JP2842958B2 - パイプライン計算機の同期方法及びそれを実現したパイプライン計算機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の命令パイプライ
ンを持つパイプライン計算機における各命令パイプライ
ンの同期方法及びそれを実現したパイプライン計算機に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、計算機の高速化のためにベクトル
コンピュータ等の手法や複数の命令パイプラインを備え
たパイプライン計算機が取り入れられている。このよう
な手法はマイクロプロセッサ等にも取り入れることがで
きるが、マイクロプロセッサ等のＶＬＳＩにおいては、
限られた面積に集積しなければならないという制約か
ら、ベクトルコンピュータの手法をそのまま取り入れる
ことはできない。また、複数の命令パイプラインを設け
る場合にしても、たとえば整数・論理演算用の命令パイ
プラインと浮動小数点演算用の命令パイプラインを独立
して設ける等、異種の命令パイプラインを設けるという
要求がある。しかしながら、このように異種の命令パイ
プラインを設けたパイプライン計算機においては、それ
ぞれの命令パイプラインにおける命令の実行時間が異な
る場合がある。このような場合には、実際の命令実行の
順序は多少順序が入れ換わってもよいが、各時刻におけ
る計算機のレジスタの内容はそれぞれの命令が順番に実
行されたのと同じ順序で結果を書き換えなければならな
い。このような要求は、特に例外が発生したある時点で
の命令の実行を中断しなければならないような場合に重
要な問題になってくる。このように、複数の命令パイプ
ラインの間での命令実行終了の順序を制御することを、
パイプライン間の同期をとるという。

【０００３】複数の命令パイプラインを持つ計算機の従
来の技術による同期方法については、例えば「並列計算
機」R.W.Hockney ，C.R.Jesshope共著、奥川峻史・黒住
祥祐共訳、共立出版（株）1984、p.24に記述されてい
る。ここでは、従来の技術として次のものが挙げられて
いる。

【０００４】 非同期：それぞれの被制御ユニットが
同期されておらず、それぞれのユニットの間の通信は、
フラッグとハンドシェイクとにより行われる。

【０００５】 水平型制御：１つの複合命令が各クロ
ック周期で異なったユニットのセットの動作を制御す
る。この方式では、図１５に示されるように、比較的長
い命令１００を多数の演算器制御フィールド１０１に分
割し、それぞれのフィールド１０１で演算器１０３を独
立に制御することにより、各演算器１０３の同期を実現
している。この方式では、制御装置が単純化でき、並列
演算器の数であるｎに近い並列度が得られるときに高速
処理を達成できるが、並列度が低いときには演算器制御
フィールド１０１に遊びができ、つまりその他のフィー
ルド１０２が存在することになり、命令のビット使用率
が低下する。また、並列演算の可能性を実行時に判定す
るか或いは命令のコンパイル時に抽出する等の準備が必
要である。そのため、それぞれの演算器の演算結果に応
じてそれぞれの演算器の制御を決定するという動作を行
う場合、命令の組換えを行った後にその命令を改めてデ
コードすることが必要となり、そのための余分な時間を
必要とする。詳しくは、例えば「ＶＬＳＩコンピュータ
Ｉ」元岡達編、岩波書店、1984、p. 50 に述べられてい
る。

【０００６】 ロックステップ：同一のプロセッサの
セットが、同時に同じ演算を実行するよう同期的に制御
されている。

【０００７】 準備完了時送出：要求されるユニット
やレジスタが自由になればすぐに実行ユニットに命令を
送る。

【０００８】また、これらの従来の技術とは別に、複数
の命令パイプラインを持つ計算機の同期方法として、特
願平１ー２４８３２８号明細書及び図面の中に開示され
ているように、主となる命令パイプラインと従となる命
令パイプラインとの２つの命令パイプラインにより構成
されるパイプライン計算機において、従となる命令パイ
プラインで処理される命令をも主となる命令パイプライ
ンに同時に供給し、主となる命令パイプラインでのその
命令の動きを追跡することにより、その命令の前後に供
給された命令との同期をとり、従となる命令パイプライ
ンにおける命令の進行を制御しようとするものがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来技術の各々
を見た場合、のハンドシェイクによる方法は、ハンド
シェイク自身のために要する時間が必要であり、高速の
同期機構を実現するには不適当な方法である。また、
の水平型制御方式においては、全てが１つの水平型命令
により制御されるため、それぞれのユニットが独立に動
作することが困難であり、それぞれの演算器を独立に動
作させることができない。のロックステップ方式にお
いては、それぞれのユニットが同一であることが必要で
あり、ユニットが同一でない場合には適用不可能であ
る。また、たとえそれぞれのユニットが同一であるとし
ても、それぞれのユニットが独立にそれぞれ異なった動
作を行っている場合には、この方式は適用することがで
きない。

【００１０】また、特願平１ー２４８３２８号明細書及
び図面に書かれている同期方法においては、従となる命
令パイプラインで処理される命令をも主となる命令パイ
プラインに供給するので、主となる命令パイプラインの
あるステージがそのパイプラインで処理されない命令に
よって占有されることとなり、主となる命令パイプライ
ンでの処理に１ステージの無駄ができる。

【００１１】すなわち、従来の技術では、無駄な時間を
費やすことなく独立して動作する異なった命令パイプラ
イン間の高速同期を取ることが困難であるほか、複数の
命令パイプラインで効率良く処理を行うことができな
い。

【００１２】本発明はかかる点に鑑み、複数の命令パイ
プラインを持った計算機において、それぞれの命令パイ
プラインの独立した動作を可能としながら、また同期の
ための無駄な時間を必要とすることなく少ないハードウ
ェアでそれぞれの命令パイプライン間の同期をとるほ
か、効率良く命令の処理を行うことができるパイプライ
ン計算機の同期方法と、それを実現したパイプライン計
算機とを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明では、ｎ段のステージからなる第
１の命令パイプラインと、ｍ段のステージからなる第２
の命令パイプラインとを備えたパイプライン計算機の同
期方法として、以下のステップを有するものとする。

【００１４】すなわち、この方法では、第１の命令が前
記第１又は第２のどちらの命令パイプラインで処理する
ものであるか、及び前記第１の命令の進行が前記第１の
命令より先に前記第１又は第２の命令パイプラインに供
給された第２の命令の進行との同期を必要とするかを解
読する第１のステップと、この第１のステップの結果に
よって前記第１又は第２の命令パイプラインに前記第１
の命令を供給する第２のステップと、前記第１の命令の
進行が前記第２の命令の進行との同期を必要としないと
きに、前記第１の命令が前記第１又は第２の命令パイプ
ラインを独自に進行する第３のステップとを有する。

【００１５】また、前記第１の命令の進行が前記第２の
命令の進行との同期を必要とするときに、前記第１の命
令パイプラインの第ｉ番目（ｉ≦ｎ）のステージと前記
第２の命令パイプラインの第ｊ番目（ｊ≦ｍ）のステー
ジにおいて、前記第１の命令の進行が前記第２の命令の
進行との同期を確保するために、前記第１の命令が前記
第１の命令パイプラインを進行する場合にあっては、前
記第２の命令が前記第１の命令パイプラインを進行する
とき第ｉ番目のステージを通過すること、並びに前記第
２の命令パイプラインを進行するとき第ｊ番目のステー
ジを通過するか又は第ｊ番目のステージに達することを
監視する第４のステップと、前記第４のステップの条件
が満たされるまで前記第１の命令における前記第１の命
令パイプラインの第ｉ番目のステージの進みを止める第
５のステップとを有するものとし、一方、前記第１の命
令が前記第２の命令パイプラインを進行する場合にあっ
ては、前記第２の命令が、前記第１の命令パイプライン
を進行するとき第ｉ番目のステージを通過するか又は第
ｉ番目のステージに達すること、並びに前記第２の命令
パイプラインを進行するとき第ｊ番目のステージを通過
することを監視する第６のステップと、前記第６のステ
ップの条件が満たされるまで前記第１の命令における前
記第２の命令パイプラインの第ｊ番目のステージの進み
を止める第７のステップとを有するものとする。

【００１６】さらに、前記第２の命令との同期が確保で
きたために、前記第１の命令が前記第１又は第２の命令
パイプラインを独自に進行する第８のステップを有する
構成とする。

【００１７】このように、どちらの命令パイプラインで
命令が処理される場合においても、各命令パイプライン
を進行する命令がそれぞれ両方の命令パイプラインに取
り込まれている全ての命令のうち自分は何番目かという
情報を保持しており、その情報を監視することによって
第１又は第２の命令パイプラインを進行する命令が制御
され、２つの命令パイプラインに取り込まれた各命令に
おける進行の同期を実現するものである。

【００１８】請求項２の発明では、ｎ段のステージから
なる第１の命令パイプラインと、ｍ段のステージからな
る第２の命令パイプラインと、ｋ段のステージからなる
第３の命令パイプラインとを備えたパイプライン計算機
の同期方法として、以下のステップを有するものとす
る。

【００１９】すなわち、この方法では、第１の命令が前
記第１、第２又は第３のどの命令パイプラインで処理す
るものであるか、及び前記第１の命令の進行が前記第１
の命令より先に前記第１、第２又は第３の命令パイプラ
インに供給された第２の命令の進行との同期を必要とす
るかを解読する第１のステップと、この第１のステップ
の結果によって前記第１、第２又は第３の命令パイプラ
インに前記第１の命令を供給する第２のステップと、前
記第１の命令の進行が前記第２の命令の進行との同期を
必要としないときに、前記第１の命令が前記第１、第２
又は第３の命令パイプラインを独自に進行する第３のス
テップとを有する。

【００２０】また、前記第１の命令の進行が前記第２の
命令の進行との同期を必要とするときに、前記第１の命
令パイプラインの第ｉ番目（ｉ≦ｎ）のステージと前記
第２の命令パイプラインの第ｊ番目（ｊ≦ｍ）のステー
ジと前記第３の命令パイプラインの第ｘ番目（ｘ≦ｋ）
のステージとにおいて、前記第１の命令の進行が前記第
２の命令の進行との同期を確保するために、前記第１の
命令が前記第１の命令パイプラインを進行する場合にあ
っては、前記第２の命令が前記第１の命令パイプライン
を進行するとき第ｉ番目のステージを通過すること、前
記第２の命令パイプラインを進行するとき第ｊ番目のス
テージを通過するか又は第ｊ番目のステージに達するこ
と、並びに前記第３の命令パイプラインを進行するとき
第ｘ番目のステージを通過するか又は第ｘ番目のステー
ジに達することを監視する第４のステップと、前記第４
のステップの条件が満たされるまで前記第１の命令にお
ける前記第１の命令パイプラインの第ｉ番目のステージ
の進みを止める第５のステップとを有する。また、前記
第１の命令が前記第２の命令パイプラインを進行する場
合にあっては、前記第２の命令が、前記第１の命令パイ
プラインを進行するとき第ｉ番目のステージを通過する
か又は第ｉ番目のステージに達すること、前記第２の命
令パイプラインを進行するとき第ｊ番目のステージを通
過すること、並びに前記第３の命令パイプラインを進行
するとき第ｘ番目のステージを通過するか又は第ｘ番目
のステージに達することを監視する第６のステップと、
前記第６のステップの条件が満たされるまで前記第１の
命令における前記第２の命令パイプラインの第ｊ番目の
ステージの進みを止める第７のステップとを有し、ま
た、前記第１の命令が前記第３の命令パイプラインを進
行する場合にあっては、前記第２の命令が、前記第１の
命令パイプラインを進行するとき第ｉ番目のステージを
通過するか又は第ｉ番目のステージに達すること、前記
第２の命令パイプラインを進行するとき第ｊ番目のステ
ージを通過するか又は第ｊ番目のステージに達するこ
と、並びに前記第３の命令パイプラインを進行するとき
第ｘ番目のステージを通過することを監視する第８のス
テップと、前記第８のステップの条件が満たされるまで
前記第１の命令における前記第３の命令パイプラインの
第ｘ番目のステージの進みを止める第９のステップとを
有するものとする。

【００２１】さらに、前記第２の命令との同期が確保で
きたために、前記第１の命令が前記第１、第２又は第３
の命令パイプラインを独自に進行する第１０のステップ
を有する構成とする。

