JP2979108B2 - データ処理装置における非同期処理の同期化方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 データ処理装置における非同期処理の同期化方式に関
し、 ハードウェアの増加やオペレーション・コードのビッ
ト長の増加を招くことなく、且つ割込みが待たされるこ
とのないデータ処理装置における非同期処理の同期化方
式を提供することを目的とし、 命令列を記憶する記憶部と、命令実行ユニットと、命
令実行ユニットとは非同期に動作する非同期処理ユニッ
トと、非同期処理ユニットの動作状態を命令実行ユニッ
トに通知する通知手段を有し、 命令実行ユニットは、条件分岐命令が入力された時
に、非同期処理ユニットの動作状態を含む装置の状態が
当該条件分岐命令の分岐条件フィールドで指定された通
りの状態であるか否かを調べ、指定された通りの状態で
ある場合には分岐先アドレス・フィールドで指定された
アドレスに分岐し、そうでない場合には当該条件分岐命
令の次の命令を実行するための処理を行うように構成さ
れている。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、データ処理装置における非同期処理の同期
化方式に関するものである。

近年、マイクロプロセッサに代表されるデータ処理装
置の高速化の一手法として、命令の並列実行が大いに注
目されている。本発明は、この命令並列実行の一手法で
ある所謂“突き放し”制御を効率よく処理する手段を提
供するものである。

〔従来の技術〕

所謂“突き放し”制御と呼ばれるような命令と同期し
た動作から切り離され、同期動作と並行して非同期に動
作する非同期処理ユニットを備えたデータ処理装置にお
いて、非同期処理の或る状態（終了等）を待ってから次
の命令を開始しようとする場合（即ち、非同期処理を同
期化しようとする場合）、従来は“同期化命令”のよう
な特別な命令を用意し、これを実現している。

第７図は従来技術における同期化命令による同期化を
説明する図である。同図においては、非同期処理ユニッ
トは浮動少数点ユニットされている。命令３は浮動小数
点命令であり、命令４は同期化命令であり、命令５は命
令３の演算結果を利用する命令である。

〔発明が解決しようとする課題〕

“同期化命令”のような特別な命令を実施するために
は、命令デコーダを始めとした専用ハードウェアを必要
とし、また、場合によっては命令を規定するためのオペ
レーション・コードのビット長の増加を招くこととな
る。更に、通常は命令実行の切れ目で受理可能な割込み
が“同期化命令”実行中は受理されずに待たされること
となり、特にリアルタイム・アプリケーションの実行で
は性能低下の要因となる。更に、強制的に前記割込みを
受理しようとすると、実行中の“同期化命令”をキャン
セルするようなハードウェアの追加が必要となる。

本発明は、この点に鑑みて創作されたものであって、
ハードウェアの増加やオペレーション・コードのビット
長の増加を招くことなく、しかも割込みが待されること
のないデータ処理装置における非同期処理の同期化方式
を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。本発明のデータ
処理装置は、命令列を記憶する記憶部と、命令実行ユニ
ットと、命令実行ユニットとは非同期に動作する非同期
処理ユニットと、非同期処理ユニットの動作状態を命令
実行ユニットに通知する通知手段とを具備している。

命令実行ユニットには、記憶部から読み出された命令
が入力される。命令実行ユニットは、入力された命令が
非同期処理ユニットで実行すべき命令である場合には当
該命令の実行を非同期処理ユニットに依頼し、そうでな
い場合には自身で当該命令を実行する。

命令実行ユニットは、分岐先アドレス・フィールドと
分岐条件フィールドとを持つ条件分岐命令が入力された
時に、上記通知手段で通知された非同期処理ユニットの
動作状態を含む装置の状態が当該条件分岐命令の分岐条
件フィールドで指定された通りの状態であるか否かを調
べ、指定された通りの状態である場合には分岐先アドレ
ス・フィールドで指定されたアドレスに分岐し、指定さ
れた通りの状態でない場合には当該条件分岐命令の次の
命令を実行するための処理を行う。

〔作用〕

第１図において、命令１と命令２が通常の命令、命令
３が非同期処理ユニットで行われる命令，命令４は条件
分岐命令，命令５は非同期処理ユニットの演算結果を利
用する命令であると仮定する。また、条件分岐命令４の
分岐先アドレス・フィールドは自分自身を指し、条件分
岐命令４の分岐条件フィールドは非同期処理ユニットの
動作が終了しないことを分岐条件としている。

