JP3037863B2 - 投機的実行制御機能を有するプロセッサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、条件付き分岐命令の
投機的実行制御機能を有するプロセッサに関する。

【０００２】

【従来の技術】パイプライン方式を適用する従来のプロ
セッサにおいては、条件付き分岐命令に続く命令を取り
込もうとする場合、その条件が決定されてから、その分
岐命令に続く命令のアドレスを出すのが一般的であっ
た。

【０００３】以下に、従来のプロセッサにおける動作に
ついて、命令読み出し（命令フェッチ）サイクルＦ、命
令解析（命令デコード）サイクルＤ、命令実行サイクル
Ｅおよびレジスタ書き込みサイクルＷからなる４段のパ
イプラインと、各サイクル（パイプラインサイクル）で
最大２命令ずつオーバーラップすることが可能な２命令
同時実行方式を適用する場合を例に、図８乃至図１１の
タイミングチャートを参照して述べる。但し、図８およ
び図９は命令の基本動作の説明であるため、２命令同時
実行の様子は示されていない。

【０００４】まず図８は、比較命令の基本動作のタイミ
ングチャートであり、オペランドの読み出し、比較実
行、結果の確定が、それぞれＤサイクル、Ｅサイクル、
Ｗサイクルで行われる（結果の確定はＷサイクルの前半
で終了）ことを示している。

【０００５】次に図９は、条件付き分岐命令の基本動作
のタイミングチャートであり、条件判定と分岐先番地
（分岐先命令のアドレス）の計算がＤサイクルで行わ
れ、分岐先命令のＦサイクルが、その次のサイクルとな
ること（分岐成立時）を示している。なお、条件付き分
岐命令に後続する遅延命令は、条件付き分岐命令を含む
命令列の処理効率の向上を図るために用意されるもので
ある。そのため、当該遅延命令には、先行する条件付き
分岐命令の条件が成立した場合に実行されても何ら影響
されない命令が用いられる。

【０００６】図１０および図１１は比較命令と条件付き
分岐命令が連続する場合の動作タイミングを示す。両図
の違いは、図１０が比較命令と条件付き分岐命令を同時
にデコード（命令解析）し始める場合を示すのに対し、
図１１は比較命令より１サイクル遅れて条件付き分岐命
令をデコードし始める場合を示す点である。

【０００７】まず、比較命令のＷサイクルの前半で比較
結果は確定する。次に、そのサイクルの後半で、条件付
き分岐命令のデコード処理により上記比較結果が参照さ
れて、条件判定と分岐先番地（分岐先命令のアドレス）
の計算が行われる。つまり、このサイクルで、条件付き
分岐命令のＤサイクルは終了する。そして、その次のサ
イクル（Ｅサイクル）で分岐先命令（および更に次の命
令）のフェッチが行われる（条件成立時）。

【０００８】以上に述べたように、従来のプロセッサに
おいては、条件付き分岐命令を実行する場合、先行する
比較命令の実行完了により比較結果が確定（したがって
条件フラグが確定）してから、その結果に従う条件判定
（分岐の成否の判定）と分岐先番地の計算を行い、分岐
成立を判定したところで、分岐先命令をフェッチするよ
うになっていた。

【０００９】しかし、条件付き分岐命令に先行する比較
命令（所定の命令種類の先行命令）の結果が確定するの
を待ってから条件判定等を行うのでは、当該条件付き分
岐命令の処理が遅れるという問題があった。

【００１０】そこで、この問題を解決するために、条件
付き分岐命令の命令解析時に、先行する比較命令の実行
が完了していない等の要因で分岐の成否の判定に用いら
れる条件フラグが確定していない場合は、分岐成立の場
合を仮定して、当該条件付き分岐命令の実行とそれに続
く命令の解析、実行処理を進め、条件フラグ確定時に実
際の分岐条件判定を行って、その判定結果に従って先行
して進めた本来実行すべきでない処理を選択的に無効化
する（条件付き分岐命令の）投機的実行制御機能を有す
るプロセッサが提案されている。

【００１１】このようなプロセッサにおける投機的実行
制御動作について、図１０および図１１と同様に比較命
令と条件付き分岐命令が連続する場合を例に、図１２お
よび図１３のタイミングチャートを参照して述べる。こ
の例でも、２命令同時実行方式を適用するものとする。
但し、投機的実行制御を行う場合には、命令解析機構
（命令デコード機構）は、条件付き分岐命令に続く２命
令用と分岐先の２命令用の４つを仮定するのが通常であ
る。即ち、投機的実行制御を行う場合、命令解析機構
は、条件付き分岐命令に続く２命令と分岐先の２命令の
４命令を同時に解析できるように構成される。なお、図
１２および図１３の違いは比較命令と条件付き分岐命令
を同時にデコードし始めるか否かの差である。

【００１２】さて、投機的実行制御を行う場合、条件付
き分岐命令のＤサイクルは、図１０と比較して分かるよ
うに、先行する比較命令の結果の確定を待たずに１サイ
クルで終了する。その次のサイクルでは、（分岐成立を
仮定して）常に分岐先命令のフェッチが行われる。そし
て、その後に比較命令の結果が確定すると、本来実行す
べきでない命令が選択的に無効化される。

【００１３】つまり、条件付き分岐命令が本当に分岐す
るとき（ｂｒａｎｃｈ ｔａｋｅｎのとき）には、遅延
命令の次の命令とそれに続く命令の実行が無効化され、
条件付き分岐命令が本当は分岐しないとき（ｂｒａｎｃ
ｈ ｕｎｔａｋｅｎのとき）には分岐先命令とそれに続
く命令の実行が無効化される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、従来提案され
ている投機的実行制御機能を有するプロセッサにおける
問題について述べる。

【００１５】まず、以上に述べた説明では、比較命令の
Ｅサイクルが１サイクルで終了することを仮定している
が、実際には複数サイクルを要する場合がある。例え
ば、当該比較命令の直前の命令がメモリを参照する命令
（ロード命令など）であって、そのメモリ参照命令の実
行でデータのキャッシュミスなどを起こして、そのメモ
リ参照命令のＥサイクルに複数サイクルを要し、それに
伴い当該比較命令のＥサイクルが終了できない（命令の
実行順序を守らなければならないため）場合（パイプラ
インがホールドされる場合）である。

【００１６】さて、従来提案されている投機的実行制御
機能を有するプロセッサにおいては、比較命令の次に当
該比較命令の比較結果をもとに条件分岐を行う条件付き
分岐命令があると、前記したように投機的実行が行わ
れ、当該比較命令の比較結果が確定する前に条件付き分
岐命令の分岐先の命令のフェッチが行われる。

【００１７】ところが、この命令フェッチについては、
比較命令の結果が確定する前に行う利点がない。なぜな
ら、分岐先の命令のフェッチでキャッシュミス等を起こ
してメモリにアクセスする必要が生じた場合、比較命令
の前にあるメモリ参照命令が実行中であると、この命令
フェッチは待たされる。また、分岐先の命令のフェッチ
が１サイクルで終了した場合でも、その前のメモリ参照
命令と比較命令のＥサイクルが終了していないと、分岐
先の命令はＥサイクルに入ることができず、Ｄサイクル
で待たされることになる。

【００１８】しかも、従来提案されている投機的実行制
御機能を有するプロセッサにおいては、分岐先命令のフ
ェッチ要求は無条件で発行されるため、条件付き分岐命
令が本当は分岐しない条件の場合に、その分岐先命令の
フェッチでキャッシュミスなどが起こると、実行されな
い命令のフェッチに複数のサイクルを費やすことにな
り、全く無駄となる。

