JP2838939B2 - 並列命令実行方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は計算機の並列命令実行方
式、さらに詳しくいえば複数の命令を演算実行ユニット
に対して発行する命令ディスパッチ方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、既存の計算機との互換性を維持し
ながら複数の命令を並列に実行する計算機においては命
令実行時にハードウエア資源の競合を意識しながら複数
の命令の実行の可否を判断していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の複数の命令を実
行する計算機では上述したように複数の命令を並列実行
可能かどうかを命令実行時にハードウエアで判断してい
るので、命令デコード，命令発行（ディスパッチ）を行
う制御部のハードウエア量が多くなって、その部分の回
路ディレイが大きくなり、基本クロック周期を短くする
上で支障を来していた。例えば、整数演算ユニットと浮
動小数点演算ユニットとを１つずつ有する計算機では、
連続する２つの命令が整数演算命令と浮動小数点演算命
令であればその２つの命令は並列に実行可能である。し
かし、連続する２つの命令がともに整数命令であった
り、浮動小数点命令であれば、演算ユニット上競合が起
こり１つの命令しか同時には実行できない。

【０００４】このような判断を命令実行時にハードウエ
アで行うにはその制御部が複雑となる。さらに演算ユニ
ットの数や種類が増えた場合には、ハードウエアで充分
に並列命令実行の可能性を判断できなくなることがあり
得る。本発明の目的は演算ユニット，実行ユニットの使
用効率を向上させ、計算機全体の命令実行性能を向上さ
せることができる並列命令実行方式を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による並列命令実行方式は複数の命令実行ユニ
ットを有し、複数の命令を並列に実行することができる
計算機において、コンパイル時の解析結果にしたがい、
後続のどの命令が並列実行可能かという情報と、その並
列実行可能な複数の命令の中に含まれている分岐命令の
実行の結果に応じて複数の並列実行可能な命令の内のど
の命令の実行結果をキャンセルするのかを指定する情報
とを、命令語の中に格納する並列命令実行解析コンパイ
ラと、特別な命令で値が設定でき、並列命令実行制御を
有効または無効化する信号を並列命令実行制御伝達手段
で出力する並列命令実行制御レジスタと、前記並列命令
実行制御伝達手段の信号を入力とし、この信号に従い前
記未定義命令語を解読し並列命令実行に関する前記２種
類の制御情報をデコードし、その結果を並列命令発行信
号と命令キャンセル信号で出力する並列情報デコードユ
ニットと、前記並列命令発行信号にしたがい単一または
複数の命令を前記命令実行ユニットに発行する命令デコ
ード発行ユニットと、前記命令キャンセル信号および条
件分岐命令の実行結果にしたがい演算結果をキャンセル
することができる命令実行ユニットとから構成してあ
る。前記命令実行ユニットは分岐命令実行ユニットと整
数演算ユニットと浮動小数点演算ユニットから構成する
ことができる。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。図１は本発明による並列命令実行方式の実施
例を示すブロック図である。この実施例では説明の簡単
化のために分岐命令実行ユニット，整数演算ユニットお
よび浮動小数点演算ユニットをそれぞれ１つづつ備えた
計算機の例を説明する。並列実行可能な命令は最大３命
令である。

【０００７】命令バッファ１，並列情報デコードユニッ
ト２，命令デコード発行ユニット３を含んでおり、命令
バッファ１から命令伝達手段４により命令語が並列情報
デコードユニット２および命令デコード発行ユニット３
に出力される。並列情報デコードユニット２は命令伝達
手段４から入力される命令語が既存の計算機では未定義
であると、その中から後続の並列実行可能命令および命
令実行キャンセル指定情報を取り出して並列実行可能命
令数は並列命令発行信号５で命令デコート発行ユニット
３に伝達され、命令実行キャンセル指定は命令キャンセ
ル信号６によって各種実行ユニットに伝達される。

