JP2853458B2 - 命令列切り替え方法及びそれを用いた演算プロセッサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の命令列を並行し
て処理し、実行命令列に対してフオン・ノイマン方式で
動作するプロセッサにおける命令列切り替え方法及びそ
れを用いた演算プロセッサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフオン・ノイマン方式で動作する
演算プロセッサにおいては、命令列を順に実行している
中で、メモリにアクセスする命令があった場合、その命
令を実行し、そのメモリアクセスが終了するまで、演算
部の処理動作は次の命令の処理に進まずにそこで待って
いるという制御方式をとっていた。特にアクセスがメモ
リ読み出し（ロード）動作の場合には読み出した値をそ
れ以降の命令で使用するために、このように待つという
動作は必須となる。

【０００３】このような制御方式をとると、メモリのア
クセスを起動してからそれを終了するまでにかかる時間
が演算プロセッサの一命令を実行する時間に比べて長い
場合には、演算プロセッサが演算処理を実行せずに無駄
に費やすサイクルが生じることになり、処理性能を低下
させる原因となる。

【０００４】それを解決するために、本出願人出願の特
願平０４−１０８０７１に記載の発明ではメモリをアク
セスするロード命令実行時に実行命令列を切り替え、メ
モリアクセスと他の命令列実行を並列に行なうことによ
り処理性能を高く保つことを可能にしている。

【０００５】この方式での制御の様子は図８のように図
示できる。ここで左から右への流れが一つの命令列内で
の命令系列を表し、白丸がその中でのロード命令の発生
を、縦棒が命令列で中断動作が起こる場所、すなわちシ
ーケンスの切れ目を表す。破線が同じ点に戻っているの
は中断後ロードの直後から再開が行なわれることを示し
ている。破線の動作中他の命令列の実行が並列に行なわ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の方式では、メモ
リをアクセスするロード命令実行時に実行命令列を切り
替え、メモリアクセスと他の命令列実行を並列に行なう
ことにより処理性能を高く保つことを可能にしている
が、高速化のために命令キャッシュを使用している場合
には、命令列の切り替えにより命令キャッシュのミスの
確率が高くなり、実行命令フエッチ速度が低下する。

【０００７】また、特に並列に実行可能な命令列の数が
少ない場合には、たとえ前述の特願平０４−１０８０７
１記載の発明を利用しても、連続実行される部分が短か
いと、トークンメモリが空の場合にそれだけ演算処理部
がアイドルであるサイクルが多くなる。

【０００８】例えば、 データＡをレジスタにロードするためのアドレス計算 データＡのロード （「ロード」とはローカルまたはリモートのメモリから
データをフエッチし演算プロセッサの指定されたレジス
タへ移す動作を指す） データＢをレジスタにロードするためのアドレス計算 データＢのロード データＡとＢを使用する演算 という処理の流れがあったとする（データＡとＢのロー
ドは命令列切り替えを必要とする）。

【０００９】上で提案した方式でもトークンメモリが空
の場合には、この命令列に関する処理の時間経過は図７
（Ａ）のように図示できる（図で「Ａのロード」の部分
はメモリより戻ってからトークンメモリに並び、それを
出て演算処理部に入るまでの時間を含んでいる）。

【００１０】このとき、「データＡのロードの動作」と
「データＢをレジスタにロードするためのアドレス計
算」とは本来は並列に実行できるが、制御の関係で直列
に処理されることになり、この命令列処理全体の始まっ
てから終わるまでにかかる時間が長くなり、特に、他に
十分な数の並列に実行可能な命令列がない場合には、
「Ａのロード」の間、他に進める処理がなく、演算部の
稼働率が下る可能性がある、という問題が生じる。

