JP2901573B2 - スーパースカラー方式の情報処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複雑なソフトウェ
ア命令を単純なファームウェア命令に展開し、プログラ
ム中に書かれている命令列とは異なる順番で実行する情
報処理装置に関し、特に、スーパースカラー方式の情報
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、演算処理装置においては性能を上
げるために複数の命令をオーバラップして実行するパイ
プライン処理が行われている。

【０００３】データ依存のために、ある命令が実行でき
ない場合でも、その命令よりも後の命令で実行できる命
令があれば、その命令を先に実行することによってデー
タ依存による性能低下を避ける方法がある。この方法は
プログラム中の命令列とは異なる順番で命令を実行する
方法でｏｕｔ−ｏｆ−ｏｒｄｅｒ実行と呼ばれる。

【０００４】ｏｕｔ−ｏｆ−ｏｒｄｅｒで実行した命令
の結果をそのままレジスタファイルに格納すると、例外
が発生した場合に問題となる。例外が発生するとその例
外のために完了できなかった命令のアドレスが退避さ
れ、例外の処理を行った後、退避された命令のアドレス
から再び実行が開始される。

【０００５】ところが、ｏｕｔ−ｏｆ−ｏｒｄｅｒ実行
であるために、退避された命令アドレスの後続の命令が
例外発生時にすでに実行を完了していたとすると、その
命令は例外処理のあとに再び実行されてしまう。この問
題を解決するためにリオーダバッファが提案されてい
る。

【０００６】特開平６−１９７０７号公報の（１３）頁
に記載されている従来のリオーダバッファのブロック図
を用いて説明する。図７は、この従来のリオーダバッフ
ァのブロック図であり、図７において、１２１はリオー
ダバッファであり、データを格納するデータフィールド
５６とその格納先のレジスタ番号（デスティネーション
レジスタ番号）を格納するデスティネーションレジスタ
フィールド５５からなるエントリー１２２を複数持ち、
ｏｕｔ−ｏｆ−ｏｒｄｅｒで得られた演算器５２の結果
データを一旦格納し、これをプログラムに書かれている
命令列の順番でレジスタファイル５１にデータを格納す
るものである。

【０００７】リオーダバッファ１２１に保持されたデー
タをレジスタファイル５１に格納する前に、後続の命令
がそのデータを必要とする場合、レジスタファイル５１
からの読み出しを禁止し、リオーダバッファ１２１から
データを供給する必要がある。これは、リオーダバッフ
ァ１２１の各エントリー１２２に依存検出回路５７を設
け、エントリー１２２のデスティネーションレジスタフ
ィールド５５に格納されているデスティネーションレジ
スタ番号と後続命令のソースレジスタ番号６０及び６１
を比較することによってデータ依存が検出され、データ
依存情報６４，６５によってエントリー１２２のデータ
フィールド５６の出力が制御される。

【０００８】ここで、リオーダバッファ１２１に同じデ
スティネーションレジスタ番号を持つエントリーが複数
ある場合、最新データを選択しなければならない。その
ため、通常、比較した結果、得られる複数の一致信号の
中から優先度をつけて選ぶ回路を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、従来
の技術において、複雑なソフトウェア命令を単純なファ
ームウェア命令に展開し、プログラム中に書かれている
命令列とは異なる順番で実行する演算処理装置におい
て、ソフトウェア命令実行中にイベント事象が発生した
場合、ソフトウェア命令間でイベント処理を行うことが
できないことである。

【００１０】その理由は、ソフトウェア命令を複数のフ
ァームウェア命令に展開し、命令の実行順序もｏｕｔ−
ｏｆ−ｏｒｄｅｒであるためソフトウェア命令単位の区
切りが判別できないからである。

【００１１】［発明の目的］本発明の目的は、ソフトウ
ェア命令単位のタグビットをリオーダバッファに登録す
ることにより、ソフトウェア命令間の区切りを認識で
き、ソフトウェア命令間で処理しなければならないイベ
ントが発生した場合でも正しく制御することを可能とし
た回路を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するための手段として、ソフトウェア命令を複数
のファームウェア命令に展開してプロセッサの１クロッ
クサイクル中に前記複数個のファームウェア命令を実行
することが可能な情報処理装置において、前記ソフトウ
ェア命令単位にタグを付与することで前記ソフトウェア
命令の区切りを認識する手段を具備したことを特徴とす
るスーパースカラー方式の情報処理装置を提供するもの
である。

