JP2745519B2 - データ駆動型制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、データ駆動型制御方法に関し、特に命令の
初期設定時間を短縮してシステム立ち上げ時間を最短に
し、かつ命令実行に必要なデータ数が１個である命令が
多いプログラムの実行性能を向上させることができるデ
ータ・フロー・マシンの命令制御方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

ソフトウェアの生産性を向上させる言語として、関数
型言語がある。この関数型言語では、関数の値が入力値
によって一意的に定まるので、他への副作用がなく、か
つ他から影響を受けることがないため、関数の実行は互
いに独立となり、並列処理が可能となる。このような関
数型言語の実行マシンとしては、データ・フロー・マシ
ンが適している。データ・フロー・マシンを駆動させる
データ駆動の実行原理は、１つの演算ごとに、その必要
なオペランドが揃ったときに、いつでもその演算が実行
可能となることである。

データ・フロー・マシンの演算では、例えば第２図に
示すように、長方形ブロック１の中に演算名が記載され
たノード（デーダ読み出し，コード変換，加算，等）に
対して、オペランド（データアドレス，データ，コード
変換されたデータ，等）が入力され、演算結果としてそ
れらの出力が与えられる。これらのノードへの入力と出
力は、矢印付きの線で表わして、これらの線をアークと
呼び、線上のデータをトークンと呼ぶ。

例えば、いま左側の入力アークにｘというトークンが
到着したとき、ｘだけでは加算が実行できないため、ｘ
は入力アーク上で待機する。次に、右側の入力アークに
トークンｙが到着すると、演算は直ちに実行され、その
結果として、ｘ＋ｙという値を持つトークンが出力アー
クに与えられる。

これと同じようにして、x²−2x＋１等の関数式も計算
することができる。

ところで、従来のデータ駆動型制御方法においては、
例えば、特開昭61−123937号公報に記載されているよう
に、命令実行の際に書き換えが必要なデータと、書き換
え不要なデータとが、同一のテーブル上に収容され、し
かも各命令の到着した入力データ数は書き換え可能なカ
ウンタにより表現されていた。すなわち、上記公報に記
載されたデータ駆動型制御方式では、各処理プログラム
・モジュールに対応してテーブルを記憶装置内に用意
し、ここにその処理プログラム・モジュールのための入
出力データ入手先テーブル指示部と、入力データ準備状
況表示部と、出力通知先テーブル指示部と、出力データ
格納部とを設ける。

各プログラム・モジュールは、起動されると、対応す
るテーブルを参照して、そこに指示された入手先テーブ
ルから入力データを読み出し、逐次実行形式で処理した
後、テーブルの所定の格納部に書き込む。次に、再度テ
ーブルを参照して、処理結果の出力データについて、出
力通知先テーブルの入力データ準備状況表示部（カウン
タ）に、対応する入力データが準備されてことを表示す
る。上記カウンタには、他のプログラム・モジュールか
らの出力データのみの個数を初期値としてセットする。
実行制御プログラムは、入力データが揃う度にこのカウ
ンタの値をチェックし、カウンタの値が２以上であれ
ば、その値を１だけ減算し、またカウンタの値が１であ
れば、所定の入力データが全部揃ったことを判断し、そ
のデータが揃ったテーブルをキューの末尾に登録する。
従って、上記方式では、カウンタの初期値が１であるプ
ログラムが多数ある場合には、予め、カウンタが２以上
のテーブルだけの初期値をセットすればよく、カウンタ
が１のものは、初期設定を行う必要がないため、初期設
定処理の処理量の増大を抑制することができる。しか
し、前述のように、上記方式では、書き換え可能なカウ
ンタを用いているため、内容が破壊されるおそれがあ
り、また１の値も２以上の値とともに同一のテーブルに
格納されているため、１の値も参照する必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように、従来の技術においては、RAMのテーブ
ルを用いているため、プログラムの暴走によるデータの
破壊に対して弱いという問題がある。そこで、書き換え
の不要なデータを読み出し専用メモリ（ROM）に、書き
換えが必要なデータをランダムアクセスメモリ（RAM）
に、それぞれ分割して収容する方法が考えられる。しか
し、単純にデータを分割して収容しただけでは、両方の
関連がとれない。従って、上記ROMとRAMとのリンケージ
をとるためには、ROM内にRAMに収容されたデータのアド
レスを記憶しておく必要がある。ROM内にRAMのデータ・
アドレスを記憶しておけば、両方の関連がとれるが、RA
M内に収容されたカウンタをアクセスするため、一度ROM
をアクセスして、RAMのアドレスを抽出してから、その
アドレスを用いてRAMをアクセスする必要があり、処理
量を招く結果となる。

