JPH0231419B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明はデータ処理の分野におけるものであ
り、具体的には計算機における分岐命令の処理に
関するものである。

Ｂ 従来技術 高性能プロセツサでは、命令を、種々のステツ
プ処理装置により実行される幾つかのステツプに
分解することが常套手段である。そのような各装
置は連続した命令の特定のステツプをサイクル毎
に受入れる能力を有する。次の命令をそれぞれ１
サイクルずらして、命令をサイクル毎に実行する
際に連続するステツプをオーバラツプすることは
常套手段である。理想的には、これにより、たと
え所与の命令が完了するのに数サイクルを要する
としても、各サイクルで１つの命令を処理するこ
とが可能になる。

この理想的なオーバラツプは幾つかの理由で常
に可能であるとは限らない。主な理由の１つは分
岐命令が頻繁に発生することである。これらは２
つの重要な属性を有する。すなわち、分岐は実行
されることもあれば、または実行されないことも
あり、このことは２つの命令のどちらが次に来る
かについての一時的な不確実さをもたらすこと
と、それが実行されたときは、次の命令は分岐に
おいて通常指定されるアドレスから得なければな
らないことである。

分岐予測機構に関する幾つかの特許があり、そ
れぞれ長所と短所とを有している。例えば米国特
許第4370711号（特開昭57−76638号）はコンピユ
ータ・システムにおいて条件付き分岐命令の結果
を前もつて予測するための分岐予測機構を開示し
ている。このシステムの根拠となる原理は分岐命
令が一番最近に実行された命令と同じ方法で決定
されることが可能であるということである。

米国特許第4251864号は信号グループ記憶スペ
ースの境界と一致しない境界を有する信号グルー
プを処理するための分岐予測機構を開示してい
る。オペランド境界を含むワードが中央処理装置
に転送されるときは、オペランドでないデータも
このワードと共に転送される。境界ワード内に存
在するオペランドでないデータはオペランド信号
グループから除去され、中央処理装置に格納され
る。中央処理装置によるオペランドの処理の後、
オペランドでないデータは境界ワード内の前に占
めていた信号位置に再挿入され、処理を含むワー
ド・グループ、すなわち結果として生じたオペラ
ンドは初めに除去されたメモリ・ロケーシヨンに
格納される。

米国特許第3800291号（特公昭52−41131号）は
分岐命令が同じかまたは別のページにおける情報
のアドレスに分岐できる分岐予測機構である。分
岐命令は分岐アドレスが同じかまたは別のページ
における物理的アドレスであるのか、または別の
ページにおける仮想アドレスであるのかについて
の指針を含んでいる。

米国特許第4181942号（特公昭57−32814号）は
計算システムで使われる特別な分岐命令が内部レ
ジスタの状態により決定されるように条件付き分
岐として、または無条件分岐として働くプログラ
ム分岐方法及び装置を開示している。この特別な
分岐命令はプログラム・ループ内、またはその終
りにおいて条件付き分岐のために、またはそのよ
うなループの外側において無条件分岐のために用
いられる。

米国特許第332578号は制御記憶装置とそのアク
セス制御を効率的に用いる分岐予測機構を示して
いる。分岐を扱う簡単な方法は分岐が完全に終了
するまでオーバラツプを中止することであり、実
行されるか実行されないかが決定され、実行され
るときは、目標の命令がメモリから取り出され
る。しかし、この方法では１度の分岐毎に数サイ
クルが理想的なオーバラツプから失われてしま
う。別の方法は分岐の種類と、分岐が実行される
かどうかについての統計的経験とに基いて一定の
選択を行なうことである。選択が実行されないこ
とを示すと、オーバラツプは実際の結果を保留す
る条件付き基準で継続される。選択が誤りである
ことが明らかになつたときは、条件付きで開始さ
れた命令は放棄され、目標の命令が取り出され
る。条件付き命令に当てられたサイクルは目標を
取り出すためのサイクルと同様に失なわれる。し
かし、後者は分岐がデコードされる時点において
目標を予め取り出すことにより回避されることが
しばしばである。

米国特許第4435758号はSIMD（単一命令ストリ
ーム、複数データ・ストリーム：Single
Instruction streem、Multiple Data streem）
に対するマツピング・プログラムを目標としてお
り、全てのプロセツサに渡るプログラムの正しく
かつ（できれば）効率的な動作を保証する。
SIMDプロセツサはそれぞれのデータ・ストリー
ム上の同じ命令シーケンスを並行して実行する多
くの同じプロセツサから成る。SIMDプロセツサ
はそれぞれの入力データ・ストリーム間に相互依
存性がないアプリケーシヨンに高い性能をもたら
す。

