JP2902847B2 - 自己変更コード実行方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、命令先取り制御方式
を適用し、フェッチした命令を複数命令ずつデコードす
る情報処理装置に係り、特に先取りされた命令列中に自
己変更コードが含まれている場合に好適な自己変更コー
ド実行方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報処理装置には、処理の高速化
のために、実行すべき命令の先取りを行う命令フェッチ
機構（命令フェッチ手段）と、この命令フェッチ機構に
よってフェッチされた命令をデコード回路によりデコー
ドされるまで格納しておくバッファとがＣＰＵ内に設け
られているものが多い。

【０００３】従来、この種の情報処理装置では、自己変
更コードを含むソフトウェア、即ちソフトウェア自身
（ソフトウェア内の命令）を変更する（書換える）特定
命令（主記憶上の命令書換えを行う命令）を含むソフト
ウェアの実行において、自己変更コードが実行される前
に、それによって変更される命令が既にＣＰＵ内のバッ
ファにフェッチされている場合には、その変更されるべ
き命令は書換えられないまま実行されてしまい、期待通
りの処理をしないという危険性があった。

【０００４】このため従来は、あまり多くの命令を命令
を前もってフェッチしないとか、自己変更コードを含む
ソフトウェアを実行させないという制限をつける必要が
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、命令
先取り制御方式を適用する従来の情報処理装置では、自
己変更コードを含むソフトウェアの実行において、自己
変更コードが実行される前に、それによって変更される
命令が既にＣＰＵ内のバッファにフェッチされている場
合には、その変更されるべき命令は書換えられないまま
実行されてしまうため、期待通りの処理をしない虞があ
った。このため従来は、先取りされた命令を格納するバ
ッファのサイズを小さく設定して、あまり多くの命令を
先取りしないようにせざるを得ず、命令先取り制御によ
る処理の高速化を十分に発揮することができなかった。

【０００６】そこで、本発明者は、特願平３−３３６７
４０号に示すように、自己変更コードを含むソフトウェ
アを情報処理装置内のＣＰＵにて実行する場合に、どん
なに多くの命令を前もってフェッチしても、期待通りに
処理され、命令先取り制御による処理の高速化が十分に
図れる自己変更コード実行方式を提案している。

【０００７】しかし、この先願発明は、フェッチした命
令を１命令ずつ順にデコードする情報処理装置に適用さ
れるもので、複数命令ずつデコードする情報処理装置に
は適用できない。

【０００８】この発明は上記事情に鑑みてなされたもの
でその目的は、フェッチした命令を複数命令ずつデコー
ドする情報処理装置において、自己変更コードを含むソ
フトウェアを情報処理装置内のＣＰＵにて実行する場合
に、どんなに多くの命令を前もってフェッチしても、期
待通りに処理され、命令先取り制御による処理の高速化
が十分に図れる自己変更コード実行方式を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、命令フェッ
チ手段によって主記憶もしくはキャッシュメモリからフ
ェッチされた命令を、その命令アドレスと組にしてフェ
ッチ順に格納するための第１のバッファ手段を設けると
共に、このバッファ手段に格納された命令を複数命令ず
つ順にデコードする命令デコード手段であって、デコー
ド対象命令をその命令アドレスと組にして保持するため
の第２のバッファ手段を有し、主記憶への書込みを行う
特定命令をデコードした場合には、この特定命令が自己
変更コードであり得るものとして、上記第１および第２
のバッファ手段からその書込み先アドレスに一致する命
令アドレスと組になっている書換え対象命令を探し、こ
の書換え対象命令が第１のバッファ手段に存在するなら
ば、この書換え対象命令より後の第１のバッファ手段内
の命令を全て無効とし、この書換え対象命令が第２のバ
ッファ手段に存在するならば、第１のバッファ手段の内
容を全て無効とする命令デコード手段とを設け、上記の
特定命令の実行時には、デコード手段によって第１また
は第２のバッファ手段から探し求められた書換え対象命
令に対しても同一の書換えを施すようにしたことを特徴
とするものである。

【００１０】

【作用】上記の構成においてデコード手段は、第１のバ
ッファ手段から複数のデコード対象命令をその命令のア
ドレス（命令アドレス）と組にして受取り、デコード手
段内の第２のバッファ手段に保持する。そしてデコード
手段は、第２のバッファ手段に保持した複数命令を同時
にデコードする。デコード手段は、デコードした複数命
令の１つが主記憶への書込みを行う特定命令であったな
らば、その特定命令が自己変更コードであり得るものと
判断する。