命令１と命令２は命令実行ユニットで処理され、命令
３は非同期処理ユニットで実行される。上記のような条
件分岐命令４が入力されると、命令実行ユニットは、非
同期処理ユニットの動作が終了しているか否かを調べ、
終了していない場合には自分自身に分岐し、終了してい
る場合には次の命令５を実行するための処理を行う。

本発明によれば、特別なハードウェアやオペレーショ
ン・コードの追加を必要としない。また、非同期処理の
終了を持つ間も条件岐命令の実行の切れ目で割込みを受
理することが可能となる。

〔実施例〕

第２図は本発明の１実施例を示すブロック図である。
同図において、１はデータ処理装置、２は命令レジス
タ、３は命令実行ユニット、４は浮動少数点ユニット、
５は命令デコーダ、６は分岐制御部をそれぞれ示してい
る。

データ処理装置１は、命令レジスタ２や命令実行ユニ
ット3,浮動少数点ユニット４を有している。命令レジス
タ２には、命令記憶（図示せず）から読み出された命令
がセットされる。命令実行ユニット３は、命令の実行と
同期して動作するものである。浮動小数点ユニット４
は、命令実行ユニット３とは非同期に浮動小数点演算を
実行するものとする。命令実行ユニット３は、命令デコ
ーダ５や分岐制御部６をなどを有している。命令デコー
ダ５は、命令レジスタ２に格納されている命令をデコー
ドするものであり、デコード結果が浮動少数点命令を示
している場合には、起動指示および浮動少数点演算に必
要なデータが浮動小数点ユニット４に送られる。また、
デコード結果が分岐命令を示している場合には、起動指
示および分岐処理に必要なデータが分岐制御部６に送ら
れる。分岐制御部６は、各種の分岐命令を実行するもの
である。入力された分岐命令が条件分岐命令であり且つ
浮動少数点ユニット４からの状態信号を参照すべきこと
を指示している場合には、浮動少数点ユニット４からの
状態信号を参照して分岐動作を行う。同図において点線
で示した信号は、浮動小数点ユニット４の実行状態を分
岐制御部６に通知するためのものであり、この信号がそ
のまま条件分岐命令の分岐条件となるものである。この
状態信号は、浮動小数点命令の実行中は１になり、浮動
少数点命令が終了すると０になる。

第３図は条件分岐命令の構成例を示す図である。この
命令の分岐先アドレス・フィールドには命令カウンタか
らの変位値が記入されている。分岐条件・フィールドは
Ｎビット（Ｎは例えば４）から構成され、各ビットは目
的に応じて１または０とされる。

第４図は分岐制御を実施するための回路の構成例を示
す図である。同図において、２は命令レジスタ、５は命
令デコーダ、７は分岐条件生成回路、８は状態レジス
タ、９は分岐条件判定回路、10は命令カウンタ更新制御
回路、11は命令カウンタ、12は分岐番地生成器、13は増
加器、14は命令フェッチ制御回路をそれぞれ示してい
る。

分岐条件生成回路７は、命令デコーダ５の出力を参照
して分岐条件を分岐条件判定回路９に通知する動作を行
う。状態レジスタ８は、４ビット構成であり、１ビット
目には条件分岐命令の分岐条件1,2ビット目には条件分
岐命令の分岐条件2,3ビット目には条件分岐命令の分岐
条件3,4ビット目には条件分岐命令の分岐条件４に対応
する信号がセットされる。図示の例では、４ビット目に
は、浮動少数点ユニット実行状態信号がセットされる。
浮動少数点ユニット実行状態信号は、実行中であれば1,
終了であれば０になる。分岐条件判定回路９は、分岐条
件生成回路７からの分岐条件と状態レジスタ８の内容と
を参照して分岐条件が成立しているか否かを調べ、これ
に応じて命令カウンタ更新制御回路10および命令フェッ
チ回路14を制御する。命令カウンタ更新制御回路10は、
分岐が成功した場合には分岐番地生成器12の出力を命令
カウンタ11にセットし、分岐が生成しない場合には増加
器13の出力を命令カウンタ11にセットする。分岐番地生
成器12は、命令カウンタ11の値と条件分岐命令の分岐ア
ドレス・フィールドの値（変位値）とを加算し、加算結
果を出力する。増加器13は、命令カウンタ11の値と命令
のバイト長とを加算し、加算結果を出力する。命令フェ
ッチ制御回路14は、命令をフェッチするための制御を行
う。