【００１９】このことが、従来提案されている投機的実
行制御機能を有するプロセッサの第１の問題点である。

【００２０】次に、従来提案されている投機的実行制御
機能を有するプロセッサの第２の問題点について述べ
る。

【００２１】この問題は、図１３の例のように、条件付
き分岐命令のＤサイクルと遅延命令の次の命令およびそ
れ以降の命令のＦサイクルが重なった場合に生じる。

【００２２】従来提案されている投機的実行制御機能を
有するプロセッサでは、遅延命令の次の命令およびそれ
以降の命令のフェッチ要求は無条件で発行される。この
命令フェッチでキャッシュミスなどを起こすと、その命
令フェッチに複数のサイクルを要することになる。する
と、その後に比較命令の結果が確定したときに、それに
続く条件付き分岐命令が本当は分岐しない結果であれ
ば、上記の命令フェッチに複数サイクルを要したことの
無駄はないが、逆に当該条件付き分岐命令が本当に分岐
する結果である場合には、上記の命令フェッチに要した
時間は無駄となる。

【００２３】このことが、従来提案されている投機的実
行制御機能を有するプロセッサの第２の問題点である。

【００２４】次に、従来提案されている投機的実行制御
機能を有するプロセッサの第３の問題点について、図１
４を参照して述べる。

【００２５】この問題は、図１４のように、比較命令＃
１、条件付き分岐命令＃１、遅延命令、遅延命令の次の
命令、遅延命令の次の次の命令という命令の順番で、且
つ遅延命令が比較命令＃２であり、遅延命令の次の命令
または遅延命令の次の次の命令が条件付き分岐命令＃２
である場合（図１４の例では、遅延命令の次の命令が条
件付き分岐命令＃２となっている）に生じる。

【００２６】従来提案されている投機的実行制御機能を
有するプロセッサでは、条件付き分岐命令＃１の投機的
実行により、当該条件付き分岐命令＃１のＤサイクルで
分岐先番地が計算され、その次のサイクルで分岐先命令
のフェッチが行われる。また、分岐命令＃１のＤサイク
ルと同一のサイクルでは、命令フェッチが可能であるた
め、遅延命令の次の命令と遅延命令の次の次の命令がフ
ェッチされる。

【００２７】もし、このフェッチされる２つの命令のい
ずれかが新たな条件付き分岐命令＃２の場合（ここで
は、遅延命令の次の命令が条件付き分岐命令＃２）に
は、当該条件付き分岐命令＃２に対しても投機的実行が
行われる。この結果、新たな条件付き分岐命令＃２のＤ
サイクルで分岐先番地が計算され、その次のサイクル
（条件付き分岐命＃２のＥサイクルと同一のサイクル）
がその分岐先命令のＦサイクルになってしまう。このサ
イクルは、遅延命令の次の命令および遅延命令の次の次
の命令のいずれも条件付き分岐命令でない場合には、条
件付き分岐命令＃１の分岐先命令の次の次の命令のフェ
ッチが行われるサイクルになる。

【００２８】ところが、条件付き分岐命令＃２のＤサイ
クルは、比較命令のＷサイクルと重なっているため、条
件付き分岐命令＃１の投機的実行はまだ完了していな
い。つまり、条件付き分岐命令＃２自身、本来実行され
るか否かがまだ決まっていない。このような投機的実行
が重なる場合の制御は複雑であり、その実現は容易では
ない。

【００２９】このことが、従来提案されている投機的実
行制御機能を有するプロセッサの第３の問題点である。

【００３０】この発明は上記事情を考慮してなされたも
のでその目的は、条件付き分岐命令の投機的実行に伴い
無駄な処理が行われることが回避できる投機的実行制御
機能を有するプロセッサを提供することにある。

【００３１】この発明の他の目的は、分岐先の命令の読
み出しを投機的に行うことが無駄な場合を事前に検出す
ることにより、無駄な命令読み出しが回避できる投機的
実行制御機能を有するプロセッサを提供することにあ
る。

【００３２】この発明の更に他の目的は、条件付き分岐
命令に後続する遅延命令より更に後続の命令の読み出し
を投機的に行うことが無駄な場合を事前に検出すること
により、無駄な命令読み出しが回避できる投機的実行制
御機能を有するプロセッサを提供することにある。

【００３３】この発明の更に他の目的は、投機的実行の
重なりが生じることを事前に検出することにより、２重
の投機的実行が行われることを回避して、無駄な投機的
実行を防ぐと共に、制御の簡略化が図れる投機的実行制
御機能を有するプロセッサを提供することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段および作用】この発明の第
１の観点に係る投機的実行制御機能を有するプロセッサ
は、条件付き分岐命令の先行命令であって、当該分岐命
令の分岐判定に用いられる条件フラグの確定に必要な所
定の命令種類の先行命令の実行サイクルが当該先行命令
の直前の命令の実行サイクルに連動して延びることを検
出するための延長検出手段と、この延長検出手段により
上記先行命令の実行サイクルが延びることが検出された
場合には、上記条件付き分岐命令の投機的実行を抑止
し、上記条件フラグが確定してから分岐の成否を判定す
る投機的実行抑止手段とを備えたことを特徴とするもの
である。

【００３５】上記の構成においては、条件付き分岐命令
の先行命令の実行サイクルが、その先行命令の更に直前
の命令の実行で例えばメモリ参照が行われてキャッシュ
ミスを発生した等の要因でパイプラインがホールドさ
れ、通常より延びる場合には、その旨が延長検出手段に
より検出される。この場合、投機的実行抑止手段により
上記条件付き分岐命令の投機的実行が抑止され、上記先
行命令の実行により条件フラグが確定してから当該条件
フラグをもとに分岐の成否が確定的に判定される。

【００３６】これにより、条件付き分岐命令の実行に伴
う命令のフェッチ動作は、たとえキャッシュミス等を起
こしても無駄になることがない。

【００３７】これに対し、従来提案されている投機的制
御機能を有するプロセッサでは、上記先行命令が実行サ
イクルに止まっている場合でも無条件に投機的実行を行
って分岐先の命令を投機的にフェッチしているため、条
件付き分岐命令が本当は分岐しない条件の場合に、その
分岐先命令の投機的なフェッチでキャッシュミス等が発
生すると、そのフェッチに複数サイクルを費やすため無
駄となる。しかも、このような危険を犯しても、上記先
行命令が実行サイクルに止まる場合には、投機的にフェ
ッチした分岐先命令が命令解析サイクルで待たされるた
め、危険を犯す価値がない。

【００３８】この発明の第２の観点に係る投機的実行制
御機能を有するプロセッサは、条件付き分岐命令の命令
解析サイクルと同じサイクルで、当該条件付き分岐命令
に後続する遅延命令より更に後続の命令の読み出しが開
始される際に、その読み出しに複数サイクルを要するこ
とを検出するための命令読み出し遅延検出手段と、この
読み出し遅延検出手段により上記後続命令の読み出しに
複数サイクルを要することが検出された場合には、当該
後続命令の読み出し動作を、そのサイクルのみで中止さ
せる命令読み出し制御手段とを備えたことを特徴とする
ものである。