【００１１】もし図７（Ｂ）のように「Ａのロード」
「Ｂのアドレス計算」を並列して実行できればこの問題
を緩和することができる。

【００１２】本発明の目的は、このような問題点を解決
し、より高い処理性能を実現する命令列切り替え方法及
びそれを用いた演算プロセッサを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明の命令列切り
替え方法は、並行して実行可能な命令列をあらかじめ複
数用意しておきそれらを切り替えながらそのうちから１
つを実行命令列として選択しその実行命令列中の命令を
順に実行する演算プロセッサで実行中の命令列の中でメ
モリからのデータロード命令発行に同期して命令列を切
り替える方法において、実行中の第１の命令列の中のロ
ード命令実行時には、そのロード命令によって得られる
ロードデータを最初に使用するあらかじめ発見しておい
たターゲット命令のアドレスを含むトークンを外部に発
行してメモリアクセス動作を起動すると共に前記ターゲ
ット命令の直前の命令まで前記第１の命令列の実行を続
行し、その後に前記第１の命令列の実行を中断し他の命
令列の実行に移り、前記メモリアクセス動作により前記
ロードデータを持つトークンが外部から入力された後に
前記第１の命令列の実行を再開するときには前記入力さ
れたトークン中に含まれる前記ターゲット命令のアドレ
スにより前記ターゲット命令から前記第１の命令列の処
理を再開することを特徴としている。

【００１４】第２の発明の演算プロセッサは、並行して
実行可能な命令列をあらかじめ複数用意しておきそれら
を切り替えながらそのうちから１つを実行命令列として
選択しその実行命令列中の命令を順に実行する演算プロ
セッサにおいて、１つの命令列内の命令を順に実行する
演算処理部と、外部から入力されたトークンを保持し前
記演算処理部に供給するトークンメモリと、前記演算処
理部からアクセスされるデータを保持するレジスタ群
と、外部で行なう動作の記述とそのとき実行中の命令中
に記述された別の命令のアドレスとを含むトークンを生
成し外部へ送出するトークン生成部と、各ロード命令に
は命令列実行を中断した後に再開するべき再開命令アド
レスを有し各命令についてはその命令実行後に直後の命
令を続行実行するか否かを示すフラグを有する命令群よ
りなるプログラムを格納し前記演算処理部へ命令列を供
給するとともに前記各部の動作を制御する命令列制御部
とを有することを特徴としている。

【００１５】第３の発明の命令列切り替れ方法は、第１
の発明に加えて、第１の命令列の中のロード命令実行時
にはそのターゲット命令の代わりに前記ロード命令と前
記ターゲット命令のあいだにあるいずれかの第３の命令
のアドレスを含むトークンを外部に発行してメモリアク
セス動作を起動し、演算部では前記第３の命令の直前で
前記第１の命令列の実行を中断し、前記第１の命令列実
行を再開するときには前記トークン中に含まれる前記第
３の命令のアドレスにより前記第３の命令から再開する
ことを特徴としている。

【００１６】第４の発明の命令列切り替え方法は、第１
の発明に加えて、第１の命令列の中で第１のロード命令
とそれに対応する第１のターゲット命令との間に他の第
２のロード命令が存在する場合に、前記第１のロード命
令の実行時に前記第２のロード命令のアドレスを含む第
１のトークンを外部に発行してメモリアクセス動作を起
動し、演算部では前記第２のロード命令の直前で前記第
１の命令列実行を中断して他の命令列実行に移り、後に
前記第１のトークンに含まれる前記第２のロード命令の
アドレスにより前記第２のロード命令から前記第１の命
令列の実行を再開し、前記第２のロード命令の実行時に
前記第２のロード命令に対応する第２のターゲット命令
のアドレスを含む第２のトークンを外部に発行してメモ
リアクセス動作を起動し、前記演算部では前記第２のタ
ーゲット命令の直前で前記第１の命令列実行を中断して
他の命令列実行に移り、後に前記第２のトークンに含ま
れる前記第２のターゲット命令のアドレスにより前記第
２のターゲット命令から前記第１の命令列の実行を再開
することを特徴としている。

【００１７】

【作用】一つの命令列のなかで中断動作を起こさずに連
続的に実行される部分（部分命令列）であるシーケンス
長をできるだけ長くするようにして一つの命令列の実行
を継続し続けた方が、処理高速化には好ましい。言い換
えれば命令列のうち中断する必要の無いところでは中断
せずに、行けるところまで同じ命令列の実行を続行して
から、どうしても中断が必要なところで中断動作をする
ことが、より望ましいということになる。

【００１８】あるロード命令があった場合、このロード
でメモリからフエッチされレジスタに置かれるデータ
は、そのロード命令以降のどこかで参照される。従っ
て、ロード命令からそれをはじめて参照する命令（以後
これをロード命令に対する「ターゲット命令」と呼ぶ）
までの区間は、本質的にロード命令が終了して戻るのを
待つこと無く継続して実行可能であると考えられ、かつ
上で述べたようにそのほうが効率的処理が可能になる。
しかし従来方式による命令列切り替えの実現では、この
部分の前のロード命令のところで中断することが強制さ
れる。