【００１１】さて、第１のバッファ手段には、主記憶ま
たはキャッシュメモリから先取りされた命令だけでな
く、その命令アドレスがその命令と組にして格納されて
いる。同様に、第２のバッファ手段にも、デコード対象
（デコード中の）命令だけでなく、その命令アドレスが
その命令と組にして格納されている。したがってデコー
ド手段は、上記の特定命令の書込み先アドレスをキーと
して第１および第２のバッファ手段内を検索することに
より、その書込み先アドレスと一致する命令アドレスと
組になっている命令、即ち書換え対象命令を探すことが
できる。

【００１２】デコード手段は、第１または第２のバッフ
ァ手段内から書換え対象命令を検出できた場合には、上
記の特定命令が自己変更コードであるものと判断する。
この場合、デコード手段は、第１のバッファ手段から書
換え対象命令を検出したならば、この書換え対象命令よ
り後の第１のバッファ手段内の命令を全て無効とし、第
２のバッファ手段から書換え対象命令を検出したなら
ば、第１のバッファ手段の内容を全て無効とする。

【００１３】そしてデコード手段は、上記の特定命令を
実行させる際には、主記憶上の対象命令だけでなく、第
１または第２のバッファ手段から検出した書換え対象命
令に対しても同一の書換えが施されるように制御する。

【００１４】このように、自己変更コードであり得る特
定命令の実行に際し、第１のバッファ手段内にその特定
命令で書換えられる命令（書換え対象命令）が存在して
いると、その書換え対象命令より後にある第１のバッフ
ァ手段内の命令が全て無効にされ、デコード手段内（の
第２のバッファ手段）にデコード中の書換え対象命令が
存在していると、第１のバッファ手段内の命令が全て無
効にされ、しかも特定命令の実行により、第１または第
２のバッファ手段から検出された書換え対象命令も書換
えられる。このため、第１のバッファ手段のサイズを大
きくとり、同バッファ手段に大量の命令を前もってフェ
ッチし、このフェッチした命令を複数命令ずつ同時にデ
コードするようにしても、自己変更コードを含むソフト
ウェアの処理が期待通りに行われる。

【００１５】

【実施例】図１はこの発明を適用する命令の先取りを行
う情報処理装置の一実施例を示すブロック構成図であ
る。なお、図１の情報処理装置は、仮想記憶方式を適用
しているものとする。図１において、１０は装置の中枢
をなし命令実行を司るＣＰＵ、２０は命令群からなる各
種プログラム、データが格納される主記憶装置である。

【００１６】ＣＰＵ１０は、主記憶装置２０からフェッ
チする命令の仮想アドレスを保持するためのプログラム
カウンタ１１と、プログラムカウンタ１１の示す仮想ア
ドレスの命令を主記憶装置２０からフェッチする命令フ
ェッチャ１２とを有する。命令フェッチャ１２は、フェ
ッチした命令およびその仮想アドレスを次に述べるバッ
ファ部１３に送る。

【００１７】ＣＰＵ１０はまた、命令フェッチャ１２に
よってフェッチされた命令およびその仮想アドレスを保
持するためのバッファ部１３を有する。バッファ部１３
は、命令フェッチャ１２から送られた命令を後述する命
令デコーダ１４に渡すまで保持するための、キュー構造
を持つ命令バッファ１３ａと、命令フェッチャ１２から
送られた仮想アドレスを命令バッファ１３ａ内の該当命
令に対応して保持するための、命令バッファ１３ａと同
一段数のキュー構造を持つアドレスバッファ１３ｂとか
ら構成される。バッファ部１３は、命令フェッチャ１２
によってフェッチされた命令およびその仮想アドレス
を、複数命令、例えば２命令ずつ次に述べる命令デコー
ダ１４に渡すようにになっている。

【００１８】ＣＰＵ１０はまた、命令バッファ１３ａか
ら受取った２つの命令を同時にデコード（解読）する命
令デコーダ１４を有している。命令デコーダ１４は、上
記２つのデコード対象命令とその仮想アドレスを保持す
るためのバッファ部１５を内蔵する。このバッファ部１
５は、デコード対象命令を保持するための命令バッファ
１５ａと、このデコード対象命令の仮想アドレスを保持
するためのアドレスバッファ１５ｂとから構成される。

