JP2749058B2 - 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、特に並列実
行が可能となつた複数の手続きを処理する場合、１つの
手続きの処理が終了するまでの他の手続きの実行を待ち
合せることで、手続き処理の実行順序による結果の非決
定性を防止したデータ・フロー・プログラムの命令制御
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

データ駆動型制御は、データフロー、すなわち被処理
データの準備状況に応じて、処理シーケンスを制御する
ものであつて、いわゆる非ノイマン型コンピユータの実
現として研究されてきた。データ駆動の原理に基いて実
行されるプログラムは、第２図で示すように、長方形ブ
ロツクの中に演算名が記載されたノード（加算，減算，
等）に対して、オペランド（データ，データアドレス，
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。このようにデータ・フロー・プログラ
ムは演算実行に必要なデータや制御の流れが２次元の図
式で表現されるため、理解性が高く、しかも、並列処理
の記述性が高い（電子通信学会誌，昭和58年２月号,PP1
91〜PP193）。そこで、並列処理単位をプロセツサ単位
に割り付けることで演算速度を上げることもできるし、
プログラムの理解性向上だけを狙うならデータ・フロー
・プログラムを従来の遂次型プロセツサで実行してもか
まわない。

ところで、遂次型プロセツサ上でデータ駆動制御を行
う方法においては、例えば、特開昭61−123937号公報に
記載されているように、並列実行可能となつた命令を待
ち合せるために１つの命令実行待ちキユーが用意されて
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、並列に実行可能状態となつた命令は１つの
命令実行待ちキユーへFIFO（フアーストイン・フアース
トアウト）形式で登録されているため、例えば、同時に
手続きＡを呼出す手続き呼出しＡ′と手続きＢを呼出す
手続き呼出しＢ′が実行可能となる場合、命令実行待ち
キユーには手続き呼出しＡ′の命令が先頭に、手続き呼
出しＢ′の命令が最後尾に登録される。従つて、命令実
行はまず手続き呼出しＡ′の命令が命令実行待ちキユー
から取り出されて、手続きＡが呼出され、その結果新た
に実行可能となつた手続きＡ内の命令が命令実行待ちキ
ユーの最後尾にある手続き呼出しＢ′の命令の後に登録
される。そして、次に、命令実行待ちキユーから手続き
呼出しＢ′の命令が取り出されて、手続きＢが呼出さ
れ、その結果新たに実行可能となつた手続きＢ内の命令
が実行待ちキユーの最後尾にある手続きＡ内の命令の後
に登録される。このため、手続きＡと手続きＢの命令が
交互に実行されてしまう。

〔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、命令実行待ち
キユー１つで命令を制御しているため、同時に複数の手
続きが並列に実行可能となる場合には、プログラム設計
時に手続きの間の実行順序や終了時刻に十分な注意を払
う必要であり、しかも、プログラムトレース時には、複
数の手続きが交互に実行されてしまうため、トレース結
果の解析に多大な工数費いやすという問題点がある。

本発明の目的は、これらの問題を解決し、１つの手続
きが終了するまでの他の並列に実行可能状態にある手続
きを待ち合せることが可能なデータ駆動型制御方法を提
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、演算処理名と入力データ入手先と該入力データ
を用いて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から構成される命
令と、実行可能状態にある命令の実行を待ち合せるため
の命令実行待ちキユーとデータ駆動の原理に基づいて命
令の実行を制御するデータ駆動命令実行制御部とを格納
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、実行中の手続きのネストレベルを指示す
るネストレベルカウンタとネストレベルカウンタの値に
対応してそれぞれに命令実行待ちキユーとを格納してお
き、該ネストレベルカウンタは手続き呼出し命令または
呼出し元へ戻るリターン命令が発生するたびに更新しつ
つ、データ駆動命令実行制御部はネストレベルカウンタ
で指示される命令実行待ちキユーから実行可能状態にあ
る命令を取り出し、命令内の演算処理名で指示される演
算を行い、演算結果により新たに実行可能状態となつた
命令をネストレベルカウンタで指示される命令実行待ち
キユーの最後尾に登録することにより、１つの手続きが
終了するまで他の並列実行可能状態にある手続きの実行
を待ち合せることを可能としたものである。