【０００８】命令デコート発行ユニット３は命令伝達手
段７によって命令語を分岐命令実行ユニット８，整数演
算ユニット９および浮動小数点演算ユニット１０に伝達
する。分岐命令実行ユニット８において条件分岐命令で
判定された条件の成立不成立についての情報は条件分岐
信号１１によって整数演算ユニット９および浮動小数点
演算ユニット１０に伝達される。整数演算ユニット９お
よび浮動小数点演算ユニット１０では命令キャンセル信
号６および条件分岐信号１１の指示にしたがって必要あ
れば演算結果をレジスタなどに格納しないでその実行を
キャンセルする。並列命令実行制御レジスタ１２の内容
は並列命令実行制御伝達信号１３によって並列情報デコ
ードユニット２に伝達される。

【０００９】本実施例の計算機が互換を保とうとする既
存の計算機の命令セットでは命令語の先頭に命令コード
があって、その最初の４ビットがすべて１の命令語は未
定義であったとする。本発明の請求の範囲に含まれる並
列命令実行解析コンパイラはソースプログラムをコンパ
イルした結果、オブジェクトコード内に互いに命令実行
ユニットやレジスタなどの計算機の資源で競合しない並
列実行可能な分岐命令，整数演算命令および浮動小数点
演算命令が連続していないか探す。もし、連続していれ
ば、それらの命令を並列に実行させるために、その命令
列の前に先頭の４ビットがすべて１の未定義命令を挿入
し、さらにその命令語の最下位４ビットに並列実行可能
な命令数を書き込む。例えば００１１は後続の３命令が
並列実行可能であることを表している。

【００１０】図２および図３はこの様子を示す命令列お
よび未定義命令を示す図である。図２において、ｎ番地
からｎ＋２番地の命令は整数命令，浮動小数点命令およ
び分岐命令でそれぞれ独立した命令実行ユニットを持っ
ているため互いに演算ユニットは競合しない。もし、レ
ジスタなどの資源でも競合しなければそれらは並列実行
可能である。この場合、コンパイラは図３のような未定
義命令語を生成する。本実施例では未定義命令語が先頭
にくる並列実行可能な命令列のことを命令ブロックと呼
ぶ。図２のｎ番地からｎ＋２番地までの命令語に対して
コンパイラが生成する命令ブロックを図４に示す。

【００１１】条件分岐命令の条件が成立しなかった場合
にその命令ブロックに含まれる他の命令の実行結果をキ
ャンセルする例を図５，図６および図７に示す。図は命
令語の例を表しており、複数の命令語を点線で囲んだ部
分は並列実行可能な命令ブロックを表している。ここ
で、命令ブロックの先頭の未定義命令語は記述されてい
ない。図５の例はキャンセル機能のない場合の命令ブロ
ックの様子を示している。命令ブロック２は並列に実行
できる命令がなくて分岐命令１個から構成されている。
したがって、図５の例では命令ブロック１から始まって
命令ブロック２の条件が成立して命令ブロック３を経て
命令ブロック４に至るまで４命令ブロックの実行が必要
となる。

【００１２】一方、本実施例にあるように条件分岐命令
で分岐が成立しなかった場合にその命令ブロックに含ま
れる他の命令を実行をキャンセルする機能がある計算機
では図６の例のように図５にあった命令ブロック２と命
令ブロック３を１つにまとめることができる。図５の命
令ブロック３は命令ブロック２の分岐命令の条件が成立
した場合にのみ実行される。したがって本実施例の実行
キャンセル機能を使うことにより図５の命令ブロック３
を命令ブロック２に含めることができる。このようにす
ることによって、命令ブロック１から命令ブロック４ま
でを３個の命令ブロックで実行することができる。命令
ブロックに含まれる命令は並列に実行可能であるので、
１つの命令ブロックは１マシンサイクルで実行すること
ができる。したがって図６は図５よりも１マシンサイク
ル短い時間で同じ命令を実行することができる。