米国特許第4477872号（特開昭58−125148号）
は「デコード履歴テーブル」に関する。これは条
件付き分岐のアクシヨン（目標ではなく）を推定
するための機構を提供する。この発明は分岐アド
レスと、分岐がその直前の実行時に実行されたか
否かを示すためのビツトとから成るエントリを有
するテーブルを含む。条件付き分岐のデコード時
に、デコードされている分岐のアドレスを用い
て、テーブルが探索される。エントリがこのアド
レスのもとで見出されるときは、分岐が実行され
たか否かを推定するためエントリ内の履歴ビツト
が用いられる。この推定は分岐がその最後の実行
の際に行なつたのと同じアクシヨンを有するであ
ろうということである。

「ページ繰り可能な分岐履歴テーブル
（Pageable Branch History）」と題する1985年
４月29日に出願された米国特許第728424号（特開
昭61−250738号）は分岐履歴テーブルを活性領域
とバツクアツプ領域の２つの部分に分割すること
により相当改良された分岐履歴テーブル（BHT）
に関する。活性領域はプロセツサが近い将来出会
う可能性のある少数の分岐に対するエントリを含
み、バツクアツプ領域はその他の全ての分岐エン
トリを含む。プロセツサがエントリを使うとき、
それに先立つてそれらのエントリをバツクアツプ
領域から活性領域に運ぶための手段が備えられて
いる。エントリがもはや必要とされないときは、
それらは活性領域から除去され、既にバツクアツ
プ領域にないときはバツクアツプ領域に入れられ
る。近い採来のための新しいエントリがもたらさ
れるので、活性領域は小さいとはいえ、プロセツ
サに必要となる分岐命令をほとんど常時含むこと
になる。大きさが小さいことにより、活性領域は
高速になり、この領域をプロセツサ・レイアウト
に最適に置くことが可能になる。バツクアツプ領
域はレイアウトの重要な部分の外に置かれ、した
がつて、標準のBHTにとつて実施可能なものよ
り大きくできる。

別の方法が米国特許第3559183号（特公昭50−
22384号）で実施されている。この発明は、分岐
を個々に考察すると、大部分が首尾一貫して実行
されるか実行されないかのいずれかであり、実行
されるときは首尾一貫した目標アドレスを有する
であろうという考えに基く。この方法では、実行
された分岐のテーブルが作られる。テーブル内の
各エントリは分岐の目標アドレスを伴つた実行さ
れた分岐のアドレスから成る。このテーブルはハ
ードウエア構成であり、したがつて典型的には
1024から4096のエントリの所定の大きさを有す
る。エントリは実行された分岐に出会つたとき
に、これらの分岐のみに対して作成される。テー
ブルが一杯のときは、新しいエントリの作成には
古いエントリの置換が必要である。このことはキ
ヤツシユにおけるようにLRU法（最も長い間使
用されなかつたエントリを置換する）に基いて達
成できる。

原則としては、実行されている命令のストリー
ムの各分岐はそのアドレスによりテーブルで探さ
れ、発見されたときは、その目標が取り出されて
ストリームでの次の命令になる。分岐がテーブル
にないときは、実行されなかつたものと推定され
る。テーブルに基く全てのアクシヨンは命令の実
行が進むにつれて検査される。テーブルが間違つ
ていることが発見されたときは、討正がなされ
る。実行されると推定された分岐が実行されなか
つたときは、そのテーブル・エントリは削除され
る。実行されないと推定された分岐が実行された
ときは新しいエントリがそれに対して作成され
る。推定された目標アドレスが間違つているとき
は、訂正されたアドレスが登録される。

