JPH02148223A - レジスタ退避復活装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電子計算機の中央処理装置に設けられたレジ
スタファイルの内容の退避・復活を行なうためのレジス
タ退避復活装置に関する。

（従来の技術） 近年、情報処理技術の進歩に伴って電子計算機が行なう
仕事も多種多様になってきた。このため、多様なニーズ
に対して効率の良い処理を行なうためのマルチタスク方
式が開発されている。マルチタスク方式では、例えば数
ミリ秒毎にタスクの切換えを行なう必要があり、その度
に現タスクのＣＰＵのレジスタファイルの内容をメイン
メモリに退避し、次のタスクの情報をＣＰＵのレジスタ
ファイルに復活しなければならない。

また、１つのタスクの中においても、サブルーチンコー
ル、リターンによるレジスタの退避・復活が頻繁に行わ
れる。

更にＰｒ０１０ｇマシンにおいては、ユニフィケーショ
ンの過程でバックトラックが発生した場合、それ以前に
通過した最も近いチョイス・ポイントまで計算機環境を
戻さなくてはならない。特にＰｒｏｌｏｇのような非決
定論的な推論処理においては、このようなチョイスポイ
ントとバックトラックとが頻繁に繰返される。

このように、電子計算機の分野ではレジスタ内容の退避
・復活が頻繁に繰返され、その度にレジスタファイルと
メモリとの間でデータ転送を行なわなくてはならない。

したがって、このデータ転送に必要なＣＰＵの実行時間
によってＣＰＵの実行効率が低下するという問題があっ
た。

そこで、このようなＣＰＵのオーバーヘッドを削減する
方式としてレジスタ・ウィンドウ方式も提案されている
。この方式では、タスクスイッチやサブルーチンコール
などが発生すると、レジスタのポインタを変更して使用
すべきレジスタ群を切換える。これにより、レジスタの
内容をメモリに退避・復活することなく、仮想的なデー
タの退避・復活を行なうことができる。

しかしながら、この方式においても、全てのウィンドウ
を使い果たすと、使用済のウィンドウの内容をメモリに
退避した後、そのウィンドウを使用しなければならない
。このため、この退避のためにレジスタとメモリとの間
でデータ転送を行なう必要があり、ＣＰＵの処理効率が
低下するという問題があった。

（発明が解決しようとする課８） このように、従来のレジスタ退避・復活方式では、タス
クスイッチ、サブルーチンコール、チョイスポイントな
どが発生する毎にレジスタの内容をメモリに退避・復活
するため、ＣＰＵの実行効率が低下するという問題があ
った。

本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、Ｃ
ＰＵの負担を増すことなくデータの退避・復活が行なえ
、これによりＣＰＵの実行効率の向上が図れるレジスタ
退避復活装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、電子計算機の中央処理装置に設けられたレジ
スタファイルと、前記電子計算機に設けられたメインメ
モリとの間に、両者の間でデータの受渡しを行なう高速
メモリからなるレジスタ用キャッシュメモリを介挿し、
前記レジスタファイル中の使用レジスタ群を切換えてレ
ジスタ内容の退避・復活を行ないつつ、以下の手段を中
央処理装置とは独立に作動させるようにしたものである
。この手段は、前記レジスタ内容の退避に伴って次に使
用される可能性のあるレジスタ群の内容をキャッシュメ
モリに退避させ、レジスタ内容の復活に伴って次に使用
される可能性のあるレジスタ群にキャッシュメモリから
対応するデータを復活させるものとなっている。

