JPH01161442A - レジスタ退避・回復方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レジスタ退避・回復方式に関し、複数の汎用
レジスタを持つ情報処理装置において、手続呼出しの際
の汎用レジスタ退避・回復を効率良く行う方式に関する
。

〔従来の技術〕

従来、手続き呼出しの際に行われる汎用レジスタの退避
・回復は、次の２つの方式があった。（Ｄ手続きを呼び
出す側が、呼出しの前に、値を保存しておきたいレジス
タを主記憶に退避し、呼出し後に回復する、■呼び出さ
れた手続きの側が、手続の入口で、自分の側で使うレジ
スタを主記憶に退避し、帰る前に回復する。前者を呼出
し側退避方式、後者を被呼出し側退避方式と呼ぶ。また
両者の折衷方式として、レジスタ集合を２つに分割し、
一方を呼出し側退避方式、他方を被呼出し側退避方式で
管理するという方法もあった。

このようなレジスタの退避・回復を効率良く行うため、
計算機の側では、指定されたレジスタだけを主記憶へ移
動するような一括スドア・ロード命令を用意していた。

これは、退避したいレジスタを表すビット列（退避すべ
きレジスタ番号に対応するビットが立っている）をマス
クとして命令語内に含み、そのマスクが指定するレジス
タのみを主記憶へ移動する命令である。これについては
、モトローラ・セミコンダクターズ・ジャパン二ＭＣ６
８０００，１６ビツト　マイクロプロセッサユーザーズ
マニュア；ｉ、＋（昭和５６年）第１５７頁〜第１５９
頁に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のレジスタ退避・回復方式には、次のような問題点
があった。それは、実際には退避する必要のないレジス
タをも、退避している場合が往々にして起こることであ
る。

こ九を、手続きＡが手続きＢを呼び出す際のレジスタ退
避を例にとって説明する。いま、Ａの方は、Ｂの呼び出
しの際に、レジスタ（０）からレジスタ（７）までの内
容を保存しておくことを要求し、Ｂの方は、その処理内
でレジスタ（４）からレジスタ（１０）までを使用して
いるとする。この時、退避されるレジスタは、呼出し側
退避方式ならばレジスタ（０）からレジスタ（７）まで
の８個、被呼出し側退避方式ならばレジスタ（４）から
レジスタ（１０）までの７個である。しかしながら、実
際に退避すべきレジスタは両者の交わり、すなわちレジ
スタ（４）からレジスタ（７）までの４個でよい。

このような無駄なレジスタ退避をなくすためには、呼出
し側と被呼出し側の双方で退避が必要となるレジスタ集
合だけを選択して退避しなければならない。ところが、
従来のように、命令語中に退避するレジスタマスクを含
むような、コード」二で１静的に退避するレジスタを指
定する方法では、これを行うのは非常に困難であった。

例えば被呼出し側退避方式でこれを行うことは不可能で
ある。というのは、その手続きが、複数の手続きから呼
び出されることがあるからで、この時は、退避すべきレ
ジスタ集合を被呼出し側で一意に決めることができなく
なる。

一方呼出し側退避方式の場合には、これを行うのは可能
である。ただし、呼出し側と被呼出し側双方のオブジェ
クトコードがわからないと、退避すべきレジスタ集合が
決まらないので、コンパイル処理が複雑になる。また、
２つの手続きが別々にコンパイルされる場合を考えると
、実際上はリンク時にこれを解決しなければならず、事
実上不可能に近い。

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、コン
パイラやリンケージエディタの負担を重くすることなく
、レジスタの退避・回復処理を効率的に行え、処理時間
の′ｆｉ、縮化を図れるレジスタ退避・回復方式を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明のレジスタ回復・退
避方式は、複数の汎用レジスタと、汎用レジスタの内容
を退避するための記憶装置とを有する情報処理装駈にお
いて、前記情報処理装置」二で実行されるプログラムの
、ある手続きから別の手続きを呼び出す際に、呼出し側
が、呼出しの前に、呼出し側の手続きで値の保存を必要
とするレジスタの集合を表す情報を指定し、呼出し側か
ら呼出され側に制御を移行し、呼び出された側では。

指定された前記情報と、自分の側で使用するレジスタの
集合を表す情報とから、その両者に含まれるレジスタの
集合をプログラム実行時に求め、該求められだレジスタ
集合のみを前記記憶装置に退避し、また回復時には、退
避したものと同じレジスタ集合を回復することに特徴が
ある。