〔作用〕

本発明においては、複数の手続き呼出し命令が並列に
実行可能となつた時に、データ駆動命令実行制御部は手
続きの実行レベルを表示するネストレベルカウンタで指
示される命令実行待ちキユーに上記複数手続き呼出し命
令を登録し、次に、該命令実行待ちキユーの先頭にある
命令を取り出し、該命令が手続き呼出し命令の場合、手
続き呼出し命令処理において、ネストレベルカウンタは
＋１され、新たに実行可能となつた手続き内の命令は更
新されたネストレベルカウンタが指示される命令待ちキ
ユーに登録していく。

以後、手続き呼出し命令が実行されるたびにネストレ
ベルカウンタは＋１だけ更新されていく。また、同様
に、呼出し元へのリターン命令が実行されるたびに、ネ
ストレベルカウンタは−１される。

従つて、１つの手続き処理が始まるとネストレベルカ
ウンタが更新されるので、該手続きが終了を示すリター
ン命令が実行されるまでは、同一ネストレベルで実行可
能状態にある他の手続きの命令実行は待ち合せることが
可能になる。

〔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・フロー
・グラフの記述例を示す図である。

前述のように、第２図における演算ノード12はデータ
駆動で実行される演算命令を表わしており、ノード12の
中に演算の内容を示す演算処理名が記述され、また、ア
ーク13は命令間で授受されるデータの流路を表わしてい
る。通常のデータ・フロー・グラフの主ルーチン10は演
算ノード12とアーク13を組み合せて記述され、主ルーチ
ンから呼出される手続き11も主ルーチンと同様に演算ノ
ード12とアーク13の組み合せで記述され、階層的に記述
することが可能である。そして、命令は全てデータ駆動
に基づいて実行されるので、命令の実行に必要な入力デ
ータの全てが揃つ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ｘとｙを加算
（ADD）する命令と、ｘとｙを加算した結果を入力とし
て、手続きを呼出す命令（CALL）とから構成される。手
続き呼出し命令の入力ＡとＢは呼出す手続き名を表わし
ている。また、手続きＡで使用される演算ノード12はA₁
〜A_nで記述し、手続きＢで使用される演算ノード12はB₁
〜B_mで記述してある。

第３図は、上記第２図に示したデータ・フロー・グラ
フに対応する命令語（命令テーブル）を表現した図であ
る。

第３図における命令テープル20は、FIFOにより命令実
行を待ち合せるためのリンケージポインタ21と演算処理
内容を示す演算処理名22と入力データの入手先のアドレ
スを示す入力データ入手先23と該入力データを入力した
演算結果を出力として次命令に通知するための出力通知
先24と該命令の入力データの準備状況を表示するための
入力データ数カウンタ25と演算結果を格納するための出
力データ格納エリア26から構成される。

そして、各演算ノード12に対して、命令テーブル20が
１面ずつ用意される。また、入力データ入手先23と出力
通知24と出力データ格納エリア26は各々の個数によつて
可変となることは言までもない。なお、ADDノードの命
令を構成する各エリアだけに記号が付けられているが、
他のCALLノードの各エリアも、演算処理名22と入力デー
タ入手先23に手続き名が入つている点のみが異なるだけ
で、それ以外のエリアは全く同じであるため、記号を省
略してある。

第４図は、データ駆動制御において、並列に実行可能
となつた命令を遂次的に処理するために、命令実行を待
ち合せるための命令実行待ちキユー３の構成例を示した
ものである。第４図における命令実行待ちキユー３は、
並列に実行可能となつた複数の手続きを処理する場合
に、１つの手続き処理で終了するまで、他の手続きを待
ち合せることができるようにしてある。すなわち、命令
実行待ちキユー３は階層的に実行される手続きの実行階
層を表示するネストレベルカウンタ２で指示される階層
分だけ用意し、各階層に対応する命令実行待ちキユーは
キユーに登録された先頭の命令のアドレスを示す先頭ア
ドレスポインタ30とキユーに登録された最後尾の命令の
アドレスを示す最終アドレスポインタ31から構成され
る。そして、実行可能となつた命令テーブル20は各命令
のリンケージポインタ21を使用して、ネストレベルカウ
ンタ２で指示される命令実行待ちキユー３に登録する。
なお、この例では命令テーブルのリンケージをとるため
に命令アドレスを用いたが、命令テーブルが識別可能な
番号であつてもさしつかえない。