【００１９】第１および第２の発明では、ロード命令に
対応するターゲット命令のアドレスをあらがじめ調べて
おき、命令列実行の中断をターゲット命令の直前まで遅
延させることによりシーケンス長を長くし、上で述べた
問題を解決することで処理性能を高めることが可能にな
る。

【００２０】第３の発明では、上で述べた作用に加えて
ロード命令とターゲット命令との間に第１の発明の方法
を実施するうえでの障害になる命令があってもコンパイ
ル時に静的にこれを検出してその命令のアドレスを再開
アドレスとするように設定することで上と同様に処理性
能を高めることが可能になる。

【００２１】第４の発明では、上で述べた作用に加えて
二つ以上のロード命令とターゲット命令が干渉しあって
いても中断後の再開アドレスを干渉を解決するように設
定することにより上と同様に処理性能を高めることが可
能になる。

【００２２】

【実施例】まず第１の発明の方法を使用する第２の発明
の装置の実施例について、図面を用いて説明する。

【００２３】図１は第２の発明の演算プロセッサの一実
施例の基本構成図、図２は本演算プロセッサで使用され
るトークンの形式を示す形式図、図３は本演算プロセッ
サで使用される命令の形式を示す形式図である。

【００２４】図１の演算プロセッサ１は、命令列が与え
られたときに内部に持つプログラムカウンタの値を１つ
ずつ増やしながらそれで参照される命令列内の命令に従
った演算処理を行なう演算処理部１０と、演算処理部１
０から参照・更新される複数のレジスタの集合であるレ
ジスタ群１１と、演算処理部１０内の命令とプログラム
カウンタの値からトークンを生成し、これを図示されて
いないメモリアクセスコントローラに対して発行するト
ークン生成部１２と、メモリアクセスコントローラから
入力されるトークンをＦＩＦＯ的に順に保持するトーク
ンメモリ１３と、トークンメモリ１３と演算処理部１０
とトークン生成部１２の動作を制御し、またプログラム
を保持するプログラムメモリ１５を内部に持つ命令列制
御部１４とから構成されている。

【００２５】このような演算処理プロセッサ１を用いて
演算処理を行なう場合、次のような手順で進める。

【００２６】まず外部から信号線９０を介して命令列制
御部１４に対して、全体の動作を記述したプログラム
を、ついでそれぞれが実行開始アドレスを持ったトーク
ンをいくつか与える。命令列制御部１４内のプログラム
は一連の命令の連続であり、実行開始アドレスはその内
の１つのアドレスである。以下、プログラム内の、実行
開始アドレスからある終了点までの部分列を命令列と呼
ぶ。

【００２７】トークンはすべてトークンメモリ１３内に
おかれる。トークンメモリ１３内のトークンは図２の形
式５０に示されており、実行開始アドレスのフイールド
５１を持つ。このとき、フイールド６０は使用しない
し、またフラグ５２の値は″０″である。また外からト
ークンメモリ１３へ与えたトークンの数を命令列制御部
１４内のトークン数カウンタにセットする。

【００２８】外部から命令列制御部１４に対して処理開
始信号が与えられると、トークンメモリ１３内の先頭の
トークンが演算処理部１０に送られ、そのトークンのフ
ラグ５２の値が″０″であるので、演算処理部１０では
そのトークン内の実行開始アドレス５１の値がプログラ
ムカウンタに設定される。これを以下命令列フエッチ動
作と呼ぶ。その後、その命令列の実行が開始される。

【００２９】演算処理部１０の演算処理では、まずプロ
グラムカウンタの値を命令列制御部１４に送り、それを
アドレスとしてそれで示される命令列制御部１４内のプ
ログラムメモリ１５中の命令が演算処理部１０にフエッ
チされる。これを命令フエッチ動作と呼ぶ。

【００３０】ついで演算処理部１０では、フエッチされ
た命令に記述された命令の実行を行なった後に、命令の
シーケンス終了フラグ（後述の図３の命令形式の参照数
字６５）が″０″であればプログラムカウンタの値を１
つインクリメントして次の命令の実行へ進む。命令のシ
ーケンス終了フラグが″１″であれば、後で述べる命令
列終了命令が実行された場合と同様に、その命令列の実
行を終了し別の命令列フエッチ動作を行なう。以上が命
令実行の基本動作である。

