JP2702137B2 - ベクトル演算命令の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 中央処理装置と、ベクトル演算を行うベクトルプロセ
ッサを設けたベクトル演算プロセッサシステムに関し、 ベクトル演算処理に要する処理時間を短縮することを
目的とし、 中央処理装置は、ベクトル演算の対象とするベクトル
データのロード命令とベクトル演算命令とが到来したと
き、ベクトルプロセッサのレジスタへのベクトルデータ
のロードを開始するとともにこのベクトルプロセッサを
起動し、予めロードされていたベクトルデータとこのロ
ード中の上記ベクトルデータ中のロードされてきた要素
とによって上記ベクトル演算命令によるベクトル演算処
理を逐次行わせとともに、この中央処理装置に、ベクト
ルプロセッサを起動したときにセットされ、ベクトル演
算命令の実行ステートでリセットされるフラグを設け
て、このフラグがセットされている期間中の上記中央処
理装置への割込みについては、オペランドアクセス例外
割込および緊急マシンチェック割込以外の割込みを禁止
するように構成した。

〔産業上の利用分野〕

パイプライン処理によってベクトル演算を行うベクト
ルプロセッサを設けたベクトル演算プロセッサシステム
に関する。

〔従来の技術〕

第５図は本発明が対象とするベクトル演算プロセッサ
システムを示すもので、主記憶装置Ｍおよびプロセッサ
Ｐを含む汎用のプロセッサシステムPSに例えばパイプラ
イン処理によってベクトル演算を行うベクトルプロセッ
サVPが付加されており、ベクトル演算を行なう場合には
汎用プロセッサＰの制御の下にロードされたベクトルデ
ータをこのベクトルプロセッサVPによって処理して、そ
の処理結果を上記プロセッサＰに返送するように構成さ
れている。

このようなベクトル演算プロセッサシステムにおいて
は、ベクトルプロセッサVPへのベクトルロードパイプが
１本しかなく、また、主記憶装置Ｍからベクトルデータ
をベクトルプロセッサVPにロードする処理を上記プロセ
ッサＰが処理するため、このベクトルデータのロードが
終了するまで次の処理を開始することができないという
問題があった。

第６図は上記のようなベクトルプロセッサを備えるプ
ロセッサシステムによって２つのベクトル間の演算を行
なう場合の概念的なタイムチャートを示すもので、主記
憶装置ＭからのプロセッサＰの制御によってベクトルプ
ロセッサのベクトルレジスタへの第１のベクトルデータ
のロードが終了した後、この第１のベクトルと演算すべ
き第２のベクトルデータを同様にベクトルプロセッサの
ベクトルレジスタにロードする。

次いでこのプロセッサＰからベクトルプロセッサVPに
ベクトル演算を実行させるための起動信号を送出してベ
クトル演算を行わせ、その演算結果をこのベクトルプロ
セッサVPからプロセッサＰの制御によって主記憶装置Ｍ
に格納するが、図示のように、これらの処理に要する時
間がそれぞれ1000τであるとすると、上記の処理を行な
うに必要な処理時間4000τとなる。

第７図は上記のような２つのベクトル間の演算処理を
行なう場合のタイムチャートをより詳細に示したもの
で、主記憶装置ＭからベクトルプロセッサVPのベクトル
レジスタへの第１のベクトルデータのロードが終了した
後の処理状態を示している。なお、横軸のτ₁,τ₂,……
はそれぞれ１処理期間を示している。

同図（１）は、このベクトルレジスタに格納されてい
る第１のベクトルと演算すべき第２のベクトルデータを
ロードするベクトルロード命令の処理ステップを示すも
ので、τ_１期間はこの命令をデコードするＤステート期
間であり、次のτ_２期間はこのデコードされた命令から
アドレスを計算するＡステート期間であり、これによっ
て求められたアドレスからこの例では10個として例示し
たベクトルオペランドをτ_３〜τ₁₂の期間に汎って主記
憶装置から読出してベクトルプロセッサのベクトルレジ
スタに格納する。