（作用） 本発明によれば、基本的には使用レジスタ群の切換えと
いうレジスタ・ウィンドウ方式のレジスタ退避・復活を
行なうので、レジスタファイルが全て満杯になるまでは
レジスタ内容のメモリへの転送が不要となる。一方、中
央処理装置とは独立に作動する手段は、レジスタ内容の
退避に伴って次に使用される可能性のあるレジスタ群の
内容をキャッシュメモリに退避させ、レジスタ内容の復
活に伴って次に使用される可能性のあるレジスタ群にキ
ャッシュメモリから対応するデータを復活させ、次のレ
ジスタ群の切換えを準備する。このときのレジスタファ
イルとキャッシュメモリとの転送は、キャッシュメモリ
が高速メモリであることから例えば１サイクルで行なう
ことができ、また中央処理装置とは独立に行なわれるた
め中央処理装置になんら負担をかけるものではない。よ
って、中央処理装置の実行効率は十分に高められる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説
明する。

第１図は本発明の一実施例に係るレジスタ退避復活装置
を含むマルチタスク処理が可能な計算機システムの構成
を示すブロック図である。

ＣＰＵＩにはレジスタファイル２が備えられている。こ
のレジスタファイル２とメインメモリ３との間にはレジ
スタ用キャッシュメモリ４が介挿されている。このキャ
ッシュメモリ４とレジスタファイル２及びメインメモリ
３との間のデータの転送は制御部５によって制御される
。なお、このシステムには、この他にもＣＰＵＩとメイ
ンメモリ３との間にデータ用キャッシュメモリ、命令コ
ード用キャッシュメモリ、データバスなどが適宜設けら
れるが、ここではこれらの図示を省略している。

第２図にレジスタファイル２の構成例を示す。

このレジスタファイル２は、４つのウィンドＡ〜Ｄと４
つのブロック１〜４とを２次元的に構成したものである
。１つのタスクには１本のレジスタウィンドが割当てら
れる。各レジスタウィンドＡ〜Ｄは、４つのブロック１
〜４からなり、１つのブロックは８つのレジスタから構
成されている。

−度に使用できるのは１つのウィンド内の互いに隣接す
る２つのブロック（合計１６個のレジスタ）である。し
たがって、１つのタスクに対し、例えばウィンドＡが割
当てられたとすると、始めはウィンドＡのブロック１，
２が使用され、そのタスク中でサブルーチンコールが発
生すると、使用ブロックがブロック２．３に切替わり、
更にサブルーチンコールが複数回発生すると使用ブロッ
クがブロック３，４、ブロック４，１、ブロック１゜２
、・・・と順次切替わる。またサブルーチンリターンが
発生すれば、ブロック４，１、ブロック３゜４、ブロッ
ク２，３、・・・と逆向きに使用ブロックが切替わる。

タスクスイッチが起こると、次のタスクに割当てられた
レジスタウィンドが使用される。どのレジスタウィンド
を使用するかはオペレーティング会システムによって決
定される。

レジスタ用キャッシュメモリ４は、制御部５の指示によ
ってレジスタファイル２の１ブロック分のデータを１サ
イクルの間に退避・復活する高速メモリである。また、
このキャッシュメモリ４は、制御部５の指示によってタ
スクのウィンド１本をメインメモリ３に退避し、必要な
場合には再度メインメモリ３から復活させる。このレジ
スタ用キャッシュメモリ４は、例えば第３図に示すよう
な構成となっている。このキャッシュメモリ４は、保存
し得るレジスタウィンド数が１６で、各ウィンドについ
てｎ個のブロックを格納し得るものとなっている。この
ブロック数みは、多数のサブルチンコールに対応し得る
ように十分に大きいことが望ましい。各ブロックは、レ
ジスタファイル２の各ブロックの内容をそっくり格納で
きる容量（例えばレジスタ８個分の容ｆｆ１）を備えて
いる。

制御部５は、レジスタファイル２とキャッシュメモリ４
との間、キャッシュメモリ４とメインメモリ３との間の
データの流れと、レジスタファイル２内及びキャッシュ
メモリ４内のデータの管理を行なう。この制御部５はＣ
ＰＵ５からサブルーチンコール拳リターン、タスクスイ
ッチなどの情報を受取るがＣＰＵＩとは独立に動作をす
る。