【００３９】上記の構成においては、条件付き分岐命令
の命令解析サイクルと当該分岐命令の次の命令（遅延命
令）より更に後の命令（後続命令）の命令読み出しサイ
クルとが重なり、且つ当該後続命令の読み出しが開始さ
れたサイクルでキャッシュミス等が発生したために当該
命令読み出しサイクルが１サイクルで終了しない場合に
は、その旨が読み出し遅延検出手段により検出される。
この場合、命令読み出し制御手段により、当該後続命令
の読み出しがそのサイクルのみで中止され、条件付き分
岐命令の命令解析サイクルでの投機的解析により求めら
れる分岐先番地に基づく分岐先命令の投機的な読み出し
が、次のサイクルで行われる。

【００４０】これにより、条件付き分岐命令が本当に分
岐する結果となった場合の上記後続命令の読み出しに要
する時間の無駄が、従来提案されている投機的制御機能
を有するプロセッサのように当該後続命令の読み出しに
複数サイクルを要する場合でも無条件に最後まで読み出
しを続けるものとは異なって、解消できる。

【００４１】この発明の第３の観点に係る投機的実行制
御機能を有するプロセッサは、条件付き分岐命令が投機
的に実行されている状態で、条件フラグが確定して当該
条件付き分岐命令の投機的実行の成否が確定する以前
に、新たな条件付き分岐命令の命令解析が開始されて投
機的実行の重なりが生じることを検出するための投機的
実行重なり検出手段と、この投機的実行重なり検出手段
により、投機的実行の重なりが生じることが検出された
場合には、少なくとも先の条件付き分岐命令の投機的実
行の成否が確定した後に、新たな条件付き分岐命令の命
令解析の実行を開始させる投機的実行開始制御手段とを
備えたことを特徴とするものである。

【００４２】上記の構成において、条件付き分岐命令が
投機的に解析される際には、投機的実行重なり検出手段
によりフラグ情報保持手段が参照され、有効なフラグ情
報が保持されていないならば、既に投機的実行が行われ
ている先行する条件付き分岐命令は存在しない、即ち投
機的実行の重なりは生じないものと判断される。この場
合、投機的実行開始制御手段の制御により、条件付き分
岐命令の投機的解析が開始される。その際または解析完
了時に、条件付き分岐命令の投機的実行状態にあること
を示すために、フラグ操作手段により、フラグ情報保持
手段に有効なフラグ情報が設定される。

【００４３】一方、フラグ情報保持手段に有効なフラグ
情報が保持されている場合には、既に投機的実行が行わ
れている先行する条件付き分岐命令が存在する、即ち投
機的実行の重なりが生じるものと、投機的実行重なり検
出手段により判断される。この場合、投機的実行開始制
御手段は、上記先行する条件付き分岐命令の条件判定に
必要な条件フラグが確定して上記フラグ情報が無効化さ
れ、更に条件付き分岐命令の投機的実行の成否が確定し
て分岐不成立となった場合だけ、新たな条件付き分岐命
令の命令解析の実行を開始させる。

【００４４】これにより、２つの投機的実行が重なるこ
とが回避され、したがって２つの投機的実行が重なった
場合の制御が不要となり、従来に比べて制御の簡略化を
図ることができる。

【００４５】

【実施例】以下、この発明を、Ｆ（命令読み出し），Ｄ
（命令解析）、Ｅ（命令実行）およびＷ（レジスタ書き
込み）の各サイクルからなる４段のパイプラインと２命
令同時実行方式を適用するプロセッサに実施した場合に
つき、図面を参照して説明する。

【００４６】図１はこの発明の一実施例に係る投機的実
行制御機能を有するプロセッサの概略構成を示すブロッ
ク図である。

【００４７】図１に示すプロセッサは、命令読み出し機
構１、命令バッファ２、命令解析機構３、命令実行機構
４、実行結果判定機構５およびレジスタファイル６を主
たる構成要素とする。

【００４８】命令読み出し機構１は、メモリ等からの命
令読み出し（命令読み出しサイクルＦ）を司る。

【００４９】この命令読み出し機構１は、目的とする命
令がキャッシュメモリ（図示せず）に存在するキャッシ
ュヒット時には、当該命令をこのキャッシュメモリから
高速に（ここでは１サイクルで）取り込み、目的とする
命令がキャッシュメモリに存在しないキャッシュミス時
には、命令解析機構３から後述する投機的解析完了の通
知がないならば当該命令を主メモリ（図示せず）から読
み出してキャッシュメモリを通して取り込むようになっ
ている。

【００５０】また命令読み出し機構１は、キャッシュミ
ス時に命令解析機構３から投機的解析完了の通知がある
ならば、そのとき行っていた命令読み出しを中止して、
投機的解析完了の通知と共に渡される分岐先番地の命令
の読み出しを行う、特徴ある命令読み出し制御機能を有
している。

【００５１】命令バッファ２は、命令読み出し機構１に
より取り込まれた（フェッチされた）命令をその取り込
み順に一時保持するためのものである。

【００５２】命令解析機構３は、命令バッファ２に取り
込み・保持された命令を順に解析する命令解析（命令解
析サイクルＤ）を司る。

【００５３】この命令解析機構３は、命令解析結果をも
とに必要なオペランド・データをレジスタファイル６か
ら読み出す他、条件付き分岐命令の場合には、（必要に
より投機的解析を行って）分岐先番地（分岐先命令のア
ドレス）を計算し、経路３１を介して命令読み出し機構
１に伝達するようになっている。

【００５４】命令解析機構３は、投機的実行が可能なよ
うに、条件付き分岐命令に続く２命令と分岐先の２命令
の４命令を同時に解析できるように構成されている。

【００５５】命令解析機構３で条件付き分岐命令の投機
的解析が行われる条件は、パイプラインがホールドされ
ておらず、投機的実行が行われている他の条件付き分岐
命令が存在しないことである。

【００５６】ここで、投機的実行が行われている他の条
件付き分岐命令が存在するか否かを管理するために、例
えば命令解析機構３内に、条件付き分岐命令の投機的な
解析により求められた分岐先番地（投機的分岐先番地と
称する）を発行済みであるか否かを示すフラグ情報（投
機的分岐先番地発行済み情報）が保持されるフラグ情報
保持部３２が設けられる。このフラグ情報は、条件付き
分岐命令の投機的な解析により求められた分岐先番地が
命令解析機構３から命令読み出し機構１に発行される投
機的解析完了の通知時に、フラグ情報保持部３２に設定
され、命令実行機構４から後述する比較結果確定通知割
り込みが発行された際にクリアされるようになってい
る。これにより、フラグ情報が有効な期間は、条件付き
分岐命令の投機的実行状態にあることが示される。

【００５７】命令実行機構４は、命令解析機構３での命
令解析結果に従う命令実行処理（命令実行サイクルＥ）
を司る。

【００５８】命令実行機構４は、条件付き分岐命令の条
件判定に必要な所定の命令種類の先行命令（例えば比較
命令）の直前の命令（例えば比較命令の直前にあって当
該比較命令と並行して行われるメモリ参照命令）でキャ
ッシュミスを起こした等の要因によりパイプラインがホ
ールドされる際（即ち先行命令の実行サイクルＥが通常
より延びる際）に、その旨を経路４１を介して命令解析
機構３に通知するようになっている。

【００５９】また命令実行機構４は、比較命令の実行に
より比較結果を求めた際には、経路４１を介して命令解
析機構３に比較結果確定通知割り込みを発行するように
もなっている。