第１図は、本発明の一実施例を示すデータ駆動型制御
方法の機能ブロツク図である。

第１図において、５は演算ノードやアークで表現され
たデータ・フロー・プログラム、２は実行中の手続きの
階層レベルを表示するネストレベルカウンタ、３は並列
に実行可能となつた命令の実行を待ち合せるための命令
実行待ちキユー、４は命令内の演算処理名で指示される
演算を行う演算処理部、１はデータ・フロー表現された
プログラム命令を、データ駆動で実行するデータ駆動命
令実行制御部である。

第５図は、第１図におけるデータ駆動命令実行制御部
の動作フローチヤートであり、第６図は第２図における
ADD命令を実行し、その結果２つの手続き呼出し命令が
実行可能状態となつた場合のネストレベルカウンタと命
令実行待ちキユーの状態を表わす例を示し、第７図は第
２図における手続きＡを呼出すCALL命令を実行し、その
結果手続きＡ内の命令A₁が実行可能状態となつた場合の
ネストレベルカウンタと命令実行待ちキユーの状態を表
わす例である。

次に、第５図と第６図および第７図により、第１図の
機能ブロツクと第３図の命令実行の動作と第４図のネス
トレベルカウンタと命令実行待ちキユーの動作を説明す
る。

先ず、データ駆動命令実行制御部１は、実行すべきデ
ータ・フロー・プログラム５内の命令の入力データ数カ
ウンタ25とネストレベルカウンタ２と命令実行待ちキユ
ー３の先頭アドレスポインタ30と最終アドレスポインタ
31を初期設定する（ステツプ41）（第１図の矢印
（ａ））。そして、一番初めに実行すべき命令のアドレ
スをネストレベルカウンタ２で指示される命令実行待ち
キユー３に登録する（ステツプ42）（第１図の矢印
（ｂ））。次にネストレベルカウンタ２で指示される命
令実行待ちキユー３に実行可能な命令があれば（ステツ
プ43,44）（第１図の矢印（ｃ））、命令実行待ちキユ
ー３から先頭の命令アドレスを取り出した後、先頭アド
レスポインタ30と必要があれば最終アドレスポインタ31
を更新し（ステツプ45）、取り出した命令内の演算処理
名22で定まる演算処理部４を決定して、その命令アドレ
スを演算処理部４に引き継ぎ、演算処理部４を起動す
る。起動を受けた演算処理部４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23から入力データ
を入手し、その入力データを用いて所定の演算を行い、
演算結果を出力データ格納エリア26に格納する（ステツ
プ46）（第１図の矢印（ｄ））。そして、データ駆動命
令制御部１へ制御を戻す（第１図の矢印（ｅ））。

次に、データ駆動命令制御部１は処理中の命令内で指
示される出力通知先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入力データ数カウン
タ25を用いて更新し（ステツプ47,48）、次命令の実行
に必要な全ての入力データが揃えば（ステツプ49）、次
命令のアドレスをネストレベルカウンタ２で指示される
命令実行待ちキユー３の最終アドレスポインタ31で指示
される命令の次に登録するために最終アドレスポインタ
31とリンケージポインタ21を更新する（ステツプ50）。
また、次命令の入力データが全て揃わなければ何もしな
い。さらに、出力通知先24が複数あれば前述の処理を繰
り返す（ステツプ47〜ステツプ50）。

そして、全ての出力通知先24への出力データの通知が
終了すると、命令実行待ちキユー３に実行すべき命令ア
ドレスが登録されているか否かの判定処理（ステツプ4
3,ステツプ44）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（ステツプ45〜ステツプ50）を繰
り返す。一方、命令実行待ちキユー３に登録されている
命令アドレスがなければ、実行すべき命令がないものと
判断してデータ・フロー・プログラムの処理を終了す
る。

次に、第２図のおけるデータ・フロー・プログラムの
命令実行について、第６図と第７図を用いて詳述する。

前述したように、データ駆動命令実行制御部１は、第
２図における主ルーチン10の実行において、ネストレベ
ルカウンタ２を初期設定（例えば、０）し、一番初めに
実行すべき命令、すなわち、ADD命令をネストレベルカ
ウンタ２で指示される命令実行待ちキユー３に登録した
後、該ADD命令を命令実行待ちキユー３から取り出し、
命令の実行を行う。そして、該ADD命令の演算結果を手
続きＡと手続きＢを呼出す２つの手続き呼出し命令に通
知する。その際、手続きを呼出すための手続き名は固定
的に与えられている。（第２図の手続は呼出し命令（CA
LL）の入力であるＡとＢ）ので、該ADD命令の演算結果
が前記２つの手続き呼出し命令に通知されると同時に２
つの手続き呼出し命令が実行可能状態となり、データ駆
動命令実行制御部１は該手続き呼出し命令を命令実行待
ちキユー３へ登録する。