なお、続くτ₁₃の期間は、ベクトルレジスタに書込み
行うＷステートの期間である。

同図（２）は上記ベクトルロード命令に続いて上記期
間τ_２に到来するベクトル演算命令であり、この命令は
直ちにデコードされるが上記第２のベクトルデータの全
要素のロードが未だ終了していないので、この全要素の
ロードの終了した期間τ₁₂になってＡステートのアドレ
ス計算を行い、続く期間τ₁₃の実行期間であるE₁ステー
トでベクトルプロセッサVPに対してベクトル演算を実行
させるために“起”として示した起動をかける。

これによって、同図（３）に示すように、このベクト
ルプロセッサはベクトルレジスタにそれぞれ格納されて
いる第１および第２のベクトルデータの全要素を用いて
τ₁₄〜τ₂₃の期間にベクトル演算を実行する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のごとき従来技術においては、中央処理装置が主
記憶装置からベクトルプロセッサへのデータ転送の管理
を行っているためにベクトルデータのロードが終了する
まで他の処理を行うことができないばかりでなく、この
中央処理装置と主記憶装置とベクトルプロセッサとが１
つのバスを共用しているために異なる処理を並例に実行
することができないという問題があった。

本発明は、ベクトル演算処理を高速化することによっ
て中央処理装置やバスの占有時間を短縮し、これによっ
てシステム全体の処理効率を向上させることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

中央処理装置と、この中央処理装置の制御の下に受け
取ったベクトルデータをパイプライン処理によってベク
トル演算を行うベクトルプロセッサとを備えるベクトル
演算プロセッサシステムにおいて、上記中央処理装置は
ベクトル演算の対象とするベクトルデータのロード命令
とベクトル演算命令とが到来したとき、このベクトルデ
ータの上記ベクトルプロセッサのレジスタへのロードを
開始するとともに、このベクトルプロセッサを起動し
て、予めロードされていたベクトルデータとこのロード
中の上記ベクトルデータ中のロードされてきた要素とに
よって上記ベクトル演算命令によるベクトル演算処理を
逐次行わせ、上記中央処理装置には、上記ベクトルプロ
セッサを起動したときにセットされてベクトル演算命令
の実行ステートでリセットされるフラグを設け、このフ
ラグがセットされている期間中の上記中央処理装置への
割込みについては、オペランドアクセス例外割込および
緊急マシンチェック割込以外の割込みを禁止するように
した。

また、上記ベクトル演算命令に続くベクトル演算命令
を、ベクトルプロセッサの他のパイプラインによって並
列実行させるようにすることができる。

〔作 用〕

ベクトル演算を行うための命令としては、第１番目の
ベクトルデータを主記憶装置からプロセッサにロードす
るための第１のベクトルロード命令、第２番目のベクト
ルデータを主記憶装置からプロセッサにロードするため
の第２のベクトルロード命令、ベクトル演算の演算内容
を指定するための例えばベクトル加算命令であるベクト
ル加算命令あるいはベクトル乗算命令であるベクトル乗
算命令などの１つあるいは複数個のベクトル演算命令、
および得られた演算結果を主記憶装置に格納するための
ベクトルストア命令が一般的にセットとなっている。

したがって、本発明の原理を示す第１図のタイムチャ
ートに示したように、上記第１のベクトルロード命令に
よって第１番目のベクトルデータのベクトルプロセッサ
のベクトルレジスタへのロードが終了して、第２のベク
トルロード命令によって第２番目のベクトルデータがベ
クトルプロセッサにロードされてくるとき、実行すべき
演算の内容が識別されていればこの第２番目のベクトル
データがすべてロードされていない状態であっても、第
２番目のベクトルデータ中のロードされたベクトル要素
と第１番目のベクトルデータとを用いたベクトル演算を
実行することができる。