また、前記値の保存を必要とするレジスタの集合を示す
情報を指定する手段として１作業用レジスタ（マスクレ
ジスタ）を設け、呼び出された側では、呼び出された側
で使用するレジスタの集合を示す情報と、前記作業用レ
ジスタとから、ＡＮＤ回路を介してその両者に含まれる
レジスタ集合を求めることに特徴がある。さらに、前記
退避したレジスタの集合を示す情報を作業用レジスタに
保存しておき、レジスタ回復の際には前記作業用レジス
タの内容から、回復すべきレジスタの内容を決定するこ
とにも特徴がある。

〔作用〕

本発明においては、手続きを呼出す側は、呼出し命令（
ジャンプサブルーチン命令）を行う前に（または同時に
）、呼出し前後で値を保存しておきたいレジスタ集合を
示す値、例えばビットパターンを、マスクレジスタに設
定する。呼び出された側は、自分の側で使用するレジス
タ集合を示す値と、マスクレジスタの値の間に演算を施
すことによって両レジスタ集合の交わりを求め、該当す
るレジスタのみを退避するようにする。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、図面により詳細に説明する
。

第２図は１本発明に係る計算機の全体構成を示すブロッ
ク図である。

第２図において、ＣＰＵ２０は、命令レジスタや命令解
説装置、マイクロプログラムメモリ等よりなる命令制御
ユニット２１と、ＡＬＵやオペランドバッファ等よりな
る演算ユニット２２と５汎用レジスタフアイル６とから
構成される。また、ＣＩ）　Ｕ　２０は、バスを通じて
主記憶袋ロ５．入出力装駈２３と接続されている。

本発明では、退避するレジスタを動的に求めるために、
（ａ）］″、続き呼出し時、（ｂ）呼び出された手続き
内でのレジスタ退避処理時に、従来技術と異なる特別の
処理を行う。第３図（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ処理
を機械語１命令で行うようにしたマイコンの命令語のフ
ォーマットを示した図、第４図はそれぞれの命令の動作
を示した図である。

第３図（ａ）は手続き呼出し命令のフォーマットを示す
。命令語は、ＯＰコード１０１．飛び先アドレス１０２
．レジスタリス１−マスク１０３から成る。レジスタリ
スｌ−マスク１０３は、レジスタファイル６の中で、呼
び側でその内容を保存しておきたいレジスタ集合を示す
ピッ！・パターンである。すなわち、保存しておきたい
レジスタ番号に対応するビット位置の値がＩＩ　Ｉ　Ｉ
Ｉそれ以外はＩＩ　ＯＩＩとなっている。

第３図（ｂ）は呼び出された手続きが実行するレジスタ
退避命令のフォーマツ１〜を示す。命令語はｏｐコード
３０１．退避先アドレス３０２．レジスタリストマスク
３０３からなる。レジスタリストマスク３０３は、呼び
出された手続き内で使用するレジスタ集合を示すビット
パターンである。

また第５図は上記命令を実行するＣ　）−’　Ｕの構成
の一例を示した図であり、第２図のＣＰＵ２０の命令制
御ユニット２１と汎用レジスタファイル６およびその他
のレジスタを示している。第５図において、２は実際に
退避すべきレジスタを求めるために設けられたマスクレ
ジスタ、７はＡＮＤ回路である。６は独立に操作・転送
が可能な汎用レジスタファイル、９は命令語を一時的に
貯えておくための命令レジスタ、４は主記憶装置５内で
アクセスする番地を貯えておくためのアドレスレジスタ
である。８はレジスタの内容をインクリメント（＋１）
する加算回路、１１は次に実行すべき命令番地を保持す
るプログラムカウンタ、１２はスタックの先頭番地を指
すスタックポインタである。

第１図は、本発明をマイクロプログラム制御の計算機に
適用した場合の処理手順の一実施例を示すフローチャー
トである。以下、第１図のフローチャー１・に従って第
４図に示された各命令の動作を説明する。