【００１３】また、ソフトウェア命令を複数のファーム
ウェア命令に展開してプロセッサの１クロックサイクル
中に複数個のファームウェア命令を実行することが可能
な演算処理装置において、前記ソフトウェア命令を複数
のファームウェア命令に展開する際に、前記ソフトウェ
ア命令毎に識別可能なＳＷタグを付与する回路２７と、
前記ファームウェア命令毎に必要な登録内容とＳＷタグ
をｉｎｏｒｄｅｒに登録するリオーダバッファ１１と、
前記リオーダバッファ１１に登録したエントリの上限を
示すヘッダーポインタ１２と、現在実行中の命令が格納
されているエントリを示す実行ポインタ１３と、前記エ
ントリの下限を示すトレイルポインタ１４と、前記ソフ
トウェア命令間のイベント処理が発生した場合に、前記
ソフトウェア命令の区切りを判別し、前記トレイルポイ
ンタを前記ソフトウェア命令の区切りに移動するタグ制
御回路１５と、を有することを特徴とするスーパースカ
ラー方式の情報処理装置を、上記手段とするものであ
る。

【００１４】また、前記タグ制御回路１５からタグ情報
１１０とキャンセル指示１０９を受け取り、各ステージ
毎に持ち回っているＳＷタグ番号３１，３２と比較する
タグチェック回路３３，３４を有することを特徴とする
スーパースカラー方式の情報処理装置でもある。本発明
のスーパースカラー方式は、イベント事象が発生した場
合にソフトウェア命令間を認識し、ソフトウェア命令間
で正しくイベント処理が行える回路を有することが特徴
である。

【００１５】具体的には、ソフトウェア命令毎に識別可
能なＳＷタグを付与する回路２７と、ファームウェア命
令毎に必要な登録内容とＳＷタグ番号を登録するリオー
ダバッファ１１と、リオーダバッファ１１のエントリー
の上限を示すヘッダーポインタ１２と、現在実行中の命
令が格納されているエントリーを示す実行ポインタ１３
と、エントリーの下限を示すトレイルポインタ１４と、
ソフトウェア命令の区切りを判別するタグ制御回路１５
を具備することを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明によれば、ソフトウェア命令単位にＳＷ
タグ番号を付与し、ファームウェア命令の情報とともに
ＳＷタグ番号もリオーダバッファに登録することで、現
在実行中のソフトウェア命令を判断することができる。

【００１７】これにより、イベント事象が発生した場合
でもリオーダバッファからＳＷタグ番号を抽出すること
で、ソフトウェア命令間を正しく判断することができる
ため、イベント処理を正常に行うことができる。

【００１８】また、ＳＷタグ番号を各ステージの情報と
合わせて持ち回っており、タグ制御回路からキャンセル
対象のＳＷタグを各ステージに通知し、各ステージでキ
ャンセル対象のステージか否かを判断することで無効な
データのみをキャンセルすることができる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２０】［構成］図１は、本発明のリオーダバッフ
ァの外部構成を示したブロック図である。

【００２１】図１を参照すると、本発明の実施例は、フ
ァームウェア情報、ＳＷタグを登録するリオーダバッフ
ァ１１と、リオーダバッファに登録されている最古のフ
ァームウェア命令を指すヘッダーポインタ１２と、現在
実行中のファームウェア命令を指す実行ポインタ１３
と、リオーダバッファに次に登録する番地を指すトレイ
ルポインタ１４と、リオーダバッファ１１に登録されて
いるＳＷタグ情報１０５とイベント通知１０６からトレ
イルポインタの制御情報を生成するタグ制御回路１５か
ら構成される。

【００２２】図２は、ソフトウェア命令をファームウェ
ア命令に展開するブロック図である。

【００２３】ソフトウェア命令を格納するソフトウェア
命令キュー２１，２２とソフトウェア命令のＯＰコード
と各フィールド情報からファームウェア命令を生成する
命令デコーダ２３，２４と、命令デコーダ２３，２４か
ら生成されたファームウェア命令を格納するファームウ
ェア命令キュー２５，２６と、実行部からの発行許可指
示によりＳＷ命令単位にタグを生成するタグ生成回路２
７から構成される。

【００２４】図３は、各パイプラインキャンセル回路を
示すブロック図である。

【００２５】各ステージ毎にＳＷタグ番号３１，３２を
格納する手段と、タグ比較を行うタグチェック回路３
３，３４と、比較結果でキャンセル対象であることを認
識した場合に、後述するバリッド３５，３６をクリアす
る論理積３７，３８から構成される。

【００２６】［動作］次に、本発明の実施例の動作につ
いて、図２を参照して詳細に説明する。

【００２７】ソフトウェア命令をファームウェア命令に
展開するイメージを図４に示す。図４に示すように、１
つのソフトウェア命令は、１〜ｎ個のファームウェア命
令に展開される。図４の例だと、ＳＷ命令Ａは２つのフ
ァームウェア命令に展開され、ＳＷ命令Ｂは３つのファ
ームウェア命令に展開される。