【００２２】請求項３の発明では、前記した同期方法を
実現するパイプライン計算機として、複数のステージか
らなる第１の命令パイプラインと、複数のステージから
なる第２の命令パイプラインと、前記第１の命令パイプ
ラインを制御する第１の命令パイプライン制御部と、前
記第２の命令パイプラインを制御する第２の命令パイプ
ライン制御部と、命令供給部より供給される命令を解読
する命令解読部とを有するものとする。

【００２３】さらに、計算機は、解読された第１の命令
が前記第１又は第２の命令パイプラインの最初のステー
ジに進むとき、その最初のステージに備えられた情報一
時保持手段の値となる、前記第１の命令の進行が前記第
１の命令より先に前記第１又は第２の命令パイプライン
に供給された第２の命令の進行との同期を必要とする
か、並びに前記第１の命令が前記第１又は第２の命令パ
イプラインにおいて処理されておりまだ前記第１又は第
２の命令パイプラインにおける同期をとるステージまで
進んでいない命令の中で何番目の命令であるかという情
報を生成する初期情報生成部と、前記第１の命令が前記
第１の命令パイプラインを進行するとき、前記第１の命
令パイプラインの各ステージに備えられた第１の情報一
時保持手段と前記第２の命令が前記第１又は第２の命令
パイプラインの同期をとるステージに進行する毎に前記
第１の命令パイプラインを進行する前記第１の命令の前
記情報を更新する第１の情報生成回路により構成された
第１の情報保持手段と、前記第１の命令が前記第２の命
令パイプラインを進行するとき、前記第２の命令パイプ
ラインの各ステージに備えられた第２の情報一時保持手
段と前記第２の命令が前記第１又は第２の命令パイプラ
インの同期をとるステージに進行する毎に前記第２の命
令パイプラインを進行する前記第１の命令の前記情報を
更新する第２の情報生成回路により構成された第２の情
報保持手段とを有する。

【００２４】請求項４の発明では、前記した同期方法を
実現するパイプライン計算機として、複数のステージか
らなる第１の命令パイプラインと、複数のステージから
なる第２の命令パイプラインと、複数のステージからな
る第３の命令パイプラインと、前記第１の命令パイプラ
インを制御する第１の命令パイプライン制御部と、前記
第２の命令パイプラインを制御する第２の命令パイプラ
イン制御部と、前記第３の命令パイプラインを制御する
第３の命令パイプライン制御部と、命令供給部より供給
される命令を解読する命令解読部とを有するものとす
る。

【００２５】さらに、計算機は、解読された第１の命令
が前記第１、第２又は第３の命令パイプラインの最初の
ステージに進むとき、その最初のステージに備えられた
情報一時保持手段の値となる、前記第１の命令の進行が
前記第１の命令より先に前記第１、第２又は第３の命令
パイプラインに供給された第２の命令の進行との同期を
必要とするか、並びに前記第１の命令が前記第１、第２
又は第３の命令パイプラインにおいて処理されておりま
だ前記第１、第２又は第３の命令パイプラインにおける
同期をとるステージまで進んでいない命令の中で何番目
の命令であるかという情報を生成する初期情報生成部
と、前記第１の命令が前記第１の命令パイプラインを進
行するとき、前記第１の命令パイプラインの各ステージ
に備えられた第１の情報一時保持手段と前記第２の命令
が前記第１、第２又は第３の命令パイプラインの同期を
とるステージに進行する毎に前記第１の命令パイプライ
ンを進行する前記第１の命令の前記情報を更新する第１
の情報生成回路により構成された第１の情報保持手段
と、前記第１の命令が前記第２の命令パイプラインを進
行するとき、前記第２の命令パイプラインの各ステージ
に備えられた第２の情報一時保持手段と前記第２の命令
が前記第１、第２又は第３の命令パイプラインの同期を
とるステージに進行する毎に前記第２の命令パイプライ
ンを進行する前記第１の命令の前記情報を更新する第２
の情報生成回路により構成された第２の情報保持手段
と、前記第１の命令が前記第３の命令パイプラインを進
行するとき、前記第３の命令パイプラインの各ステージ
に備えられた第３の情報一時保持手段と前記第２の命令
が前記第１、第２又は第３の命令パイプラインの同期を
とるステージに進行する毎に前記第３の命令パイプライ
ンを進行する前記第１の命令の前記情報を更新する第３
の情報生成回路により構成された第３の情報保持手段と
を有する。

【００２６】前記情報生成回路として情報フラグ生成回
路、情報一時保持手段として情報保持用のラッチ群を用
いている。

【００２７】

【作用】本発明は上述の構成において、それぞれの命令
パイプラインの独立した動作を可能としながら、それぞ
れの命令パイプラインに設けられ、他の命令パイプライ
ンとの同期が必要か、またそれぞれの命令パイプライン
で処理されており、未だ同期をとるステージに達してい
ない命令のうち自分は何番目かという情報を保持する情
報保持手段内の情報一時保持手段の値により、それぞれ
の命令パイプラインを進む命令の同期をとってそれらの
進行を制御するものである。また、一方の命令パイプラ
インで処理されているある命令が同期をとるステージに
進もうとしているとき、他方の命令パイプラインで処理
されているその命令より先に命令供給部から供給された
命令が同期をとるステージに進む場合は、一度に両方の
命令が同期をとるステージに進む。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２９】（実施例１）図１及び図２はそれぞれ本発
明の実施例１を説明するためのフローチャート図及びブ
ロック図であり、これらを利用してパイプライン計算機
の同期方法を説明する。

【００３０】図２に示すような第１の命令パイプライン
１０及び第２の命令パイプライン１１を持つパイプライ
ン計算機においては、ある命令が供給されると、まず、
その命令がどのような命令であるか、どのパイプライン
で処理される命令であるかが解読され（図１のステップ
１００１）、その解読された結果によって解読した命令
をその命令の処理を行うパイプラインへ供給する（同ス
テップ１００２）。第１の命令パイプライン１０又は第
２の命令パイプライン１１を進行するその命令は、その
命令より先に第１の命令パイプライン１０及び第２の命
令パイプライン１１に供給された命令との同期が必要で
ない場合には、独自に命令パイプライン中を進行して
（同ステップ１００３，１００４）、その実行を終え
る。同期が必要な場合には、その命令より先に第１の命
令パイプライン１０及び第２の命令パイプライン１１に
供給された命令が、同期をとるステージ、例えば第１の
命令パイプラインの第３ステージ１１３と第２の命令パ
イプラインの第４ステージ１２４とを通過しているか、
又はそれらのステージに進むかが監視され（同ステップ
１００３，１００５）、同期が確保できないときは、命
令パイプライン中の進行を停止する（同ステップ１００
６）。一方、先に供給された命令との同期が確保できる
と、その命令は独自に命令パイプライン中を進行して
（同ステップ１００７）、その実行を終了する。

【００３１】以上の同期方法を図２を用いて実例を挙げ
て説明する。第１の命令パイプライン１０は第１〜第３
のステージ１１１〜１１３を有し、第２の命令パイプラ
イン１１は第１〜第４のステージ１２１〜１２４を有す
る。第１の命令パイプライン１０及び第２の命令パイプ
ライン１１のそれぞれのステージは、そこを進行する命
令が両命令パイプラインで処理される命令中の何番目
か、また前後の命令との同期が必要であるかという情報
を保持する情報保持要素手段を備えている。命令供給部
２０から供給される命令は命令解読部２１において解読
され、解読された結果に基づいてその命令が処理される
命令パイプラインに供給される。今、４つの命令Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄが順に供給され、この４つの命令のうち命令
Ａ及び命令Ｃが第１の命令パイプライン１０で実行さ
れ、命令Ｂ及び命令Ｄが第２の命令パイプライン１１で
実行されるものとし、命令Ａ，Ｂ，Ｃの３つの命令が前
後の命令との同期を必要とするものであり、命令Ｄは同
期を必要としないものとする。まず、命令Ａが命令解読
部２１に供給され、この命令が第１の命令パイプライン
１０で実行されるものであることが判ると、命令Ａは第
１の命令パイプライン１０に取り込まれ、両命令パイプ
ラインで処理される命令中の１番目であるという情報を
保持しながら実行を開始する。次に、命令Ｂが命令解読
部２１に供給され、命令Ａと同じようにどちらの命令パ
イプラインで処理するものであるかが判断される。この
場合、命令Ｂは第２の命令パイプライン１１に取り込ま
れ、両命令パイプラインで処理される命令中の２番目で
あるという情報を保持しながら実行を開始する。このと
き、命令Ａは独自に第１の命令パイプライン１０を進行
している。続いて、命令Ｃが命令解読部２１に供給及び
解読されて、第１の命令パイプライン１０に取込可能で
ある場合（命令Ａが第２ステージ１１２又はそれより先
を進行する場合）、命令Ｃは第１の命令パイプライン１
０に取り込まれ、両命令パイプラインで処理される命令
中の３番目であるという情報を保持しながら実行を開始
する。このとき、命令Ａは第１の命令パイプライン１０
を、また命令Ｂは第２の命令パイプライン１１をそれぞ
れ独自に進行している。さらに命令Ｄが命令解読部２１
に供給及び解読されて、第２の命令パイプライン１１に
取込可能である場合（命令Ｂが第２ステージ１２２又は
それより先を進行する場合）、命令Ｄは第２の命令パイ
プライン１１に取り込まれ、両命令パイプラインで処理
される命令中の４番目であるという情報を保持しながら
実行を開始する。このとき、命令Ａ及び命令Ｃは第１の
命令パイプライン１０を、また命令Ｂは第２の命令パイ
プライン１１をそれぞれ独自に進行している。

【００３２】ここで、先にも述べたように、両命令パイ
プラインが第１の命令パイプライン１０の第３ステージ
１１３と第２の命令パイプライン１１の第４ステージ１
２４とにおいて同期をとるものであるとし、図２に示す
ように４つの命令Ａ〜Ｄが両命令パイプライン中の各ス
テージを進行しているとする。命令Ａは既に同期をとる
ステージ１１３に進んでいるので、この状態においては
命令Ｂが両命令パイプラインで処理され、かつ同期をと
るステージまで進んでいない命令中の１番目という情報
を、命令Ｃが２番目という情報を、また命令Ｄが３番目
という情報をそれぞれ保持しながら処理を続けている。
命令Ａが第３ステージ１１３での処理を終えて第１の命
令パイプライン１０の外に出るのと同時に、命令Ｃが第
２ステージ１１２での処理を終えて第３ステージ１１３
に進もうとするとき、命令Ｃは同期をとるステージまで
進んでいない命令中の２番目であるので、１番目である
命令Ｂが既に第２の命令パイプライン１１の第３ステー
ジ１２３での処理を終えて第４ステージ１２４に進んで
いるか又は進むときでないと命令Ｂとの同期が確保され
ず、命令Ｃは第２ステージ１１２に留まったままとな
る。命令Ｂが第２の命令パイプライン１１の第３ステー
ジ１２３での処理を終えて第４ステージ１２４に進む
と、命令Ｃは同期が確保できると同時に第３ステージ１
１３に進んで処理を続け、命令Ｄはその前後に供給され
た命令の進行にかかわらず独自にその処理を続ける。

【００３３】この実施例の方法によれば、それぞれの命
令パイプラインに供給される命令は、各命令間の同期が
必要となるまではそれぞれの命令パイプライン中を独自
に進行するとともに、その命令の前後に供給される命令
との同期が必要であるか、またその命令が同期をとるス
テージに進んでいない命令中の何番目であるかという情
報を基に、簡単に各パイプライン中を進行する命令の同
期をとり、また、ある命令が同期をとるステージに進も
うとするとき、その命令より先に他方のパイプラインに
供給されている命令が同期をとるステージに進むと同時
に進むことができるという点で、パイプライン計算機に
おける多大な構成上の簡略化と処理上の効率化とが図れ
る。こういったことから、その実用的効果は非常に大き
い。

【００３４】（実施例２）本発明の実施例１において説
明した２つの命令パイプラインを持つパイプライン計算
機だけでなく、３つの命令パイプラインを持つパイプラ
イン計算機においても同じような同期方法が実現でき
る。図３は本発明の実施例２を説明するためのブロック
図であり、この図と先の図１とを利用して３つの命令パ
イプラインを持つパイプライン計算機の同期方法を説明
する。