【００３１】命令フエッチで得られる命令の種類として
は、レジスタ群１１内のレジスタの値を最大２つ参照し
て加減乗除などの演算を行ない結果を指定されたレジス
タに書き込むＡＬＵ演算命令、外部メモリ上のデータを
そのアドレスを指定することにより読み出してレジスタ
にロードするロード命令、レジスタ上のデータを外部メ
モリの指定された場所へ書き出すストア命令、プログラ
ムカウンタの値を命令で指示された値だけ変化させるジ
ャンプ命令およびブランチ命令、命令列の終わりで命令
列実行を終了する命令列終了命令、がある。

【００３２】命令フエッチで得られた命令がＡＬＵ演算
命令のときは上述の基本動作を行なう。ＡＬＵ演算命令
の形式は図３の参照数字８０に示す。読みレジスタ識別
子Ａ８３と読みレジスタ識別子Ｂ８４が演算に用いるデ
ータの入ったレジスタを、書き込みレジスタ識別子８２
が結果を格納すべきレジスタを示す。レジスタ識別子は
レジスタ群１１中の一つのレジスタを一意に識別する。

【００３３】命令フエッチで得られた命令がロード命令
の場合には、命令列制御部１４からトークン生成部１２
に対しての指示により、トークン生成部１２で図２の形
式５５に示す読み出し要求トークンが生成される。

【００３４】ロード命令の形式を図３の参照数字７０に
示す。ロード命令の形式７０はロード命令を示す命令コ
ード７１と、メモリ読み出しを行なう読み出しアドレス
７３と、読み出したデータを書き込むレジスタの識別子
７２と、ロード命令実行により命令列実行を中断した後
に再開する命令であるターゲット命令のプログラムメモ
リ１５内のアドレス６６を有する。

【００３５】読み出し要求トークンの形式５５はそのと
きの形式７０内のターゲット命令アドレス６６の値を実
行開始アドレス５８に、形式７０中の外部メモリのアク
セスすべき読み出しアドレス７３をアクセスアドレス５
７に、形式７０中のレジスタ識別子７２をレジスタ識別
子６１に、メモリアクセスコントローラで行なう動作と
してメモリ読み出しを指示するコードをオペレーション
コード５６に持つ。このときフイールド５９は使用しな
い。ロード命令実行時、この読み出し要求トークンは生
成後信号線９１を介してメモリアクセスコントローラへ
送られる。

【００３６】命令フエッチで得られた命令がレジスタ上
のデータを外部メモリの指定された場所へ書き出すスト
ア命令であった場合には、命令列制御部１４からトーク
ン生成部１２に対しての指示により、トークン生成部１
２で図２の形式５５に示す書き込み要求トークンが生成
される。

【００３７】ストア命令の形式を図３の参照数字７５に
示す。形式７５はストア命令を示す命令コード７６と、
メモリ書き込みを行なう書き込みアドレス７７と、書き
込むデータを読み出すレジスタの識別子７８とを有す
る。

【００３８】書き込み要求トークンの形式５５はストア
命令７５中の外部メモリの書き込みアドレス７７をアク
セスアドレス５７に、メモリアクセスコントローラで行
なう動作としてメモリ書き込みを指示するコードをオペ
レーションコード５６に、ストア命令のフイールド７８
で指定されたレジスタから読み出した書き込むべきデー
タをフイールド５９に持つ。このときフイールド５８、
６１は使用しない。この書き込き要求トークンは生成後
信号線９１を介してメモリアクセスコントローラへ送ら
れる。

【００３９】命令フエッチで得られた命令がプログラム
カウンタの値を命令で指示された値だけ変化させるジャ
ンプ命令であった場合には、プログラムカウンタに命令
中で指定された値が加算され、そのアドレスから処理が
続行される。またこれに類似したブランチ命令では、直
前の演算結果に応じてジャンプするか直後の命令の実行
にそのまま進むかを決定する。

【００４０】命令フエッチで得られた命令が命令列の終
わりで命令列実行を終了する命令列終了命令であった場
合、および他の命令でそのシーケンス終了フラグ６５
が″１″であった場合には、次の様な動作を行なう。