実際には、上述したことはわずかに修正され
る。目標が必要となる前に、または少くとも目標
が必要とされるとすぐに取り出すことができるよ
うに、実行された分岐を十分早期に見つけること
が望ましく、そうすれば、パイプラインに遅延は
発生しない。分岐が探し出されて確認された後で
のみテーブルがアクセスされるときは、この条件
は通常満たされない。したがつて、テーブルは通
常機械の命令取出しパケツトに基いて編成され、
アドレスされる。一般にこのパケツトは倍長語
（DW）である。実際の手順は次の通りである。
機械が倍長語を取り出してその命令バツフアに入
れるとき、DWアドレスもテーブルに供給され
る。エントリが存在するときは、キヤツシユの優
先権が許す限り速く目標（DW））が取り出され
る。次に、この目標DWがテーブルに供給され、
プロセスを継続する。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 上述した従来技術は分岐履歴テーブル（BHT）
と呼ばれ、大部分の分岐をうまく処理するが、間
違つたときは数サイクル分のペナルテイが与えら
れる。テーブルの実際の大きさにとつて（例え
ば、256エントリまたはほぼ2Kバイト）、このペ
ナルテイはその使用からの利益をほとんど相殺す
る。もつて大きなテーブル（4Kエントリまたは
ほぼ32Kバイト）は間違つた予測の割合を、した
がつてペナルテイを減少させるが、問題はテーブ
ル・ハードウエアが機械の速度臨界的な命令取出
し及び準備領域に実装されねばならないことであ
る。この領域では、テーブル・ハードウエアを増
大させるよりも減少させることが重要である。何
故ならば、この領域に置かれねばならないハード
ウエアが多くなればなるほど、配線距離は長くな
り、さらにサイクル時間を決定する最長経路で勘
定に入れねばならない論理遅延の数が大きくな
る。これらはもちろんサイクル時間を長くし、長
いサイクル時間は常に機械速度を減少させるよう
に働く。BHTが備えていた２、３の編成上の改
良はそれらが引起すかも知れないサイクル時間の
増大のほとんどを相殺するのに全く十分である。
したがつて、臨界的な領域にそれ以上のハードウ
エアを置かない改良が求められる。

Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明に従つて、分岐の結果を判定するためテ
ストされるオペランドに反応するデータ従属分岐
テーブル（DDBT）について説明する。DDBT
は分岐履歴テーブル（BHT）と共に動作し、さ
らに (1) つぎの(a)〜(e)からなる関連バイトの各々に対
するエントリを含み、 (a) 関連バイトのアドレス、 (b) アクシヨンがこのバイトにより決定される
分岐命令のアドレス、 (c) 分岐が実行されるときは分岐の目標アドレ
ス、 (d) 特定の分岐に対して分岐アクシヨンを決定
するための適切なバイトをテストするための
手段を指定するコード、 (e) 関連バイトの直前の事例に関連した分岐テ
ストの結果を指定するアクシヨン・ビツト、 (2) 各ストア・オペレーシヨンにより探索されて
（上記(a)に対する一致を介して）、記憶がテーブ
ル内のバイトの１つに対してなされているか否
かを判定し、さらに一致が見出されたときは、 (3) 記憶されているバイトの新しい事例と共に上
記(d)を用いることにより次の分岐の結果を発生
させることができ、さらにこの新しい結果と上
記(e)とを比較することにより、 (4) 上記(b)により指定された分岐の次の実行が行
なわれるのであれば、前の実行と同じアクシヨ
ンを有するか否かを判定することができ、行な
われないときは、 (5) 上記(b)及び(c)を用いてBHTにエントリを作
成するか、またはBHTからエントリを削除す
るので（どちらでも適切な方を）、次の分岐の
発生に際してBHTは正しい予測をなすことに
なる。

Ｅ 実施例 本発明に従つて、分岐アクシヨンの結果を判定
するためテストされるオペランドに反応するデー
タ従属分岐テーブルについて説明する。データ従
属分岐テーブルは分岐履歴テーブルと共に動作し
て分岐履歴テーブルが誤つた予測を行なう場合を
予想し、実際の予測がなされる時に先立つて分岐
履歴テーブルを訂正する手段を備える。

以下実施例にそくして詳細に説明しよう。

分岐履歴テーブル（BHT）は任意の所与の分
岐により生じる結果がその分岐の現在の結果と同
じになるものと推定することにより分岐の結果を
予測するため用いられる。基本BHTは分岐命令
のアドレスと実行された全ての分岐に対する目標
命令とから成るエントリ対を包含する。したがつ
て、BHTの的中（ヒツト）には、この的中を生
じたアドレスは実行された分岐のアドレスである
という確信が暗に含まれている。

多くの分岐は以後の実行に関するアクシヨンを
変更するので、この場合には新しい推定を反映す
るためBHTを更新する必要がある。実行される
ものと推定されながら実行されなかつた分岐に関
しては関連のエントリをBHTから除去している
べきであり、さらに的中しないで実行された命令
に関してはエントリをBHTに挿入していなけれ
ばならない。更新はこのような要請に応えるもの
である。