最初に、（ａ）に示す手続き呼出し命令について説明す
る。

まず、手続き呼出し命令では、マイクロプログラム制御
装置１０内に配設された命令デコーダにより、命令レジ
スタ９内の命令語が手続呼出し命令であると認識される
（ステップ５０１）。すると、マイクロプログラム制御
装置１０から出される各種制御信号により、命令レジス
タ９内の命令語のうちレジスタリストマスク１０３の部
分が、バス１３を通してマスクレジスタ２に転送される
（ステップ５０２）。次いでプログラムカウンタ１１の
値を、主記憶装置上に取られたスタックヘプツシュしく
ステップ５０３）、スタックポインタ１２をインクリメ
ントする（ステップ５０４）。最後に命令レジスタ９内
の命令語のうち、飛び先アドレス１０２をプログラムカ
ウンタ１１に転送する（ステップ５０５）。なお、ステ
ップ５０１およびステップ５０３から５０５は通常の計
算機で行われている動作であるので、第４図では本発明
の特徴を表すステップ５０２の動作のみを示している。

ここでステップ５０２は、ステップ５０３から５０５と
は独立の動作であるので、これらの２つは並列に行うこ
ともできる。

次に、第１図（ｂ）に示すレジスタ退避命令の場合を説
明する。

まず、命令デコーダにより、命令レジスタ９内の命令語
がレジスタ退避命令であると認識される（ステップ６０
１）。すると、各種制御信号により、命令レジスタ９内
の命令語のうち、退避先アドレス３０２の部分が、バス
１３を通じてアドレスレジスタ４に転送される（ステッ
プ６０２）。次いで命令語内のレジスタリス１〜マスク
３０３の部分の値と、マスクレジスタ２の値のビットご
とのＡＮＤが、ＡＮＤ回路７により計算され、新たにマ
スクレジスタ２に設定される（ステップ６０３）。なお
、ステップ６０２と６０３は並列に動作可能である。

次にマスクレジスタ２の値を最上位ビット（ＭＳＢ）か
ら１つずつ調べていき（ステップ６ｏ４）、その値がＬ
Ｌ　Ｉ　１１であればそのビット位置に対応する、σを
用レジスタファイル６中のレジスタの内容を主記憶装置
５のアドレスレジスタ４の指す番地へ転送しくステップ
６０５）、アドレスレジスタ４の値を、加算回路８を用
いてインクリメントする（ステップ６０６）。ビットが
ｌＩ　ＯＩ＋であれば何も行わない。次に、今調べたピ
ッ１−が最下位ビット（ＬＳＢ）でなければ（ステップ
６０７）、次のピッ１〜に移り（ステップ６０８）、ス
テップＧＯ４から繰り返す。最下位ビットであれば、マ
スクレジスタ２の内容を主記憶装置内へ書き込む（ステ
ップ６０９）。　ステップ６０８は１手続き呼出しのネ
ストにより、マスクレジスタ自身の内容が更新された時
にも、その値を復元できるようにするために行っている
。

手続き呼出しを行う際には、呼出し側で、（ａ）の手続
き呼出し命令を実行し、呼び出された側で最初に（ｂ）
のレジスタ退避命令を実行するようにすれば、呼出し側
で保存を必要とするレジスタ集合と、被呼出し側で実際
に使用するレジスタ集合の交わり集合のみが主記憶に退
避されることになる。

レジスタの回復は、呼び出された側で行われるが、それ
はレジスタ退避と逆の手順によって達成される。すなわ
ち、退避先アドレス（これは命令語中に含まれる）によ
って指示される主記憶内の番地から、レジスタ退避命令
の最後に退避されていたマスクレジスタの値をまず取り
出してそれをマスクレジスタにセットし、その値に従っ
て退避時と同様に、主記憶装置内に退避されていたレジ
スタ値を該当する汎用レジスタに転送するようにすれば
よい。

このように、本実施例においては、マスクレジスタの操
作を１通常の手続き呼出しやレジスタ退避命令の中に組
み込んで１命令で行わせているので、本発明のレジスタ
退避方式を採用した際の時間的なオーバヘッドを小さく
できるという利点がある。

また１手続き呼出し命令語内のレジスタリストマスク１
０３の値を全ビット１１１　＋７とすれば、従来の被呼
出し側退避方式による方法と同様の効果が得られ、また
、レジスタ退避命令語内のレジスタリス１〜マスク３０
３の値を全ピッ１〜“ソ′とすれば、従来の呼出し側退
避方式による方法と同様の効果が得られるという点で、
従来のレジスタ退避方式をサポートすることもできる。