【００４１】命令列制御部１４内のトークン数カウンタ
の値を１つデクリメントする。デクリメント後これが０
になったら信号線９０を介して外部にプログラム実行終
了を知らせ、演算プロセッサ１は停止する。０でなけれ
ば、その後命令列制御部１４の制御により命令列フエッ
チ動作が行なわれ、フエッチされた命令列の実行が開始
される。トークンメモリ１３中にトークンが１つも存在
しない場合には演算処理部１０はトークンが得られるま
で待ち続ける。

【００４２】メモリアクセスコントローラは読み出し要
求トークン（形式５５）を受け取ると、このオペレーシ
ョンコード５６に従ってアクセスアドレス５７で示され
る番地からデータを読み出し、図２の形式５０のトーク
ンを生成して演算プロセッサ１に対して送る。このとき
フイールド５１には形式５５のフイールド５８の値を、
フイールド６０には形式５５のフイールド６１の値を、
データ５３にはメモリから読み出した値を、フラグ５２
には″１″を与える。

【００４３】メモリアクセスコントローラでは書き込み
要求トークン（形式５５）を受け取ると、このオペレー
ションコード５６に従って、データ５９をアクセスアド
レス５７で示される番地に書き込む。

【００４４】メモリアクセスコントローラからのトーク
ンは信号線９２を介して演算処理プロセッサ１に入力さ
れる。トークンが入力されると、そのトークンはトーク
ンメモリ１３のＦＩＦＯの最後尾に加えられる。ＦＩＦ
Ｏでは先頭のトークンが演算処理部１０からフエッチさ
れる度にそれが取り除かれそれまで２番目であったトー
クンが先頭になり、以下順に順序が繰り上がる。

【００４５】命令列フエッチ動作において、フエッチさ
れたトークン（形式５０）のフラグ５２の値が″１″で
あるので、まず演算処理部１０ではそのトークン内の実
行開始アドレス５１の値をプログラムカウンタに設定す
る。さらに、図２の形式５０のフイールド６０で指定さ
れるレジスタに対して形式５０のデータ５３を書き込ん
だのちに、プログラムカウンタで指示される命令からそ
の命令列の演算処理が再開される。

【００４６】以上の構成を持つ装置において本発明の目
的とする効果の達成を可能にする動作について説明す
る。

【００４７】まず第１の発明の方法の実現について述べ
る。

【００４８】あるロード命令Ｌａによってメモリアドレ
スaddrからフエッチされレジスタｒ１にロードされるデ
ータがそのロード命令以降の命令Ｔａではじめて参照さ
れるとする。つまり命令列は、 であるとする。このときＴａはロード命令Ｌａに対する
「ターゲット命令」である。ロード命令ＬａからＴａま
での区間では、ロードされるデータを必要としないので
本質的にロード命令が終了して戻るのを待つことなく継
続して実行可能である。すなわち、ロードデータに関し
てはＬａの次の命令からＴａの間ではどの命令の前で命
令列を切っても構わないことになる。

【００４９】一方、命令列が与えられたとき、コンパイ
ル時に全てのロード命令についてそれぞれ対応するター
ゲット命令を発見しそのコードアドレスの値を得ること
が可能であるので、Ｌａにおける読み出し要求トークン
の中の実行開始アドレスとしてＴａのアドレスを与えれ
ば、再開時にそこから実行を再開することができる。従
って、最も長いシーケンスを継続実行するには図４で示
されるような方式をとればよい。

【００５０】ここで下の細破線矢印はロード命令からそ
のターゲット命令へのデータ依存関係を、縦棒はそのタ
ーゲット命令の直前でシーケンスが切られ、命令列実行
が中断されることを、また上の太い破線矢印はターゲッ
ト命令（Ｔａ、Ｔｂ）のアドレスを実行開始アドレスと
して持つ読み出し要求トークンが発行されてターゲット
命令から命令列実行が再開されることを示している。

【００５１】この方式を実現するために、コンバイル時
に １．前述のように全てのロード命令についてそのターゲ
ット命令のアドレスを求め、 ２．プログラムメモリ１５の中の各ロード命令のところ
にそれを埋め込み（図３のフイールド６６）、 ３．さらにそれぞれのターゲットとなっている命令につ
いて、その直前の命令のシーケンス終了フラグ６５を″
１″とする ４．他の命令については命令のシーケンス終了フラグ６
５を″０″とする。という前処理をする。