次に、カウンタの初期設定については、従来、前述の
ように、プログラムのローディング時に行っていたが、
全ての命令について、所定の値に初期設定しなければな
らないので、命令数が多くなればなるほど初期設定時間
がかかる。

このように、RAMに格納されたテーブル内容の破壊を
防止すること、およびカウンタの初期設定時間を短縮す
ることの２つの課題が生じている。

本発明の目的は、これらの課題を解決し、カウンタの
初期設定時間を短縮するとともに、登録テーブルの内容
の破壊を防止し、かつデータ駆動型制御におけるオーバ
ヘッドに基因する処理能力の低下を最小に抑えることが
可能なデータ駆動制御方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のデータ駆動型制御
方法は、各命令対応に、入力データ入手先と該入力デー
タを用いた演算結果の出力通知先と該入力データが準備
されたことを示す入力データ数カウンタとを格納した記
憶手段を有するデータ駆動型制御方法において、該記憶
手段に、各命令の実行に必要な入力データ数が１あるい
は２以上であることを指示するフラグと、入力データ数
が２以上の入力データ数カウンタと、該カウンタの初期
値を設定するためのテーブルとを格納しておき、データ
駆動に基づいて実行される命令に順次上記入力データ入
手先からデータを取り出した後、該命令対応の上記フラ
グの内容を判定して、該内容が入力データ数１のときに
は該命令は実行可能であり、また入力データ数２以上の
ときには、入力データ数カウンタを１だけ減算して、減
算結果が０のとき実行可能であり、減算結果が１以上の
とき入力データ未到着と判断し、入力データの揃った命
令から演算を実行し、演算結果を出力通知先に通知する
ことに特徴がある。

〔作用〕

本発明においては、データ駆動により実行される命令
語に、その命令の実行に必要な入力データ数が１である
か、あるいは２以上であるかを識別するためのフラグを
設け、実行に必要な入力データ数が２以上の命令のアド
レスと、その命令のカウンタの初期値を、テーブルに記
憶する。すなわち、データ駆動に基づいて実行される命
令に、１つの入力データが到着すると、先ず命令内のフ
ラグを評価して、命令実行に必要な入力データ数が１で
あればその命令は実行可能と判断する。また、入力デー
タ数が２以上であれば、入力データ到着数を示すカウン
タを１だけ減算し、減算の結果の値が０であれば実行可
能と判断する。減算した結果の値が１以上であれば、命
令実行に必要な入力データはまだ揃ってないと判断す
る。入力データ数が１であるか、あるいは２以上である
かの決定は、コンパイル時に判別できる。従って、実行
に必要な入力データが２以上のものだけを判定処理すれ
ばよいため、性能を向上させることができる。また、フ
ラグの値は実行時に書き換える必要がないため、ROMに
格納することができ、プログラムの破壊から防止でき
る。また、カウンタの初期設定は、ローディング時でな
く、実行の直前に行えばよいため、システムの立ち上げ
時間を短縮することができる。また、障害からの復旧処
理時には、命令内のカウンタの初期設定処理をスキップ
することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明す
る。

第２図は、本発明において適用されるデータグラフの
記述例を示す図である。

前述のように、第２図におけるノード１はデータ駆動
で実行される演算命令を表わしており、アーク２は命令
間で授受されるデータの流路を表わしている。そして、
命令はデータ駆動に基づいて実行されるので、命令の実
行に必要な入力データの全てが揃った時点で始めて演算
が実行される。