次にこのように構成されたシステムにおいて、１つのタ
スク内でサブルーチンコール及びリターンが発生した場
合の制御部５の動作について説明する。

第４図はこのデータ転送制御のための流れを示すための
図である。まずサブルーチンの深さを示す変数ｉと、キ
ャッシュメモリ４への退避ブロック数を示す変数Ｐとが
０に設定される（Ｓｌ）。

この状態で、例えば第５図■に示すようにレジスタファ
イル２におけるウィンドＡのブロック１゜２が使用され
ているとする。ここでサブルーチンコールが発生すると
（Ｓ２）、ｉが歩進して１になり（Ｓ３）、第５図■に
示すように使用ブロックがブロック２．３に切替わり（
Ｓ４）　、サブルーチンａが実行される。このとき、メ
インルーチンとサブルーチンａとの間で共有するブロッ
ク２のレジスタ群によってルーチン間のデータの受渡し
を行なうことができる。また、ブロック１にはメインル
ーチンでのレジスタ値が残っている。更にサブルーチン
コールが発生すると（Ｓ２）、ｉ−２となり（Ｓ３）、
第５図■に示すように使用ブロックがブロック３．４に
切替わる（Ｓ４）。

このとき、メインルーチンのレジスタ内容が保持されて
いるブロック１は、次のサブルーチンコールによって使
用される可能性のあるブロックとなる。このため、その
レジスタ内容を事前に退避しておく必要がある。制御部
５は、このようなレジスタ内容の退避の必要性をｌがＮ
−２（この例では２）以上であるかどうかを比較するこ
とによって調べる（Ｓ５）。もし退避の必要性有りと判
断されたのであれば、第５図■に示すようにブロック１
の内容をキャッシュメモリ４に退避させ（Ｓ６）、Ｐを
更新してＰ−１とする（Ｓ７）。

これにより１ブロック分が退避されたことが記憶される
。更にサブルーチンコールが起こると、第５図■に示す
ように、使用ブロックはブロック４と退避済のブロック
１とに切替わり、次に使用される可能性のあるブロック
２の内容が退避されることになる。このときｉ−３，Ｐ
＝２となる。

続いて、サブルーチンリターンが発生した場合には（Ｓ
８）、ｉ−２となって（Ｓ９）、第５図■に示すように
使用ブロックがブロック３，４に切替わる（Ｓ　１０）
。このときＰ−２であるから（Ｓ１１．）、キャッシュ
メモリ４内にまだレジスタファイル２に復活していない
データが存在している。この場合、ブロック２が次のサ
ブルーチンリターンによって使用される可能性のあるブ
ロックとなるので、このブロック２の内容を第５図■の
ようにキャッシュメモリ４からレジスタファイル２に復
活する（Ｓ　１２）。そして、復活したことによりレジ
スタへの退避数Ｐを１つ減らしｐ−１とする（５１３）
。なお、次のサブルーチンコールによって使用される可
能性のあるブロック１については、まだキャッシュメモ
リ４内へ退避しておらず、しかもその内容は変化してい
ないので上記のような復活を行なう必要はない。同じく
サブルーチンリターンが続けて発生すると、第５図■の
ようにブロック３と復活詩のブロック２とが使用ブロッ
クとなるので、このときにはブロック１がキャッシュメ
モリ４からレジスタファイル２に復活されることになる
。

次に、タスクスイッチが起こった場合の制御部５の動作
について説明する。

いま、ウィンドＡを使用している最中に、タスクスイッ
チが起こったとすると、現在使用していないウィンドＢ
、Ｃ，Ｄの中から次のタスクのレジスタウィンドを捜し
、その番号のウィンドに切換えてそのウィンドを使用す
る。この時、制御部５は前述した変数ｉとＰとにＷづい
て、ウィンドＡのうちの現在使用中の２つのブロックと
、まだ退避をしていないブロックとを全てキャッシュメ
モリに退避させる。そして、必要があればオペレティン
グ・システムから情報を受取り、この次にタスクスイッ
チが起きたときに動く可能性の高いタスクのレジスタウ
ィンドのデータを他の各ウィンドに復活しておく。第６
図はウィンドデータの退避復活の様子を示した図である
。同図（ａ）において現在使用中のウィンドＡに対し、
次に使用される可能性の高いウィンドデータがキャシュ
メモリ４のウィンド３，４．１６に格納されているので
あれば、このデータをそれぞれウィンドＢ。

