JPH01224840A - 情報処理装置におけるバイパスライン制御方式 - Google Patents

情報処理装置におけるバイパスライン制御方式

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JPH01224840A
JPH01224840A JP63050756A JP5075688A JPH01224840A JP H01224840 A JPH01224840 A JP H01224840A JP 63050756 A JP63050756 A JP 63050756A JP 5075688 A JP5075688 A JP 5075688A JP H01224840 A JPH01224840 A JP H01224840A
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bypass line
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西川 岳
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NEC Computertechno Ltd
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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、先行する命令の演算結果を後続の命令が使用
する場合、演算結果を格納すべきレジスタ群をバイパス
させて先行演算結果を演算器へ送出するようにした演算
処理装置におけるバイパスライン制御方式の改良に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、この種の情報処理装置は、複数のレジスタから構
成されるレジスタ群と、同時動作可能な複数の演算器と
、演算器の演算結果をレジスタ群に供給するラインとは
別にレジスタ群をバイパスしてレジスタ群の読出しライ
ンに供給するバイパスラインと、これらの要素を制御す
る制御部とを備え、バイパスラインの制御は、レジスタ
群への演算結果の書込みレジスタ番号と、後続演算のデ
ータ読出しレジスタ番号との比較により実現していた。
このような従来の方式を次の命令列を例にして以下説明
する。
SFT  So←St<S2   ・・・C1)ADD
  S4←SO+S3   ・・・(2)L D   
S O←M+a+      =・(31なお、命令f
ilは、レジスタ群中のレジスタS1のデータを同じく
レジスタ群中のレジスタS2のデータの値だけシフトし
、そのシフト結果をレジスタ群中のレジスタSOに格納
する命令、命令(2)は、命令(1)で得られたシフト
結果にレジスタ群中のレジスタS3のデータを加算し、
その結果をレジスタ群中のレジスタS4に格納する命令
、命令(3)はメモリのデータをレジスタ群中のレジス
タSOにロードする命令である。
まず、命令(1)を制御部が解読すると、命令(11で
指示されるレジスタSl、32のデータをレジスタ群か
ら読出して読出しラインを介して演算器の一種であるシ
ックに供給し、演算起動をかける。
制御部は命令(11を解読し演算起動をかけると、次に
命令(2)の解読を行ない、この解読により命令(2)
が命令(11の演算結果(レジスタ群中のレジスタSO
に格納されるべきデータ)を必要とする命令であること
を判断すると、その演算結果がシフタから出力されるま
で命令(2)の起動を待ち合わせ、起動待ちの命令(2
)が発生したことにより、後続する命令(3)について
は無条件に処理を待ち合わせる。
シフト演算に必要な時間が経過すると、シフタから演算
結果が出力される。このとき、制御部はその演算結果を
格納すべきレジスタSOの番号と先行演算結果待ちで演
算起動を保留していた命令(2)の第1オペランドで指
示される読出しレジスタSOの番号とが一致しているこ
とを検出し、バイパスラインを活性化して命令(1)の
演算結果をレジスタ群をバイパスさせてレジスタ群の読
出しラインに直接に供給する。これにより、先行する演
算結果を後続の命令が使用する場合で、後続の命令が先
行する演算終了を待ち合わせている場合には、先行する
演算結果をレジスタ群に一度格納しこの格納したデータ
を読出して後続の演算に使用する場合に比べ、レジスタ
群をバイパスした分だけ後続処理の立ち上がりを高速化
することができる。
さらに制御部は命令(2)を起動すると、次の命令(3
)の解読を開始する。
第4図(8)は前述した命令(11,(21,(31の
実行動作状態を表すタイムチャートであり、同図に示す
ように従来方式は、後続する命令(2)が先行する命令
(1)の演算結果を使用する場合、その後続の命令(2
)の起動を待ち合わせると共に、その待ち合わせた命令
(2)の起動後に次の命令(3)を起動していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来の情報処理装置では、先行命令の演算結果