そのネストレベルカウンタ２と命令実行待ちキユー３
の状態を第６図に示す。そして、次に、第６図の状態に
おいて、データ駆動命令実行制御部１により、命令実行
待ちキユー３から、手続きＡを呼出す手続き呼出し命令
が取り出され、手続きＡが呼出される。この手続きを呼
出す処理の過程がネストレベルカウンタ２は＋１だけ更
新され、手続きＡ内の命令の入力データ数カウンタ25が
初期設定された後、ネストレベルカウンタ２で指示され
る命令実行待ちキユー３に手続きＡの一番最初に実行す
べき命令（第２図ではA₁）が登録される（第７図）。

以後、ネストレベルカウンタ２が更新されるまでは、
手続きＡの命令が先立つて実行され、手続きＢの呼出し
命令の実行が待ち合せられる。なお、手続きＡから主ル
ーチンに戻るためのリターン命令が実行されるとネスト
レベルカウンタ２は−１だけ更新される。そして、待ち
合せていた手続きＢを呼出す命令が実行される。

このように、本実施例においては、並列に実行可能状
態となつた複数の手続きを実行する場合、１つの手続き
処理が終了するまで他の手続き処理を待ち合せることが
できるため、大局的な並列性と局所的な並列性を無差別
に明示したり、実行したりすることがなくなり、プログ
ラムの理解性やテスト効率の向上が図れる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、複数の手続き
が並列に実行可能状態になつても、手続きの生起・終了
のシケースを保証することができるため、手続き内での
局所的な並列性と主ルーチンにおける大局的な並列性が
無差別に明示されたり、実行されたりすることがなくな
り、プログラムの理解性向上やプログラムのトレース時
間の削減が可能になる。

【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
の機能ブロツク図、第２図は本発明で使用するデータ・
フロー・グラフの説明図、第３図は本発明の一実施例を
示すデータ駆動命令の結合図、第４図は本発明の一実施
例を示すネストレベルカウンタと命令実行待ちキユーの
関係を示す説明図、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ヤート、第６図は第２図
のデータ・フロー・プログラムの実行過程におけるネス
トレベルカウンタと命令実行待ちキユーの関係の説明
図、第７図は第２図のデータ・フロー・プログラムの実
行過程におけるネストレベルカウンタと命令実行待ちキ
ユーの関係の説明図である。 １……データ駆動命令実行制御部、２……ネストレベル
カウンタ、３……命令実行待ちキユー、４……演算処理
部、５……データ・フロー・プログラム、6,10……主ル
ーチン、11……手続き、12……演算ノード、13……アー
ク、20……命令テーブル、21……リンケージポインタ、
22……演算処理名、23……入力データ入手先、24……出
力通知先、25……入力データ数カウンタ、26……出力デ
ータ格納エリア、30……先頭アドレスポインタ、31……
最終アドレスポインタ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】演算処理名と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から構成され
   る命令と実行可能状態となつた命令の実行を持ち合せる
   ための命令実行待ちキユーとデータ駆動の原理に基づい
   て命令の実行を制御するデータ駆動命令実行制御部とこ
   れらを格納する記憶手段とを有するデータ駆動制御方法
   において、実行中の手続きのネストレベルを指示するネ
   ストレベルカウンタとネストレベルカウンタの値に対応
   してそれぞれに命令実行待ちキユーとを該記憶手段に具
   備し、該ネストレベルカウンタは手続き呼出し命令また
   は呼出し元へ戻るリターン命令が発生するたびに更新し
   つつ、データ駆動命令実行制御部はネストレベルカウン
   タで指示される命令実行待ちキユーから実行可能状態と
   なつた命令を取り出し、命令内の演算処理名で指示され
   る演算を行い、演算結果により新たに実行可能状態とな
   つた命令をネストレベルカウンタで指示される命令実行
   待ちキユーの最後尾へ登録することにより、１つの手続
   きが終了まで他の並列に実行可能状態となつた手続きの
   実行を待ち合せるようにしたことを特徴とするデータ駆
   動型制御方法。