【００１３】本実施例のコンパイラは図６の命令列の新
命令ブロック２に対しては図７のような命令ブロックを
オブジェクトコードとして生成する。ここでは、先頭の
未定義命令語の実行キャンセル指定のフィールドには、
もし条件分岐命令の条件が設立しない場合には２番目と
３番目の命令の実行結果をキャンセルするという意味の
指定の０１１というビット列が挿入される。この３ビッ
ト長のビット列はそれぞれビットがその命令ブロックに
含まれる並列実行可能な命令語（本実施例では最大３命
令が並列実行可能）に対応していて、そのビットの値が
１であれば、その命令ブロックに含まれている条件分岐
命令の条件が成立しない場合に対応する命令語の実行結
果をキャンセルすることを意味としている。０の場合は
その命令の実行結果はキャンセルされない。図７の命令
ブロックでは条件が成立しない場合には、その命令ブロ
ックに含まれる整数命令と浮動小数点の実行がキャンセ
ルされる。

【００１４】以下では図７の命令ブロックを例にとって
本発明による並列命令実行方式が命令を実行ユニットに
発行する様子を説明する。本実施例では命令伝達手段４
はつぎに実行されるべき命令から始まる連続する４命令
を並列情報デコードユニット２および命令デコード発行
ユニット３に出力している。ここでまず、並列命令実行
制御レジスタ１２の値が１にセットされている状態を想
定する。この場合、並列命令実行は有効化されている。
並列情報デコードユニット２は図７の命令ブロックの先
頭の未定義命令Ａをデコードして「後続する命令は並列
実行可能であり、並列実行可能な命令列の長さは３（図
７のＢ〜Ｄの３命令）で、その内２番目と３番目の命令
は条件分岐不成立時は演算結果がキャンセルされる」旨
を並列命令発行信号５および命令キャンセル信号６で命
令デコート発行ユニット３，整数演算ユニット９および
浮動小数点演算ユニット１０に伝達する。分岐命令実行
ユニット８でこのユニットでの命令実行結果は分岐条件
によってキャンセルされることはないので、命令キャン
セル信号６はキャンセルの指定を整数演算ユニット９お
よび浮動小数点演算ユニット１０にのみ伝達する。

【００１５】命令デコート発行ユニット３ではこれにし
たがって命令伝達手段４で入力された命令列からＢ〜Ｄ
の３命令を取り出しデコードし、デコード結果を命令伝
達手段７で分岐命令実行ユニット８，整数演算ユニット
９および浮動小数点演算ユニット１０に出力する。図７
の分岐命令Ｂが分岐命令実行ユニット８に、整数命令Ｃ
が整数演算ユニット９に、浮動小数点命令Ｄが浮動小数
点演算ユニット１０に出力される。このように３個の命
令が同時に演算ユニットに発行され並列に実行される。

【００１６】分岐命令実行ユニット８では分岐命令の条
件を判定しその結果を条件分岐信号１１で整数演算ユニ
ット９および浮動小数点演算ユニット１０に伝達する。
整数演算ユニット９では命令キャンセル信号６で条件不
成立時にはＣの命令演算結果をキャンセルするように浮
動小数点演算ユニット１０で命令キャンセル信号６で条
件不成立にはＤの命令演算結果をキャンセルするように
指示されているので、もし、条件分岐信号１１で条件が
成立しなければ、それぞれのユニットは演算結果をレジ
スタに格納せずに命令の実行をキャンセルする。条件が
成立すれば、演算結果は格納され、結果は生き残る。

【００１７】つぎに並列命令実行制御レジスタ１２の値
が０の場合を考える。この場合並列命令実行は無効化さ
れる。並列情報デコードユニット２は並列命令実行制御
伝達信号１３で並列命令実行が無効化されていることを
知り、未定義命令語に埋め込まれた並列実行情報を無視
して並列命令実行指示を並列命令発行信号５および命令
キャンセル信号６で伝えない。この場合、未定義命令語
は無視されて、それ以外の命令は並列に実行されること
なく逐次１命令づつ実行される。この無効化制御機能は
本計算機のハードウエアのデバッグの時などに使用され
る。並列情報デコードユニット２および命令デコート発
行ユニット３に入力された命令に未定義命令が含まれて
いない場合には並列命令実行制御レジスタの内容にかか
わらず命令は逐次１命令づつ実行される。