【００６０】実行結果判定機構５は、命令実行機構４で
の命令処理の結果をレジスタファイル６に書き戻す処理
（レジスタ書き込みサイクルＷ）を司る。

【００６１】この実行結果判定機構５は、投機的実行が
行われているときには、その成否を判定し、その判定結
果に従って、処理結果の書き戻し、後続命令の実行、解
析、読み出し動作を選択的に無効化させるようになって
いる。そのため、実行結果判定機構５から経路５１、経
路５２、経路５３を介してそれぞれ命令実行機構４、命
令解析機構３、命令読み出し機構１に当該判定結果が通
知される。

【００６２】レジスタファイル６は、実行結果判定機構
５の実行結果等を保持するためのものである。

【００６３】次に、図１の構成の動作を、３つの動作例
＃１〜動作例＃３について順に説明する。

【００６４】［動作例＃１］まず、メモリ参照命令ｌｄ
（ここではロード命令）、比較命令ｃｍｐ、条件付き分
岐命令ｂｒ、遅延命令ｄｅｌａｙの順の並びの命令列を
含むプログラムが実行される場合の動作を、図２のフロ
ーチャートおよび図５のタイミングチャートを参照して
説明する。なお条件付き分岐命令ｂｒの分岐先の命令は
ｔａｒｇｅｔ１、その次の命令はｔａｒｇｅｔ２である
ものとする。

【００６５】今、命令読み出し機構１により命令バッフ
ァ２にフェッチされていたメモリ参照命令ｌｄおよび比
較命令ｃｍｐが命令解析機構３に移されて、当該メモリ
参照命令ｌｄおよび比較命令ｃｍｐの処理内容を解析
（デコード）する処理（Ｄサイクル）が、命令解析機構
３により、図５に示すようにサイクルＴ１で行われたも
のとする。

【００６６】次のサイクルＴ２では、メモリ参照命令ｌ
ｄおよび比較命令ｃｍｐは命令実行機構４に移り、サイ
クルＴ１での命令解析機構３の命令解析結果に従い、当
該メモリ参照命令ｌｄおよび比較命令ｃｍｐの実行処理
（Ｅサイクル）が開始される。

【００６７】ここで、命令実行機構４がメモリ参照命令
ｌｄの実効番地で指定されるデータを参照しようとした
結果、その目的のデータがキャッシュメモリに存在しな
いキャッシュミスが起きたものとする。

【００６８】この場合、メモリ参照命令ｌｄの実行の完
了に、図５に示すように複数サイクルを要するので、命
令実行機構４により、パイプラインはその間（図の例で
はサイクルＴ７まで）ホールドされ、メモリ参照命令ｌ
ｄは当該命令実行機構４（Ｅサイクル）に止まる。即ち
メモリ参照命令ｌｄのＥサイクル（命令実行サイクル）
が通常より延ばされる。

【００６９】このとき、命令実行機構４において、メモ
リ参照命令ｌｄと並行して実行される比較命令ｃｍｐ自
体の実行は、当該メモリ参照命令ｌｄの実行結果を利用
するのではない限り１サイクル（サイクルＴ２）で完了
する。しかし、パイプラインがホールドされるので、そ
の間（サイクルＴ７まで）比較命令ｃｍｐも命令実行機
構４に止まり、比較結果は当該命令実行機構４内に一時
保持される。

【００７０】命令実行機構４は、上記の如くパイプライ
ンがホールドされる場合、その旨を経路４１を介して命
令解析機構３に通知する。

【００７１】さて、メモリ参照命令ｌｄおよび比較命令
ｃｍｐの実行が開始されたサイクルＴ２では、比較命令
ｃｍｐの次の条件付き分岐命令ｂｒおよび更にその次の
遅延命令ｄｅｌａｙが命令解析機構３に移されて、当該
条件付き分岐命令ｂｒおよび遅延命令ｄｅｌａｙの処理
内容を解析（デコード）する処理（Ｄサイクル）が行わ
れる。

【００７２】命令解析機構３は、解析対象命令が条件付
き分岐命令ｂｒの場合（ステップＳ１）、命令実行機構
４からのパイプラインホールド通知の有無を調べ（ステ
ップＳ２）、上記のようにパイプラインホールド通知有
りの場合には、条件付き分岐命令ｂｒの投機的実行を行
わず、命令実行機構４から比較命令ｃｍｐの処理結果
（比較結果）を取得できたことが通知されるのを待つ
（ステップＳ３）。

【００７３】一方、命令実行機構４は、比較命令ｃｍｐ
の実行をサイクルＴ２の１サイクルで完了すると、例え
ば当該サイクルＴ２の終了時に、比較結果が求められた
ことを示す比較結果取得通知を経路４１を介して命令解
析機構３に通知する。

【００７４】命令解析機構３は、パイプラインがホール
ドされている状態で命令実行機構４から比較結果取得通
知を受け取った場合（ステップＳ３）、命令実行機構４
に保持されている比較命令ｃｍｐの比較結果を参照し
て、条件付き分岐命令ｂｒを確定的に解析し、分岐成立
／不成立の判定と分岐先番地（分岐先命令のアドレス）
の計算を行う（ステップ４）。

【００７５】命令解析機構３は、このステップＳ４を行
うと、命令読み出し機構１に対して命令のフェッチ要求
を経路３１を介して発行し、分岐の成否の判定結果およ
び分岐先番地（分岐不成立時には判定結果のみ）を渡
す。

【００７６】命令読み出し機構１は、命令解析機構３か
ら命令フェッチ要求があると、当該命令解析機構３から
渡された判定結果に従って、分岐成立時であれば、図５
に示すように分岐先命令ｔａｒｇｅｔ１およびその次の
命令ｔａｒｇｅｔ２の（キャッシュメモリ等からの）読
み出し（フェッチ）を開始する。

【００７７】以上に述べたように、本実施例において
は、条件付き分岐命令ｂｒの分岐の成否判定（条件判
定）に用いる条件フラグを確定するのに必要な、当該命
令ｂｒに先行する所定種類の命令（ここでは比較命令ｃ
ｍｐ）のＥサイクルが、この先行命令（比較命令ｃｍ
ｐ）と並行して行われる他の命令（ここではメモリ参照
命令ｌｄ）でキャッシュミスを起こした等の要因により
パイプラインホールドされて、通常より延びる場合に
は、その旨が命令実行機構４から命令解析機構３に通知
される。

【００７８】命令解析機構３は、条件付き分岐命令ｂｒ
の解析時に、命令実行機構４からパイプラインホールド
が通知されて、当該分岐命令ｂｒの先行命令（比較命令
ｃｍｐ）のＥサイクルが延びることを検出すると、当該
命令ｂｒの投機的実行を行わずに、命令実行機構４から
の比較結果取得通知を待って、当該命令ｂｒの分岐の成
否を確定的に判定する。したがって、この判定結果に従
う命令のフェッチ動作は、たとえキャッシュミス等を起
こしても無駄になることがない。

【００７９】これに対し、従来提案されている投機的実
行制御機能を有するプロセッサでは、分岐命令ｂｒに先
行する所定種類の命令（比較命令ｃｍｐ）のＥサイクル
が、この先行命令（比較命令ｃｍｐ）と並行して行われ
る命令（メモリ参照命令ｌｄ）でキャッシュミスを起こ
した等の要因により延びる場合でも、当該分岐命令ｂｒ
の投機的実行が無条件で行われてしまう。ところが、投
機的実行により分岐先の命令ｔａｒｇｅｔ１がたとえ１
サイクルでフェッチできたとしても、上記のように分岐
命令ｒの先行命令（比較命令ｃｍｐ）のＥサイクルが延
びていることから、そのＥサイクルが終了しない（パイ
プラインホールドが解除されない）限り、上記フェッチ
された分岐先命令ｔａｒｇｅｔ１はＥサイクルに入れ
ず、投機的実行の利点が生じない。もし、条件付き分岐
命令ｂｒが本当は分岐しない条件の場合で、その分岐先
命令ｔａｒｇｅｔ１のフェッチでキャッシュミスなどが
起こると、実行されない命令のフェッチに複数のサイク
ルを費やすことになり、全く無駄となる。