【００２８】また、ＳＷ命令タグ番号は、ソフトウェア
命令単位に付与されるため、ＳＷ命令Ａから展開された
ファームウェア命令は同一のＳＷ命令タグ番号“０
１”、ＳＷ命令Ｂから展開されたファームウェア命令は
同一のＳＷ命令タグ番号“０２”が付与される。

【００２９】ソフトウェア命令バス２００には、命令フ
ェッチ部から供給された複数のソフトウェア命令が存在
する。ソフトウェア命令キュー２１，２２には、次に実
行するソフトウェア命令をソフトウェア命令バス２００
より順次格納する。図２の場合、キューの数は２個とし
ているが、いくつでもかまわない。

【００３０】図４を例にすると、ＳＷ命令Ａはソフトウ
ェア命令キュー２１に、ＳＷ命令Ｂはソフトウェア命令
キュー２２に格納される。

【００３１】ソフトウェア命令キューに格納されている
ソフトウェア命令は、命令発行許可指示２０７によっ
て、ＳＷ命令Ａは、命令デコーダ２３に、ＳＷ命令Ｂは
命令デコーダ２４によりデコードされ、複数のファーム
ウェア命令に展開される。この場合、ＳＷ命令Ａは２個
の、ＳＷ命令Ｂは３個のファームウェアに展開され、フ
ァームウェア命令キュー２５，２６に格納される。

【００３２】また、命令発行許可指示２０７によりＳＷ
タグ生成回路２７からソフトウェア命令単位にタグ番号
が生成され、ファームウェア命令と合わせて、ファーム
ウェア命令キュー２５，２６に格納される。ＳＷタグ番
号はソフトウェア命令毎に昇順に割り振られる。つま
り、古い命令のＳＷ命令タグ番号程、値が小さくなる。

【００３３】以上の動作により、ファームウェア命令キ
ュー２５にはＳＷタグ番号“０１”と２個のファームウ
ェア命令が、ファームウェア命令キュー２６にはＳＷ命
令タグ番号“０２”と３個のファームウェア命令が格納
されている。

【００３４】ファームウェアキュー２５，２６に格納さ
れたファームウェア命令とＳＷタグ番号はファームウェ
ア命令バス１００に順次送出される。

【００３５】次に、図１を参照して詳細に説明する。フ
ァームウェア命令バス１００に送出されたファームウェ
ア命令の情報とＳＷタグ番号はリオーダバッファ登録パ
ス１０１を経由してリオーダバッファ１１に登録され
る。

【００３６】リオーダバッファ１１に登録される内容の
例を図５に示す。図５に示すように、リオーダバッファ
１１には登録内容が有効であるか無効であるかを表すバ
リッドＶと、ファームウェア命令で指定されているデス
ティネーションレジスタ番号と、ペンディング状態であ
るかを判定するビジーフラグＢと、ＳＷ命令タグ番号
と、ライトデータ、ステータス情報などが含まれてい
る。これらの情報がファームウェア命令単位に各エント
リーに登録される。

【００３７】リオーダバッファ１１は、循環型ＦＩＦＯ
構造になっており、各ポインタによって制御される。ヘ
ッダーポインタ１２は、リオーダバッファ１１に登録さ
れている最古のエントリー番号を示し、トレイルポイン
タ１４は、ファームウェア命令バス１００から次に登録
するエントリー番号を示し、実行ポインタ１３は現在実
行中であるファームウェア命令のエントリー番号を示し
ている。

【００３８】図６に、図４のファームウェアがリオーダ
バッファ１１に登録されているイメージ図を示す。各フ
ァームウェア命令の情報はエントリー番号２０〜２４に
登録されており、ＳＷ命令Ａの１つめファームウェア命
令が既に実行が完了しているとする。この場合、エント
リー番号２０のステータスには終了（Ｄｏｎｅ）が表示
される。その他の命令はまだ実行が完了していないため
ビジーフラグＢは“１”であり、ステータスは実行中
（ｅｘｅｃ）、実行待ち（Ｒｅａｄｙ）、ペンディング
状態（Ｗａｉｔ）となっている。この状態では、トレイ
ルポインタ１４は“２５”、実行ポインタ１３は“２
１”を指している。

【００３９】この時にイベント通知１０６が通知される
と、タグ制御回路１５は現在実行中である命令のエント
リー番号を実行ポインタ１３から実行ポインタ番号１０
３を経由して受け取る。実行ポインタ１３は“２１”を
指しているため、リオーダバッファ１１のエントリー２
１に登録してあるＳＷタグ番号“０１”をＳＷタグ情報
１０５から受け取る。タグ制御回路１５でエントリー２
１のＳＷタグ番号と同一の番号をもつエントリーを検索
し、その中で最も新しく登録されたエントリー番号をさ
らに検索する。