第２図では、入力データで指示されたアドレスからデ
ータを読み出す命令と、入力データのコードを変換する
命令と、２つの入力データを加算する命令とから構成さ
れる。演算の順序は、先ず２つの入力データで指定され
たデータアドレスからデータを読み出した後、一方で読
み出されたデータをコード変換し、その変換結果と他方
で読み出されたデータを加算することにより、結果が出
力される。

第３図は、本発明が適用される電子交換機のブロック
構成図である。ここでは、本発明を適用したデータ・フ
ロー・グラフ表現の電子交換機プログラムが実行され
る。また、第３図では、ノイマン型プロセッサ３も用い
られる。

第３図の電子交換機では、通常のプログラム・カウン
タ制御によるノイマン型プロセッサ３と、記憶保護機能
を有するメモリ４と、空間分割型または時分割型の通話
路５とが、プロセッサ・バス６を介して接続されてお
り、かつその通話路５には、電話機７およびトランク８
が収容されている。これらの電話機７とトランク８は複
数個が通話路５に収容されているが、ここではそのうち
の１個ずつが示されている。

通話路５を介して電話機７とトランク８を接続する電
子交換機プログラムは、第２図に示すようなデータ・フ
ロー・グラフで表現され、プログラム自体はメモリ４に
格納されている。プロセッサ３は、電話機７またはトラ
ンク８からの交換接続要求に対して、メモリ４に格納さ
れている所定の電子交換機プログラムを選択し、そのプ
ログラムをデータ駆動に基づいて実行制御することによ
り、通話路５を介して電話機７またはトランク８等の端
末間の接続を行う。

第１図は、本発明の一実施例を示すデータ駆動型制御
方法の機能ブロック図であって、第３図の電子交換機プ
ログラムを構成する機能部の結合を示している。

第１図において、10は電話機７およびトランク８から
の交換接続要求を分析して、所定の交換接続動作を決定
する交換接続要求解析部、11はデータ・フロー・グラフ
で表現されたプログラムの命令実行を待ち合わせる待ち
キュー、12はデータ・フロー・グラフで表現されたプロ
グラム命令を、データ駆動で実行するデータ駆動命令実
行制御部、13は命令の名称に対応する演算を行うための
演算命令処理部、14は交換接続動作をデータフローで記
述したプログラムの接続処理部、15は命令の実行に必要
な入力データ数が２以上の命令のアドレスとカウンタの
初期値を設定するための初期設定テーブルである。

第４図は、第１図で実行されるデータ駆動命令の一構
成例を示す図であり、第５図は、第１図におけるデータ
駆動命令実行制御部の動作フローチャートである。

第４図は、第１図の接続処理部14に規定された接続処
理１〜ｍのうちの１つに該当する命令1A,1B,1C,1Dの接
続例を示しており、１つの命令は８個のエリア20〜27か
ら構成される。そして、第４図に示す1A,1B,1C,1Dの関
係は第２図に示したデータ・フロー・グラフと等価であ
って、第２図のノード1A〜1Dは第４図の各ノード1A〜1D
に該当する。矢印はいずれもアークであり、21のエリア
内に演算名が書き込まれている。すなわち、命令1A,1C
がデータ読み出し、命令1Bがコード変換、命令IDが加算
の各命令である。なお、ノード1Aの命令を構成する各エ
リアにだけ記号が付けられているが、他のノード1B,1C,
1Dを構成する各エリアも、演算命令コードの内容を記入
したエリア21のみが異なるだけで、それ以外のエリアは
Ａと全く同じであるため、記号を省略している。

第４図において、20は命令実行時に書き換えられるエ
リアのヘッダを示すランダムアクセスメモリアドレス、
21は命令の処理を規定する演算命令コード、22は命令実
行に必要な入力データ数が１あるいは２以上であること
を示すフラグ、23は入力データの入手先を指示する入力
データ入手先アドレス、24は出力が与えられたことを次
命令に伝達するための出力通知先アドレス、25は実行可
能状態の命令を持ちキュー11に登録するためのリンケー
ジポインタ、26は命令の実行に必要な入力データの到着
状況を示すカウンタ、27は演算結果を格納する出力デー
タ格納エリアである。