【００８０】［動作例＃２］次に、比較命令ｃｍｐ、条
件付き分岐命令ｂｒ、命令ｎｅｘｔ１、命令ｎｅｘｔ
２、命令ｎｅｘｔ３、命令ｎｅｘｔ４の順の並びの命令
列を含むプログラムが実行される場合の動作を、図２乃
至図４のフローチャートおよび図６のタイミングチャー
トを参照して説明する。なお、上記命令ｎｅｘｔ１，ｎ
ｅｘｔ２，ｎｅｘｔ３，ｎｅｘｔ４は条件付き分岐命令
ｂｒの後続の命令列であり、そのうち命令ｎｅｘｔ１は
遅延命令である。また、条件付き分岐命令ｂｒの分岐先
の命令はｔａｒｇｅｔ１、その次の命令はｔａｒｇｅｔ
２であるものとする。

【００８１】まず、サイクルＴ１の開始時には、既に比
較命令ｃｍｐ、条件付き分岐命令ｂｒ、命令（遅延命
令）ｎｅｘｔ１および命令ｎｅｘｔ２が命令バッファ２
にフェッチされているものとする。そして、この命令バ
ッファ２にフェッチされていた命令列のうち、比較命令
ｃｍｐおよび条件付き分岐命令ｂｒが命令解析機構３に
移されて、当該比較命令ｃｍｐおよび条件付き分岐命令
ｂｒの処理内容を解析する処理（Ｄサイクル）が、命令
解析機構３により、図６に示すようにサイクルＴ１で行
われたものとする。

【００８２】命令解析機構３は、サイクルＴ１の命令解
析処理において、（前記動作例＃１の場合と同様に）解
析対象とする命令が条件付き分岐命令であるか否かを調
べ（ステップＳ１）、この例のように条件付き分岐命令
（ここでは条件付き分岐命令ｂｒ）であるならば、更に
パイプラインホールド通知の有無を調べる（ステップＳ
２）。このサイクルＴ１の例では、パイプラインホール
ド通知は無い。

【００８３】この場合、命令解析機構３は、当該命令解
析機構３内のフラグ情報保持部３２に、投機的分岐先番
地を発行済みであること（投機的実行状態にあること）
を示す有効なフラグ情報がセットされているか否かを調
べ（ステップＳ６）、この例のようにセットされていな
いならば、条件付き分岐命令ｂｒの投機的解析を実行す
る（ステップＳ７）。即ち命令解析機構３は、条件付き
分岐命令ｂｒに先行する比較命令ｃｍｐの比較結果が確
定するのを待たずに、例えば分岐成立を仮定して分岐先
番地（投機的分岐先番地）を計算する。

【００８４】命令解析機構３は、サイクルＴ１において
上記した条件付き分岐命令ｂｒの投機的解析実行を終了
すると、この実行により求めた投機的分岐先番地を経路
３１を介して命令読み出し機構１に発行し、投機的解析
の完了を通知する（ステップＳ８）。そして命令解析機
構３は、投機的分岐先番地を発行したこと（即ち投機的
実行状態にあること）を表す有効なフラグ情報を当該命
令解析機構３内のフラグ情報保持部３２にセットする
（ステップＳ９）。このフラグ情報は、後述するよう
に、或る分岐命令の投機的実行が完了しない状態で、別
の条件付き分岐命令のＤサイクルが開始されること（即
ち投機的実行の重なりが生じること）を検出するのに用
いられる。なお、このフラグ情報セットは、ステップＳ
７の投機的解析実行の際に行われても構わない。

【００８５】さて、条件付き分岐命令ｂｒの投機的解析
（Ｄサイクル）が行われるサイクルＴ１では、命令読み
出し機構１において、当該分岐命令ｂｒの後続命令ｎｅ
ｘｔ１，ｎｅｘｔ２に続く命令ｎｅｘｔ３，ｎｅｘｔ４
の読み出し（Ｆサイクル）が行われる。即ち、命令ｎｅ
ｘｔ３，ｎｅｘｔ４のＦサイクルが、条件付き分岐命令
ｂｒのＤサイクルと重なって行われる。

【００８６】もし、この命令ｎｅｘｔ３，ｎｅｘｔ４の
読み出し（フェッチ）に際してキャッシュミスが発生
し、その読み出しサイクル（Ｆサイクル）が当該サイク
ルＴ１だけで完了せずに複数サイクルを要する場合は、
命令解析機構３から命令読み出し機構１に対して発行さ
れた投機的分岐先番地に基づく分岐先命令（ここでは命
令ｔａｒｇｅｔ１，ｔａｒｇｅｔ２）の読み出しを、次
のサイクルＴ２において行うことができなくなる。

【００８７】ところが、その後に比較命令ｃｍｐの比較
結果が確定したときに、それに続く条件付き分岐命令ｂ
ｒが本当に分岐する結果であるならば、条件付き分岐命
令ｂｒの次の命令（遅延命令）ｎｅｘｔ１より更に後の
命令である命令ｎｅｘｔ３，命令ｎｅｘｔ４の読み出し
（フェッチ）に複数サイクルを要したことは無駄となる
（従来提案されている投機的実行制御機能を有するプロ
セッサで、このような無駄が発生する）。

【００８８】そこで本実施例では、このような無駄な命
令読み出しを回避するために、命令読み出し機構１にお
ける命令読み出しに際して（その読み出しに複数サイク
ルを要する）キャッシュミスが発生すると（ステップＳ
３１）、命令読み出し機構１はまず、命令解析機構３か
ら投機的解析の完了が通知されているか否かを調べるよ
うにしている（ステップＳ３２）。

【００８９】もし、サイクルＴ１における命令ｎｅｘｔ
３，ｎｅｘｔ４の読み出し（Ｆサイクル）でキャッシュ
ミスが発生し、その同じサイクルＴ１（即ち命令ｎｅｘ
ｔ３，ｎｅｘｔ４のＦサイクルと重なった条件付き分岐
命令ｂｒのＤサイクル）で、上記したように命令解析機
構３から命令読み出し機構１に対して投機的解析の完了
が通知された場合、命令読み出し機構１は、命令ｎｅｘ
ｔ３，ｎｅｘｔ４の読み出し（Ｆサイクル）を、図６に
示すように当該サイクルＴ１のみで中止する（ステップ
Ｓ３３）。

【００９０】そして命令読み出し機構１は、次のサイク
ルＴ２では、サイクルＴ１において命令解析機構３から
発行された投機的分岐先番地に基づく分岐先命令（ここ
では命令ｔａｒｇｅｔ１，ｔａｒｇｅｔ２）の読み出し
を開始する。