なお、この第１図には、第２のベクトルデータのロー
ドが開始されてからその第２のベクトルデータの要素が
ベクトルプロセッサのベクトルレジスタに確立するまで
の１τ期間の遅れを示してあり、この遅れを考慮しても
この第１図に示したように3001τの時間で処理が終了し
ており、第６図に示した従来例における処理時間は4000
τに比較すると約3/4の処理時間で足りる。

ところで、上記のような命令のプロセッサ内での処理
は、少なくとも、その命令のデコードを行うＤステー
ト、アドレスを計算するＡステート、演算を実行するＥ
ステートおよびこのベクトル演算の結果を主記憶装置に
ストアするためのＷステートを含んでいる。

第２図は本発明による処理を前記した第７図の従来例
の処理におけると同様により詳細に示すためのもので、
第２番目のベクトルデータのロード命令以降のプロセッ
サＰにおける処理ステップを示すものであり、同図
（１）は上記第２番目のベクトルデータのロード命令の
処理ステップを示すものであり、期間τ_１のＤステート
において命令をデコードし、次の期間τ_２のＡステート
においてこのデコードされた命令によってアドレスを算
出してから、この図示の例では10個の所定のオペランド
を次のＥステートにあるτ_３〜τ₁₂期間中主記憶装置か
らロードしてベクトルプロセッサのベクトルレジスタに
書込む。

１処理サイクル期間遅れた期間τ_２に到来する同図
（２）のベクトル演算命令はこのＤステートの期間τ_２
にデコードされ、続くτ_３の期間にアドレスを計算する
と同時にベクトルプロセッサに対してベクトル演算を実
行するように“起”として示した起動をかける。

続くτ_４〜τ₁₂の期間には、同図（３）に示すように
それぞれアドレスを計算するとともに、第２番目のベク
トルデータ中のロードされてきた要素d₁〜d₁₀によって
それぞれ第１番目のベクトルデータとのベクトル演算e₁
〜e₁₀を逐次行わせる。

本発明の動作を示す第２図と従来例の動作を示す第７
図とを比較すれば明らかなように、従来例では演算すべ
きベクトルデータのロードがτ_３で開始されてからτ₂₃
でベクトル演算が終了するまで21τの期間を要するのに
対して、本発明においてはτ_３でベクトルデータの最初
の要素のロードが開始されてからτ₁₃でそのベクトル演
算が終了するまで11τの期間でよいから、約２倍の高速
化を図ることができる。

しかしながら、期間τ_３でベクトルプロセッサを起動
した後に何らかの理由で割込が発生すると、ロードされ
ることを予定していたベクトルデータがロードされない
ことになって不都合を生じるので、オペレーションシス
テムの異常などによるオペランドアクセス例外あるいは
ハードウェアの異常による緊急マシンチェック以外の割
込みは行わないようにする必要がある。

また、第２図の（２）に示したベクトル演算命令の期
間τ₁₃のＥステートにおけるベクトルプロセッサの起動
については、このベクトル演算命令の起動が期間τ_３で
既に済んでいるのでこれを抑圧しておく必要がある。

これらの必要に対処するため、プロセッサにはベクト
ルプロセッサを起動したことを示すフラグを設け、この
フラグがセットされている期間中は上記のオペランドア
クセスがセットされている期間中は上記のオペランドア
クセス例外あるいはハードウェアの異常による緊急マシ
ンチェック以外の割込みおよびベクトル演算命令による
ベクトルプロセッサの重複起動を行わないようにした。
なお、このフラグのリセットは、上記ベクトル演算命令
の期間τ₁₃のＥステートによって行えばよい。

また、上記のオペランドアクセス例外についてはソフ
トにおいてこのオペランドアクセス例外が発生しないよ
うに保証しており、また、ハードウェアの異常も極めて
希にしか発生しないので実際上これらの割込みが生ずる
可能性が低いが、万一これらの割込みが発生した場合に
は処理中のタスクの再実行を行うようにソフトを構成し
ておくことが望ましい。