【００５２】実行時にはこれに従い、動作の説明で述べ
た様に、 １．ある命令列中でロード命令Ｌａがあったらそこでそ
のターゲット命令Ｔａのアドレスを実行開始アドレスと
するトークンを発行し、 ２．そこで命令列を中断せずに続行し、 ３．実行した命令のシーケンス終了フラグ６５が″１″
であったらそこで単にその命令列の実行をやめ（単に
「消える」）、 ４．次の命令列をトークンメモリ１３から読み込み実行
する ５．その後、先のＬａから出たトークンが帰ってきて演
算される順番になるとそのトークンは演算処理部１０に
送られてデータがレジスタにロードされ、 ６．ついでＴａの命令から処理を続行する。という手順
で処理が進む。

【００５３】これにより必ずロード命令で命令列が切ら
れる場合に比べれば、平均シーケンス長は長くなり、演
算部の稼働率が高くなり、図７（Ｂ）のように「Ａのロ
ード」と「Ｂのアドレス計算」を並列して実行すること
で高速化が達成される。

【００５４】以上、全てのロード命令に対してそれがロ
ードするデータを初めて使用するターゲット命令の直前
で中断し、ターゲット命令から再開する方法について説
明した。

【００５５】しかしこれら２つの命令の間に例えばジャ
ンプ命令があって命令列と逆の方向（プログラムカウン
タが小さくなる方向）へ飛ぶ場合には、コンパイル時の
解析においてロード命令のターゲット命令を発見しにく
いことがある。このときは１パスではターゲット命令の
発見が困難であり、またはテーブル管理が複雑になる。

【００５６】そのような場合には第３の発明の方法によ
り、このジャンプ命令を第１の発明でのターゲット命令
と見立ててその手前で中断し、再開アドレスとしてその
アドレスをプログラム中のターゲット命令アドレスとし
て与える。

【００５７】また演算結果に応じて条件分岐するブラン
チ命令ではさらに、ブランチの一方ではレジスタを使用
するのでターゲット命令が有るが、他方ではターゲット
命令が発見できないという場合もある。この場合には同
様にそのブランチ命令をターゲット命令とすることで対
処する。

【００５８】このように第３の発明により、ロード命令
とターゲット命令との間に第１の発明の方法の実施の障
害となる命令が存在するケースであっても、コンパイル
時に静的にこれを検出して適切なターゲット命令を発見
し使用するという制御を埋め込むことができ、これによ
り従来方式に比べてシーケンスを長く延ばす効果がえら
れる。

【００５９】以上、全てのロード命令に対してそれがロ
ードするデータを初めて使用するターゲット命令の直
前、またはロード命令とターゲット命令のあいだのある
命令の地点で中断し、そこから再開する方法について説
明した。

【００６０】ところがさらに、ロード命令からターゲッ
ト命令までの区間が複数重なっている場合には、図５で
示されるような状況の時に正しい動作が保証されないと
いう問題がある。

【００６１】この図でうまくいく場合には、この命令列
についての処理の流れは、 １．ＬａでＴａを実行開始アドレスとするトークンＡを
出して命令列処理を続行し、 ２．ＬｂでもＴｂを実行開始アドレスとするトークンＢ
を出して命令列処理を続行し、 ３．Ｔａの直前で命令列は消え、 ４．Ｔａを実行開始アドレスとするトークンＡが戻るこ
とによりＴａ−Ｔｂ間を実行して消え、 ５．Ｔｂを実行開始アドレスとするトークンＢが戻るこ
とによりＴｂ以降を行なう。となるはずである。しかし
ＬａからでたトークンＡが戻るまでの長い時間かかる場
合には、処理がＬｂを超えた後はこの命令列について戻
ってないトークンが２つ存在していることになり、もし
トークンＢがトークンＡより早く戻ってトークンメモリ
で前に並んだ場合には、Ｔｂ以降がＴａ−Ｔｂの区間よ
り先に実行され、誤った動作を行なうことになる。