【００９１】一方、命令ｎｅｘｔ３，ｎｅｘｔ４の読み
出しでキャッシュミスが発生しなかった場合、即ち命令
ｎｅｘｔ３，ｎｅｘｔ４の読み出しが１サイクルで完了
できる場合、或いは命令解析機構３から投機的解析の完
了通知がなかった場合（命令ｎｅｘｔ３，ｎｅｘｔ４が
条件付き分岐命令ｂｒの次の命令より更に後の命令でな
く、したがってそのＦサイクルが条件付き分岐命令ｂｒ
のＤサイクルと重ならない場合）には、命令読み出し機
構１は、キャッシュミスの発生の有無に関係なく、その
命令ｎｅｘｔ３，ｎｅｘｔ４の読み出しを継続する（ス
テップＳ３４）。

【００９２】さて、サイクルＴ２では、比較命令ｃｍｐ
および条件付き分岐命令ｂｒは命令実行機構４に移り、
当該比較命令ｃｍｐおよび条件付き分岐命令ｂｒの実行
処理（Ｅサイクル）が開始される。

【００９３】命令実行機構４は、このサイクルＴ２にお
いて、比較命令ｃｍｐの比較結果を求めると、当該サイ
クルＴ２の終了時に命令解析機構３に対して比較結果確
定通知割り込みを発行する。

【００９４】命令解析機構３は、この割り込みを受け付
けると、先の条件付き分岐命令ｂｒの投機的実行が完了
したものとして、当該命令解析機構３内のフラグ情報保
持部３２にセットしておいたフラグ情報（投機的分岐先
番地の発行済み情報）をクリアする（ステップＳ２
１）。

【００９５】なお、次のサイクルＴ３では、命令実行機
構４での実行により求められた比較命令ｃｍｐの比較結
果が当該比較命令ｃｍｐおよび条件付き分岐命令ｂｒと
共に実行結果判定機構５に送られる。実行結果判定機構
５は、命令解析機構３から比較命令ｃｍｐの比較結果を
受け取ると、当該比較結果が確定したものとして、当該
比較結果をもとに条件付き分岐命令ｂｒの実際の分岐成
立／不成立の判定を行う。そして実行結果判定機構５
は、分岐成立時であれば、命令実行機構４における命令
ｎｅｘｔ２の実行を無効化し、分岐不成立時であれば、
命令解析機構３における命令ｔａｒｇｅｔ１，ｔａｒｇ
ｅｔ２の解析処理を無効化する。

【００９６】以上のように、本実施例における命令読み
出し機構１は、条件付き分岐命令のＤサイクルと当該分
岐命令の次の命令（遅延命令）より更に後の命令（後続
命令）のＦサイクルとが重なり、且つ当該後続命令の読
み出しが開始されたサイクルでキャッシュミスが発生し
たために当該Ｆサイクルが１サイクルで終了しないこと
を検出した場合には、当該後続命令の読み出しをそのサ
イクルのみで中止する。そして命令読み出し機構１は、
条件付き分岐命令のＤサイクルでの投機的解析により命
令解析機構３から発行される投機的な分岐先番地に基づ
く分岐先命令の読み出しに切り替える。これにより、上
記の無駄な命令読み出しを回避することができる。

【００９７】［動作例＃３］次に、比較命令ｃｍｐ１、
条件付き分岐命令ｂｒ１、比較命令ｃｍｐ２、条件付き
分岐命令ｂｒ２、命令ｎｅｘｔ１、命令ｎｅｘｔ２の順
の並びの命令列を含むプログラムが実行される場合の動
作を、図２乃至図４のフローチャートおよび図７のタイ
ミングチャートを参照して説明する。なお、比較命令ｃ
ｍｐ２は条件付き分岐命令ｂｒ１の遅延命令、命令ｎｅ
ｘｔ１は条件付き分岐命令ｂｒ２の遅延命令である。ま
た、条件付き分岐命令ｂｒ１の分岐先の命令はｔａｒｇ
ｅｔ１１であり、以降ｔａｒｇｅｔ１２，ｔａｒｇｅｔ
１３，ｔａｒｇｅｔ１４と続くものとする。同様に、条
件付き分岐命令ｂｒ２の分岐先の命令はｔａｒｇｅｔ２
１であり、以降ｔａｒｇｅｔ２２と続くものとする。

【００９８】まず、サイクルＴ１の開始時には、既に比
較命令ｃｍｐ１、条件付き分岐命令ｂｒ１、比較命令ｃ
ｍｐ２（遅延命令）および条件付き分岐命令ｂｒ２が命
令バッファ２にフェッチされているものとする。そし
て、この命令バッファ２にフェッチされていた命令列の
うち、比較命令ｃｍｐ１および条件付き分岐命令ｂｒ１
が命令解析機構３に移されて、当該比較命令ｃｍｐ１お
よび条件付き分岐命令ｂｒ１の処理内容を解析する処理
（Ｄサイクル）が、命令解析機構３により、図７に示す
ようにサイクルＴ１で行われたものとする。

【００９９】命令解析機構３は、サイクルＴ１の命令解
析処理において、（前記動作例＃２の場合と同様に）解
析対象とする命令が条件付き分岐命令であるか否かを調
べ（ステップＳ１）、この例のように条件付き分岐命令
（ここでは条件付き分岐命令ｂｒ１）であるならば、更
にパイプラインホールド通知の有無を調べる（ステップ
Ｓ２）。このサイクルＴ１の例では、パイプラインホー
ルド通知は無い。

【０１００】この場合、命令解析機構３は、当該命令解
析機構３内のフラグ情報保持部３２に、投機的分岐先番
地を発行済みであることを示す有効なフラグ情報がセッ
トされているか否かを調べ（ステップＳ６）、この例の
ようにセットされていないならば、条件付き分岐命令ｂ
ｒ１の投機的解析を実行する（ステップＳ７）。

【０１０１】命令解析機構３は、サイクルＴ１において
上記した条件付き分岐命令ｂｒ１の投機的解析実行を終
了すると、この実行により求めた投機的分岐先番地を経
路３１を介して命令読み出し機構１に発行し、投機的解
析の完了を通知する（ステップＳ８）。そして命令解析
機構３は、投機的分岐先番地を発行したことを表す有効
なフラグ情報を当該命令解析機構３内のフラグ情報保持
部３２にセットする（ステップＳ９）。

【０１０２】この条件付き分岐命令ｂｒ１の投機的解析
（Ｄサイクル）が行われるサイクルＴ１では、命令読み
出し機構１において、当該分岐命令ｂｒ１の後続命令で
ある比較命令ｃｍｐ２および条件付き分岐命令ｂｒ２に
続く命令ｎｅｘｔ１，ｎｅｘｔ２の読み出し（Ｆサイク
ル）が行われる。

【０１０３】次のサイクル２では、サイクルＴ１で解析
された比較命令ｃｍｐ１および条件付き分岐命令ｂｒ１
が命令実行機構４に移り、当該比較命令ｃｍｐ１および
条件付き分岐命令ｂｒ１の実行処理（Ｅサイクル）が開
始される。また、このサイクルＴ２では、比較命令ｃｍ
ｐ１および条件付き分岐命令ｂｒ１に続く比較命令ｃｍ
ｐ２（条件付き分岐命令ｂｒ１の遅延命令）および条件
付き分岐命令ｂｒ２が命令バッファ２から命令解析機構
３に取り込まれ、当該比較命令ｃｍｐ２および条件付き
分岐命令ｂｒ２の解析処理が開始される。