【００１９】命令デコーダ１４は、主記憶装置２０への
書込みを行う特定命令をデコードした場合には、その書
込み先アドレスに一致する仮想アドレスと対応してバッ
ファ部１３（内の命令バッファ１３ａ）またはバッファ
部１５（内の命令バッファ１５ａ）に保持されている命
令（書換え対象命令）を探すようになっている。また命
令デコーダ１４は、上記の書換え対象命令がバッファ部
１５に存在するならば、バッファ部１３の内容を全て無
効とし、バッファ部１３に存在するならば、その書換え
対象命令より後のバッファ部１３内の命令を全て無効と
するようになっている。また命令デコーダ１４は、上記
の特定命令の実行に際しては、バッファ部１３またはバ
ッファ部１５から探し求めた書換え対象命令に対しても
同一の書換えが施されるように制御する。

【００２０】ＣＰＵ１０は更に、命令デコーダ１４によ
ってバッファ部１５から探し求められた書換え対象命令
およびその仮想アドレスを保持するための命令・アドレ
スバッファ１６を有している。命令・アドレスバッファ
１６は、命令デコーダ１４と、同命令デコーダ１４のデ
コード結果に応じて命令実行を行う命令実行部（図示せ
ず）とからアクセス可能なようになっている。

【００２１】次に、図１の構成の動作を、図２のフロー
チャートを参照して説明する。まず、通常の命令を実行
する場合の動作を説明する。命令フェッチャ１２は、プ
ログラムカウンタ１１によって示される仮想アドレスに
より、主記憶装置２０から対応する命令をフェッチす
る。このとき命令フェッチャ１２は、命令フェッチに用
いた仮想アドレスを、その命令フェッチが終了するまで
内部保持し、主記憶装置２０から命令をフェッチする
と、その命令と対応する仮想アドレスを同時にバッファ
部１３に送る。これにより、フェッチされた命令は命令
バッファ１３ａの、対応する仮想アドレスはアドレスバ
ッファ１３ｂの、それぞれ同一段に格納される。

【００２２】なお、主記憶装置２０をアクセスするには
仮想アドレスを物理アドレスに変換する必要があるが、
本発明には直接関係しないため、説明を省略する。ま
た、主記憶装置２０と命令フェッチャ１２との間にキャ
ッシュメモリを有する装置では、命令はキャッシュメモ
リからフェッチされる。

【００２３】バッファ部１３は、命令バッファ１３ａに
格納された命令を、その格納順に２命令ずつ命令デコー
ダ１４に送る。同時にバッファ部１３は、その２命令に
対応したアドレスバッファ１３ｂに格納されている仮想
アドレスも命令デコーダ１４に送る。

【００２４】命令デコーダ１４は、バッファ部１３から
送られた２命令とその仮想アドレスとを受取り、命令に
ついてはバッファ部１５内の命令バッファ１５ａに、仮
想アドレスについてはバッファ部１５内のアドレスバッ
ファ１５ｂに、それぞれ保持する。そして命令デコーダ
１４は、命令バッファ１５ａに保持した２命令を解読し
（ステップＳ１）、その２命令がいずれも主記憶装置２
０への書込みを伴う命令（例えばストア命令）でなけれ
ば、即ち自己変更コードであり得ない命令であれば（ス
テップＳ２）、従来と同様に、解読した２命令を図示せ
ぬ命令実行部で同時に実行させる（ステップＳ３）。な
お本実施例では、命令デコーダ１４で同時にデコードさ
れる２命令がいずれも自己変更コードとなるプログラム
配列は禁止されているものとする。

【００２５】次に、本発明に直接関係する自己変更コー
ド処理について説明する。まず、命令デコーダ１４がス
テップＳ１で解読した２命令の１つが主記憶装置２０へ
の書込みを伴う命令、例えばストア命令の場合には、そ
の命令は自己変更コードである可能性がある。そこで本
実施例では、解読した２命令の１つが自己変更コードで
あり得る命令であれば（ステップＳ２）、上記の通常の
命令の場合と異なる処理を行うようにしている。

【００２６】今、命令デコーダ１４が解読した２命令の
１つが自己変更コードであり得る命令Ａであるものとす
る。この場合、命令デコーダ１４は、その命令Ａの指定
する書込み先アドレス（オペランドアドレス）に一致す
るアドレスを、バッファ部１３内のアドレスバッファ１
３ｂおよびバッファ部１５内のアドレスバッファ１５ｂ
から探す（ステップＳ４）。

【００２７】もし、一致するアドレスが見つからない場
合には（ステップＳ５）、命令デコーダ１４は、命令Ａ
がたとえ自己変更コードであったとしても、変更対象と
なる命令（書換え対象命令）は命令バッファ１３ａに先
取りされておらず、また現在デコード対象にもなってい
ないものと判断し、上記した通常の命令と同様に、解読
した命令を命令実行部で実行させる（ステップＳ３）。

