JPH01226031A - 情報処理装置のパイプライン制御方式 - 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、パイプライン処理を行なう情報処理装置の制
御方式に関するものである。

（従来の技術） バイブライン制御方式とは、命令の読出し、オペランド
の読出し、演算の実行、並びに演算結果の格納を含む命
令実行処理過程を複数のステージに分割して実行する手
段を具備した制御方式で、時分割多重的に命令を処理す
ることによって命令の高速実行を実現するものである。

このパイプライン実行処理過程において、正常な実行を
中断する例外（割込も含む）が発生したとき、正確な例
外発生ポイントを識別し例外を発生した命令に先行する
命令の実行を完了させ、更に後続の命令の実行を抑止す
る必要がある。

また、−船釣に例外の発生した命令の終了方法としては
、例外の発生した命令の結果は格納しない抑止形、例外
゛の発生した命令は正常終了する完了形、例外の発生し
た命令の結果を格納するか否かは保証しない中断形の３
つの方法が規定されている。このように、終了の方法を
厳密に規定するのは、命令の終了ポイントと例外コード
の２つで規定される例外ポイントを正確にすることによ
り、当該例外で異常終了したプログラムのデバッグを容
易にしたり、或いは例外発生後、例外処理サービスを受
けて再び例外発生時点の次の処理に戻る等を可能にする
ためである。

第２図は、特公昭５８−６９７１号公報（名称：「演算
処理装置」）に開示されている、上記したような例外発
生時処理を実現した従来装置を示すものである。第２図
によれば、パイプラインの各ステージ毎に設けられたオ
ペランド読出しユニット１、演算ステージＩユニット２
、演算ステージ■ユニット３、ストア例外チエツクユニ
ット４及びオペランド争ストア・ユニット５の各々に対
応。

して、各ユニット（ステージ）１〜５の実行を制御する
オペランド読出し実行フリップフロップ（以下、単にＦ
Ｆ）６、演算ステージＩ実行ＦＦ７、演算ステージ■実
行ＦＦ８、ストア例外チエツク実行ＦＦ９、オペランド
ストア実行ＦＦ１０を設け、これら実行ＦＦ６〜１０の
出力は、各ユニット１〜５の実行信号１１，１２，１３
，１４゜１５として対応するユニットに送られ、この信
号がオンの時に各ユニット１〜５が実行される。

ここで、例えばオペランド読出し動作で検出されるオペ
ランド読出し例外（抑止形と仮定する）が発生した場合
、例外報告信号１６がオンとなり、実行ＦＦ６及び実行
ＦＦ７がリセットされ、以後、順次各後続の実行ＦＦ８
，９．１０に伝搬してパイプラインが停止され、正確な
演算終了ポイントが得られる。この場合、後続の命令に
よる割込の検出は全くなされないので、当該オペランド
読出し例外発生以前の命令でストア例外または演算例外
が発生しなければ例外報告信号１７．１８はオフであり
、いずれの例外が発生したかをプログラムに知らせるた
め割込プライオリティ回路１９から出力される例外コー
ド２０は一意的に決まる。

また、例えばストア例外の場合に、後続の命令によるオ
ペランド例外と演算例外が同時に複数検出されたならば
、この競合解決のため割込みプライオリティ回路１９に
よりストア例外〉演算例外〉オペランド例外の順に優先
順位を割付ける事により、正確な割込みコード２０を得
ていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記装置によれば、各ユニット（ステー
ジ）１〜５の実行を制御する実行ＦＦ６〜１０を設け、
例外発生時には既にバイブラインに投入されていた後続
の命令の実行を抑止するために、これら実行ＦＦ６〜１
０のリセット処理を行なわなければならず、制御回路の
増大及び複雑化を招くという問題点があった。また、後
続の命令によるオペランド例外や演算例外等が同時に複
数発生した場合にも正確な例外コード２０を得られるよ
うに、複数の例外に優先度を割付は競合を解決するため
の割込みプライオリティ回路１９が必要であり、さらに
回路の増大を招くという問題点があった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、パイプライン停止
に伴なう制御回路及び競合解決のための回路を必要とせ
ず、例外発生時に後続の命令の実行による影響を排除し
、正確な例外ポイントを実現することのできる優れた情
報処理装置のパイブライン制御方式を提供することにあ
る。

（課題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、パイプラインの各ス
テージ毎に、例外発生の有無及び発生原因を示す例外コ
ード並びに命令の実行結果の格納情報を示す実行結果格
納情報を保持し、保持した例外コード並びに実行結果格
納情報を次ステージに出力する保持手段を設け、最終ス
テージの保持手段に保持される例外コード並びに実行結
果格納情報に基づいて命令実行結果の格納並びに例外発
生の有無の検出を行ない、例外発生を検出したならば例
外発生命令の処理を終了させた後、例外処理に移行する
とともに、後続する命令の処理を抑止するようになした
。