【０１０４】命令解析機構３は、条件付き分岐命令ｂｒ
２の解析を行う際には（ステップＳ１）、パイプライン
ホールド通知の有無を調べる（ステップＳ２）。もし、
パイプラインホールド通知が無い場合には、命令解析機
構３は、当該命令解析機構３内のフラグ情報保持部３２
に、投機的分岐先番地を発行済みであることを示す有効
なフラグ情報がセットされているか否かを調べる（ステ
ップＳ６）。ここでは、先の条件付き分岐命令ｂｒ１の
投機的解析の完了時に、有効なフラグ情報がセットされ
ている。

【０１０５】この場合、命令解析機構３は、現在解析対
象となっている条件付き分岐命令ｂｒ２より先に解析さ
れた条件付き分岐命令（ここでは条件付き分岐命令ｂｒ
１）の投機的実行が完了していないものと判断する。そ
して命令解析機構３は、２つの投機的実行が重ならない
ように、先に解析された条件付き分岐命令ｂｒ１の投機
的実行が完了するまで、即ちフラグ情報保持部３２内の
有効なフラグ情報がクアされるまで、現在解析対象とな
っている条件付き分岐命令ｂｒ２の投機的実行を待つ
（ステップＳ１０）。

【０１０６】さて、このサイクルＴ２では、命令読み出
し機構１は、先のサイクルＴ１において命令解析機構３
から発行された条件付き分岐命令ｂｒ１の投機的な分岐
先番地に基づく分岐先命令（ここでは命令ｔａｒｇｅｔ
１１，ｔａｒｇｅｔ１２）の読み出しを開始する。

【０１０７】また、サイクルＴ２において、命令実行機
構４が比較命令ｃｍｐ１を実行した結果、その比較結果
が求まると、当該サイクルＴ２の終了時に命令実行機構
４から命令解析機構３に対して比較結果確定通知割り込
みが発行される。

【０１０８】命令解析機構３は、この割り込みを受け付
けると、先の条件付き分岐命令ｂｒ１の投機的実行が完
了したものとして、当該命令解析機構３内のフラグ情報
保持部３２にセットしておいた有効なフラグ情報をクリ
アする（ステップＳ２１）。さて、サイクルＴ２の次の
サイクルＴ３では、命令実行機構４での実行により求め
られた比較命令ｃｍｐ１の比較結果が当該比較命令ｃｍ
ｐ１および条件付き分岐命令ｂｒ１と共に実行結果判定
機構５に送られる。実行結果判定機構５は、命令解析機
構３から比較命令ｃｍｐ１の比較結果を受け取ると、当
該比較結果が確定したものとして、当該比較結果をもと
に条件付き分岐命令ｂｒ１の実際の分岐成立／不成立の
判定を行う。この実行結果判定機構５での条件付き分岐
命令ｂｒ１の分岐成立／不成立判定結果は、経路５１を
介して命令実行機構４に、経路５２を介して命令解析機
構３に、そして経路５３を介して命令読み出し機構１
に、それぞれ通知される。

【０１０９】命令解析機構３は、サイクルＴ２の終了時
に命令実行機構４から発行された比較結果確定通知割り
込みにより、当該命令解析機構３内のフラグ情報保持部
３２にセットされていた有効なフラグ情報がクリアされ
たことを検出すると（ステップＳ１０）、先の条件付き
分岐命令ｂｒ１の投機的実行が完了し、したがって現在
解析対象となっている条件付き分岐命令ｂｒ２の投機的
実行を開始することが可能であると判断する。但し、先
の条件付き分岐命令ｂｒ１が本当に分岐する場合に、条
件付き分岐命令ｂｒ２の解析（投機的解析）処理を行う
ことは無駄である。

【０１１０】そこで命令解析機構３は、上記の如くフラ
グ情報がクリアされたことを検出すると（ステップＳ１
０）、まず、先の条件付き分岐命令ｂｒ１の実際の分岐
の成否を、実行結果判定機構５から通知された分岐成立
／不成立判定結果をもとに調べる（ステップＳ１１）。

【０１１１】もし、分岐成立ならば、即ち本当に分岐す
る場合には、命令解析機構３は、現在解析対象となって
いる条件付き分岐命令ｂｒ２の解析処理を無効化する
（ステップＳ１２）。同時に命令解析機構３は、条件付
き分岐命令ｂｒ２の遅延命令である命令ｎｅｘｔ１の解
析処理も無効化する。このとき命令読み出し機構１は、
命令ｎｅｘｔ１の次の命令である命令ｎｅｘｔ２を、実
行結果判定機構５からの分岐成立通知に応じて、命令バ
ッファ２から追い出す。

【０１１２】これに対し、先の条件付き分岐命令ｂｒ１
が分岐不成立ならば、即ち本当は分岐しない場合には
（図７は、この場合が示されている）、命令解析機構３
は、現在解析対象となっている条件付き分岐命令ｂｒ２
の投機的解析を実行する（ステップＳ７）。同時に命令
解析機構３は、分岐不成立となった条件付き分岐命令ｂ
ｒ１の分岐先の２命令であるｔａｒｇｅｔ１１，ｔａｒ
ｇｅｔ１２の解析処理を無効化する。このとき命令読み
出し機構１は、実行結果判定機構５からの分岐不成立通
知に応じて、ｔａｒｇｅｔ１３，ｔａｒｇｅｔ１４の読
み出しを無効化する。

【０１１３】さて、命令解析機構３は、上記ステップＳ
７で条件付き分岐命令ｂｒ２の投機的解析を実行する
と、この投機的解析の実行により求めた投機的な分岐先
番地（ここでは、ｔａｒｇｅｔ２１を示すアドレス）を
経路３１を介して命令読み出し機構１に発行して、投機
的解析の完了を通知し（ステップＳ８）、更に有効なフ
ラグ情報を当該命令解析機構３内のフラグ情報保持部３
２にセットする（ステップＳ９）。

【０１１４】命令読み出し機構１は、命令実行機構４か
ら発行された分岐先番地をもとに、次のサイクルＴ４に
おいて、条件付き分岐命令ｂｒ２の分岐先の２命令（こ
こではｔａｒｇｅｔ２１，ｔａｒｇｅｔ２２）の読み出
しを行う。

【０１１５】以上のように、本実施例における命令解析
機構３は、先の条件付き分岐命令（ｂｒ１）の投機的実
行が完了する前に、新たな条件付き分岐命令（ｂｒ２）
の投機的解析が必要となったこと（即ち投機的実行の重
なりが生じること）を、フラグ情報保持部３２内の有効
なフラグ情報により検出した場合には、当該フラグ情報
がクリアされ（即ち、先の条件付き分岐命令（ｂｒ１）
の実際の分岐判定に必要な先行比較命令ｃｍｐ１の比較
結果が確定し）、且つ実行結果判定機構５から先行比較
命令ｃｍｐ１の比較結果に従う分岐判定で分岐不成立と
なったことが通知された場合だけ、新たな条件付き分岐
命令（ｂｒ２）の投機的解析の実行を開始する。

【０１１６】このような制御の結果、２つの投機的実行
が重なることが回避されるため、２つの投機的実行が重
なった場合の制御が不要となり、従来に比べて制御の簡
略化を図ることができる。これにより、ハードウェアの
ロジック量を減らし、プロセッサのチップ面積を小さく
することができる。