【００２８】これに対し、命令Ａの指定する書込み先ア
ドレス（オペランドアドレス）に一致するアドレスが見
つかった場合には（ステップＳ５）、命令デコーダ１４
は、命令Ａが自己変更コードであり、しかも同命令Ａの
変更対象となる命令（この命令を命令Ｂと呼ぶ）が現在
デコード対象となっているか（即ち命令バッファ１５ａ
に保持されているか）、或いは命令バッファ１３ａに先
取りされているものと判断し、以下の動作を行う。

【００２９】即ち命令デコーダ１４は、まず命令フェッ
チャ１２の動作を止める（ステップＳ６）。次に命令デ
コーダ１４は、命令Ａの指定する書込み先アドレスに一
致するアドレスがアドレスバッファ１５ｂから見つかっ
たのか否か（アドレスバッファ１３ｂから見つかったの
か）を調べる（ステップＳ７）。

【００３０】もし、命令Ａの指定する書込み先アドレス
に一致するアドレスがアドレスバッファ１５ｂから見つ
かったのであれば、即ち変更対象命令Ｂが現在デコード
対象となっているならば、命令デコーダ１４は、バッフ
ァ部１３の内容を全て無効化する（ステップＳ８）。そ
して命令デコーダ１４は、バッファ部１５のアドレスバ
ッファ１５ｂ内の該当アドレスと同アドレスに対応して
命令バッファ１５ａに保持されている命令（変更対象命
令）Ｂとの組を命令・アドレスバッファ１６に書込む
（ステップＳ９）。本実施例において、命令バッファ１
５ａには、同バッファ１５ａ内の２つの命令格納位置に
それぞれ対応してフラグ（図示せず）が付されている。
命令デコーダ１４は上記ステップＳ９の実行時に、命令
Ｂの格納位置に対応するフラグをオンする。

【００３１】次に命令デコーダ１４は、自己変更コード
である命令Ａ、即ちオン状態にないフラグに対応する命
令バッファ１５ａ内格納位置に保持されている命令Ａ
を、命令実行部で実行させる（ステップＳ１０）。これ
により、主記憶装置２０への書込み、即ち主記憶装置２
０に記憶されている命令Ｂの書換えが行われる。命令Ａ
のタイプによっては、その前に何等かの演算が行われ
る。

【００３２】同時に命令デコーダ１４は、上記のステッ
プＳ１０において、命令・アドレスバッファ１６内の命
令Ｂに対しても、同一の書換えを行わせる。この間、バ
ッファ部１３から命令デコーダ１４への命令とアドレス
の送出は禁止される。なお、主記憶装置２０と命令フェ
ッチャ１２との間にキャッシュメモリを設けた場合に
は、同キャッシュメモリにも命令Ｂが存在するならば、
そのキャッシュメモリ内の命令Ｂに対しても同一の書換
えを行う。

【００３３】次に命令デコーダ１４は、プログラムカウ
ンタ１１に変更対象命令Ｂの次の仮想アドレス（命令Ｂ
の仮想アドレスに命令Ｂ自身の命令長を加えたもの）を
セットし、命令フェッチャ１２を始めとする各ユニット
の処理を再開させる（ステップＳ１１）。これにより、
命令デコーダ１４自身は、命令・アドレスバッファ１６
内の書換え後の命令Ｂを、フラグがオン状態にある命令
バッファ１５ａの格納位置に読込み、この書換え後の命
令Ｂの解読を行う。このようにして、書換え後の命令Ｂ
以降の処理が行われる。

【００３４】これに対し、上記ステップＳ７で、命令Ａ
の指定する書込み先アドレスに一致するアドレスがアド
レスバッファ１５ｂではなくて、アドレスバッファ１３
ｂから見つかったことが判別された場合には、命令デコ
ーダ１４は、変更対象命令Ｂが命令バッファ１３ａに先
取りされているものと判断し、以下の動作を行う。

【００３５】まず命令デコーダ１４は、命令バッファ１
３ａの内容のうち、変更対象となる命令Ｂと、それより
以前に命令バッファ１３ａに格納された命令とを残し
て、全て無効にする（ステップＳ１２）。この命令バッ
ファ１３ａ内の命令Ｂは、ステップＳ４で探したアドレ
スのアドレスバッファ１３ｂ内格納位置から容易に検出
できる。同時に命令デコーダ１４は、上記のステップＳ
１２で、アドレスバッファ１３ｂの内容のうち、上記の
命令Ｂに対応するアドレスと、命令Ｂより以前に命令バ
ッファ１３ａに格納された命令に対応するアドレスとを
残して、全て無効にする。