アクシヨンを変更する分岐は全て条件付き分岐
であり、条件コードを設定するため用いられるデ
ータが変るとアクシヨンが変更させられる。本発
明に従つて、関連するデータに対してなされる記
憶を監視し、そのような記憶が従属分岐にアクシ
ヨンを変更させる場合にBHTを更新するデータ
従属分岐テーブル（DDBT）について説明する。

分岐の推定が間違つた場合にBHTを更新する
ため用いられる機構を介してBHTにゆるやかに
結合された特定の構成例について以下に説明す
る。したがつて、BHTの再構成を何ら行うこと
なく、さらに既存の制御回路がどのようなもので
あれ最小限度の変更を加えるだけで、この特定の
構成例を標準のBHTに付加できる。

説明を明瞭にするため、可能なBHT更新体系
について最初に説明する。次に、DDBTを更新
ハードウエアを介してBHTに結合する方法を含
めてDDBTについて説明する。最後に、エント
リをDDBTに挿入したり、DDBTから削除する
方法を示す。

第１図はBHT更新ハードウエアの１つの構成
例を示す。BHT２が的中したときは、線６及び
８を介して分岐アドレス（BA）と目標アドレス
（TA）をそれぞれメモリ・キヤツシユ兼CPU４
に送るので、分岐が取出された後で命令の取出し
を再度指示できる。BA、TA対はまたそれぞれ
線１２及び１４を介して分岐アクテイブ待ち行列
（BAQ）１０に与えられる。BAQ１０はエン
ド・オブ・オペレーシヨンによつて未だ確認され
ていないBHTの全ての的中に対するBA、TA対
を含む。なお、エンド・オブ・オペレーシヨンは
命令が何ら問題をともなうことなく実行されたと
きに行なわれるサイクルのことである。BAQ１
０は２つの目的のため働く。すなわち、待ち行列
内のエントリはメモリ・キヤツシユ兼CPU４に
備えられた命令バツフアからの命令を位置合わせ
しかつ選択するため用いられ、さらに待ち行列内
のエントリは、BHT２が更新される必要がある
か否かを評価するためエンド・オブ・オペレーシ
ヨンを行なう分岐と、比較される。

メモリ・キヤツシユ兼CPU４で分岐のエン
ド・オブ・オペレーシヨンが行なわれる時点にお
いて、分岐に対する分岐アドレス（BA）及び目
標アドレス（TA）は、分岐が実行されたかどう
かを指定するACTIONビツトと共に、それぞれ
線１８，２０及び２２を介して分岐エンド・オ
ブ・オペレーシヨン・レジスタ（BER）１６に
与えられる。実行された分岐は全てレジスタ１６
を通過し、さらに実行されると推定される命令の
みBAQ１０を通過するので、問題となつている
分岐が実行されると推定されたときは、BER１
６からのBAエントリはBAQ１０からのBAエン
トリと比較したとき等しくなるだけである。この
比較は比較器２４により行なわれ、比較器２４は
線２６上のトツプ・オブ・スタツク（TOS）・エ
ントリを線２８上のBERエントリと比較する。
比較の結果等しいときは、「実行される」ことを
推定するアクシヨンを検証するためBER１６か
らの線３０上のACTIONビツトが用いられる。
実行されるものと推定され、かつ実行された分岐
について、BAQ１０からの線３４上のTAと
BER１６からの線３６上のTAとを比較すること
によりBHT２が正しい目標をも推定したかどう
か判定するため、目標アドレスが比較器３２によ
りテストされる。

デコーダ３８は比較器２４及び３２による２つ
の比較の結果と共にBER１６からの線３０上の
ACTIONビツトを受取り、重要な４つの条件を
決定する。OR回路４０によりテストされる際に
BAQ１０のBAがBERのBAに等しいときはいつ
でも、BAQのトツプ・オブ・スタツクを廃棄す
ることができる。すなわちエントリは、実行され
るものと推定され、かつ、エンド・オブ・オペレ
ーシヨンの行なわれた分岐に対応する。しかし、
対応する分岐が実行されなかつたときは、BHT
エントリは線４２上にも示すように削除されねば
ならず、または対応する分岐が違う目標に対して
実行されたときは、BHTは線４４上に示すよう
に正しい目標アドレスを反映するため修正されね
ばならない。BAQ１０のBAがBER１６のBAに
等しくないときは、このことはBHTの不的中
（ミス）に該当する。分岐が実行されたときは、
線４６上に示すように新しいエントリをBHTに
挿入しなければならない。