を後続の命令で使用する場合、先行命令の演算が終了す
るまでは、先行命令の演算結果を使用する命令のみなら
ず、それ以降の命令も実行していなかった。
ところが、前述の命令+11. (21,+31につい
てみると、命令(2)は命令(1)の演算結果待ちであ
るので命令111の演算終了までは実行することはでき
ないが、命令(3)に関しては先行する演算結果を使用
しないので、本来は命令+11と並行して実行すること
ができる。
第4図(blは従来の情報処理装置において、前述した
同時実行可能な命令(3)を先廻り実行させた際の動作
実行状態を示すタイムチャートであり、このように先廻
り実行させることにより、情報処理装置の性能を高める
ことが可能となる。
しかし、このような同時実行可能な命令の先廻り実行を
従来の情報処理装置において採用することはできない、
その理由は、バイパスラインの制御を、レジスタ群への
演算結果の書込みレジスタ番号と、後続演算のデータ読
出しレジスタ番号との比較により実現していたからであ
る。すなわち、命令(3)のように、先行する命令+1
1と同一のレジスタSOにデータを格納する命令が後続
命令として続く場合、命令(3)を先廻り実行させて命
令illと並行して実行すると、命令(1)の演算結果
より先に命令(3)の演算結果が得られることもあり、
実行待ちの命令(2)の読出しレジスタSOの番号と、
先行する命令の演算結果書込みレジスタSOの番号とを
単に比較するだけでは、命令(3)で得られた演算結果
を命令(2)で使用してしまうといった問題が生じる。
このような為、従来の情報処理装置では先廻り実行を行
なっていなかったものである。
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、
その目的は、命令の先廻り実行を行なってもバイパスラ
イン制御を正しく行なうことができるバイパスライン制
御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〕
本発明は上記目的を達成するために、 複数のレジスタから構成されるレジスタ群と、演算デー
タ供給パスを介して前記レジスタ群からデータが供給さ
れる同時動作可能な複数の演算器と、該複数の演算器の
演算結果を前記レジスタ群をバイパスして前記演算デー
タ供給パスに送り出すバイパスラインと、これらの各要
素を制御する制御部とを備え、同時に複数の演算を実行
することができる情報処理装置において、 前記制御部は、実行中の命令を実行中命令間でそれぞれ
異なる即ちユニークな番号に関連付けて管理すると共に
実行完了命令の演算結果を前記レジスタ群に格納するタ
イミングより所定サイクル前のタイミングサイクル時に
前記実行完了命令に対応する前記番号を出力する実行中
命令管理部と、先行する演算結果を使用する後続命令を
、その待ちの要因となった先行命令に関連付けた前記番
号と共に保持する実行特命令バッファと、該実行特命令
バッファに保持された前記番号と前記実行中命令管理部
から出力された前記番号との比較結果により前記バイパ
スラインを制御するバイパスライン制御部とを含んでい
る。
〔作用〕
本発明の作用を前記命令(II、 (21,(31を例
にして説明すると、命令(l)、命令(3]が並行して
実行されており、命令(2)が命令(11の演算結果待
ちのとき、実行中命令は命令(11,(31なので、実
行中の命令を管理する実行中命令管理部は命令(l)、
命令(31をユニークな番号α、βに関連付けて管理し
、実行待ち命令バッファには上記命令(11と関連付け
られた番号αと共に命令(2)が格納される。したがっ
て、たとえ命令(3)が命令+11より早く演算終了し
実行中命令管理部から先に番号βがバイパスライン制御
部に出力されても、バイパスライン制御部は実行待ち命
令バッファに保持された番号αと相違するのでバイパス
ラインを活性化せず、命令(11の番号αが出力される
ことにより、バイパスラインを活性化する。これによっ
て、後続する命令(3)が先行する命令(11と同一レ
ジスタへ演算結果を格納するものであっても、バイパス
ライン制m*正しく行なうことができる。
〔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。
第1図は本発明を適用した情報処理装置の一例を示すブ
ロック図である。
同図において、レジスタ群1は複数のレジスタ3O−3
nから構成され、各レジスタSO〜Snのデータはバイ
パスライン選択器10を介して演算データ続出レジスタ
7に読出すことができ、また演算結果書込レジスタ6に
保持されたデータを各レジスタSO〜Snに格納するこ
とができる。
複数の演算器2a〜2nは、同時に動作可能であり、加
算2乗算、シフト等の演算を行なう、各演算器2a〜2
nへは演算データ続出レジスタ7に保持されたデータが
演算データ供給パス3を介して供給され、各演算器23