【００１８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は後続する
命令列が並列実行可能かどうか、可能であればどの命令
が並列実行可能かはコンパイラが判断しその結果を命令
列の中に格納することができるので、命令デコードユニ
ットのハードウエアを複雑にすることなく並列実行可能
な命令を複数個演算ユニットに発行することができる。
さらに本方式では分岐命令の後続の命令語まで含めて並
列実行可能な命令を探すことができるので、演算ユニッ
トの使用効率が向上し、計算機全体の命令実行性能を向
上させることができる。

【００１９】本発明では既存の計算機の未定義命令語を
使って並列命令実行情報を格納できるので、従来、計算
機との互換性を保ちながら並列命令実行可能な計算機を
実現することができる。また、本発明では命令列の並列
実行可能性をコイパイラが判断するので、例えば、並列
実行可能な命令数や演算ユニットの種類が多い、より複
雑な条件で並列実行可能性を判断しなければならない構
成の計算機でも本方式を応用することができる。

【００２０】本発明では条件分岐命令の条件判定に応じ
て並列実行される命令の結果をキャンセルすることがで
きる。その結果、本実施例の図５および図６に示すよう
な場合でもコンパイラが命令ブロックに並列実行可能な
命令を探し出して埋めることができ、実行ユニットの使
用効率を向上させ、性能を向上させることができる。

【００２１】本発明に含まれる並列命令実行制御レジス
タに相当する機能、すなわち計算機使用者がソフトウェ
ア制御で容易に並列命令実行を有効化および無効化でき
る機能は、本発明のような並列命令実行可能を実現する
計算機においてソフトウェアの開発を効率良く行う上で
非常に有効な機能である。特に独立ソフトウェアベンダ
ーがプログラムを開発するような最近のオープンシステ
ム環境を構築するための計算機では不可欠な機能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による並列命令実行方式の実施例を示す
ブロック図である。

【図２】命令列の例を示す図である。

【図３】並列命令実行情報を含んだ未定義命令語の例を
示す図である。

【図４】並列実行命令可能な命令ブロックの例を示す図
である。

【図５】キャンセル指定分岐命令の例を示す図で、キャ
ンセル機能のない場合の命令ブロックの様子を示してい
る。

【図６】キャンセル指定分岐命令の例を示す図で、キャ
ンセル機能がある場合の命令ブロックの様子を示してい
る。

【図７】キャンセル指定ありの命令ブロックの例を示す
図である。

【符号の説明】

１…命令バッファ ２…並列情報デコードユニット ３…命令デコート発行ユニット ４，７…命令伝達手段 ５…並列命令発行信号 ６…命令キャンセル信号 ８…分岐命令実行ユニット ９…整数演算ユニット １０…浮動小数点演算ユニット １１…条件分岐信号 １２…並列命令実行制御レジスタ １３…並列命令実行制御伝達信号

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の命令実行ユニットを有し、複数の
   命令を並列に実行することができる計算機において、 コンパイル時の解析結果にしたがい、後続のどの命令が
   並列実行可能かという情報と、その並列実行可能な複数
   の命令の中に含まれている分岐命令の実行の結果に応じ
   て複数の並列実行可能な命令の内のどの命令の実行結果
   をキャンセルするのかを指定する情報とを、命令語の中
   に格納する並列命令実行解析コンパイラと、 特別な命令で値が設定でき、並列命令実行制御を有効ま
   たは無効化する信号を並列命令実行制御伝達手段で出力
   する並列命令実行制御レジスタと、 前記並列命令実行制御伝達手段の信号を入力とし、この
   信号に従い前記未定義命令語を解読し並列命令実行に関
   する前記２種類の制御情報をデコードし、その結果を並
   列命令発行信号と命令キャンセル信号で出力する並列情
   報デコードユニットと、 前記並列命令発行信号にしたがい単一または複数の命令
   を前記命令実行ユニットに発行する命令デコード発行ユ
   ニットと、 前記命令キャンセル信号および条件分岐命令の実行結果
   にしたがい演算結果をキャンセルすることができる命令
   実行ユニットと、 から構成したことを特徴とする並列命令実行方式。
2. 【請求項２】 前記命令実行ユニットは分岐命令実行ユ
   ニットと整数演算ユニットと浮動小数点演算ユニットか
   ら構成したことを特徴とする請求項１記載の並列命令実
   行方式。