OR回路４８はBHTへのエントリの挿入、
BHTからのエントリの削除、またはBHT内に存
在するエントリに対する修正を必要とするそれぞ
れの場合を示す。OR回路はなされるべきネツト
ワーク５８内の適切な訂正のコード化と共に、そ
れぞれ線５０及び５２上のBER１６からのBA、
TA対が線５４上のORゲート４８の出力により
BHT訂正待ち行列（BCQ）５６へ送られるよう
にする。BCQ５６内のエントリはBHT２に対し
てなされなければならない未実行の更新に対応す
る。訂正制御回路６０がこれらの更新を行ない、
それによりBCQ５６内のエントリを廃棄し、線
６２を介してBHT２を更新する。

すなわち、BHTの更新が行われるのは、BCQ
にエントリがなされBHTの内容に書きかえの必
要性が認められたときである。BCQにエントリ
がされるのはDDBTにより、分岐を決定するテ
スト・オペランドが変更されたとの判断がなされ
BHTの訂正の必要性が指示された場合である。
各図を使用した詳細な説明の前に、その要約をこ
こで記載する。BHT（第１図、２）は訂正制御回
路（第１図、６０）の指示に従つてその内容を書
きかえる。訂正制御回路へはBHT訂正待行列
（第１図、第４図、５６）にエントリされたもの
について転送が行なわれる。BHT訂正待行列に
エントリさせるのはBHT更新待行列（第３図、
第４図、１３８）である。このBHT更新待行列
はDDBTのオペランド・テストにより発生する。
これは後で第２Ａ、Ｂ図、第３図によつて説明さ
れるが、ここで簡単に要約する。処理されるべき
オペランドが候補オペランド待行列（第２Ａ図、
６６）にエントリされるこれがDDBT６４に書
きこまれたオペランドと比較され一致するものが
あるかが、第２図にしたがつて比較される。一致
すると保留テスト待行列（第２Ｂ図、第３図、１
０２）としてエントリされ、これについて、第３
図の過程にしたがつて分岐の発生の有無がテスト
されることとなる。この第３図のテストによつて
前述したBHT更新待行列にエントリがされるこ
ととなる。以下、各図にしたがつて説明する。

データ従属分岐テーブル（DDBT）６４は
各々６個のフイールドから成るエントリのテーブ
ルである。これらのエントリはBHT２内のエン
トリのサブセツトに関連しており、分岐を決定す
るテスト・オペランドが変更される場合にBHT
２を更新するため用いられる。各エントリ内のフ
イールドは次の通りである。

(1) OADDR：テストされるオペランドのアドレ
ス。

(2) BADDR：OADDRにより指定されたオペラ
ンドに従属する分岐のアドレス。

(3) TADDR：BADDRにより指指定された分岐
命令に対する目標のアドレス。

(4) TEST：OADDRにより指定されたオペラン
ドがテストされてBADDRにより指定された分
岐の結果を判定する方法を指定するコード。

(5) ACTION：BADDRにより指定された分岐
がその直前の実行で実行されたか否かを指定す
るビツト。

(6) Ｖ：エントリが空白エントリでないことを示
す妥当性ビツト。

テーブルは任意の適正な方法で編成できる。本
書で指定された方法は単に例示のため選ばれたに
すぎず、いずれにしても本発明の範囲を限定する
ものではない。

説明のため、考慮するオペランド・テストの種
類を条件コードを設定する記憶及び即値（SI）書
式の命令、すなわち、TM、CLI、NI、OI及び
XIに限定する。この場合も、この限定は説明を
簡単にするため選ばれたものであり、本発明の応
用の範囲を決して限定するものではないことを指
適しておく。これらの命令は記憶域における単一
バイトのオペランドをテストし、DDBTはこれ
らのバイトに対するエントリを含む。エントリが
保留中の記憶バツフアから解放されるときはいつ
でも、DDBTを探索して記憶されているオペラ
ンドがテスト・バイトであるかどうか知るためこ
のエントリのアドレスが用いられる。それに該当
する場合は、記憶されているバイトは上記TEST
により指定された方法でテストされ、BHTがこ
のバイトに基いた結果的な分岐アクシヨンを予想
して更新されるべきかどうかを決定する。

すなわち、特定の分岐命令が発生する条件を持
つたオペランドがメモリに書きこまれたことを検
知して、このオペランドによつて分岐が発生する
か否かがテストされ、分岐が発生する場合には、
これが分岐履歴テーブル中のものと一致するかど
うかを確認して、もしこれが不一致の場合にはこ
れを分岐履歴テーブルに書き込む動作を行う。こ
の動作を第２図によつて、以下説明する。