１つの接続処理を構成する各ノードごとに、上記命令
がメモリ４上に確保される。

ランダムアクセスメモリアドレス20、演算命令コード
21、フラグ22、入力データ入手先アドレス23、および出
力通知先アドレス24は、いずれもプログラム・コンパイ
ル時に決定される。しかも、これらは、プログラム実行
時に書き換えられることがないため、プログラムをメモ
リ４にローディング終了した後、記憶内容を保護するた
めのメモリプロテクトを施こすことができる。

一方、リンケージポインタ25、カウンタ26、および出
力データ格納エリア27は、命令実行時に書き換えられる
ために、ランダムアクセスメモリ領域に格納される。こ
れによって、大部分のエリア内容を保護することができ
るので、プログラムが暴走しても、命令の破壊を防止で
き、信頼性を向上できる。

次に、カウンタ26の初期設定の方法について詳述す
る。

命令の実行に必要な入力データ数が１の場合には、前
述のように、プログラムコンパイル時にフラグ22で表示
されているため、プログラムがローディングされてしま
えば、入力データ数が１である命令のカウンタ26の初期
設定は不要となる。

また、命令実行に必要な入力データ数が２以上の命令
のカウンタ26の初期設定は、プログラム実行の直前に、
その実行プログラムに対応する初期設定テーブル15に従
って指示される命令アドレスと初期値を設定することに
より行われる。これによって、従来はプログラムローデ
ィング時に行われていたカウンタ26の初期設定処理は不
要となるため、プログラムの初期設定時間を短縮するこ
とが可能となる。

次に、第５図により、第１図の機能ブロックおよび第
４図のメモリエリアの動作を詳述する。第１図における
矢印の番号は、処理を移す順序を示している。

先ず、第１図および第３図において、電話機７および
トランク８等の端末から接続要求が電子交換機に到着す
ると、交換接続要求解析部10はこの接続要求を解析し、
実行すべき接続処理の１つを、接続処理部14の接続処理
１〜ｍのうちから選択し決定した後（矢印（１））、そ
の接続処理の先頭にある命令アドレスを待ちキュー11に
登録する（矢印（２））。そして、登録した接続処理の
名称をデータ駆動命令実行制御部12に引き継いで、デー
タ駆動命令実行制御部12を起動する（矢印（３））。起
動を受けたデータ駆動命令実行制御部12は、第５図の動
作フローに従って、動作する。

先ず、引き継いだ接続処理の名称に対応する初期設定
テーブル15を索引し、命令実行に必要な入力データ数が
２以上の全ての命令カウンタ26を初期設定する（ステッ
プ31）（第１図の矢印（４））。そして、待ちキュー11
が空きでなければ（ステップ32）、待ちキュー11から交
換接続要求解析部10が登録した接続処理の先頭の命令ア
ドレスを抽出して、これを記憶した後（矢印（５））、
待ちキュー11からその命令を取り外し（ステップ33）
（矢印（６））、命令内の演算命令コード21で定まる演
算命令処理部13を決定して、その命令アドレスを演算命
令処理部13に引き継いだ後（矢印（７））、その演算命
令処理部13を起動する（ステップ34）。起動された演算
命令処理部13は、その命令アドレスで指示される命令内
の入力データ入手先アドレス23から入力データを入手し
た後、その入力データを用いて所定の演算を行い、演算
結果をその命令のランダムアクセスメモリアドレス20で
リンクされる出力データ格納エリア27に格納する（ステ
ップ35）（矢印（８））。そして、制御をデータ駆動命
令実行制御部12に戻す（矢印（９））。