〜2nで得られた演算結果は対応する演算結果受信パス
4a〜4nより取出される。演算結果受信パス4a〜4
nは演算結果選択器5に接続され、この演算結果選択器
5で選択された演算結果が演算結果書込レジスタ6及び
第1のバイパスライン8に出力される。また、演算結果
書込レジスタ6に保持されたデータは前述したようにレ
ジスタ群1に供給されると共に第2のバイパスライン9
に送出される。
第1のバイパスライン8及び第2のバイパスライン9は
何れもレジスタ群lをバイパスしており、第1のバイパ
スライン8は演算結果選択器5の出力とバイパスライン
選択器10との間をつなぎ、第2のバイパスライン9は
演算結果書込レジスタ6の出力とバイパスライン選択器
10との間をつないでいる。
演算すべきデータは、通常は、レジスタ群1からバイパ
スライン選択器10を経由して演算データ続出レジスタ
7に格納され、ここから演算データ供給パス3を介して
各演算器2a〜2nに送出される。また、演算結果選択
器5で選択された演算結果は第1のバイパスライン8を
経由してバイパスライン選択器10に加わり、演算結果
書込レジスタ6の出力は第2のバイパスライン9を経由
してバイパスライン選択器10に加わっているので、成
る演算器の演算結果を後続の演算で使用する場合には、
何れかのバイパスラインを活性化すなわちバイパスライ
ン選択器10で何れかのバイパスラインを選択すること
により、レジスタ群lを経由せずに演算データを各演算
器2a〜2nに送出することができる。
制御部11は、命令の解読、演算器2a〜2nの動作状
態の管理など、複数の演算を同時に行なうために各構成
要素の制御を行なう、このような制御部11の構成例を
第2図に示す。
第2図において、命令は命令解読部12で解読され、実
行起動制御部13へ送られる。実行起動制御部13では
、解読された命令の実行に必要なデータ、演算器等のリ
ソースが準備されているか否かを実行中命令管理部14
中の管理情報等に基づいて判定し、Yp=備されている
命令については対応する演算器へ起動信号を出力して該
命令を起動すると共に、その演算結果を格納するために
必要な管理情報(例えば演算時間、演算結果格納レジス
タ番号等)を実行中命令管理部14に送出する。
実行中命令管理部14は、同図に示すような複数エント
リのスタック140を有しており、各エントリEO〜E
mに登録された命令の実行状態を管理し、演算が完了し
た命令の演算結果格納に必要な情報あるいは制御信号を
第1図のレジスタ群l、演算結果選択器5等の各構成要
素に対して送出する。また、演算結果をレジスタ群1に
格納すべきタイミングの3タイミングサイクル前にその
演算結果対応の命令が使用しているスタック140のエ
ントリ番号(#1〜#m)をバイパスライン制御部15
へ出力する。なお、命令が使用するエントリはその命令
の実行が完了した時点で解放される。したがって、エン
トリ番号は実行中命令内、つまりは装置内でユニークな
命令認識指標となる。
一方、何等かの要因(例えば演算すべきデータが先行命
令の演算結果待ちで準備されていない等)で起動できな
い命令については、実行起動制御部13は、その要因と
なっている命令が使用しているスタック140のエント
リ番号を実行中命令管理部14から取得し、そのエント
リ番号と共に実行待ちにする命令に関する情報を実行待
命令バッファ16に登録して、その要因が解除されるの
を待ち合わせる。実行待命令バッファ16に格納された
エントリ番号はバイパスライン制御部15に送出される
バイパスライン制御部15は、本実施例ではバイパスラ
インが2本あるため、2個のレジスタRGl、RG2と
2個の比較器CM1.CM2とで構成されている。実行
中命令管理部14から出力されたエントリ番号はレジス
タRGIに格納され、次のタイミングサイクルでレジス
タRG2に格納され、次のタイミングサイクルでレジス
タRG2から追い出される。比較器CMIはレジスタR
G1に保持されたエントリ番号と実行待命令バッファ1
6から出力されるエントリ番号とを比較した結果を第1
のバイパスライン8活性用としてバイパスライン選択器
10に出力し、比較器CM2はレジスタRG2に保持さ
れたエントリ番号と実行待命令バッファ16から出力さ
れるエントリ番号とを比較した結果を第2のバイパスラ
イン9活性用としてバイパスライン選択器10に出力す
る。
いま、演算結果がレジスタ群1に格納されるタイミング
サイクルをTとすると、演算結果はタイミングサイクル
T−1の期間中、演算結果書込みレジスタ6に保持され
、タイミングサイクルT−2で演算器の出力段レジスタ
(図示せず)に保持されている、一方、前述したように
実行中命令管理部14からは演算結果をレジスタ群1に
格納する3タイミングサイクル前にエントリ番号がバイ
パスライン制御部15へ出力されるから、そのエントリ
番号はレジスタRGIにはタイミングサイクルT−2の
期間格納され、レジスタRG2にはタイミングサイクル