（作　用） 本発明によれば、命令のパイプライン実行処理過程にお
いて各ステージ毎に例外発生の有無及び発生原因を示す
例外コードと、例えば命令解読時に得られた命令の実行
結果の格納先情報等を示す実行結果格納情報が保持手段
に保持される。この保持された例外コード並びに実行結
果格納情報は次ステージの保持手段に出力され、これに
より次ステージの保持手段の内容は一つ前のステージの
内容に入れ替わる。このようにして、例外コード並びに
実行結果格納情報は順次伝搬されて最終ステージの保持
手段に保持されるが、最終ステージではこの最終ステー
ジの保持手段に保持される例外コード並びに実行結果格
納情報に基づいて、命令実行結果の格納並びに例外発生
の有無の検出が行なわれる。ここで例外発生が検出され
たならば、例外発生の命令の処理を終了させた後例外処
理が行なわれるとともに、当該例外発生命令に後続する
命令の処理が抑止される。

（実施例） 第１図は、命令の実行を５ステージに分割してバイブラ
イン処理を行なう場合の、本発明に係る情報処理装置の
一実施例を示す図である。ｍ１図において、１０１は命
令読出し争解読ユニット（以下、■ユニットと称す）、
１０２はオペランド読出しユニット（以下、Ｒユニット
と称す）、１０３は演算ステージＩユニット（以下、Ｅ
ユニットと称す）１０４は演算ステージ■ユニット（以
下、Ｐユニットと称す）、１０５はオペランドストアユ
ニット（以下、Ｓユニットと称す）であり、これら５つ
のユニット１０１〜１０５は当該パイプラインの１ステ
ージに対応している。１０６〜１１０は各ユニット（ス
テージ）１０１〜１０５毎に対応する如く設けられた保
持手段である。

保持手段１０６は、■ユニット１０１の実行処理過程に
おける例外発生の有無及び発生原因を示す例外コード１
０１ａが保持される例外コードレジスタ１０６ａと、■
ユニット１０１における命令の解読によって得られた命
令の実行結果の格納情報を示す実行結果格納情報１０１
ｂが保持される実行結果格納情報レジスタ１０６ｂとか
ら構成され、Ｉユニット１０１の処理終了と同時に保持
した例外コード及び実行結果格納情報１０１ｂからなる
保持情報１０６Ｃを保持手段１０７に出力する。

保持手段１０７は、Ｒユニット１０２の実行処理過程に
おける例外発生の有無及び発生原因を示す例外コード１
０２ａまたは保持情報１０６　ｃ　Ｅよる例外コードが
保持される例外コードレジスタ１０７ａと、保持情報１
０６Ｃによる実行結果格納情報１０１ｂが保持される実
行結果格納情報レジスタ１０７ｂとから構成され、Ｒユ
ニット１０２の処理終了と同時に保持した例外コード及
び実行結果格納情報１０１ｂからなる保持情報１０７Ｃ
を保持手段１０８に出力する。

保持手段１０８は、Ｅユニット１０３の実行処理過程に
おける例外発生の有無及び発生原因を示す例外コード１
０３ａまたは保持情報１０７ｃによる例外コードが保持
される例外コードレジスタ１０８ａと、保持情報１０７
Ｃによる実行結果格納情報１０１ｂが保持される実行結
果格納情報レジスタ１０８ｂとから構成され、Ｅユニッ
ト１０３の処理終了と同時に保持した例外コード及び実
行結果格納情報１０１ｂからなる保持情報１０８Ｃを保
持手段１０９に出力する。

保持手段１０９は、Ｐユニット１０４の実行処理過程に
おける例外発生の有無及び発生原因を示す例外コード１
０４ａまたは保持情報１０８Ｃによる例外コードが保持
される例外コードレジスタ１０９ａと、保持情報１０８
Ｃによる実行結果格納情報１０１ｂを保持する実行結果
格納情報レジスタ１０９ｂとから構成され、Ｐユニット
１０４の処理終了と同時に保持した例外コード及び実行
結果格納情報１０１ｂからなる保持情報１０９Ｃを保持
手段１１０並びにＳユニット１０５に出力する。

保持手段１１０は、Ｓユニット１０５の実行処理過程に
おける例外発生の有無及び発生原因を示す例外コード１
０５ｇまたは保持情報１０９Ｃによる例外コードを保持
する例外コードレジスタ１１０ａと、保°持情報１０９
Ｃによる実行結果格納情報１０１ｂが保持される実行結
果格納情報レジスタ１１０ｂとから構成され、Ｓユニッ
ト１０５において例外コードレジスタ１１０ａの内容か
ら例外発生が検出されたならば保持した例外コード及び
実行結果格納情報１０１ｂからなる例外処理起動信号１
１０Ｃを出力するとともに、後続する命令の処理を抑止
するため、抑止信号１１０ｄをｌユニット１０１、Ｒユ
ニット１０２、Ｅユニット１０３及びＰユニット１０４
に出力する。