第２図はDDBT６４と、テストのためオペラ
ンドを用意する方法を示す。記憶要求が保留中の
記憶バツフア（図示せず）から解放されると、候
補オペランド待ち行列（COQ）６６に置かれる。
COQ６６はDDBT６４に特有なものであり、
DDBTにあるオペランドを保持するための一時
的バツフアとして働く。DDBT６４は32×４の
セツト・アソシアテイブ型テーブルとして編成さ
れた128個のエントリを有するものとして示す。
COQ６６からのオペランド・アドレスの下位５
ビツトは各組（各セツト）からのエントリを読取
るため用いられる。特定のオペランドがどのよう
であつても２つ以上の分岐に影響を与えることが
できるので、所与のオペランドに対して複数のエ
ントリがあり得る。このことを考慮して、ハーフ
ワード・アドレスBADDR（ビツト21及び22）の
下位２ビツトは第３図及び第６図にさらに詳細に
示すように組を決定するため用いられる。この特
定の編成はDDBTデイレクトリを必要としない
とはいえ、可能な代替案はLRU法に従つた置換
を可能にするこの体系上の１つの変形である。

DDBTアレイ６４からの４つのエントリは一
時的バツフア６８，７０，７２及び７４にロード
される。これらエントリの各々からのOADDRフ
イールドは実際にはオペランド・アドレスのビツ
ト０乃至18から成る。何故ならば、ビツト19乃至
23は合同（コングルエンス）クラスに暗に含まれ
るからである。したがつて、COQ６６内のエン
トリのビツト０乃至18は４つの候補設定エントリ
の各々におけるOADDRと比較され、これらの候
補のどれかが実際にCOQエントリにより指定さ
れているかどうかを判定する。比較は比較器７
６，７８，８０及び８２により実行される。
AND回路８４，８６，８８及び９０によりさら
に選別が行なわれて、一致する候補に有効ビツト
が確実に設定されていることを判定する。

AND回路８４，８６，８８及び９０からの出
力に応答するNOR回路９２により決定されるよ
うに、COQ６６からのOADDRに一致する有効
な候補がないときは、この結果はOR回路９４を
介して線９６によりCOQ６６に伝えられ、トツ
プ・オブ・スタツク（TOS）・エントリは廃棄さ
れる。しかし、有効な候補が一致することが見出
されたときは、それらはセクレタ９８を介してゲ
ート制御される。ゲート制御は２ビツト・カウン
タ１００により行なわれ、カウンタ１００は組毎
に各エントリを登録し、有効かつ一致するエント
リのみをPUSH信号に応答して保留テスト待ち行
列（PTQ）１０２へ進める。どの組が現在登録
されているかにより、信号１０４はAND回路８
４，８６，８８及び９０に対応する。

４つの組全てが登録され、カウンタ１００がゼ
ロ状態に戻るとき、OR回路９４はCOQ６６上の
TOSエントリを廃棄させ、上記プロセスは次の
候補エントリに対して繰返される。PTQ１０２
はBHTが更新されるべきか否かを判定するため
実行されねばならない全てのテストの待ち行列で
ある。エントリがPTQ１０２へ進められるとき
は、それはオペランド・アドレスの下位５ビツト
（DDBTインデツクス・フイールド）に加えて、
テストされるべきオペランド（COQ６６からの）
と共に進められることを特に指摘しておく。
DDBTインデツクスはテストの結果がACTION
ビツトにより指定されたのと異なるときに、
DDBTを更新するために用いられる。

第３図はBHTに対する更新が必要かどうか判
定するため保留テスト待ち行例（PTQ）１０２
内のエントリがどのようにテストされるかを示
す。この特定の実施例はテストを命令TM、
CLI、NI、OI及びXIに限定するので、PTQエン
トリ内のテスト・フイールドは拡大された
TEST・フイールド１０８に示す３つのサブフイ
ールドから成る。ほとんどのテスト命令が実施さ
れるその他の可能な実施例では、TESTフイール
ド１０８はわずかに変更された書式を有し、本明
細書記載の特定の書式は任意的なものである。こ
れらの５つの命令は記憶オペランド（PTQ１０
２のOPERANDフイールド１１０内の）と即値
オペランド（TM、CLI、NI、OI及びXIの命令
書式の範囲内の）に作用するので、PTQ１０２
のTESTフイールドは即値フイールドが指定され
る線１１２上に示すサブフイールドを含む。これ
には８ビツトが必要である。５つの可能なテスト
命令があるので、線１１４上に示すTESTフイー
ルドの３ビツト・サブフイールドを使用して、実
行されるべきテストを指定する。問題となつてい
るオペレーシヨンは関連した分岐命令により指定
されたマスク・フイールドに対してテストされる
条件コードを設定するため用いられるので、線１
１６上に示す条件コード・マスク・フイールドも
TESTフイールドのサブフイールドとして含まれ
ねばならない。