T−1の期間格納される。このため、タイミングサイク
ルT−2で実行特命令バッファ16から同一エントリ番
号が出力されていればそのタイミングで比較器CMIの
一致出力により第1のバイパスライン8が活性化され、
演算結果は第1のバイパスライン8を経由して演算デー
タ続出レジスタ7に格納されることになる。
また、タイミングサイクルT−1のとき初めて実行特命
令バッファ16から同一エントリ番号が出力されたなら
ば、タイミングサイクルT−1で比較器CM2の一致出
力により第2のバイパスライン9が活性化され、演算結
果は第2のバイパスライン9を経由して演算データ続出
レジスタ7に格納されることになる。
次に、従来技術でも用いた下記の命令列を例として本実
施例の動作を説明する。
SFT  30←31<32   ・・・+1)ADD
  34←SO+S3   ・・・(2)L D   
S O−M(al      −(3)まず、命令(1
)が制御部11の命令解読部12で解読され実行起動制
御部13に送られると、実行起動制御部13は、命令+
11が使用するシック(例えば演算器2aとする)が空
いているか否か及び演算に必要なデータがレジスタ31
.32に揃っているか否かを判断し、すべての条件が揃
った時点で演算に必要なデータをレジスタ群1からバイ
パスライン選択器10.演算データ続出レジスタ7を介
して演算器2aに送出し、演算器2aに起動をかけると
同時に、演算結果が得られるタイミング、演算結果を格
納すべきレジスタSoの番号。
演算結果が演算結果選択器5へ戻ってきたタイミングで
その演算結果選択器5を制御するための情報等を実行中
命令管理部14に送出する。
実行中命令管理部14は、スタック140の空いている
エントリを見つけ(例えばエントリ番号#0のエントリ
BOとする)、このエントリEOに実行起動制御部13
からの前記情報を格納し、その命令(1)の実行動作タ
イミングを管理し、演算結果格納動作にあわせて必要な
制御情報を送出する。また、前述したように演算結果を
レジスタSOに格納する3タイミングサイクル前に、命
令(11が使用しているエントリEOのエントリ番号#
0をバイパスライン制御部15に送出する。
命令(2)については、命令11)の解読が終わり実行
起動制御部13へ送られると命令解読が開始され、以下
同様に各処理部とも前命令の処理が完了し次の処理部へ
送出されると、次命令の情報を受信して処理を開始する
パイプライン構造となっている。
命令(2)の解読が終わると、その情報が実行起動制御
部13に渡され、実行起動制御部13は命令(2)の起
動条件のチエツクを実行する。今の例では、命令(2)
は命令(11の演算結果を使用する演算であり、現時刻
では命令+1)の演算は終了していないので、演算結果
待ちとなる。そこで、実行起動制御部13は前述したよ
うにその待ちの要因となっている命令+11が使用して
いるスタック140におけるエントリEOのエントリ番
号#Oと共に、命令(2)に関する情報を実行待ち命令
バッファ16に登録する。この時点でエントリ番号#0
が実行特命令バフ7116からバイパスライン制御部1
5に送出される。
さらに命令(3)についても同様に命令(21に続いて
解読、実行起動制御が実行され(ここでは待ちの要因が
ないとして)、実行中命令管理部14のスタック14G
における空きのエントリ (例えばエントリ番号#lの
エントリE1とする)に制御情報が登録される。
他方、バイパスラインM御部15では、実行中命令管理
部14からレジスタ格納タイミングの3タイミングサイ
クル前のタイミングで送出された実行完了命令対応のエ
ントリ番号を2段のレジスタRGI、RG2で受け、そ
のそれぞれのタイミングのエントリ番号と、実行待ち命
令バッファ16から送出されている演算結果選択器の待
要因命令対応のエントリ番号とを、比較器CMI、CM
2で比較し、一致すれば第1のバイパスライン8゜第2
のバイパスライン9を活性化するための制御情報をバイ
パスライン選択器10に送出する。従って、前述した命
令列の場合、実行待命令バッツ116から送出される命
令(2)の待要因命令対応のエントリ番号#0と、実行
中命令管理部14から送出される命令(1)対応のエン
トリ番号#0との一致が検出されたタイミングで、第1
と第2のバイパスライン8.9の何れか一方が活性化さ
れ、その活性化されたバイパスラインを経由して演算器
2aの演算結果が演算データ続出レジスタ7に格納され
、命令(2)の実行に使用される。
第3図は上述したバイパスライン制御のタイムチャート
例を示す。命令(1)の演算結果D filがレジスタ
SOに格納されるタイミングサイクルをTとすると、演
算結果D filはタイミングサイクルT−1に演算結
果書込レジスタ6に格納されており、タイミングサイク
ルT−2に演算器2aの出力段レジスタ(図示せず)に
保持されている。一方、実行中命令管理部14は命令(
1)に対応するエントリ番号#0をタイミングサイクル
T−3にバイパスライン制御部15へ出力し、レジスタ