【００３５】図３に示すような第１の命令パイプライン
１０、第２の命令パイプライン１１及び第３の命令パイ
プライン１２の３つの命令パイプラインを持つパイプラ
イン計算機においては、ある命令が供給されると、ま
ず、その命令がどのような命令であるか、どのパイプラ
インで処理される命令であるかが解読され（図１のステ
ップ１００１）、その解読された結果によって解読した
命令をその命令の処理を行うパイプラインへ供給する
（同ステップ１００２）。第１の命令パイプライン１
０、第２の命令パイプライン１１又は第３の命令パイプ
ライン１２を進行するその命令は、その命令より先に第
１の命令パイプライン１０、第２の命令パイプライン１
１及び第３の命令パイプライン１２に供給された命令と
の同期が必要でない場合には、独自に命令パイプライン
中を進行して（同ステップ１００３，１００４）、その
実行を終える。同期が必要な場合には、その命令より先
に第１の命令パイプライン１０、第２の命令パイプライ
ン１１及び第３の命令パイプライン１２に供給された命
令が、同期をとるステージ、例えば第１の命令パイプラ
イン１０の第３ステージ１１３と第２の命令パイプライ
ン１１の第４ステージ１２４と第３の命令パイプライン
１２の第３ステージ１３３とを通過しているか、又はそ
れらのステージに進むかが監視され（同ステップ１００
３，１００５）、同期が確保できないときは、命令パイ
プライン中の進行を停止する（同ステップ１００６）。
一方、先に供給された命令との同期が確保できると、そ
の命令は独自に命令パイプライン中を進行して（同ステ
ップ１００７）、その実行を終了する。

【００３６】以上の同期方法を図３を用いて実例を挙げ
て説明する。第１の命令パイプライン１０は第１〜第３
のステージ１１１〜１１３を、第２の命令パイプライン
１１は第１〜第４のステージ１２１〜１２４を、第３の
命令パイプライン１２は第１〜第４のステージ１３１〜
１３４を有する。第１の命令パイプライン１０、第２の
命令パイプライン１１及び第３の命令パイプライン１２
のそれぞれのステージは、そこを進行する命令がそれら
の命令パイプラインで処理される命令中の何番目か、ま
た前後の命令との同期が必要であるかという情報を保持
する情報保持要素手段を備えている。命令供給部２０か
ら供給される命令は命令解読部２１において解読され、
解読された結果に基づいてその命令が処理される命令パ
イプラインに供給される。今、５つの命令Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅが順に供給され、この５つの命令のうち命令Ａ及
び命令Ｅが第１の命令パイプライン１０で実行され、命
令Ｂ及び命令Ｄが第２の命令パイプライン１１で実行さ
れ、また命令Ｃが第３の命令パイプライン１２で実行さ
れるものとし、命令Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅの４つの命令が前後
の命令との同期を必要とするものであり、命令Ｄは同期
を必要としないものとする。まず、命令Ａが命令解読部
２１に供給され、この命令が第１の命令パイプライン１
０で実行されるものであることが判ると、命令Ａは第１
の命令パイプライン１０に取り込まれ、３つの命令パイ
プラインで処理される命令中の１番目であるという情報
を保持しながら実行を開始する。次に、命令Ｂが命令解
読部２１に供給され、命令Ａと同じようにどちらの命令
パイプラインで処理するものであるかが判断される。こ
の場合、命令Ｂは第２の命令パイプライン１１に取り込
まれ、３つの命令パイプラインで処理される命令中の２
番目であるという情報を保持しながら実行を開始する。
このとき、命令Ａは独自に第１の命令パイプライン１０
を進行している。続いて、命令Ｃが命令解読部２１に供
給され、どちらの命令パイプラインで処理するものであ
るかが判断される。この場合、命令Ｃは第３の命令パイ
プライン１２に取り込まれ、３つの命令パイプラインで
処理される命令中の３番目であるという情報を保持しな
がら実行を開始する。このとき、命令Ａは第１の命令パ
イプライン１０を、命令Ｂは第２の命令パイプライン１
１を独自に進行している。引き続いて、命令Ｄが命令解
読部２１に供給及び解読されて、第２の命令パイプライ
ン１１に取込可能である場合（命令Ｂが第２ステージ１
２２又はそれより先を進行する場合）、命令Ｄは第２の
命令パイプライン１１に取り込まれ、３つの命令パイプ
ラインで処理される命令中の４番目であるという情報を
保持しながら実行を開始する。このとき、命令Ａは第１
の命令パイプライン１０を、命令Ｂは第２の命令パイプ
ライン１１を、また命令Ｃは第３の命令パイプライン１
２をそれぞれ独自に進行している。さらに命令Ｅが命令
解読部２１に供給及び解読されて、第１の命令パイプラ
イン１０に取込可能である場合（命令Ａが第２ステージ
１１２又はそれより先を進行する場合）、命令Ｅは第１
の命令パイプライン１０に取り込まれ、３つの命令パイ
プラインで処理される命令中の５番目であるという情報
を保持しながら実行を開始する。このとき、命令Ａは第
１の命令パイプライン１０を、命令Ｂ及び命令Ｄは第２
の命令パイプライン１１を、また命令Ｃは第３の命令パ
イプライン１２をそれぞれ独自に進行している。

【００３７】ここで、先にも述べたように、３つの命令
パイプラインが第１の命令パイプライン１０の第３ステ
ージ１１３と第２の命令パイプライン１１の第４ステー
ジ１２４と第３の命令パイプライン１２の第３ステージ
１３３とにおいて同期をとるものであるとし、図３に示
すように５つの命令Ａ〜Ｅが３つの命令パイプライン中
の各ステージを進行しているとする。命令Ａは既に同期
をとるステージ１１３に進んでいるので、この状態にお
いては命令Ｂが３つの命令パイプラインで処理され、か
つ同期をとるステージまで進んでいない命令中の１番目
という情報を、命令Ｃが２番目という情報を、命令Ｄが
３番目という情報を、また命令Ｅが４番目という情報を
それぞれ保持しながら処理を続けている。命令Ａが第３
ステージ１１３での処理を終えて第１の命令パイプライ
ン１０の外に出るのと同時に、命令Ｅが第２ステージ１
１２での処理を終えて第３ステージ１１３に進もうとす
るとき、命令Ｅは同期をとるステージまで進んでいない
命令中の４番目（そのうち、同期を必要とする命令中の
３番目）であるので、１番目である命令Ｂが既に第２の
命令パイプライン１１の第３ステージ１２３での処理を
終えて第４ステージ１２４に進んでいるか又は進むと
き、かつ２番目である命令Ｃが既に第３の命令パイプラ
イン１２の第２ステージ１３２での処理を終えて第３ス
テージ１３３に進んでいるか又は進むときでないと命令
Ｂ及び命令Ｃとの同期が確保されず、命令Ｅは第２ステ
ージ１１２に留まったままとなる（このとき、命令Ｄは
前記したように同期をとる必要がない）。命令Ｂが第２
の命令パイプライン１１の第３ステージ１２３での処理
を終えて第４ステージ１２４に進むとき、命令Ｃは同期
が確保できると同時に第３の命令パイプライン１２の第
３ステージ１３３に進むことができる。もし、このと
き、同時に命令Ｃが第３の命令パイプライン１２の第２
ステージ１３２での処理を終えて第３ステージ１３３に
進むと、命令Ｅは同期が確保できると同時に第１の命令
パイプライン１０の第３ステージ１１３に進むことがで
きる。また命令Ｄはその前後に供給された命令の進行に
かかわらず独自にその処理を続ける。

【００３８】この実施例の方法によれば、本発明の実施
例１におけるパイプライン計算機の同期方法と同じよう
に、それぞれの命令パイプラインに供給される命令は、
各命令間の同期が必要となるまではそれぞれの命令パイ
プライン中を独自に進行するとともに、その命令の前後
に供給される命令との同期が必要であるか、またその命
令が同期をとるステージに進んでいない命令中の何番目
であるかという情報を基に、簡単に各パイプライン中を
進行する命令の同期をとり、また、ある命令が同期をと
るステージに進もうとするとき、その命令より先に他方
のパイプラインに供給されている命令が同期をとるステ
ージに進むと同時に進むことができるという点で、パイ
プライン計算機における多大な構成上の簡略化と処理上
の効率化が図れる。

【００３９】（実施例３）次に、図４〜図１０を利用し
て本発明の実施例３である複数の命令パイプラインを有
するパイプライン計算機を説明する。

【００４０】ここで、図２においては、簡単のためそれ
ぞれの命令が１つのステージを占有するとしたが、以下
に示す実施例においては命令パイプラインのそれぞれの
ステージが２相クロックで駆動されており、２つのサブ
ステージを１組にして１つのパイプラインステージを構
成している。また、本実施例の説明にあたって、第１の
命令パイプライン１０及び第２の命令パイプライン１１
におけるそれぞれの命令の情報を保持する情報保持手段
として、情報一時保持手段であるラッチ群及び両命令パ
イプラインを各命令が進行する毎にそれぞれの命令の情
報を生成する情報フラグ生成回路を用いている。

【００４１】図４は、３パイプラインステージよりなる
第１の命令パイプライン１０と第２の命令パイプライン
１１との２つの命令パイプラインを備えているパイプラ
イン計算機を示している。ここで第１の命令パイプライ
ン１０は、Ａ２ステージ３０及びＢ１ステージ３１の２
つのサブステージよりなる第１のステージと、Ｂ２ステ
ージ３２及びＣ１ステージ３３の２つのサブステージよ
りなる第２のステージと、Ｃ２ステージ３４及びＤ１ス
テージ３５の２つのサブステージよりなる第３のステー
ジとから構成されている。また、第２の命令パイプライ
ン１１は、Ｓ２ステージ４０及びＴ１ステージ４１の２
つのサブステージよりなる第１のステージと、Ｔ２ステ
ージ４２及びＵ１ステージ４３の２つのサブステージよ
りなる第２のステージと、Ｕ２ステージ４４及びＶ１ス
テージ４５の２つのサブステージよりなる第３のステー
ジとで構成されている。それぞれのステージは２相のク
ロックｐｈ１，ｐｈ２で駆動されており、第１のパイプ
ライン１０のＢ１ステージ３１、Ｃ１ステージ３３及び
Ｄ１ステージ３５と、第２のパイプライン１１のＴ１ス
テージ４１、Ｕ１ステージ４３及びＶ１ステージ４５と
はクロックｐｈ１で駆動されているラッチで構成されて
おり、それ以外のステージはクロックｐｈ２で駆動され
ているラッチで構成されている。

【００４２】命令供給部２０から供給される命令１は命
令解読部２１において解読され、その解読された命令２
がそれぞれの命令パイプライン１０，１１に供給されて
おり、また解読された命令の情報３が初期情報生成部２
２に入力され、その初期情報生成部２２において生成さ
れた情報２３１〜２３５が命令２と同時にそれぞれの命
令パイプライン１０，１１に供給されている。第１の命
令パイプライン１０或いは第２の命令パイプライン１１
の中での命令２の進行は、それぞれ第１の命令パイプラ
イン制御部２３及び第２の命令パイプライン制御部２４
により制御されている。

【００４３】第１の命令パイプライン１０の進行は、第
１の命令パイプライン制御部２３で生成される制御信号
２５（Ａ１ＳＥＬ，Ｂ１ＳＥＬ，Ｃ１ＳＥＬ）によって
Ａ２ステージ３０、Ｂ２ステージ３２及びＣ２ステージ
３４のそれぞれに設けられた入力セレクタ６０〜６２を
動作させることで行っており、表１に第１の命令パイプ
ライン１０に供給されている命令パイプライン制御信号
２５と第１の命令パイプライン中の命令の動作との関係
を示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１において、第１の命令パイプライン制
御信号２５はＡ１ＳＥＬ、Ｂ１ＳＥＬ及びＣ１ＳＥＬの
３種類の信号で構成されており、それぞれの信号の値に
より第１のパイプライン１０の中の命令の進行が制御さ
れる。尚、以下で具体的に述べるように、Ａ１ＳＥＬ及
びＢ１ＳＥＬはそれぞれ２本の信号線で表されていると
する。ここで原状態として、命令供給部２０に命令Ｄが
存在し、第１のステージであるＡ２ステージ３０及びＢ
１ステージ３１に命令Ｃが存在し、第２のステージであ
るＢ２ステージ３２及びＣ１ステージ３３に命令Ｂが存
在し、第３のステージであるＣ２ステージ３４及びＤ１
ステージ３５に命令Ａが存在するとする。第１のパイプ
ライン制御信号２５を（Ａ１ＳＥＬ，Ｂ１ＳＥＬ，Ｃ１
ＳＥＬ）と表現した場合、 （１，１，１）の場合には、各ステージの命令が２
サブステージ分だけ進み、命令供給部２０には新しい命
令Ｅが存在する。