さらに、ベクトルロード命令に引き続いて複数のベク
トル演算命令が連続している場合には、その演算の種類
には関係なく、ベクトルプロセッサの異なるパイプライ
ンを使用して処理し得る演算命令であれば上記同様に並
列処理を行うことができ、例えば第３図に示すように、
（２）で示したベクトル演算命令＃１を（５）に示すよ
うなタイミングで実行するとともに、次の期間τ_３に到
来する（３）で示したベクトル演算命令＃２を（６）に
示すようなタイミングでτ_５の期間から上記ベクトル演
算命令＃１による演算と並列に実行させる。

なお、この処理の詳細については次の実施例において
説明する。

〔実施例〕

第４図は本発明によるプロセッサシステムの実施例に
ついて本発明に関連する要部の構成のみを示したもの
で、中央処理装置11、命令バッファレジスタ12、起動バ
ッファ13₁,13₂,……13nおよびフラグがセットされるフ
リップ・フロップ14₁,14₂,……14nを含むプロセッサ10
と、主記憶装置１、ベクトルプロセッサ20とからなる。

この実施例の動作をベクトル演算命令が２つ連続す
る、先に示した第３図の例について説明する。

中央処理装置11は期間τ_１のＤステートで命令バッフ
ァレジスタ12にフェッチされた命令をデコードするとと
もにそのデコードした結果が第３図（１）に示すベクト
ルロード命令であることを検出する。

続くτ_２の期間に、中央処理装置11は、上記ベクトル
ロード命令によって指定されるアドレスを算出するとと
もに主記憶装置１およびベクトルプロセッサ20に対して
ベクトルデータの転送命令を送出し、同時に上記命令バ
ッファレジスタ12中のベクトルロード命令を起動バッフ
ァに転送する。

さらに、このτ_２の期間に命令バッファレジスタ12に
フェッチされた次の命令が到来するので、中央処理装置
11はこの命令をデコードしてこの命令が（２）のベクト
ル演算命令＃１であることを検出する。

次の期間τ_３には上記転送命令に基づいて主記憶装置
１からベクトルプロセッサ20のベクトルレジスタ21への
ベクトルデータの転送が開始され、また、中央処理装置
11は、上記（２）のベクトル演算命令＃１によって指定
されるアドレスを計算するとともに、命令バッファレジ
スタから上記ベクトル演算命令を起動バッファに移すこ
とによって送出される起動信号によってこの起動バッフ
ァに対応するフリップ・フロップ回路14₁をセットする
とともにベクトルプロセッサ20を起動し、さらに、この
期間τ_３に到来する命令をデコードしてこの命令が
（３）のベクトル演算命令＃２であることを検出する。

このようにして起動されたベクトルプロセッサ20のベ
クトルレジスタ21には、第３図の説明の際に述べたよう
に演算対象とする第１のベクトルデータが既にストアさ
れているので、次のτ_４の期間に確立する演算対象であ
る第２のベクトルデータの要素d₁を用いてパイプライン
22、例えばパイプライン22₁による加算などのパイプラ
イン処理e₁を実行する。

そして、このτ_４の期間には、中央処理装置11は、上
記（２）のベクトル演算命令＃２によって指定されるア
ドレスを計算するとともに、命令バッファレジスタから
上記ベクトル演算命令を起動バッファ13₂に移すことに
よって送出される起動信号によってこの起動バッファに
対応するフリップ・フロップ回路14₂をセットするとと
もにベクトルプロセッサ20を起動し、さらに、この期間
τ_４に到来する命令をデコードしてこの命令が（３）の
ベクトル演算命令＃２であることを検出する。

次のτ_５の期間には、ベクトル演算命令＃１について
は前のτ_４の期間におけると同様に、第２のベクトルデ
ータの確立したデータd₂を用いてパイプライン22₁によ
るパイプライン処理e₂が実行されるが、この期間にはベ
クトル演算命令＃２による演算も起動されるので、上記
のベクトル演算命令＃１による演算に使用されているパ
イプライン22₁以外のパイプライン例えば22₂を用いたベ
クトル演算命令＃２による演算も並列的に実行される。

