞれ前記第１のレジスタおよび第２のレジ
   スタに転送するように構成されたことを特徴とするデー
   タ処理装置。