【００４６】 （０，１，１）の場合には、命令供給
部２０の命令Ｄは動かず、命令ＣがＢ２ステージ３２及
びＣ１ステージ３３に、また命令ＢがＣ２ステージ３４
及びＤ１ステージ３５にそれぞれ進む。この場合、Ａ２
ステージ３０及びＢ１ステージ３１にはＮＯＰ相当の命
令が挿入される。

【００４７】 （２，０，１）の場合には、命令供給
部２０の命令Ｄは動かず、またＡ２ステージ３０及びＢ
１ステージ３１の命令Ｃも動かず、命令ＢがＣ２ステー
ジ３４及びＤ１ステージ３５に進む。この場合、Ｂ２ス
テージ３２及びＣ１ステージ３３にはＮＯＰ相当の命令
が挿入される。

【００４８】 （２，２，０）の場合には、命令Ｄ，
Ｃ，Ｂは動かず、命令Ａが第１のパイプライン１０の外
に出る。この場合、Ｃ２ステージ３４及びＤ１ステージ
３５にはＮＯＰ相当の命令が挿入される。

【００４９】第２の命令パイプライン１１の進行につい
ては、第２の命令パイプライン制御部２４で生成される
制御信号２６（Ｓ１ＳＥＬ，Ｔ１ＳＥＬ，Ｕ１ＳＥＬ）
によってＳ２ステージ４０、Ｔ２ステージ４２及びＵ２
ステージ４４のそれぞれに設けられた入力セレクタ６３
〜６５を動作させることで行っており、表１に示した第
１の命令パイプライン１０の場合と同様に制御される。

【００５０】図５（ａ）に第１のパイプライン１０のＡ
２ステージ３０の入力セレクタ６０と論理回路７０を、
また図５（ｂ）にＢ２ステージ３２の入力セレクタ６１
と論理回路７１を、さらに図５（ｃ）にＣ２ステージ３
４の入力セレクタ６２と論理回路７２の回路図をそれぞ
れ示す。図５（ａ）において、２００がＡ１ＳＥＬ
［１］、２０１がＡ１ＳＥＬ［０］であり、３０１〜３
０３がそれぞれＮＯＰ相当の命令、命令解読部２１から
の命令２及びＢ１ステージ３１からのフィードバックに
対応する。図５（ａ）〜（ｃ）では、１ビットの信号の
切換えの回路を示しているが、命令パイプラインのそれ
ぞれのステージが複数のビットで構成される場合は、ビ
ット巾に応じてこのような回路を並列にならべればよ
い。図５（ｂ）においては、２０２がＢ１ＳＥＬ
［１］、２０３がＢ１ＳＥＬ［０］であり、３１１〜３
１３のそれぞれがＮＯＰ相当の命令、Ｂ１ステージ３１
からの命令及びＣ１ステージ３３からのフィードバック
に対応する。図５（ｃ）においては、２０４がＣ１ＳＥ
Ｌであり、３２１，３２２のそれぞれがＮＯＰ相当の命
令及びＣ１ステージ３３からの命令に対応する。第２の
パイプライン１１のＳ２ステージ４０の入力セレクタ６
３と論理回路７３、Ｔ２ステージ４２の入力セレクタ６
４と論理回路７４、及びＵ２ステージ４４の入力セレク
タ６５と論理回路７５もまた、それぞれ図５に示された
第１のパイプライン１のＡ２ステージ３０の入力セレク
タ６０と論理回路７０、Ｂ２ステージ３２の入力セレク
タ６１と論理回路７１、及びＣ２ステージ３４の入力セ
レクタ６２と論理回路７２と同様の構成である。

【００５１】第１の命令パイプライン１０及び第２の命
令パイプライン１１に命令２が供給されるとき、供給さ
れる命令に情報を付加するために初期情報生成部２２が
設けられ、第１の命令パイプライン１０においては、情
報フラグ生成回路８０，８１と、さらにＡ２ステージ３
０からＣ１ステージ３３までの各ステージに情報一時保
持手段としてそれぞれ５ビットの情報保持用ラッチ３６
〜３９とが、また第２の命令パイプライン１１において
は、情報フラグ生成回路８２，８３と、さらにＳ２ステ
ージ４０からＵ１ステージ４３までの各ステージに情報
一時保持手段としてそれぞれ５ビットの情報保持用ラッ
チ４６〜４９とがそれぞれ設けられており、情報フラグ
生成回路及び５ビットの情報保持用ラッチについては両
命令パイプラインで同じ構成をとる。

【００５２】図６は初期情報生成部２２の回路図であ
る。図６において、２００，２０１，２０４はそれぞれ
第１の命令パイプライン制御信号２５の一部であるＡ１
ＳＥＬ［１］、Ａ１ＳＥＬ［０］及びＣ１ＳＥＬであ
り、２０６，２０７，２１０はそれぞれ第２の命令パイ
プライン制御信号２６の一部であるＳ１ＳＥＬ［１］、
Ｓ１ＳＥＬ［０］及びＵ１ＳＥＬである。２２１〜２２
３は命令解読部２１おいて解読された命令の情報ＤＥＣ
ＯＤＥ［２］〜ＤＥＣＯＤＥ［０］、３４２〜３４５は
Ｂ１ステージ３１の情報保持用ラッチ３７の値の一部で
あるＢ１ＳＥＱ［３］〜Ｂ１ＳＥＱ［０］、３６２〜３
６５はＣ１ステージ３３の情報保持用ラッチ３９の値の
一部であるＣ１ＳＥＱ［３］〜Ｃ１ＳＥＱ［０］、４４
２〜４４５はＴ１ステージ４１の情報保持用ラッチ４７
の値の一部であるＴ１ＳＥＱ［３］〜Ｔ１ＳＥＱ
［０］、４６２〜４６５はＵ１ステージ４３の情報保持
用ラッチ４９の値の一部であるＵ１ＳＥＱ［３］〜Ｕ１
ＳＥＱ［０］である。以上の信号を入力として図６に示
した初期情報生成部２２の回路は、第１命令パイプライ
ン１０及び第２の命令パイプライン１１における命令の
動き、及び命令供給部２０から供給され命令解読部２１
によって解読された情報に従って、Ａ２ステージ３０の
情報保持用ラッチ３６の値又はＳ２ステージ４０の情報
保持用ラッチ４６の値となるＪ１ＳＥＱ［４］〜Ｊ１Ｓ
ＥＱ［０］（２３１〜２３５）を決定する。

【００５３】ここで、命令解読部２１によって解読され
た情報３はＤＥＣＯＤＥ［２］〜ＤＥＣＯＤＥ［０］の
３ビットからなっており、最上位の１ビットＤＥＣＯＤ
Ｅ［２］はその命令を処理する命令パイプラインと他方
の命令パイプラインとの同期必要の有無を表し（"1" の
とき同期が必要）、下位２ビットＤＥＣＯＤＥ［１］〜
ＤＥＣＯＤＥ［０］は、"00(0x0)" のときどちらの命令
パイプラインでも処理されないことを表し、"01(0x1)"
のとき第１の命令パイプライン１０で処理される命令で
あることを表し、"10(0x2)" のとき第２の命令パイプラ
イン１１で処理される命令であることを表す。

【００５４】図７は情報フラグ生成回路８０の回路図で
ある。図７において、２００，２０１，２０４はそれぞ
れ第１の命令パイプライン制御信号２５の一部であるＡ
１ＳＥＬ［１］、Ａ１ＳＥＬ［０］及びＣ１ＳＥＬ、２
１０は第２の命令パイプライン制御信号２６の一部であ
るＵ１ＳＥＬ、２３１〜２３５は初期情報生成部２２か
ら出力される各命令パイプラインに供給される命令の情
報であるＪ１ＳＥＱ［４］〜Ｊ１ＳＥＱ［０］、３４１
〜３４５はＢ１ステージ３１の情報保持用ラッチ３７の
値であるＢ１ＳＥＱ［４］〜Ｂ１ＳＥＱ［０］、３６５
はＣ１ステージ３３の情報保持用ラッチ３９の値の一部
であるＣ１ＳＥＱ［０］、４６５はＵ１ステージ４３の
情報保持用ラッチ４９の値の一部であるＵ１ＳＥＱ
［０］である。以上の信号を入力として図７に示した情
報フラグ生成回路８０は、第１命令パイプライン１０及
び第２の命令パイプライン１１における命令の動きに従
って、Ａ２ステージ３０の情報保持用ラッチ３６の値Ａ
２ＳＥＱ［４］〜Ａ２ＳＥＱ［０］（３３１〜３３５）
を決定する。第２の命令パイプライン１１における情報
フラグ生成回路８２も、この情報フラグ生成回路８０と
同じ構成である。

【００５５】Ｂ１ステージ３１の情報保持用ラッチ３７
には、Ａ２ステージ３０の情報保持用ラッチ３６の値が
そのまま入力され、Ｔ１ステージ４１の情報保持用ラッ
チ４７には、Ｓ２ステージ４０の情報保持用ラッチ４６
の値がそのまま入力される。

【００５６】図８は情報フラグ生成回路８１の回路図で
ある。図８において、２０２〜２０４はそれぞれ第１の
命令パイプライン制御信号２５の一部であるＢ１ＳＥＬ
［１］、Ｂ１ＳＥＬ［０］及びＣ１ＳＥＬ、２１０は第
２の命令パイプライン制御信号２６の一部であるＵ１Ｓ
ＥＬ、３４１〜３４５はＢ１ステージ３１の情報保持用
ラッチ３７の値であるＢ１ＳＥＱ［４］〜Ｂ１ＳＥＱ
［０］、３６１〜３６５はＣ１ステージ３３の情報保持
用ラッチ３９の値であるＣ１ＳＥＱ［４］〜Ｃ１ＳＥＱ
［０］、４６５はＵ１ステージ４３の情報保持用ラッチ
４９の値の一部であるＵ１ＳＥＱ［０］である。以上の
信号を入力として図８に示した情報フラグ生成回路８１
は、第１命令パイプライン１０及び第２の命令パイプラ
イン１１における命令の動きに従って、Ｂ２ステージ３
２の情報保持用ラッチ３８の値Ｂ２ＳＥＱ［４］〜Ｂ２
ＳＥＱ［０］（３５１〜３５５）を決定する。第２の命
令パイプライン１１における情報フラグ生成回路８３
も、この情報フラグ生成回路８１と同じ構成である。

【００５７】Ｃ１ステージ３３の情報保持用ラッチ３９
には、Ｂ２ステージ３２の情報保持用ラッチ３８の値が
そのまま入力され、Ｕ１ステージ４３の情報保持用ラッ
チ４９には、Ｔ２ステージ４２の情報保持用ラッチ４８
の値がそのまま入力される。

【００５８】以上のような構成のパイプライン計算機の
動作を図９及び図１０に示すタイミングチャートを用い
て説明する。ここで、２つの命令パイプラインはそれぞ
れの命令パイプラインにおける命令の処理において、第
１の命令パイプライン１０のＣ２ステージ３４と第２の
命令パイプライン１１のＵ２ステージ４４で同期をとる
ものとし、また第１の命令パイプライン１０及び第２の
命令パイプライン１１における制御はそれぞれ独自なも
のであり、これから説明する同期機構によってのみ制御
されるものではない。

【００５９】図９及び図１０において、第ｍサイクルに
命令Ａが命令供給部２０に出現すると、第ｍサイクルの
前半では命令解読部２１において命令Ａが解読され、そ
の命令Ａの情報３であるＤＥＣＯＤＥの値が“101(0x
5)”となるとともに、初期情報生成部２２においてその
ＤＥＣＯＤＥの値及び両命令パイプラインの状況から、
解読した命令Ａを第１の命令パイプライン１０に供給す
るときに付加する情報Ｊ１ＳＥＱの値を生成する。この
場合、Ｊ１ＳＥＱの値は“10001(0x11) ”となる。