テスト・サイクルの始めにおいて、PTQ１０
２の前部におけるエントリのTESTフイールド１
０８のオペレーシヨン・サブフイールド１１４が
デコーダ１１８によりデコードされる。デコーダ
１１８は線１２０上の制御入力を８ビツトの算術
論理装置（ALU）１２２にもたらす。ALUは入
力１１０及び１１２について適切なオペレーシヨ
ンを実行し、CPU内でこのオペレーシヨンから
生じる４ビツトの条件コード（CC）を線１２４
上に出力する。条件コード出力１２４は比較器１
２６により条件コード・マスク・フイールド１１
６と比較され、線１２８上の分岐結果が何になる
かを決定する。テスト回路により計算された線１
２８上のこの結果は次に２ビツト・デコーダ１３
１により線１３０上のACTIONビツトと比較さ
れる。ACTIONビツト130は分岐がその直前の実
行において実行されたか否かを示し、さらにテス
ト出力ビツト128は分岐がその次の実行において
実行されるか否かを示すので、デコーダ１３１は
BHTに対する修正を必要とする２つの場合を決
定することができる。

ACTION１３０が分岐がその直前の実行にお
いて実行されたことを示し、テスト出力１２８が
分岐が次に実行されないことを示すときは、この
分岐に対するBHTエントリも線１３２上で示す
ように削除しなければならないことが分る。
ACTIONビツト130が分岐がその直前の実行にお
いて実行されなかつたことを示し、テスト出力１
２８が分岐が次に実行されることを示すときは、
この分岐に対する新しいエントリを線１３４上で
示すように挿入しなければならないことが分る。
OR回路１３６はこれらの場合のいずれか一方を
検出し、適切な情報を線１４０を介してBHT更
新待ち行列（BUQ）１３８に、さらに線１４４
を介してDDBT訂正待ち行列（DCQ）１４２に
送り出す。

BUQ１３８内のエントリはBHTに対してなさ
れるべき更新を表わす。これらのエントリは更新
が関連する分岐のアドレス（BADDR）、この分
岐の目標アドレス（TADDR）、及び更新の種類
（すなわち、挿入または削除）から成る。DCQ１
４２内のエントリはDDBTに対してなされるべ
き更新、すなわち、関連のDDBTエントリのア
クシヨン・ビツトが変更されねばならないことを
表わす。これらのエントリは新しいアクシヨン・
ビツト128、線１４６上におけるPTQ１０２から
のDDBTインデツクス（DDBTエントリの合同
クラスを示す）、及びPTQエントリのBADDRフ
イールドからのビツト21及び22である線１４８上
におけるPTQ１０２からの組IDから成る。線１
４８上の組IDは修正されるべきDDBTエントリ
がマツピングされる組を表わす。

第４図はBUQ１３８内のエントリがどのよう
にしてBHT更新ハードウエアにとつて使用可能
となるかを示す。第４図はDDBT機構にBHTを
支援させるため第１図に必要とされる全修正を表
わす。第１図を参照すると、BCQ５６への全て
の入力線は途中で切られて、第４図へ連結されね
ばならない。これはBER１６からの線５０及び
５２、デコーダ３８からの線４２，４４及び４
６、及びOR回路４８からの線５４を含む。次に
第４図を参照すると、これらの線の全ては５４を
除いてデータ・セレクタ回路１５０への入力とな
り、線５４はBUQ１３８の代りにこれら入力を
選択するため用いられる。BUQ１５２内のエン
トリは挿入または削除に関係するだけなので、
「０」入力１５４はMODIFY信号４４に対応する
ものとしてセレクタ１５０の右側において必要と
されることに特に言及する。線５４は左側の入力
に優先権を与えるので、BUQ１５２からのエン
トリは第１図のBAQ１０に未処理のエントリが
ないときゲート制御されるだけであることにも特
に言及する。この優先的取扱いは任意に与えられ
るが、BAQ１０を動作させる回路が修正を必要
としないという利点がある。