なお、このベクトル演算命令＃２による演算の対象と
なるベクトルデータは、前記の第１、第２のベクトルロ
ード命令によってロードされたベクトルデータ、あるい
は上記ベクトル演算命令＃１によって処理されたベクト
ルデータであってもよいことはいうまでもない。

τ_６〜τ₁₃の期間は上記の期間τ_５におけると同様な
演算処理をそれぞれのベクトルデータについて行うが、
このτ₁₃の期間にベクトル演算命令＃１の実行を指示す
るＥステートE₁が検出されるけれども、この演算の実行
は既に行われているので、前記フリップ・フロップ回路
14₁がセットされていることを中央処理装置11が検出し
てこの実行指示がベクトルプロセッサ20に送出されるの
を抑圧するとともに、その抑圧が終了したときにこのフ
リップ・フロップ回路14₁をリセットする。

なお、ベクトル演算命令＃２のＥステートE₁が検出さ
れるτ₁₄の期間においても上記同様に、このベクトル演
算命令＃２による実行指示の抑圧およびフリップ・フロ
ップ回路14₂のリセットが行われる。

これら、フリップ・フロップ回路14の例えばセット状
態にあるときのフラグは、上記のように実行指令の抑圧
に用いられるほかに、上記オペランドアクセス例外割込
および緊急マシンチェック割込以外の割込みを禁止する
ためのフラグとしても用いられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、予めロードされていた第１のベクト
ルデータとロード中の第２ベクトルデータのロードされ
た要素とによってベクトル演算処理を逐次行わせること
ができるので、ベクトル演算の処理速度が著しく向上す
るという格別の効果が達成される。

また、複数のベクトル演算命令をベクトルプロセッサ
のそれぞれ異なるパイプラインによって処理すれば、複
数のベクトル演算命令についての並列処理が可能とな
り、ベクトル演算の処理速度を更に向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の原理を示すタイムチャート、 第２図および第３図は本発明による処理をより詳細に示
すタイムチャート、 第４図は本発明の実施例を示すブロック図、 第５図は本発明が対象とするベクトルプロセッサを備え
たプロセッサシステムを示す図、 第６図は従来のベクトルプロセッサを備えたプロセッサ
システムにおける処理を示すタイムチャート、 第７図は上記第６図の処理をさらに詳細に示すタイムチ
ャートである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央処理装置と、この中央処理装置の制御
   の下に受け取ったベクトルデータをパイプライン処理に
   よってベクトル演算を行うベクトルプロセッサとを備え
   るベクトル演算プロセッサシステムにおいて、 上記中央処理装置は、ベクトル演算の対象とするベクト
   ルデータのロード命令とベクトル演算命令とが到来した
   とき、このベクトルデータの上記ベクトルプロセッサの
   レジスタへのロードを開始するとともに、このベクトル
   プロセッサを起動して、予めロードされていたベクトル
   データとこのロード中のベクトルデータ中のロードされ
   てきた要素とによって上記ベクトル演算命令によるベク
   トル演算処理を逐次行わせ、 上記中央処理装置には、上記ベクトルプロセッサを起動
   したときにセットされ、ベクトル演算命令の実行ステー
   トでリセットされるフラグを設け、 このフラグがセットされている期間中の上記中央処理装
   置への割込みについては、オペランドアクセス例外割込
   および緊急マシンチェック割込以外の割込みを禁止する
   ことを特徴とするベクトル演算命令の処理方法。
2. 【請求項２】上記ベクトル演算命令に続くベクトル演算
   命令を、ベクトルプロセッサの他のパイプラインによっ
   て並列実行させるようにしたことを特徴とする請求項１
   記載のベクトル演算命令の処理方法。