【００６２】第４の発明はこの問題を次の様に解決す
る。コンパイル時に、複数のロード命令とそれぞれのタ
ーゲット命令の順序を解析し、 １．ロード命令Ｌａとそのターゲット命令Ｔａとの間に
他のロード命令がない場合には第１の発明の方法と同様
に、（ａ）そのターゲットをロード命令のターゲット命
令とし、（ｂ）ターゲット命令直前で中断するようにシ
ーケンス終了フラグをセットしておく ２．そうでなく、ロード命令Ｌａとターゲット命令Ｔａ
との間に一つ以上のロード命令がはさまれている場合に
は、（ａ）はさまれている最初のロード命令Ｌｂのアド
レスをロード命令Ｌａ実行のターゲット命令とし、
（ｂ）ロード命令Ｌｂ実行直前で中断するようにしてお
く。

【００６３】このコンパイルの結果得られたプログラム
を用いて、実行時には演算プロセッサは次のような動作
をする。

【００６４】１．ロード命令Ｌａとターゲット命令Ｔａ
との間に他のロード命令がない場合には第１の発明の説
明と同様に動作する ２．ロード命令Ｌａとターゲット命令Ｔａとの間に一つ
以上のロード命令がはさまれており、そのターゲット命
令ＴｂがＴａより後にある場合には（図６（Ａ）参
照）、（ａ）ロード命令Ｌａ実行時には、はさまれてい
る最初のロード命令Ｌｂを実行開始アドレスとするトー
クンを出してシーケンスを続行し、（ｂ）ロード命令Ｌ
ｂ実行直前で命令列処理を中断し、演算処理部１０は別
の命令列をフエッチする（ｃ）その後戻ったトークンに
より命令列はＬｂから再開される（ｄ）ＬｂではＴｂを
ターゲット命令とするロード命令を実行した後シーケン
スの処理を続行する（ｅ）このときはＴａで必要なデー
タはロードが完了していることが保証されているので、
Ｔａはそのまま実行することができ、（ｆ）Ｔｂの直前
で命令列処理を中断し、演算処理部１０は別の命令列を
フエッチする（ｇ）戻ったトークンにより命令列はＴｂ
から再開される ３．ロード命令Ｌａとターゲット命令Ｔａとの間に一つ
以上のロード命令がはさまれており、そのターゲット命
令ＴｂがＴａの前にある場合には（図６（Ｂ）参照）、
（ａ）ロード命令Ｌａ実行時には、はさまれている最初
のロード命令Ｌｂを実行開始アドレスとするトークンを
出してシーケンスを続行（ｂ）ロード命令Ｌｂ実行直前
で命令列処理を中断し、演算処理部１０は別の命令列を
フエッチする（ｃ）その後戻ったトークンにより命令列
はＬｂから再開される（ｄ）ＬｂではＴｂをターゲット
命令とするロード命令を実行した後シーケンスの処理を
続行する（ｅ）Ｔｂの直前で命令列処理を中断し、演算
処理部１０は別の命令列をフエッチする（ｆ）戻ったト
ークンにより命令列はＴｂから再開される（ｇ）このと
きはＴａで必要なデータはロードが完了していることが
保証されているので、Ｔａはそのまま実行することがで
きる。

【００６５】

【発明の効果】第１および第２の発明では、ロード命令
に対応するターゲット命令のアドレスをあらかじめ調べ
ておき、命令列実行の中断をターゲット命令の直前まで
遅延させることによりシーケンス長を長くすることがで
きる。

【００６６】第３の発明では、上で述べた作用に加え
て、ロード命令とターゲット命令との間に第１の発明の
方法の実施の障害となる命令が存在するケースであって
も、コンパイル時に静的にこれを検出して適切なターゲ
ット命令を発見し使用するという制御を埋め込むことが
でき、こにより従来方式に比べてシーケンスを長く延ば
すということができる。

【００６７】第４の発明では、上で述べた作用に加えて
二つ以上のロード命令とターゲット命令が干渉しあって
いても中断後の再開アドレスを干渉を解決する様に設定
することを可能にする。

【００６８】以上のように一つの命令列のシーケンス長
を長くして実行を継続し続けることにより、並列に実行
可能な命令列の数が少ない場合にも演算処理部がアイド
ルであるサイクルを減少させ、より高い処理性能を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の命令列切り替え方法を用いた演算プロ
セッサの一実施例を示すブロック図である。