【００６０】ここで、命令に付加する５ビット情報の値
について説明すると、最上位の右から５ビット目（１６
進数で右から二桁目）は、その命令の実行にあたって命
令が処理される命令パイプラインと他方の命令パイプラ
インとの同期必要の有無を表しており、そのビットが
“1 ”ならば同期が必要であり、そのビットが“0 ”な
らば同期が必要でない。また下位４ビットは、両命令パ
イプライン１０，１１で処理されている命令において命
令供給部２１から供給された順序を表しており、その値
は供給された順に“0001(0x1) ”，“0010(0x2) ”，
“0100(0x4) ”，“1000(0x8) ”となる。このことか
ら、命令Ａは両命令パイプライン１０，１１の同期が必
要な命令であり、両命令パイプライン１０，１１で実行
される命令の（又は実行されている命令中の）最初の命
令であることが判る。また先にも述べたが、ＤＥＣＯＤ
Ｅの値が“101(0x5)”ということは、この命令Ａが両命
令パイプライン１０，１１の同期を必要とする命令であ
り、第１の命令パイプライン１０で処理される命令であ
ることを示している。

【００６１】第ｍサイクルの後半において、第１の命令
パイプライン制御信号２５の一部であるＡ１ＳＥＬが１
であるので、解読した情報により命令Ａが第１の命令パ
イプライン１０のＡ２ステージ３０へ進み、初期情報生
成部２２において生成されたＪ１ＳＥＱの値“10001(0x
11) ”がＡ２ステージ３０の情報保持用ラッチ３６へ進
む。同時に第２の命令パイプライン制御信号２６の一部
であるＳ１ＳＥＬが０であるので、ＮＯＰ相当の命令が
第２の命令パイプライン１１のＳ２ステージ４０へ進
み、“0 ”がＳ２ステージ４０の情報保持用ラッチ４６
へ進む。第１及び第２の命令パイプラインの制御は、本
発明の同期機構とは別にそれぞれ独自に制御されるので
あるが、このときの第１の命令パイプライン制御信号２
５の一部であるＡ１ＳＥＬ及び第２の命令パイプライン
制御信号２６の一部であるＳ１ＳＥＬは、命令解読部２
１において解読された情報３（ＤＥＣＯＤＥ）によって
制御されている。

【００６２】第（ｍ＋１）サイクルの前半では、命令Ａ
が第１の命令パイプライン１０のＡ２ステージ３０から
Ｂ１ステージ３１に、Ａ２ステージ３０の情報保持用ラ
ッチ３６の値がそのままＢ１ステージ３１の情報保持用
ラッチ３７に進む。また、命令Ｂが命令供給部２０に出
現して命令解読部２１において解読され、その命令Ｂの
情報３であるＤＥＣＯＤＥの値が“110(0x6)”となると
ともに、初期情報生成部２２においてそのＤＥＣＯＤＥ
の値及び両命令パイプラインの状況からＪ１ＳＥＱの値
“10010(0x12) ”を生成する。

【００６３】第（ｍ＋１）サイクルの後半では、第１の
命令パイプライン制御信号２５の一部であるＡ１ＳＥＬ
が０、Ｂ１ＳＥＬが１であるので、命令Ａが第１の命令
パイプライン１０のＢ２ステージ３２へ進み、Ｂ１ステ
ージ３１の情報保持用ラッチ３７の値“10001(0x11) ”
がそのままＢ２ステージ３２の情報保持用ラッチ３８へ
進むとともに、ＮＯＰ相当の命令が第１の命令パイプラ
イン１０のＡ２ステージ３０へ進み、“0 ”がＡ２ステ
ージ３０の情報保持用ラッチ３６へ進む。それと同時
に、第２の命令パイプライン制御信号２６の一部である
Ｓ１ＳＥＬが１であるので、解読した情報により命令Ｂ
が第２の命令パイプライン１１のＳ２ステージ４０へ進
み、初期情報生成部２２において生成されたＪ１ＳＥＱ
の値“10010(0x12) ”がＳ２ステージ４０の情報保持用
ラッチ４６へ進む。

【００６４】第（ｍ＋２）サイクルの前半では、命令Ａ
が第１の命令パイプライン１０のＢ２ステージ３２から
Ｃ１ステージ３３に、Ｂ２ステージ３２の情報保持用ラ
ッチ３８の値“10001(0x11) ”がそのままＣ１ステージ
３３の情報保持用ラッチ３９に進み、命令Ｂが第２の命
令パイプライン１１のＳ２ステージ４０からＴ１ステー
ジ４１に、Ｓ２ステージ４０の情報保持用ラッチ４６の
値“10010(0x12) ”がそのままＴ１ステージ４１の情報
保持用ラッチ４７に進む。また、命令Ｃが命令供給部２
０に出現して命令解読部２１において解読され、その命
令Ｃの情報３であるＤＥＣＯＤＥの値が“101(0x5)”と
なるとともに、初期情報生成部２２においてそのＤＥＣ
ＯＤＥの値及び両命令パイプラインの状況からＪ１ＳＥ
Ｑの値“10100(0x14) ”を生成する。

【００６５】第（ｍ＋２）サイクルの後半では、第１の
命令パイプライン制御信号２５の一部であるＡ１ＳＥＬ
が１、Ｂ１ＳＥＬが２であるので、命令Ａは第１の命令
パイプライン１０のＢ２ステージ３２及びＣ１ステージ
３３に留まるとともに、解読した情報により命令Ｃが第
１の命令パイプライン１０のＡ２ステージ３０へ進み、
初期情報生成部２２において生成されたＪ１ＳＥＱの値
“10100(0x14) ”がＡ２ステージ３０の情報保持用ラッ
チ３６へ進む。このように第１の命令パイプライン１０
の動作の独自性は同期が必要な場合以外には保たれてい
る。このとき同時に、第２の命令パイプライン制御信号
２６の一部であるＳ１ＳＥＬが０、Ｔ１ＳＥＬが１であ
るので、命令Ｂが第２の命令パイプライン１１のＴ２ス
テージ４２へ進み、Ｔ１ステージ４１の情報保持用ラッ
チ４７の値“10010(0x12) ”がそのままＴ２ステージ４
２の情報保持用ラッチ４８へ進むとともに、ＮＯＰ相当
の命令が第２の命令パイプライン１１のＳ２ステージ４
０へ進み、“0 ”がＳ２ステージ４０の情報保持用ラッ
チ４６へ進む。

【００６６】第（ｍ＋３）サイクルの前半では、命令Ａ
が第１の命令パイプライン１０のＢ２ステージ３２及び
Ｃ１ステージ３３に留まっており、命令Ｂが第２の命令
パイプライン１１のＴ２ステージ４２からＵ１ステージ
４３に、Ｔ２ステージ４２の情報保持用ラッチ４８の値
“10010(0x12) ”がそのままＵ１ステージ４３の情報保
持用ラッチ４９に進むとともに、命令Ｃが第１の命令パ
イプライン１０のＡ２ステージ３０からＢ１ステージ３
１に、Ａ２ステージ３０の情報保持用ラッチ３６の値
“10100(0x14) ”がそのままＢ１ステージ３１の情報保
持用ラッチ３７に進む。また、命令Ｄが命令供給部２０
に出現して命令解読部２１において解読され、その命令
Ｄの情報３であるＤＥＣＯＤＥの値が“010(0x2)”とな
るとともに、初期情報生成部２２においてそのＤＥＣＯ
ＤＥの値及び両命令パイプラインの状況からＪ１ＳＥＱ
の値“01000(0x08) ”を生成する。

【００６７】第（ｍ＋３）サイクルの後半では、第１の
命令パイプライン制御信号２５の一部であるＡ１ＳＥＬ
が２、Ｂ１ＳＥＬが２であるので、命令Ａは第１の命令
パイプライン１０のＢ２ステージ３２及びＣ１ステージ
３３に、命令Ｃは第１の命令パイプライン１０のＡ２ス
テージ３０及びＢ１ステージ３１に留まる。ここでも第
１の命令パイプライン１０の動作の独自性は保たれてい
る。このとき同時に、第２の命令パイプライン制御信号
２６の一部であるＳ１ＳＥＬが１、Ｔ１ＳＥＬが２であ
るので、命令Ｂは第２の命令パイプライン１１のＴ２ス
テージ４２及びＵ１ステージ４３に留まるとともに、解
読した情報により命令Ｄが第２の命令パイプライン１１
のＳ２ステージ４０へ進み、初期情報生成部２２におい
て生成されたＪ１ＳＥＱの値“01000(0x08) ”がＳ２ス
テージ４０の情報保持用ラッチ４６へ進む。このように
第２の命令パイプライン１１の動作の独自性もまた、同
期が必要な場合以外には保たれている。

【００６８】第（ｍ＋４）サイクルの前半では、命令Ａ
が第１の命令パイプライン１０のＢ２ステージ３２及び
Ｃ１ステージ３３に、命令Ｂが第２の命令パイプライン
１１のＴ２ステージ４２からＵ１ステージ４３に、命令
Ｃが第１の命令パイプライン１０のＡ２ステージ３０及
びＢ１ステージ３１に留まっており、命令Ｄが第２の命
令パイプライン１１のＳ２ステージ４０からＴ１ステー
ジ４１に、またＳ２ステージ４０の情報保持用ラッチ４
６の値“01000(0x08)”がそのままＴ１ステージ４１の
情報保持用ラッチ４７にそれぞれ進む。また、命令Ｅが
命令供給部２０に出現して命令解読部２１において解読
され、その命令Ｅの情報３であるＤＥＣＯＤＥの値が
“110(0x6)”となるとともに、初期情報生成部２２にお
いてそのＤＥＣＯＤＥの値及び両命令パイプラインの状
況からＪ１ＳＥＱの値“11000(0x18) ”を生成する。こ
のサイクルでは第２の命令パイプライン制御信号２６の
一部であるＳ１ＳＥＬが２であり、命令Ｅをすぐに第２
の命令パイプライン１１に進めることができないので、
初期情報生成部２２は命令供給部２０に対して命令供給
の一時停止を要求する（ＳＩＮＳＴが“1 ”）。

【００６９】第（ｍ＋４）サイクルの後半では、第１の
命令パイプライン制御信号２５であるＡ１ＳＥＬが０、
Ｂ１ＳＥＬが１、Ｃ１ＳＥＬが１であるので、Ｃ１ステ
ージ３３の情報保持用ラッチ３９の値“10001(0x11) ”
により、両命令パイプライン１０，１１で処理されてお
り、かつまだ同期をとるステージまで進んでいない命令
の中で、命令供給部２０から一番先に供給された命令で
あることから、命令ＡがＣ２ステージ３４へ進むととも
に、命令Ｃが第１の命令パイプライン１０のＢ２ステー
ジ３２へ進み、Ｂ１ステージ３１の情報保持用ラッチ３
７の値“10100(0x14) ”が情報フラグ生成回路８１によ
って“10010(0x12) ”となってＢ２ステージ３２の情報
保持用ラッチ３８へ進む。これは両命令パイプライン１
０，１１で処理されており、かつまだ同期をとるステー
ジまで進んでいない命令の中で、命令Ｃが命令供給部２
０から２番目に供給された命令であることを表してい
る。また、ＮＯＰ相当の命令が第１の命令パイプライン
１０のＡ２ステージ３０へ進み、“0”がＡ２ステージ
３０の情報保持用ラッチ３６へ進む。Ｃ２ステージ３４
へ進んだ命令Ａは、今後独自に第１の命令パイプライン
１０を進行し、その処理を終える。これと同時に第２の
命令パイプライン制御信号２６の一部であるＳ１ＳＥＬ
が２、Ｔ１ＳＥＬが２であるので、命令Ｂが第２の命令
パイプライン１１のＴ２ステージ４２及びＵ１ステージ
４３に、また命令Ｄが第２の命令パイプライン１１のＳ
２ステージ４０及びＴ１ステージ４１にそれぞれ留まる
が、命令Ａが第１の命令パイプライン１０のＣ２ステー
ジ３４へ進んだことから、Ｔ２ステージ４２の情報保持
用ラッチ４８の値は情報フラグ生成回路８３によって
“10001(0x11) ”となり、Ｓ２ステージ４０の情報保持
用ラッチ４６の値は情報フラグ生成回路８２によって
“00100(0x04) ”となる。これは両命令パイプライン１
０，１１で処理されており、かつまだ同期をとるステー
ジまで進んでいない命令の中で、命令Ｂが命令供給部２
０から一番先に供給された命令であることを表し、命令
Ｄが命令供給部２０から３番目に供給された命令である
ことを表している。ここで命令Ｄは、このサイクルにお
いて既にＴ１ステージ４１での処理を終わっており、Ｔ
１ステージ４１の情報保持用ラッチ４７の値“01000(0x
08) ”を見ても判るように前後の命令との同期をとる必
要はないが、命令ＢがＴ２ステージ４２及びＵ１ステー
ジ４３に留まっているために、Ｓ２ステージ４０及びＴ
１ステージ４１に留まっている。ここでも第２の命令パ
イプライン１１の動作の独自性は保たれている。