先程も述べたように、本実施例では、１命令で、手続き
呼出し時のマスクレジスタの設定や、レジスタ退避時の
ＡＮＤ計算とマスクレジスタの更新を行っていたが、本
発明はこれに限定されるものではなく、それぞれを別々
の命令で行わせてもよい。例えば、第３図のような命令
語中にレジスタリストマスクを含む形ではなく、レジス
タリストマスクの値を、ある汎用レジスタに格納してお
き、（これを別の１つの命令で行う）１手続き呼出しで
はそのレジスタをマスクレジスタとして指定する形で、
情報の受は渡しを行うこともできる。呼び出された側で
はそのレジスタをマスクレジスタとして扱い、そのレジ
スタとレジスタリストマスク値とのＡＮＤを計算しくこ
れを１命令で行う）、ΔＮＬ）の結果値が入っているレ
ジスタをマスクレジスタとして、レジスタ退避命令を実
行する。という形で実現することも可能である。

上記実施例の応用例として、手続き呼出しを含む原始プ
ログラムをコンパイルする際に、手続きの呼出し側で内
容と保存を必要とするレジスタの集合と、呼び出された
側で使用するレジスタの集合とを、コンパイラがコンパ
イル時に求めて、目的プログラム中に指定することによ
り、」−記実施例のようなレジスタ退避・回復を行うコ
ートを生成し、この生成されたコードにより実行させて
もよい。

〔発明の効果〕

以」二説明したように、本発明によれば、手続き呼出し
に伴うレジスタ退避・回復において、実際に退避すべき
必要のあるレジスタのみを選択して退避することができ
るので、退避するレジスタの数を減らすことができる。

多くの場合、レジスタの一括移動命令にかかる時間は、
移動するレジスタの数に比例するので、退避にかかる時
間を減少でき、処理時間をう；σ縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロプログラムによる処理手順の
一実施例を示すフローチャー１−１第２図は本発明に係
る計算機の全体構成を示すブロック図、第３図は本発明
の処理を機械語１命令で行った実施例の命令語フォーマ
ツ１−を示す図、第４図はその命令の動作を示す図、第
５図はその命令を実現するＣ　Ｐ　１．Ｊの構成図であ
る。 ２：マスクレジスタ、５：主記憶装置、６：汎用レジス
タファイル、７：ＡＮＤ回路、１０：マイクロプログラ
！１制御装置。 第　　　１　　　図 （ａン Ｍ　　　ｌ　　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　　４　　　図 第　　　４　　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の汎用レジスタと、汎用レジスタの内容を退避
   するための記憶装置とを有する情報処理装置において、
   前記情報処理装置上で実行されるプログラムの、ある手
   続きから別の手続きを呼び出す際に、呼出し側が、呼出
   しの前に、呼出し側の手続きで値の保存を必要とするレ
   ジスタの集合を示す情報を指定し、呼出し側から呼出さ
   れ側に制御を移行し、呼び出された側では、指定された
   前記情報と、自分の側で使用するレジスタの集合を示す
   情報とから、その両者に含まれるレジスタの集合をプロ
   グラム実行時に求め、該求められたレジスタ集合のみを
   前記記憶装置に退避し、また回復時には、退避したもの
   と同じレジスタ集合を回復することを特徴とするレジス
   タ退避・回復方式。 ２、前記値の保存を必要とするレジスタの集合を示す情
   報を指定する手段として、作業用レジスタを設け、呼び
   出された側では、呼び出された側で使用するレジスタの
   集合を示す情報と、前記作業用レジスタとから、ＡＮＤ
   回路を介してその両者に含まれるレジスタ集合を求める
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレジスタ
   退避・回復方式。 ３、前記退避したレジスタの集合を示す情報を作業用レ
   ジスタに保存しておき、レジスタ回復の際には前記作業
   用レジスタの内容から、回復すべきレジスタの内容を決
   定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレ
   ジスタ退避・回復方式。 ４、前記手続き呼出しの際に、値の保存を必要とするレ
   ジスタの集合を示す情報を作業用レジスタに指定する処
   理と、手続き呼出しの際の制御の移行の処理を並列して
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のレジ
   スタ退避・回復方式。 ５、前記呼び出された側で使用するレジスタの集合を示
   す情報と、前記作業用レジスタの値から、実際に退避す
   べきレジスタ集合を求める処理と、その処理により求め
   られたレジスタ集合を退避する処理を並列して行うこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のレジスタ退避
   ・回復方式。