【００４０】検索した結果のエントリー番号（この場合
は“２１”）に＋１インクリメントした値をトレイルポ
インタ番号１０８にセットし、トレイルポインタセット
指示１０７を“１”にする。この指示によりセレクタ１
６は、トレイルポインタ番号１０８を選択し、トレイル
ポインタ１４を、現在指しているエントリー番号“２
５”から“２２”に変更する。

【００４１】また、タグ制御回路１５はキャンセル指示
１０９を発行するとともにキャンセル対象のタグ番号で
ある現在実行中のＳＷタグ番号“０１”に＋１インクリ
メントした値“０２”をタグ情報１１０に送出する。

【００４２】次に図３を用いてＳＷタグのキャンセル動
作を説明する。

【００４３】各ステージには、ファームウェア命令を実
行するための情報以外に、ＳＷタグ番号３１，３２を一
緒に持ち回っており、キャンセル指示１０９とタグ情報
１１０を受け取ると自ステージのＳＷタグ番号３１，３
２と比較を行い、自ステージのＳＷタグ番号がタグ情報
１１０で通知された番号よりも大きければ自ステージの
情報は無効であるため、対応するステージのバリッドを
論理積３７，３８により“０”に落とす。

【００４４】

【発明の効果】第１の効果は、複雑なソフトウェア命令
を単純なファームウェア命令に展開し、プログラム中に
かかれている命令列とは異なる順番で実行する演算処理
装置において、イベント処理が正しく行える。

【００４５】その理由は、ソフトウェア命令単位にタグ
を付与することでソフトウェア命令の区切りを認識する
ことができるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスーパースカラー回路の一実施例を示
すリオーダバッファの外部構成図である。

【図２】本発明のスーパースカラー回路の一実施例を示
すソフトウェア命令デコーダ廻りのブロック図である。

【図３】本発明のスーパースカラー回路のパイプライン
キャンセル回路を示すブロック図である。

【図４】本発明のスーパースカラー回路のファームウェ
ア命令の展開イメージ図である。

【図５】本発明のスーパースカラー回路のリオーダバッ
ファの登録内容である。

【図６】本発明のスーパースカラー回路の図４のファー
ムウェア命令列のリオーダバッファの登録内容である。

【図７】従来例のリオーダバッファの構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１１ リオーダバッファ １２ ヘッダーポインタ １３ 実行ポインタ １４ トレイルポインタ １５ タグ制御回路 ２１，２２ ソフトウェア命令キュー ２３，２４ 命令デコーダ ２５，２６ ファームウェア命令キューとＳＷタグ番
号 ２７ ＳＷタグ生成回路 ３１，３２ ＳＷタグ番号 ３３，３４ タグチェック回路 ３５，３６ ステージバリッド ３７，３８ 論理積

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−182160（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−182161（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−182162（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−182163（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−334364（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−190482（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−224987（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−289870（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−245239（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06F 9/38

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソフトウェア命令を複数のファームウェ
   ア命令に展開してプロセッサの１クロックサイクル中に
   前記複数個のファームウェア命令を実行することが可能
   な情報処理装置において、 前記ソフトウェア命令単位にタグを付与することで前記
   ソフトウェア命令の区切りを認識する手段を具備したこ
   とを特徴とするスーパースカラー方式の情報処理装置。
2. 【請求項２】 ソフトウェア命令を複数のファームウェ
   ア命令に展開してプロセッサの１クロックサイクル中に
   複数個のファームウェア命令を実行することが可能な演
   算処理装置において、 前記ソフトウェア命令を複数のファームウェア命令に展
   開する際に、前記ソフトウェア命令毎に識別可能なＳＷ
   タグを付与する回路２７と、 前記ファームウェア命令毎に必要な登録内容とＳＷタグ
   をｉｎｏｒｄｅｒに登録するリオーダバッファ１１と、 前記リオーダバッファ１１に登録したエントリの上限を
   示すヘッダーポインタ１２と、 現在実行中の命令が格納されているエントリを示す実行
   ポインタ１３と、 前記エントリの下限を示すトレイルポインタ１４と、 前記ソフトウェア命令間のイベント処理が発生した場合
   に、前記ソフトウェア命令の区切りを判別し、前記トレ
   イルポインタを前記ソフトウェア命令の区切りに移動す
   るタグ制御回路１５と、を有することを特徴とするスー
   パースカラー方式の情報処理装置。
3. 【請求項３】 前記タグ制御回路１５からタグ情報１１
   ０とキャンセル指示１０９を受け取り、各ステージ毎に
   持ち回っているＳＷタグ番号３１，３２と比較するタグ
   チェック回路３３，３４を有することを特徴とする請求
   項２記載のスーパースカラー方式の情報処理装置。