【００７０】第（ｍ＋５）サイクルの前半では、命令Ａ
が第１の命令パイプライン１０のＤ１ステージ３５に進
み、それと同時に命令Ｃが第１の命令パイプライン１０
のＣ１ステージ３３に、Ｂ２ステージ３２の情報保持用
ラッチ３８の値“10010(0x12) ”がそのままＣ１ステー
ジ３３の情報保持用ラッチ３９に進む。第２の命令パイ
プライン１１においては、命令ＢがＴ２ステージ４２か
らＵ１ステージ４３に、また命令ＤがＳ２ステージ４０
からＴ１ステージ４１にそれぞれ留まっており、Ｔ２ス
テージ４２の情報保持用ラッチ４８の値“10001(0x11)
”がそのままＵ１ステージ４３の情報保持用ラッチ４
９に、またＳ２ステージ４０の情報保持用ラッチ４６の
値“00100(0x04) ”がそのままＴ１ステージ４１の情報
保持用ラッチ４７にそれぞれ進む。またこのサイクルに
おいても、第２の命令パイプライン制御信号２６の一部
であるＳ１ＳＥＬが２であり、命令Ｅをすぐに第２の命
令パイプライン１１に進めることができないので、命令
供給部２０に出現していた命令Ｅがそのままの状態で命
令供給部２０に留まっている。

【００７１】第（ｍ＋５）サイクルの後半では、第１の
命令パイプライン制御信号２５であるＡ１ＳＥＬが０、
Ｂ１ＳＥＬが２、Ｃ１ＳＥＬが０であるので、命令Ａが
このサイクルで処理を終えて第１の命令パイプライン１
０の外へ進み、ＮＯＰ相当の命令が第１の命令パイプラ
イン１０のＣ２ステージ３４へ進むとともに、命令Ｃが
第１の命令パイプライン１０のＢ２ステージ３２からＣ
１ステージ３３に留まっている。これと同時に、第２の
命令パイプライン制御信号２６の一部であるＳ１ＳＥＬ
が２、Ｔ１ＳＥＬが２であるので、命令Ｂが第２の命令
パイプライン１１のＴ２ステージ４２及びＵ１ステージ
４３に、また命令Ｄが第２の命令パイプライン１１のＳ
２ステージ４０及びＴ１ステージ４１にそれぞれ留まっ
ている。このサイクルにおいては、命令Ｃが第１の命令
パイプライン１０のＣ１ステージ３３での処理を終えて
Ｃ２ステージ３４へ進もうとするのであるが、Ｃ１ステ
ージ３３の情報保持用ラッチ３９の値“10010(0x12) ”
と第１の命令パイプライン制御信号２５の一部であるＣ
１ＳＥＬが０であることにより、命令Ｃがそれより先に
命令供給部２０から供給された命令、つまりこの場合は
命令Ｂとの同期をとる必要があることが判り、同期が確
保できるまで第１の命令パイプライン１０のＢ２ステー
ジ３２及びＣ１ステージ３３に留まる。ここでも第２の
命令パイプライン１１の動作の独自性は保たれている。

【００７２】第（ｍ＋６）サイクルの前半では、命令Ｂ
が第２の命令パイプライン１１のＴ２ステージ４２から
Ｕ１ステージ４３に、命令Ｃが第１の命令パイプライン
１０のＢ２ステージ３２及びＣ１ステージ３３に、また
命令Ｄが第２の命令パイプライン１１のＳ２ステージ４
０からＴ１ステージ４１にそれぞれ留まっている。この
とき、後にも述べるが、第１の命令パイプライン制御信
号２５の一部であるＣ１ＳＥＬが１であり、第２の命令
パイプライン制御信号２６の一部であるＵ１ＳＥＬが１
であるため、命令供給部２０に留まっている命令Ｅにお
けるＪ１ＳＥＱの値は初期情報生成部２２において "10
010(0x12) ”となり、また第２の命令パイプライン制御
信号２６の一部であるＳ１ＳＥＬが１であるので、初期
情報生成部２２から命令供給部２０に対する供給停止要
求ＳＩＮＳＴは“0 ”となる。

【００７３】第（ｍ＋６）サイクルの後半では、第１の
命令パイプライン制御信号２５であるＡ１ＳＥＬが０、
Ｂ１ＳＥＬが０、Ｃ１ＳＥＬが１、また第２の命令パイ
プライン制御信号２６であるＳ１ＳＥＬが１、Ｔ１ＳＥ
Ｌが１、Ｕ１ＳＥＬが１であるので、Ｕ１ステージ４３
の情報保持用ラッチ４９の値“10001(0x11) ”により、
両命令パイプライン１０，１１で処理されており、かつ
まだ同期をとるステージまで進んでいない命令の中で、
命令供給部２０から一番先に供給された命令であること
から、命令Ｂが第２の命令パイプライン１１のＵ２ステ
ージ４４へ進むとともに、前サイクルから第１の命令パ
イプライン１０のＢ２ステージ３２及びＣ１ステージ３
３に留まっている命令Ｃも命令Ｂとの同期がとれる（命
令Ｃは命令Ｂの次に命令供給部２０から供給された命令
である）ため、第１の命令パイプライン１０のＣ２ステ
ージ３４へ進む。それと同時に、命令Ｂと命令Ｃの進行
に伴い、命令Ｄが第２の命令パイプライン１１のＴ２ス
テージ４２に、Ｔ１ステージ４１の情報保持用ラッチ４
７の値“00100(0x04) ”が情報フラグ生成回路８３によ
って“00001(0x01) ”となってＴ２ステージ４２の情報
保持用ラッチ４８に進むとともに、解読した情報により
命令Ｅが第２の命令パイプライン１１のＳ２ステージ４
０へ進み、初期情報生成部２２において生成されたＪ１
ＳＥＱの値“10010(0x12) ”がＳ２ステージ４０の情報
保持用ラッチ４６へ進む。これは両命令パイプライン１
０，１１で処理されており、かつまだ同期をとるステー
ジまで進んでいない命令の中で、命令Ｄが命令供給部２
０から一番先に供給された命令であることを表し、命令
Ｅが命令供給部２０から２番目に供給された命令である
ことを表している。また、ＮＯＰ相当の命令が第１の命
令パイプライン１０のＢ２ステージ３２へ進み、“0 ”
がＢ２ステージ３２の情報保持用ラッチ３８へ進む。Ｕ
２ステージ４４へ進んだ命令Ｂ及びＣ２ステージ３４へ
進んだ命令Ｃは、今後独自にそれぞれ第２の命令パイプ
ライン１１及び第１の命令パイプライン１０を進行し、
その処理を終える。

【００７４】第（ｍ＋７）サイクルの前半では、命令Ｂ
が第２の命令パイプライン１１のＶ１ステージ４５に、
また命令Ｃが第１の命令パイプライン１０のＤ１ステー
ジ３５に進み、また、命令Ｄが第２の命令パイプライン
１１のＴ２ステージ４２からＵ１ステージ４３に、Ｔ２
ステージ４２の情報保持用ラッチ４８の値“00001(0x0
1) ”がそのままＵ１ステージ４３の情報保持用ラッチ
４９にそれぞれ進むと同時に、命令Ｅが第２の命令パイ
プライン１１のＳ２ステージ４０からＴ１ステージ４１
に、またＳ２ステージ４０の情報保持用ラッチ４６の値
“10010(0x12) ”がそのままＴ１ステージ４１の情報保
持用ラッチ４７にそれぞれ進む。

【００７５】第（ｍ＋７）サイクルの後半では、第１の
命令パイプライン制御信号２５であるＡ１ＳＥＬが０、
Ｂ１ＳＥＬが０、Ｃ１ＳＥＬが０、また第２の命令パイ
プライン制御信号２６であるＳ１ＳＥＬが０、Ｔ１ＳＥ
Ｌが１、Ｕ１ＳＥＬが１であるので、命令Ｂがこのサイ
クルで処理を終えて第２の命令パイプライン１１の外へ
進むとともに、命令Ｃがこのサイクルで処理を終えて第
１の命令パイプライン１０の外へ進み、それに伴ってＮ
ＯＰ相当の命令が第１の命令パイプライン１０のＣ２ス
テージ３４へ進む。このとき、Ｕ１ステージ４３の情報
保持用ラッチ４９の値“00001(0x01) ”により、命令Ｄ
が第２の命令パイプライン１１のＵ１ステージ４３にお
ける処理を終えて、Ｕ２ステージ４４に進むとともに、
命令Ｅが第２の命令パイプライン１１のＴ２ステージ４
２に、Ｔ１ステージ４１の情報保持用ラッチ４７の値
“10010(0x12) ”が情報フラグ生成回路８３によって
“10001(0x11) ”となってＴ２ステージ４２の情報保持
用ラッチ４８にそれぞれ進む。また、ＮＯＰ相当の命令
が第２の命令パイプライン１１のＳ２ステージ４０へ進
み、“0”がＳ２ステージ４０の情報保持用ラッチ４６
へ進む。命令Ｃがこのサイクルで処理を終えて第１の命
令パイプライン１０の外へ進んだため、以降のサイクル
において第１の命令パイプライン１０で実行されている
有効な命令はない。

【００７６】第（ｍ＋８）サイクルの前半では、命令Ｄ
が第２の命令パイプライン１１のＶ１ステージ４５に進
み、命令Ｅが第２の命令パイプライン１１のＴ２ステー
ジ４２からＵ１ステージ４３に、またＴ２ステージ４２
の情報保持用ラッチ４８の値“10001(0x11) ”がそのま
まＵ１ステージ４３の情報保持用ラッチ４９に進む。

【００７７】第（ｍ＋８）サイクルの後半では、第２の
命令パイプライン制御信号２６であるＳ１ＳＥＬが０、
Ｔ１ＳＥＬが０、Ｕ１ＳＥＬが１であるので、命令Ｄが
このサイクルで処理を終えて第２の命令パイプライン１
１の外へ進むとともに、Ｕ１ステージ４３の情報保持用
ラッチ４９の値“10001(0x11) ”により、命令Ｅが第２
の命令パイプライン１１のＵ１ステージ４３における処
理を終えて、Ｕ２ステージ４４に進む。また、ＮＯＰ相
当の命令が第２の命令パイプライン１１のＴ２ステージ
４２へ進み、“0 ”がＴ２ステージ４２の情報保持用ラ
ッチ４８へ進む。

【００７８】第（ｍ＋９）サイクルの前半では、命令Ｅ
が第２の命令パイプライン１１のＶ１ステージ４５に進
み、第（ｍ＋９）サイクルの後半になると、命令Ｅがこ
のサイクルで処理を終えて第２の命令パイプライン１１
の外へ進み、第１の命令パイプライン１０及び第２の命
令パイプライン１１において実行されている有効な命令
は全て終了する。

【００７９】このように命令供給部２０より供給される
命令１を解読し、その解読された命令２が第１の命令パ
イプライン１０或いは第２の命令パイプライン１１に進
行する際に、解読された命令の情報３及び各命令パイプ
ラインで処理されている命令の状況から、その命令が実
行される命令パイプラインと他方命令パイプラインとの
同期が必要か、その命令は両命令パイプラインで処理さ
れており、かつ両命令パイプラインの同期をとるステー
ジ（本実施例の場合、第１の命令パイプライン１０のＣ
２ステージ３４及び第２の命令パイプライン１１のＵ２
ステージ４４）に達していない命令中の何番目に供給さ
れた命令であるかという初期情報生成部２２からの情報
をその命令自体に付加するとともに、その命令より先に
各命令パイプライン１０，１１に供給された命令におけ
る各命令パイプライン中での進行に従って、第１の命令
パイプライン１０に備えられた情報保持用ラッチ３６〜
３９或いは第２の命令パイプライン１１に備えられた情
報保持用ラッチ４６〜４９の値を決定し、その情報保持
用ラッチの値に基づいてその命令が実行される命令パイ
プラインの進行を制御することにより、第１の命令パイ
プライン１０と第２の命令パイプライン１１の間の同期
を確保することができる。