【００３６】次に命令デコーダ１４は、バッファ部１５
の命令バッファ１５ａに保持されている２つの命令、即
ち自己変更コードである命令Ａともう１つの命令とを命
令実行部で同時に実行させる（ステップＳ１３）。命令
Ａが実行されると、主記憶装置２０への書込み、即ち主
記憶装置２０に記憶されている命令Ｂの書換えが行われ
る。命令Ａのタイプによっては、その前に何等かの演算
が行われる。同時に命令デコーダ１４は、上記のステッ
プＳ１３において、命令バッファ１３ａ内に残されてい
る命令Ｂに対しても、同一の書換えを行わせる。この
間、命令バッファ１３ａから命令デコーダ１４への命令
送出は禁止される。なお、主記憶装置２０と命令フェッ
チャ１２との間にキャッシュメモリを設けた場合には、
同キャッシュメモリにも命令Ｂが存在するならば、その
キャッシュメモリ内の命令Ｂに対しても同一の書換えを
行う。

【００３７】次に命令デコーダ１４は、プログラムカウ
ンタ１１に命令Ｂの次の仮想アドレス（命令Ｂの仮想ア
ドレスに命令Ｂ自身の命令長を加えたもの）をセット
し、命令フェッチャ１２の処理を再開させる。

【００３８】なお、前記実施例では、命令デコーダ１４
で同時に２命令がデコードされる場合について説明した
が、本発明は、３命令以上が同時にデコードされる情報
処理装置にも同様に適用できる。また、前記実施例で
は、仮想記憶方式を適用する情報処理装置に実施した場
合について説明したが、これに限るものではないことは
勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
バッファ手段（第１のバッファ手段）に先取りされた命
令を複数命令ずつデコードするデコード手段を持った情
報処理装置において、自己変更コードであり得る特定命
令の実行に際し、上記バッファ手段内にその特定命令で
書換えられる命令（書換え対象命令）が存在している
と、その書換え対象命令より後にあるバッファ手段内の
命令が全て無効にされ、その書換え対象命令がデコード
手段内に存在していると、上記バッファ手段内の命令が
全て無効にされ、しかも特定命令の実行により、上記バ
ッファ手段またはデコード手段から検出された書換え対
象命令も書換えられる。

【００４０】このため、上記バッファ手段のサイズを大
きくとり、同バッファ手段に大量の命令を前もってフェ
ッチし、このフェッチした命令を複数命令ずつ同時にデ
コードするようにしても、自己変更コードを含むソフト
ウェアの処理が期待通りに行われ、命令先取り制御によ
る処理の高速化が十分に図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の自己変更コード実行方式を適用する
命令の先取りを行う情報処理装置の一実施例を示すブロ
ック構成図。

【図２】図１の命令デコーダ１４の動作を説明するため
のフローチャート。

【符号の説明】

１０…ＣＰＵ、１１…プログラムカウンタ、１２…命令
フェッチャ、１３，１５…バッファ部、１３ａ，１５ａ
…命令バッファ、１３ｂ，１５ｂ…アドレスバッファ、
１４…命令デコーダ、１６…命令・アドレスバッファ、
２０…主記憶装置。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−73311（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−173786（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−246728（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−73433（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161533（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−23129（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−286032（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−269625（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−44245（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161438（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−88844（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231628（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−31229（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06F 9/38

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 命令の先取りを行う命令フェッチ手段
   と、 この命令フェッチ手段によってフェッチされた命令をそ
   の命令アドレスと組にしてフェッチ順に格納するための
   第１のバッファ手段と、 この第１のバッファ手段に格納された命令を複数命令ず
   つ順にデコードする命令デコード手段であって、デコー
   ド対象命令をその命令アドレスと組にして保持するため
   の第２のバッファ手段を有し、主記憶への書込みを行う
   特定命令をデコードした場合には、この特定命令が自己
   変更コードであり得るものと判断して、前記第１のバッ
   ファ手段および前記第２のバッファ手段からその書込み
   先アドレスに一致する命令アドレスと組になっている書
   換え対象命令を探し、この書換え対象命令が前記第１の
   バッファ手段に存在する場合には、この書換え対象命令
   より後の前記第１のバッファ手段内の命令を全て無効と
   し、この書換え対象命令が前記第２のバッファ手段に存
   在する場合には、前記第１のバッファ手段の内容を全て
   無効とする命令デコード手段とを具備し、 前記特定命令の実行時には、前記デコード手段によって
   前記第１のバッファ手段または前記第２のバッファ手段
   から探し求められた前記書換え対象命令に対しても同一
   の書換えを施すようにしたことを特徴とする自己変更コ
   ード実行方式。