第４図の動作を説明する。通常は命令カウンタ11の値
を指す命令記憶のアドレスから命令をフェッチする。そ
の後、命令カウンタ11の値は増加器13により命令バイト
分だけ増加される。なお、命令先行フェッチ等のため命
令カウンタとは別のカウンタにより制御することも出来
る。

条件分岐命令がフェッチされ、命令レジスタ２に格納
されると、命令デコーダ５により命令が解析され、分岐
条件フィールド中の分岐命令条件が分岐条件生成回路７
に入力され、分岐アドレス・フィールドに記入された変
位値が分岐番地生成器12に入力される。分岐条件生成回
路７では、分岐条件が格納されている状態レジスタ８の
何れのビットが如何なる状態（オンまたはオフ）のとき
に分岐するのかの条件を生成する。分岐番地生成器12で
は変位値と同時に入力される命令カウンタ11の値との加
算が実行され、分岐成立時の分岐先アドレスが生成され
る。なお、この加算処理は専用の加算器ではなく、演算
器のALUを使用して行うことも出来る。

分岐条件が決定すると、それが示す状態レジスタ８の
所定のビットの状態が分岐条件判定回路９にてチェック
され、結果が分岐判定信号として命令フェッチ制御回路
14と命令カウンタ更新制御回路10に供給される。

分岐条件が成立した時には、命令フェッチ・アドレス
および命令カウンタの値が分岐番地生成器12で生成され
た分岐先アドレスに変更され、分岐が実行される。

分岐条件が不成立の時は、命令フェッチおよび命令カ
ウンタはともに通常の制御のままで逐次実行が継続され
る。

第５図は本発明の実施例での通常動作を示す図であ
る。同図において、命令３が浮動小数点命令だとする
と、この浮動少数点命令は浮動小数点ユニットで実行さ
れる。命令4,5,6が通常の命令であるとすると、これら
の命令4,5,6は命令実行ユニットで実行される。

第６図は本発明の実施例における同期化動作を示す図
である。命令３の浮動小数点演算命令の終了を持って命
令５を実行したい場合、命令４において浮動小数点ユニ
ットの処理が実行中のときには自番地に分岐するような
条件分岐命令を発行することにより、命令３の処理終了
後に命令５の実行が開始され、同期化が実現される。ま
た、割り込みの受理も条件分岐命令４の実行の切れ目で
随時可能となる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、既
存の条件分岐命令の分岐条件として非同期処理の状態を
追加するだけで、特別なハードウェアを必要とせず非同
期処理の命令との同期化が可能となり、しかも特別な制
御なしでも割込み性能を何ら損なわずにこれが実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の１実施
例のブロック図、第３図は条件分岐命令の構成例を示す
図、第４図は分岐制御を実施するための回路の構成例を
示す図、第５図は本発明の実施例での通常動作を示す
図、第６図は本発明の実施例における同期化動作を示す
図、第７図は従来技術の同期化命令による同期化を説明
する図である。 １……データ処理装置、２……命令レジスタ、３……命
令実行ユニット、４……浮動少数点ユニット、５……命
令デコーダ、６……分岐制御部、７……分岐条件生成回
路、８……状態レジスタ、９……分岐条件判定回路、10
……命令カウンタ更新制御回路、11……命令カウンタ、
12……分岐番地生成器、13……増加器、14……命令フェ
ェッチ制御回路。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06F 15/177

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】命令列を記憶する記憶部と、 記憶部から読み出された命令が入力され、入力された命
   令が非同期処理ユニットで実行すべき命令である場合に
   は当該命令の実行を非同期処理ユニットに依頼し、そう
   でない場合には自身で当該命令を実行するように構成さ
   れた命令実行ユニットと、 命令実行ユニットとは非同期に動作する非同期処理ユニ
   ットと、 を具備するデータ処理装置における非同期処理の同期化
   方式であって、 非同期処理ユニットの動作状態を命令実行ユニットに通
   知する通知手段を有し、 命令実行ユニットは、分岐先アドレス・フィールドと分
   岐条件フィールドとを持つ条件分岐命令が入力された時
   に、上記通知手段で通知された非同期処理ユニットの動
   作状態を含む装置の状態が当該条件分岐命令の分岐条件
   フィールドで指定された通りの状態であるか否かを調
   べ、指定された通りの状態である場合には分岐先アドレ
   ス・フィールドで指定されたアドレスに分岐し、指定さ
   れた通りの状態でない場合には当該条件分岐命令の次の
   命令を実行するための処理を行うように構成されている ことを特徴とするデータ処理装置における非同期処理の
   同期化方式。