次に、データ駆動命令実行制御部12は、記憶していた
命令に基づいて、出力通知先アドレス24を求め、出力デ
ータすなわち次命令の入力データが準備されたことを通
知する（矢印（10））。この通知は、以下のようにして
行われる。先ず、出力通知先アドレス24で指示される次
命令のフラグ22を抽出し（ステップ36）、次命令のフラ
グ22が例えば１であれば（ステップ37）、命令実行に必
要な入力データ数が１で、しかも実行可能であると判断
し、次命令のランダムアクセスメモリアドレス20で指示
されるリンケージポインタ25を用いて、その命令のアド
レスを待ちキュー11に登録する（ステップ40）（矢印
（11））。また、もし次命令のフラグ22が０であれば、
命令実行に必要な入力データ数が２以上であるため、ラ
ンダムアクセスメモリアドレス20で指示されるカウンタ
26を−１し（ステップ38）、もしカウンタ26が０であれ
ば、その命令が実行可能であると判断して、前述のよう
にその命令アドレスを待ちキュー11に登録する（ステッ
プ40）（第１図の矢印（11））。また、カウンタ26が０
でなければ、何もしない。さらに、出力通知先アドレス
24が複数存在すれば、前述の処理を出力通知先アドレス
数分だけ繰り返す（ステップ36〜ステップ41）。そし
て、全ての出力通知先アドレス24への出力データの通知
が終了すると、待ちキュー11が実行すべき命令アドレス
が登録されているか否かの判定処理（ステップ32）に戻
る。命令アドレスが登録されていれば、前記命令実行処
理（ステップ33〜ステップ35）を繰り返す。一方、待ち
キュー11に登録されている命令アドレスがなければ（ス
テップ32）、実行すべき命令がないものと判断して、デ
ータ駆動命令実行制御部12は交換接続要求解析部10に制
御を戻し（矢印（12））、その接続処理を終了する。

このように、本実施例においては、命令実行に必要な
入力データの到着を示すカウンタの初期設定を、プログ
ラムローディング時に行う必要がなく、プログラム実行
時に行えばよいので、システムの立ち上げ時間を短縮す
ることが可能であり、また再開処理の時も短縮すること
が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、命令の実行に
必要な入力データ数が１か、２以上かを示すフラグを設
けて、入力データ数が１である命令の判定処理を効率的
に行うことができるので、命令実行の性能を向上させる
ことが可能であり、特に命令実行に必要な入力データ数
が１である命令を多く含むプログラムにおいて、非常に
有効である。また、上記フラグの値は、プログラム実行
時に書き換えられることがないため、読み出し専用メモ
リに格納でき、従ってプログラムの破壊から防止するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すデータ駆動型制御方法
の機能ブロック図、第２図は従来のデータフローグラフ
の説明図、第３図は本発明のデータフローグラフを適用
する電子交換機のブロック構成図、第４図は本発明の一
実施例を示すデータ駆動命令を記憶するメモリエリアの
結合図、第５図は第１図におけるデータ駆動命令実行制
御部の動作フローチャートである。 1A,1B,1C,1D:命令ノード、2:アーク、3:プロセッサ、4:
メモリ、5:通話路、6:プロセッサバス、7:電話機、8:ト
ランク、10:交換接続要求解析部、11:待ちキュー、12:
データ駆動命令実効制御部、13:演算命令処理部、14:接
続処理部、15:初期設定テーブル、20:ランダムアクセス
メモリアドレス、21:演算命令コード、22:フラグ、23:
入力データ入手先アドレス、25:リンケードポインタ、2
6:カウンタ、27:出力データ格納エリア。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各命令対応に、入力データ入手先と該入力
   データを用いた演算結果の出力通知先と該入力データが
   準備されたことを示す入力データ数カウンタとを格納し
   た記憶手段を有するデータ駆動型制御方法において、該
   記憶手段に、各命令の実行に必要な入力データ数が１あ
   るいは２以上であることを指示するフラグと、入力デー
   タ数が２以上の入力データ数カウンタと、該カウンタの
   初期値を設定するためのテーブルとを格納しておき、デ
   ータ駆動に基づいて実行される命令に順次上記入力デー
   タ入手先からデータを取り出した後、該命令対応の上記
   フラグの内容を判定して、該内容が入力データ数１のと
   きには該命令は実行可能であり、また入力データ数２以
   上のときには、入力データ数カウンタを１だけ減算し
   て、減算結果が０のとき実行可能であり、減算結果が１
   以上のとき入力データ未到着と判断し、入力データの揃
   った命令から演算を実行し、演算結果を出力通知先に通
   知することを特徴とするデータ駆動型制御方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のデータ駆動型
   制御方法において、命令実行に必要な入力データ数が２
   以上である入力データ数カウンタの初期設定テーブルに
   は、プログラム実行直前に初期値を設定することを特徴
   とするデータ駆動型制御方法。