【００８０】尚、前記実施例では、第１の命令パイプラ
イン１０及び第２の命令パイプライン１１を３パイプラ
インステージとし、命令の進行を第１の命令パイプライ
ン１０の第３ステージ（Ｃ２ステージ３４）と第２の命
令パイプライン１１の第３ステージ（Ｕ２ステージ４
４）での同期を確保するものとしたが、それ以外のステ
ージの組合せ、例えば第１の命令パイプライン１０の第
２ステージ（Ｂ２ステージ３２）と第２の命令パイプラ
イン１１の第３ステージ（Ｕ２ステージ４４）や、第１
の命令パイプライン１０の第２ステージ（Ｂ２ステージ
３２）と第２の命令パイプライン１１の第２ステージ
（Ｔ２ステージ４２）においても同様の方法により同期
を確保することができる。一般に、第１の命令パイプラ
インをｎパイプラインステージで、第２の命令パイプラ
インをｍパイプラインステージで構成した場合、第１の
命令パイプラインのｉ（≦ｎ）番目ステージと第２の命
令パイプラインのｊ（≦ｍ）番目ステージにおいても同
様の方法で同期を確保することができ、それぞれの命令
を識別することで命令の種類毎に同期を行うステージの
組合せを変更することも可能である。また、前記実施例
では、それぞれのサブステージが２相クロックで駆動さ
れており、２つのサブステージで１つのパイプラインス
テージを構成するとしたが、サブステージを持たない単
相クロックで駆動されるパイプライン計算機、或いは２
相に限らず多相クロックで駆動され、１つのパイプライ
ンステージがいくつかのサブステージで構成される計算
機についても同様の同期が実現できる。さらに、前記実
施例では、第１の命令パイプライン及び第２の命令パイ
プラインに設けた情報保持手段を情報フラグ生成回路と
情報保持用ラッチとにより構成しているが、情報保持手
段として供給される命令に対応した順序を計数する計数
回路と計数一時保持回路で構成することも可能であり、
各命令パイプラインに供給される命令の順序、及び同期
の有無を保持する手段は前記実施例に限ったものではな
い。

【００８１】一般に、マイクロプロセッサ（以下、ＭＰ
Ｕという）はＩＵ(Integer Unit)を中心に構成されるこ
とが多いが、最近ではＬＳＩ集積度の向上に伴い、ＦＰ
Ｕ(Floating-point Processing Unit)、キャッシュメモ
リ、ＭＭＵ(Memory Management Unit)、ＢＣＵ(Bus Con
trol Unit)等を集積するものも見られるようになり、前
記に説明したパイプライン計算機の具体的な例として
は、ＦＰＵオンチップのＭＰＵが挙げられる。この場合
は前記の第１の命令パイプラインがＩＵに、第２の命令
パイプラインがＦＰＵにそれぞれ相当する。ＭＰＵ自体
に供給される命令に特別な処置を施さない場合は、その
命令がＭＰＵの中のどのパイプラインで処理されるもの
か区別がつかないので、各時刻におけるＭＰＵ内のレジ
スタの内容はそれぞれの命令が順番に実行されたのと同
じ順序で結果を書き換えなければならないために、各パ
イプラインの同期を取ることが必要となる。このような
集積度の高い大規模なＬＳＩにおいて、本発明のような
少ないハードウェアで高速の同期を実現する方法は極め
て有効なものである。

【００８２】（実施例４）図４に示した実施例３におい
ては、命令パイプラインが２つであったが、さらに多数
の命令パイプラインを持つような計算機においても、同
様な同期方法を実現できるのはいうまでもない。図１１
〜図１４を利用して本発明の実施例４である複数の命令
パイプラインを有するパイプライン計算機を説明する。

【００８３】図１１に示した複数の命令パイプラインを
有するパイプライン計算機は、図４に示した本発明の実
施例３である複数の命令パイプラインを有するパイプラ
イン計算機に加えて、第３の命令パイプライン１２及び
第３の命令パイプライン制御部２７を持つ。第３の命令
パイプライン１２は、３パイプラインステージよりなる
第１命令パイプライン１０及び第２の命令パイプライン
１１と同様な構成であり、Ｗ２ステージ５０及びＸ１ス
テージ５１の２つのサブステージよりなる第１のステー
ジと、Ｘ２ステージ５２及びＹ１ステージ５３の２つの
サブステージよりなる第２のステージと、Ｙ２ステージ
５４及びＺ１ステージ５５の２つのサブステージよりな
る第３のステージとから構成されている。また第３の命
令パイプライン１２には、情報フラグ生成回路８４，８
５が設けられ、さらに、第１命令パイプライン１０及び
第２の命令パイプライン１１と同様に第３ステージ（Ｙ
２ステージ５４）において命令実行の同期を確保するも
のとして、Ｗ２ステージ５０からＹ１ステージ５３まで
の各ステージにそれぞれ情報保持用ラッチ５６〜５９が
設けられているほか、入力セレクタ６６〜６８が論理回
路７６〜７８で生成された信号により制御されている。
入力セレクタ６６〜６８及び論理回路７６〜７８は、第
１の命令パイプラインにおける入力セレクタ６０〜６２
及び論理回路７０〜７２（又は第２の命令パイプライン
における入力セレクタ６３〜６５及び論理回路７３〜７
５）とそれぞれ同じ構成で、かつ本発明の実施例３にお
けるそれらの回路と同じ構成である。しかし、情報フラ
グ生成回路８４，８５は、第１の命令パイプラインにお
ける情報フラグ生成回路８０，８１（又は第２の命令パ
イプラインにおける情報フラグ生成回路８２，８３）と
それぞれ同じ構成であるが、実施例３におけるそれらの
回路とは違った構成となり、それと同時に初期情報生成
部２２も実施例３における回路とは違った構成となる。
図１２に本実施例における初期情報生成部２２の回路図
を、図１３に本実施例における情報フラグ生成回路８０
の回路図（８２，８４も同様の構成）を、図１４に情報
フラグ生成回路８１の回路図（８３，８５も同様の構
成）をそれぞれ示す。

【００８４】本発明の実施例３においては、第１の命令
パイプライン１０のＡ２ステージ３０からＣ１ステージ
３３及び第２の命令パイプライン１１のＳ２ステージ４
０からＵ１ステージ４３の各ステージに設けられた情報
一時保持手段が、それぞれ５ビットの情報保持用ラッチ
で構成されていたが、図１２〜図１４に示すように、本
実施例においては３つの命令パイプラインを持つため、
第１の命令パイプライン１０のＡ２ステージ３０からＣ
１ステージ３３、第２の命令パイプライン１１のＳ２ス
テージ４０からＵ１ステージ４３及び第３の命令パイプ
ライン１２のＷ２ステージ５０からＹ１ステージ５３の
各ステージに設けられた情報一時保持手段が、それぞれ
７ビットの情報保持用ラッチで構成されている。

【００８５】また命令解読部２１によって解読された情
報３は、実施例３と同じく３ビット（ＤＥＣＯＤＥ
［２］〜ＤＥＣＯＤＥ［０］）からなっており、その値
の持つ意味も同じであるが、解読された命令が第３の命
令パイプライン１２で処理するものである場合、情報３
の下位２ビットＤＥＣＯＤＥ［１］〜ＤＥＣＯＤＥ
［０］の値は“11(0x3) ”となる。

【００８６】さらに、初期情報生成部２２によって生成
される命令の情報Ｊ１ＳＥＱの値については、最上位の
右から７ビット目は、その命令の実行にあたって命令が
処理される命令パイプラインと他方の命令パイプライン
との同期必要の有無を表しており、そのビットが“1 ”
ならば同期が必要であり、そのビットが“0 ”ならば同
期が必要でない。下位６ビットは、３つの命令パイプラ
イン１０〜１２で処理されている命令において命令供給
部２１から供給された順序を表しており、その値は供給
された順に“000001(0x01)”，“000010(0x02)”，“00
0100(0x04)”，“001000(0x08)”，“010000(0x10)”，
“100000(0x20)”となる。

【００８７】第３の命令パイプライン１２の制御は、第
１の命令パイプライン１０及び第２の命令パイプライン
１１の制御と同様にそのパイプライン独自のものであ
り、本発明の同期機構によってのみ制御されるものでは
ない。

【００８８】このようにして、実施例３と同様に命令供
給部２０より供給される命令１を解読し、その解読され
た命令２が第１の命令パイプライン１０、第２の命令パ
イプライン１１或いは第３の命令パイプライン１２に進
行する際に、解読された命令の情報３及び各命令パイプ
ラインで処理されている命令の状況から、その命令が実
行される命令パイプラインと他の命令パイプラインとの
同期が必要か、その命令は３つの命令パイプラインで処
理されており、かつ３つの命令パイプラインの同期をと
るステージ（本実施例の場合、第１の命令パイプライン
１０のＣ２ステージ３４、第２の命令パイプライン１１
のＵ２ステージ４４及び第３の命令パイプライン１２の
Ｙ２ステージ５４）に達していない命令中の何番目に供
給された命令であるかという初期情報生成部２２からの
情報をその命令自体に付加するとともに、その命令より
先に各命令パイプライン１０〜１２に供給された命令に
おける各命令パイプライン中での進行に従って、第１の
命令パイプライン１０に備えられた情報保持用ラッチ３
６〜３９、第２の命令パイプライン１１に備えられた情
報保持用ラッチ４６〜４９或いは第３の命令パイプライ
ン１２に備えられた情報保持用ラッチ５６〜５９の値を
決定し、その情報保持用ラッチの値に基づいてその命令
が実行される命令パイプラインの進行を制御することに
より、第１の命令パイプライン１０と第２の命令パイプ
ライン１１と第３の命令パイプライン１２の間の同期を
確保することができる。

【００８９】一般に、第１の命令パイプラインをｎパイ
プラインステージで、第２の命令パイプラインをｍパイ
プラインステージで、第３の命令パイプラインをｋパイ
プラインステージで構成した場合、第１の命令パイプラ
インのｉ（≦ｎ）番目ステージと第２の命令パイプライ
ンのｊ（≦ｍ）番目ステージと第３の命令パイプライン
のｘ（≦ｋ）番目ステージにおいても同様の方法で同期
を確保することができ、それぞれの命令を識別すること
で命令の種類毎に同期を行うステージの組合せを変更す
ることも可能である。

【００９０】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、複
数の命令パイプラインを持つ計算機のそれぞれの命令パ
イプラインの間の同期を、命令パイプラインの各ステー
ジに設けた情報保持手段と、供給される命令がいずれか
の命令パイプラインへ進行する際に、解読された命令の
情報及び各命令パイプラインで処理されている命令の状
況から、その命令が実行される命令パイプラインとその
他の命令パイプラインとの同期が必要か、またその命令
は全ての命令パイプラインで処理されており、かつ全て
の命令パイプラインの同期をとるステージに達していな
い命令中の何番目に供給された命令であるかという情報
を生成する初期情報生成部いう簡単なハードウェアを設
けることにより実現することができ、さらに同期のため
の余分な時間を必要としないため、高速な同期方法が実
現できる。また、処理時間の違う命令の実行において、
パイプラインの進行を停止させることなく同時に終了す
ることができるという点で、各命令パイプラインで処理
される命令の実行が同時に終了するような場合には効率
化が図れる。この高速性は密に結合された計算機同士の
命令パイプラインの同期方法としても利用可能であり、
複数の命令パイプラインを備えた高速な演算器或いは計
算機を実現する上での大きな産業上の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１及び２におけるパイプライン
計算機の同期方法を説明するためのフローチャート図で
ある。