Ｃ，Ｄに復活させておく。そして、ウィンドの切替えが
あったらウィンドＡのデータを例えばウィンド１に格納
する。このとき、レジスタファイル２から退避されるデ
ータは、キャッシュメモリ４の各ウィンドのブロックに
スタックのように格納される。続いて同図（ｂ）に示す
ように、タスクスイッチによって使用ウィンドがウィン
ドＢに切替わると、ウィンドＡ、Ｃ，Ｄは次に使用され
る可能性の高いウィンドデータに書替えられる。このよ
うにしてタスクの切換えに対処できる。

ところで、キャッシュメモリ４には、現在勤いているタ
スクのレジスタウィンドと次に動く可能性の高いタスク
のレジスタ・ウィンドのデータが格納されていれば良い
ので、制御部５は、オペレーティング・システムからの
情報をもとに不必要なレジスタウィンドのデータをメイ
ンメモリ３に退避させ、次に使用される可能性の高いデ
ータをメインメモリ３からキャッシュメモリ４に復活さ
せる。この場合のキャッシュメモリ４とメインメモリ３
との間のデータ伝送は通常のメモリアクセスの手順で行
なえば良い。

なお、以上はサブルーチンコールやタスクスイッチが起
こった場合の例であるが、Ｐｒｏｌｏｇにおけるチョイ
スポイントやバックトラックが発生する場合にも同様の
手段を適用可能であることはいうまでもない。また、上
記実施例では、ブロックとウィンドの双方についてレジ
スタファイルとキャッシュメモリとの間の退避・復活を
行なったが、ブロックとウィンドのうちいずれか一方に
ついてのみ退避・復活を行なうようにしても本発明の効
果が得れることは明らかである。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、レジスタウィンド方式を
基本としたレジスタ退避復活方式において、レジスタ退
避・復活に伴って次に使用される口■能性のあるレジス
タ内容のキャッシュメモリへの退避及びキャッシュメモ
リからの復活を中央処理装置とは独立に高速で行なうよ
うにしているので、中央処理装置がレジスタの退避・復
活に時間を取られることがない。このため、特にマルチ
タスク処理やＰｒｏｌｏｇ等でレジスタ退避・復活が頻
繁に行われるように場合には、中央処理装置の実行効率
を大幅に高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るレジスタ退避復活装置
のブロック図、第２図は同装置におけるレジスタファイ
ルの構成を示す図、第３図は同装置におけるキャッシュ
メモリの構成を示す図、第４図は同装置における制御部
の処理手順を示す流れ図、第５図は同装置におけるブロ
ック切換えの様子を示す図、第６図は同装置におけるウ
ィンド切換えの様子を示す図である。 １・・・ＣＰＵ、２・・・レジスタウィンド、３・・・
メインメモリ、４・・・レジスタ用キャッシュメモリ、
５・・・制御部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第４図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子計算機の中央処理装置に設けられたレジスタファイ
   ルと、 前記電子計算機に設けられたメインメモリと、前記レジ
   スタファイルと前記メインメモリとの間に介挿され、両
   者の間でデータの受渡しを行なう高速メモリからなるレ
   ジスタ用キャッシュメモリと、 レジスタ内容の退避、復活のため前記レジスタファイル
   中の使用レジスタ群を切換える手段と、前記中央処理装
   置とは独立に動作をし、前記レジスタ内容の退避に伴っ
   て次に使用される可能性のあるレジスタ群の内容をキャ
   ッシュメモリに退避させ、前記レジスタ内容の復活に伴
   って次に使用される可能性のあるレジスタ群にキャッシ
   ュメモリから対応するデータを復活させる手段とを具備
   したことを特徴とするレジスタ退避復活装置。