RGIはタイミングサイクルT〜2の期間だけエントリ
番号#0を保持し、レジスタRG2はタイミングサイク
ルT−1の期間だけエントリ番号#Oを保持する。した
がって、第3図の実線に示すように命令(2)がタイミ
ングサイクルT−2の時点で既に実行特命令バッファ1
6に格納されており従ってその時点で既にエントリ番号
#0が実行特命令バッファ16からパイプライン制御部
15の比較器CMl、CM2に加えられていたとすると
、タイミングサイクルT−2で比較器CM]は一致を検
出し、第1のバイパスライン選択器10は第1のバイパ
スライン8を選択することになる。このため、タイミン
グサイクルT−2で演算結果選択器5の出力に現れてい
た演算結果D filがバイパスライン選択器10を経
由して次のタイミングサイクルT−iで演算データ続出
レジスタ7に格納されることになる。
他方、第3図の破線に示すように命令(2)がタイミン
グサイクルT−2の時点では実行特命令バッファ16中
になく次のタイミングサイクルT−1において実行特命
令バッファ16に格納され、その時点でエントリ番号#
0が実行特命令バッファ16からバイパスライン制御部
15の比較器CM1、CM2に加えられた場合は、タイ
ミングサイクルT−1で比較器CM2が一致を検出し、
バイパスライン選択器10は第2のバイパスライン9を
選択することになる。このときはタイミングサイクルT
−1で演算結果書込レジスタ5の出力に現れていた演算
結果D filが第2のバイパスライン91.バイパス
ライン選択器10を経由してタイミングサイクルTで演
算データ続出レジスタ7に格納される。
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は以上
の実施例にのみ限定されず、その他各種の付加変更が可
能である0例えば、上述した実施例は、バイパスライン
を2本としたが、1本あるいは3本以上のバイパスライ
ンを有する情報処理装置に対しも本発明は適用可能であ
る。また、実行中命令内でユニークになる番号は、ユニ
ークな値であればエントリ番号以外の番号を使用するこ
とができる。
(発明の効果〕 以上説明したように、本発明は、バイパスラインの制御
に、実行中命令管理部のエントリ番号等の如く実行中命
令間でそれぞれ異なる番号を使用したので、同一レジス
タへの演算結果格納が連続した場合であっても正しくバ
イパスラインを制御することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用した情報処理装置の一例を示すブ
ロック図、 第2図は制御部11の構成例を示すブロック図、第3図
はバイパスライン制御のタイムチャートおよび、 第4図は命令列の実行動作状態を表すタイムチャートで
ある。 図において、 1・・・レジスタ群     9・・・第2のバイパス
2a〜2n・・・演算器     ライン3・・・演算
データ供給   lO・・・バイパスラインパス   
        選択器 4a〜4n・・・演算結果  11・・・制御部受信パ
ス  12・・・命令解読部 5・・・演算結果選択器   13・・・実行起動制御
部6・・・演算結果書込    14・・・実行中命令
管理レジスタ         部 7・・・演算データ読出   15・・・バイパスライ
ンレジスタ         制御部 8・・・第1のバイパス   16・・・実行待命令ラ
イン          バッファ 特許出願人 日本電気株式会社外1名

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 複数のレジスタから構成されるレジスタ群と、演算デー
    タ供給パスを介して前記レジスタ群からデータが供給さ
    れる同時動作可能な複数の演算器と、該複数の演算器の
    演算結果を前記レジスタ群をバイパスして前記演算デー
    タ供給パスに送り出すバイパスラインと、これらの各要
    素を制御する制御部とを備え、同時に複数の演算を実行
    することができる情報処理装置において、 前記制御部は、実行中の命令を実行中命令間でそれぞれ
    異なる番号に関連付けて管理すると共に実行完了命令の
    演算結果を前記レジスタ群に格納するタイミングより所
    定サイクル前のタイミングサイクル時に前記実行完了命
    令に対応する前記番号を出力する実行中命令管理部と、
    先行する演算結果を使用する後続命令を、その待ちの要
    因となった先行命令に関連付けた前記番号と共に保持す
    る実行待命令バッファと、該実行待命令バッファに保持
    された前記番号と前記実行中命令管理部から出力された
    前記番号との比較結果により前記バイパスラインを制御
    するバイパスライン制御部とを含むことを特徴とする情
    報処理装置におけるバイパスライン制御方式。
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