【図２】本発明の実施例１におけるパイプライン計算機
の同期方法を説明するための概略構成を示すブロック図
である。

【図３】本発明の実施例２におけるパイプライン計算機
の同期方法を説明するための概略構成を示すブロック図
である。

【図４】本発明の実施例３におけるパイプライン計算機
を説明するための具体例を示すブロック図である。

【図５】本発明の実施例３における第１の命令パイプラ
インの各ステージにあるセレクタ及びその制御回路の図
である。

【図６】本発明の実施例３における初期情報生成部の回
路図である。

【図７】本発明の実施例３におけるＡ２ステージにおけ
る情報フラグ生成回路の図である。

【図８】本発明の実施例３におけるＢ２ステージにおけ
る情報フラグ生成回路の図である。

【図９】本発明の実施例３における動作タイミングの一
半部を示す図である。

【図１０】同動作タイミングの他半部を示す図である。

【図１１】本発明の実施例４におけるパイプライン計算
機を説明するための具体例を示すブロック図である。

【図１２】本発明の実施例４における初期情報生成部の
回路図である。

【図１３】本発明の実施例４におけるＡ２ステージにお
ける情報フラグ生成回路の図である。

【図１４】本発明の実施例４におけるＢ２ステージにお
ける情報フラグ生成回路の図である。

【図１５】従来の技術による同期方法の例を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１，２，１００…命令 ３，２２１〜２２３…解読された命令の情報 １０〜１２…命令パイプライン ２０…命令供給部 ２１…命令解読部 ２２…初期情報生成部 ２３，２４，２７…命令パイプライン制御部 ２５，２６，２８，２００〜２０４，２０６〜２１５…
パイプライン制御信号 ３０〜３５，１１１〜１１３…第１の命令パイプライン
の各ステージ ３６〜３９…第１の命令パイプラインの各ステージの情
報保持用ラッチ ４０〜４５，１２１〜１２４…第２の命令パイプライン
の各ステージ ４６〜４９…第２の命令パイプラインの各ステージの情
報保持用ラッチ ５０〜５５，１３１〜１３４…第３の命令パイプライン
の各ステージ ５６〜５９…第３の命令パイプラインの各ステージの情
報保持用ラッチ ６０〜６８…命令パイプラインの各ステージの入力のセ
レクタ ７０〜７８…各ステージの入力のセレクタ制御回路 ８０〜８５…情報フラグ生成回路 １０１…演算器制御フィールド １０２…その他のフィールド １０３…演算器 １０４…レジスタファイル ２３１〜２３７…命令パイプラインへ入力する命令の初
期情報 ２３８…命令供給部への供給停止信号 ３０１〜３０４，３１１〜３１４，３２１〜３２３…セ
レクタ入出力信号 ３３１〜３３７，３４１〜３４７，３５１〜３５７，３
６１〜３６７，４３１〜４３７，４４１〜４４７，４５
１〜４５７，４６１〜４６７，５３１〜５３７，５４１
〜５４７，５５１〜５５７，５６１〜５６７…情報保持
用ラッチの入出力値 １００１〜１００７…第１及び第２の命令パイプライン
がと同期をとりながら進行する各ステップ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ段のステージからなる第１の命令パイ
   プラインと、ｍ段のステージからなる第２の命令パイプ
   ラインとを備えたパイプライン計算機の同期方法であっ
   て、 第１の命令が前記第１又は第２のどちらの命令パイプラ
   インで処理するものであるか、及び前記第１の命令の進
   行が前記第１の命令より先に前記第１又は第２の命令パ
   イプラインに供給された第２の命令の進行との同期を必
   要とするかを解読する第１のステップと、 前記第１のステップの結果によって前記第１又は第２の
   命令パイプラインに前記第１の命令を供給する第２のス
   テップと、 前記第１の命令の進行が前記第２の命令の進行との同期
   を必要としないときに、前記第１の命令が前記第１又は
   第２の命令パイプラインを独自に進行する第３のステッ
   プとを有するとともに、 前記第１の命令の進行が前記第２の命令の進行との同期
   を必要とするときに、前記第１の命令パイプラインの第
   ｉ番目（ｉ≦ｎ）のステージと前記第２の命令パイプラ
   インの第ｊ番目（ｊ≦ｍ）のステージとにおいて、前記
   第１の命令の進行が前記第２の命令の進行との同期を確
   保するために、 前記第１の命令が前記第１の命令パイプラインを進行す
   る場合は、前記第２の命令が、前記第１の命令パイプラ
   インを進行するとき第ｉ番目のステージを通過するこ
   と、並びに前記第２の命令パイプラインを進行するとき
   第ｊ番目のステージを通過するか又は第ｊ番目のステー
   ジに達することを監視する第４のステップと、前記第４
   のステップの条件が満たされるまで前記第１の命令にお
   ける前記第１の命令パイプラインの第ｉ番目のステージ
   の進みを止める第５のステップとを有する一方、 前記第１の命令が前記第２の命令パイプラインを進行す
   る場合は、前記第２の命令が、前記第１の命令パイプラ
   インを進行するとき第ｉ番目のステージを通過するか又
   は第ｉ番目のステージに達すること、並びに前記第２の
   命令パイプラインを進行するとき第ｊ番目のステージを
   通過することを監視する第６のステップと、前記第６の
   ステップの条件が満たされるまで前記第１の命令におけ
   る前記第２の命令パイプラインの第ｊ番目のステージの
   進みを止める第７のステップとを有し、 さらに、前記第２の命令との同期が確保できたために、
   前記第１の命令が前記第１又は第２の命令パイプライン
   を独自に進行する第８のステップとを有することを特徴
   とするパイプライン計算機の同期方法。
2. 【請求項２】 ｎ段のステージからなる第１の命令パイ
   プラインと、ｍ段のステージからなる第２の命令パイプ
   ラインと、ｋ段のステージからなる第３の命令パイプラ
   インとを備えたパイプライン計算機の同期方法であっ
   て、 第１の命令が前記第１、第２又は第３のどの命令パイプ
   ラインで処理するものであるか、及び前記第１の命令の
   進行が前記第１の命令より先に前記第１、第２又は第３
   の命令パイプラインに供給された第２の命令の進行との
   同期を必要とするかを解読する第１のステップと、 前記第１のステップの結果によって前記第１、第２又は
   第３の命令パイプラインに前記第１の命令を供給する第
   ２のステップと、 前記第１の命令の進行が前記第２の命令の進行との同期
   を必要としないときに、前記第１の命令が前記第１、第
   ２又は第３の命令パイプラインを独自に進行する第３の
   ステップとを有するとともに、 前記第１の命令の進行が前記第２の命令の進行との同期
   を必要とするときに、前記第１の命令パイプラインの第
   ｉ番目（ｉ≦ｎ）のステージと前記第２の命令パイプラ
   インの第ｊ番目（ｊ≦ｍ）のステージと前記第３の命令
   パイプラインの第ｘ番目（ｘ≦ｋ）のステージとにおい
   て、前記第１の命令の進行が前記第２の命令の進行との
   同期を確保するために、 前記第１の命令が前記第１の命令パイプラインを進行す
   る場合は、前記第２の命令が、前記第１の命令パイプラ
   インを進行するとき第ｉ番目のステージを通過するこ
   と、前記第２の命令パイプラインを進行するとき第ｊ番
   目のステージを通過するか又は第ｊ番目のステージに達
   すること、並びに前記第３の命令パイプラインを進行す
   るとき第ｘ番目のステージを通過するか又は第ｘ番目の
   ステージに達することを監視する第４のステップと、前
   記第４のステップの条件が満たされるまで前記第１の命
   令における前記第１の命令パイプラインの第ｉ番目のス
   テージの進みを止める第５のステップとを有し、 前記第１の命令が前記第２の命令パイプラインを進行す
   る場合は、前記第２の命令が、前記第１の命令パイプラ
   インを進行するとき第ｉ番目のステージを通過するか又
   は第ｉ番目のステージに達すること、前記第２の命令パ
   イプラインを進行するとき第ｊ番目のステージを通過す
   ること、並びに前記第３の命令パイプラインを進行する
   とき第ｘ番目のステージを通過するか又は第ｘ番目のス
   テージに達することを監視する第６のステップと、前記
   第６のステップの条件が満たされるまで前記第１の命令
   における前記第２の命令パイプラインの第ｊ番目のステ
   ージの進みを止める第７のステップとを有し、 前記第１の命令が前記第３の命令パイプラインを進行す
   る場合は、前記第２の命令が、前記第１の命令パイプラ
   インを進行するとき第ｉ番目のステージを通過するか又
   は第ｉ番目のステージに達すること、前記第２の命令パ
   イプラインを進行するとき第ｊ番目のステージを通過す
   るか又は第ｊ番目のステージに達すること、並びに前記
   第３の命令パイプラインを進行するとき第ｘ番目のステ
   ージを通過することを監視する第８のステップと、前記
   第８のステップの条件が満たされるまで前記第１の命令
   における前記第３の命令パイプラインの第ｘ番目のステ
   ージの進みを止める第９のステップとを有し、 さらに、前記第２の命令との同期が確保できたために、
   前記第１の命令が前記第１、第２又は第３の命令パイプ
   ラインを独自に進行する第１０のステップとを有するこ
   とを特徴とするパイプライン計算機の同期方法。
3. 【請求項３】 複数のステージからなる第１の命令パイ
   プラインと、 複数のステージからなる第２の命令パイプラインと、 前記第１の命令パイプラインを制御する第１の命令パイ
   プライン制御部と、 前記第２の命令パイプラインを制御する第２の命令パイ
   プライン制御部と、命令供給部より供給される命令を解
   読する命令解読部と、解読された第１の命令が前記第１
   又は第２の命令パイプラインの最初のステージに進むと
   き、その最初のステージに備えられた情報一時保持手段
   の値となる、前記第１の命令の進行が前記第１の命令よ
   り先に前記第１又は第２の命令パイプラインに供給され
   た第２の命令の進行との同期を必要とするか、並びに前
   記第１の命令が前記第１又は第２の命令パイプラインに
   おいて処理されており、まだ前記第１又は第２の命令パ
   イプラインにおける同期をとるステージまで進んでいな
   い命令の中で何番目の命令であるかという情報を生成す
   る初期情報生成部と、 前記第１の命令が前記第１の命令パイプラインを進行す
   るとき、前記第１の命令パイプラインの各ステージに備
   えられた第１の情報一時保持手段と前記第２の命令が前
   記第１又は第２の命令パイプラインの同期をとるステー
   ジに進行する毎に前記第１の命令パイプラインを進行す
   る前記第１の命令の前記情報を更新する第１の情報生成
   回路により構成された第１の情報保持手段と、 前記第１の命令が前記第２の命令パイプラインを進行す
   るとき、前記第２の命令パイプラインの各ステージに備
   えられた第２の情報一時保持手段と前記第２の命令が前
   記第１又は第２の命令パイプラインの同期をとるステー
   ジに進行する毎に前記第２の命令パイプラインを進行す
   る前記第１の命令の前記情報を更新する第２の情報生成
   回路により構成された第２の情報保持手段とを備えるこ
   とを特徴とするパイプライン計算機。
4. 【請求項４】 複数のステージからなる第１の命令パイ
   プラインと、 複数のステージからなる第２の命令パイプラインと、 複数のステージからなる第３の命令パイプラインと、 前記第１の命令パイプラインを制御する第１の命令パイ
   プライン制御部と、 前記第２の命令パイプラインを制御する第２の命令パイ
   プライン制御部と、 前記第３の命令パイプラインを制御する第３の命令パイ
   プライン制御部と、 命令供給部より供給される命令を解読する命令解読部
   と、 解読された第１の命令が前記第１、第２又は第３の命令
   パイプラインの最初のステージに進むとき、その最初の
   ステージに備えられた情報一時保持手段の値となる、前
   記第１の命令の進行が前記第１の命令より先に前記第
   １、第２又は第３の命令パイプラインに供給された第２
   の命令の進行との同期を必要とするか、並びに前記第１
   の命令が前記第１、第２又は第３の命令パイプラインに
   おいて処理されており、未だ前記第１、第２又は第３の
   命令パイプラインにおける同期をとるステージまで進ん
   でいない命令の中で何番目の命令であるかという情報を
   生成する初期情報生成部と、 前記第１の命令が前記第１の命令パイプラインを進行す
   るとき、前記第１の命令パイプラインの各ステージに備
   えられた第１の情報一時保持手段と前記第２の命令が前
   記第１、第２又は第３の命令パイプラインの同期をとる
   ステージに進行する毎に前記第１の命令パイプラインを
   進行する前記第１の命令の前記情報を更新する第１の情
   報生成回路により構成された第１の情報保持手段と、 前記第１の命令が前記第２の命令パイプラインを進行す
   るとき、前記第２の命令パイプラインの各ステージに備
   えられた第２の情報一時保持手段と前記第２の命令が前
   記第１、第２又は第３の命令パイプラインの同期をとる
   ステージに進行する毎に前記第２の命令パイプラインを
   進行する前記第１の命令の前記情報を更新する第２の情
   報生成回路により構成された第２の情報保持手段と、 前記第１の命令が前記第３の命令パイプラインを進行す
   るとき、前記第３の命令パイプラインの各ステージに備
   えられた第３の情報一時保持手段と前記第２の命令が前
   記第１、第２又は第３の命令パイプラインの同期をとる
   ステージに進行する毎に前記第３の命令パイプラインを
   進行する前記第１の命令の前記情報を更新する第３の情
   報生成回路により構成された第３の情報保持手段とを備
   えることを特徴とするパイプライン計算機。