次に、以上の構成による例外発生時の動作を説明する。

例えばｌユニット１０１における命令解読動作で検出さ
れる特権命令違反といった例外（抑止形と仮定する）が
発生した場合、その例外発生原因を示す例外コード１０
１ａが保持手段１０６の例外コードレジスタ１０６ａに
保持されるとともに、命令解読によって得られた実行結
果格納情報１０１ｂが実行結果格納情報レジスタ１０６
ｂに保持され、保持情報１０６Ｃは各後続の例外コード
レジスタ１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ。

１１０ａ並びに実行結果格納情報レジスタ１０７ｂ、１
０８ｂ、１０９ｂ、１１０ｂに順次伝搬される。最終ス
テージであるＳユニット１０５では一つ前のステージか
らの保持情報１０９Ｃに基づき実行結果の格納が行なわ
れ、併せて例外発生の有無の検出が行なわれ、例外コー
ドレジスタ１１０ａに保持された例外コード１０１ａが
例外発生を示しているので、保持手段１１０より例外処
理−起動信号１１０Ｃが図示しない処理部へ出力される
とともに、後続する命令の処理を抑止するため、抑止信
号１１０ｃｌ＜１ユニツト１０１、Ｒユニット１０２、
Ｅユニット１０３及びＰユニット１０４に出力される。

上記した例の場合、先行する命令の処理に例外が発生し
ていなければ、後続のステージにおいて他のどんな例外
が発生していても優先的に最終ステージまで伝搬される
ので、正確な例外発生ポイントを得ることができる。更
に後続の命令による例外検出も行なわれないので例外コ
ードは一意に決まる。

また、オペランドストア例外（抑止形と仮定する）の場
合も、上記した例と同様にして、正確に例外発生ポイン
トを得ることができるが、後続の命令による命令読出し
・解読例外、オペランド読出し例外、演算の例外が同時
に複数発生する場合がある。しかし、この複数の例外に
よる競合は、例外発生の検出が最終ステージのみに限定
されているので、先行する命令の例外が優先的に検出さ
れ正確な例外コードを得ることができる。従って、プラ
イオリティ回路といった特別のハードウェアを設ける必
要がない。

尚、本実施例では、抑止形例外の場合を例にとり説明し
たが、完了形、中断形の例外に対しても、最終ステージ
において、その論理を規定しておけば同様に実行できる
ことは勿論である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、パイプラインの
各ステージ毎に、例外発生の有無及び発生原因を示す例
外コード並びに命令の実行結果の格納情報を示す実行結
果格納情報を保持し、保持した例外コード並びに実行結
果格納情報を次ステージに出力する保持手段を設け、最
終ステージの保持手段に保持される例外コード並びに実
行結果格納情報に基づいて命令実行結果の格納並びに例
外発生の有無の検出を行ない、例外発生を検出したなら
ば例外発生命令の処理を終了させた後、例外処理に移行
するとともに、後続する命令の処理を抑止するようにな
したので、例外発生時に既にパイプライン投入されてい
た後続の命令の実行を抑止しパイプラインを停止させる
ための制御回路及び複数の例外発生原因に対して優先度
を割付けるためのプライオリティ回路を設ける必要がな
く、装置の構成の簡素化を図れ、しかも的確に例外ポイ
ントを得ることができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は従来例を
示す図である。 図中、１０１・・・命令読出し・解読ユニット、１０２
・・・オペランド読出しユニット、１０３・・・演算ス
テージＩユニット、１０４・・・演算ステージ■ユニッ
ト、１０５・・・オペランド・ストア・ユニット、１０
６〜１１０・・・保持手段、１０６ａ〜１１０ａ・・・
例外コードレジスタ、１０６ｂ〜１１０ｂ・・・実行結
果格納情報レジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パイプラインの各ステージ毎に、例外発生の有無及び発
   生原因を示す例外コード並びに命令の実行結果の格納情
   報を示す実行結果格納情報を保持し、保持した例外コー
   ド並びに実行結果格納情報を次ステージに出力する保持
   手段を設け、 最終ステージの保持手段に保持される例外コード並びに
   実行結果格納情報に基づいて命令実行結果の格納並びに
   例外発生の有無の検出を行ない、例外発生を検出したな
   らば例外発生命令の処理を終了させた後、例外処理に移
   行するとともに、後続する命令の処理を抑止する ことを特徴とする情報処理装置のパイプライン制御方式
   。