【図２】本実施例で用いられるトークンの形式を示す形
式図である。

【図３】本実施例で用いられる命令の形式を示す形式図
である。

【図４】第１の発明の方法を示す線図である。

【図５】第１の発明で解決できないケースを示す線図で
ある。

【図６】第４の発明の方法を示す線図である。

【図７】従来方式と本発明の方式の実行の様子を比較す
るタイムチャートである。

【図８】従来の命令列切り替え方式を示す線図である。

【符号の説明】

１ 演算プロセッサ １０ 演算処理部 １１ レジスタ群 １２ トークン生成部 １３ トークンメモリ １４ 命令列制御部 １５ プログラムメモリ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 並行して実行可能な命令列をあらかじめ
   複数用意しておきそれらを切り替えながらそのうちから
   １つを実行命令列として選択しその実行命令列中の命令
   を順に実行する演算プロセッサで実行中の命令列の中で
   メモリからのデータロード命令発行に同期して命令列を
   切り替える方法において、実行中の第１の命令列の中の
   ロード命令実行時には、そのロード命令によって得られ
   るロードデータを最初に使用するあらかじめ発見してお
   いたターゲット命令のアドレスを含むトークンを外部に
   発行してメモリアクセス動作を起動すると共に前記ター
   ゲット命令の直前の命令まで前記第１の命令列の実行を
   続行し、その後に前記第１の命令列の実行を中断し他の
   命令列の実行に移り、前記メモリアクセス動作により前
   記ロードデータを持つトークンが外部から入力された後
   に前記第１の命令列の実行を再開するときには前記入力
   されたトークン中に含まれる前記ターゲット命令のアド
   レスにより前記ターゲット命令から前記第１の命令列の
   処理を再開することを特徴とする命令列切り替え方法。
2. 【請求項２】 並行して実行可能な命令列をあらかじめ
   複数用意しておきそれらを切り替えながらそのうちから
   １つを実行命令列として選択しその実行命令列中の命令
   を順に実行する演算プロセッサにおいて、１つの命令列
   内の命令を順に実行する演算処理部と、外部から入力さ
   れたトークンを保持し前記演算処理部に供給するトーク
   ンメモリと、前記演算処理部からアクセスされるデータ
   を保持するレジスタ群と、外部で行なう動作の記述とそ
   のとき実行中の命令中に記述された別の命令のアドレス
   とを含むトークンを生成し外部へ送出するトークン生成
   部と、各ロード命令には命令列実行を中断した後に再開
   するべき再開命令アドレスを有し各命令についてはその
   命令実行後に直後の命令を続行実行するか否かを示すフ
   ラグを有する命令群よりなるプログラムを格納し前記演
   算処理部へ命令列を供給するとともに前記各部の動作を
   制御する命令列制御部とを有することを特徴とする演算
   プロセッサ。
3. 【請求項３】 第１の命令列の中のロード命令実行時に
   はそのターゲット命令の代わりに前記ロード命令と前記
   ターゲット命令のあいだにあるいずれかの第３の命令の
   アドレスを含むトークンを外部に発行してメモリアクセ
   ス動作を起動し、演算部では前記第３の命令の直前で前
   記第１の命令列の実行を中断し、前記第１の命令列実行
   を再開するときには前記トークン中に含まれる前記第３
   の命令のアドレスにより前記第３の命令から再開するこ
   とを特徴とする請求項１記載の命令列切り替え方法。
4. 【請求項４】 第１の命令列の中で第１のロード命令と
   それに対応する第１のターゲット命令との間に他の第２
   のロード命令が存在する場合に、前記第１のロード命令
   の実行時に前記第２のロード命令のアドレスを含む第１
   のトークンを外部に発行してメモリアクセス動作を起動
   し、演算部では前記第２のロード命令の直前で前記第１
   の命令列実行を中断して他の命令列実行に移り、後に前
   記第１のトークンに含まれる前記第２のロード命令のア
   ドレスにより前記第２のロード命令から前記第１の命令
   列の実行を再開し、前記第２のロード命令の実行時に前
   記第２のロード命令に対応する第２のターゲット命令の
   アドレスを含む第２のトークンを外部に発行してメモリ
   アクセス動作を起動し、前記演算部では前記第２のター
   ゲット命令の直前で前記第１の命令列実行を中断して他
   の命令列実行に移り、後に前記第２のトークンに含まれ
   る前記第２のターゲット命令のアドレスにより前記第２
   のターゲット命令から前記第１の命令列の実行を再開す
   ることを特徴とする請求項１記載の命令列切り替え方
   法。