【０１１７】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
条件付き分岐命令の先行命令の実行サイクルが、その先
行命令の更に直前の命令の実行で例えばメモリ参照が行
われてキャッシュミスを発生した等の要因でパイプライ
ンがホールドされ、通常より延びる場合には、分岐先の
命令の読み出しを投機的に行うことは無駄であるとし
て、条件付き分岐命令の投機的実行を行わずに条件フラ
グが確定してから分岐の成否を確定的に判定する構成と
したので、パイプラインがホールドされていても無条件
で分岐先命令を投機的に読み出すものと異なり、無駄な
命令読み出しが発生するのを回避することができる。

【０１１８】また、この発明によれば、条件付き分岐命
令の命令解析サイクルと当該分岐命令の次の命令（遅延
命令）より更に後の命令（後続命令）の命令読み出しサ
イクルとが重なり、且つ当該後続命令の読み出しが開始
されたサイクルでキャッシュミス等が発生したために当
該命令読み出しサイクルが１サイクルで終了しない場合
には、当該後続命令の読み出しを投機的に行うことは無
駄であるとして、当該後続命令の読み出しをそのサイク
ルのみで中止し、条件付き分岐命令の命令解析サイクル
での投機的解析により求められる分岐先番地に基づく分
岐先命令の投機的な読み出しに切り替える構成としたの
で、当該後続命令の読み出しに複数サイクルを要する場
合でも無条件に最後まで読み出しを続けるものと異な
り、条件付き分岐命令が本当に分岐する結果となった場
合の上記後続命令の読み出しに要する時間の無駄が解消
できる。

【０１１９】また、この発明によれば、条件付き分岐命
令が投機的に解析される際には、投機的実行が行われて
いる先行する条件付き分岐命令が存在するか否かを調
べ、存在する場合には、投機的実行の重なりが生じるも
のとして、少なくとも先の条件付き分岐命令の投機的実
行の成否が確定した後に、新たな条件付き分岐命令の命
令解析の実行を開始させる構成としたので、２つの投機
的実行が重なることが回避され、したがって２つの投機
的実行が重なった場合の制御が不要となり、従来に比べ
て制御の簡略化を図ることができる。また制御が簡略化
されることから、ハードウェアのロジック量を減らし、
プロセッサのチップ面積を小さくすることもできる。

【０１２０】このように、この発明によれば、条件付き
分岐命令の投機的実行に伴い無駄な処理が行われるのを
回避でき、ＣＰＵ処理の遅延防止が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る投機的実行制御機能
を有するプロセッサの概略構成を示すブロック図。

【図２】図１中の命令解析機構３の動作を条件付き分岐
命令の命令解析処理時を中心に説明するためのフローチ
ャート。

【図３】図１中の命令解析機構３が命令実行機構４から
の比較結果確定通知割り込みを受け付けた際の動作を説
明するためのフローチャート。

【図４】図１中の命令読み出し機構１の動作を説明する
ためのフローチャート。

【図５】同実施例において、条件付き分岐命令ｂｒの解
析時に、当該分岐命令ｂｒの先行命令である比較命令ｃ
ｍｐのＥサイクルが、この比較命令ｃｍｐと並行して実
行されるメモリ参照命令ｌｄでキャッシュミスを起こし
た結果パイプラインがホールドされて延びる場合の動作
を説明するためのタイミングチャート。

【図６】同実施例において、条件付き分岐命令ｂｒのＤ
サイクルと当該分岐命令ｂｒに後続する２命令ｎｅｘｔ
１，ｎｅｘｔより更に後続の命令（後続命令）ｎｅｘｔ
３，ｎｅｘｔ４のＦサイクルとが重なり、且つ当該後続
命令ｎｅｘｔ３，ｎｅｘｔ４の読み出しが開始されたサ
イクルでキャッシュミスが発生した場合の動作を説明す
るためのタイミングチャート。

【図７】同実施例において、先の条件付き分岐命令ｂｒ
１の投機的実行が完了する前に、新たな条件付き分岐命
令ｂｒ２の投機的解析が必要となった場合（投機的実行
の重なりが生じる場合）の動作を説明するためのタイミ
ングチャート。

【図８】比較命令の基本動作のタイミングチャート。

【図９】条件付き分岐命令の基本動作のタイミングチャ
ート

【図１０】比較命令と条件付き分岐命令が連続する場合
の一般的な動作タイミングチャート。

【図１１】比較命令と条件付き分岐命令が連続する場合
の一般的な動作タイミングチャート。

【図１２】従来提案されている投機的実行制御機能を有
するプロセッサにおける動作を比較命令と条件付き分岐
命令が連続する場合を例に説明するためのタイミングチ
ャート。

【図１３】従来提案されている投機的実行制御機能を有
するプロセッサにおける動作を比較命令と条件付き分岐
命令が連続する場合を例に説明するためのタイミングチ
ャート。

【図１４】従来提案されている投機的実行制御機能を有
するプロセッサにおける動作を、投機的実行の重なりが
発生する場合を例に説明するためのタイミングチャー
ト。

【符号の説明】

１…命令読み出し機構（命令読み出し遅延検出手段、命
令読み出し制御手段）、２…命令バッファ、３…命令解
析機構（延長検出手段、投機的実行抑止手段、投機的実
行重なり検出手段、投機的解析実行開始制御手段、フラ
グ情報操作手段）、４…命令実行機構、５…実行結果判
定機構、６…レジスタファイル、３２…フラグ情報保持
部、Ｓ２…ステップ（延長検出手段）、Ｓ３，Ｓ４…ス
テップ（投機的実行抑止手段）、Ｓ６…ステップ（投機
的実行重なり検出手段）、Ｓ９，Ｓ２１…フラグ情報操
作手段、Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ７…ステップ（投機的実行
開始制御手段）、Ｓ３１，Ｓ３２…ステップ（命令読み
出し遅延検出手段）、Ｓ３３…ステップ（命令読み出し
制御手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−200722（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−31228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−150039（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−113535（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−57338（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−242338（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−148329（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 9/38

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先行命令の実行結果を分岐条件とする分
   岐命令が検出されると、後続の命令実行に加え、前記分
   岐命令の分岐先の命令の読み出し及び実行を行い、前記
   分岐命令の判定結果に基づき一方の命令実行を無効化す
   る、投機的実行制御機能を有するプロセッサであって、 前記先行命令の実行サイクルが当該先行命令の直前の命
   令の実行サイクルに連動して延びることを検出する延長
   検出手段と、 該延長検出手段により前記先行命令の実行サイクルが延
   びることが検出されると、前記投機的実行を抑止し、前
   記分岐命令の条件が確定してから分岐の成否を判定する
   投機的実行抑止手段とを具備することを特徴とする投機
   的実行制御機能を有するプロセッサ。
2. 【請求項２】 先行命令の実行結果を分岐条件とする分
   岐命令が検出されると、後続の命令実行に加え、前記分
   岐命令の分岐先の命令の読み出し及び実行を行い、前記
   分岐命令の判定結果に基づき一方の命令実行を無効化す
   る、投機的実行制御機能を有するプロセッサであって、 前記分岐命令の命令解析サイクルと同じサイクルで、当
   該分岐命令に後続する遅延命令より更に後続の命令の読
   み出しが開始される際に、その読み出しに複数サイクル
   を要することを検出する命令読み出し遅延検出手段と、 該命令読み出し遅延検出手段により前記後続命令の読み
   出しに複数サイクルを要することが検出された場合に
   は、当該後続命令の読み出し動作を、そのサイクルのみ
   で中止させ、次のサイクルで、前記分岐命令の分岐先の
   命令の投機的な読み出しを行わせる命令読み出し制御手
   段とを具備することを特徴とする投機的実行制御機能を
   有するプロセッサ。