BUQ空白化ネツトワーク１５８からの線１５
６上のステータス制御信号はNOR回路１６０で
線５４上のPUSH信号と結合されてBUQ１３８
内の最上部のエントリを選択する。ゲート１６０
からの出力信号１６２はOR回路１６４で信号５
４と結合されて、選択された入力エントリを線１
６８を介してBHT訂正待ち行列（BCQ）５６に
送り出す。選択された入力がBUQ１３８からの
ものであるときは、１６８を介するBCQ５６へ
の送り出しに続いて、線１７０上の信号がBUQ
１３８を動作させるため用いられる。BCQ５６
内のエントリは上述の方法でBHTを修正するた
め用いられる。

第５図はDDBTから得られるBHT内のエント
リがどのように識別され得るか、さらに適切な
DDBTエントリがどのように同化されかつ
DDBT更新待ち行列（DUQ）１７２に置かれ得
るかを示す。このことはプロセツサ・エンドプ待
ち行例１７３を介して達成される。これはプロセ
ツサに対して内部的に保持される待ち行列であ
り、そのエントリはデコードされてはいるがエン
ド・オブ・オペレーシヨンはされていない全ての
命令のレコードである。多くのプロセツサは既に
そのような待ち行列を備えているので、DDBT
は付加的な制御がプロセツサ内で実行されること
を全く必要とせず、待ち行列内のエントリが通常
は保持され得ないあるフイールドを含むため拡張
されることだけを必要とする。

DDBTにより必要とされるフイールドは命令
アドレス、命令イメージの最初のハーフワード、
命令によりAGENされたオペランド・アドレス
（適切なとき）、さらに分岐の場合は、分岐が実行
されたか否かである。命令がエンド・オブ・オペ
レーシヨンされるときは、命令コード（命令イメ
ージの最初のバイト）がデコーダ１７４により検
査され、命令が関連のテスト命令（TM、CLI、
NI、OIまたはXI）であるのか、条件付き分岐で
あるのか、または考慮しているテスト命令以外の
条件コード設定命令であるのかを判定する。

命令が線１７６上に示すテスト命令であるとき
は、テスト・エンドプ・レジスタ（TER）１７
８は関連の情報をロードされる。この情報はテス
トに用いられる即値オペランド（命令イメージの
２番目のバイト）、テストされるメモリ・オペラ
ンドのアドレス（OADDR）、及び実行されるテ
ストの種類（オペレーション）から成る。この事
例では、オペレーシヨンは命令コードに基いてエ
ンコーダ１８０により同化される３ビツトのフイ
ールドである。TER１７８がロードされるとき
は、TERにより指定された命令はエンド・オ
ブ・オペレーシヨンされた最も新しい条件コード
設定命令であることを示すためVALIDビツトが
設定されることに特に言及する。デコーダ１７４
からの出力線１８２上に示すように、考慮中の命
令の１つではない条件コード設定命令がエンド・
オブ・オペレーシヨンされるときはいつでも、
TER１７８内の命令が後続の条件付き分岐命令
に間違つて関連付けられないようにVALIDビツ
ト184がリセツトされる。

条件付き分岐がデコーダ１７４からの出力線１
８６上に示すようにエンド・オブ・オペレーシヨ
ンされるときは、CCマスク・フイールド１９０
（命令イメージの３番目のニブル）もBER１８８
にロードされる点を除いて、分岐エンドプ・レジ
スタ（BER）１８８は丁度第１図のBER１８８
と同様に設定される。BER１８８がロードされ
る時点においてVALIDビツトがTER１７８で設
定されるときは、TER１７８により指定された
テスト命令はBER１８８により指定された条件
付き分岐に対する条件コード設定命令である。
AND回路１９２はこの条件をテストする。全く
任意的に、第１図からの線４２がこのAND回路
への入力として含まれた。これは単にDDBTに
おける経済性のためにすぎない。すなわち、
DELETE信号４２はBER１８８により指定され
た分岐がBHTで間違つて予報されたことのしる
しである。（BHTにより決して認識されなかつた
分岐が実行されたときこの状態を生じるので、
INSERTはそのようなしるしではないことを特
に指摘しておく。） したがつて、その条件コード設定命令が選択さ
れたDDBT実施内のテスト命令の１つである間
違つて予報された分岐が確認されたとき、AND
回路１９２は１つのエントリをDUQ１７２へ送
り出す。

第６図は新しいエントリがどのようにして
DDBT更新待ち行列１７２からDDBT６４に置
かれるか、さらにDDBTに存在するエントリが
どのようにしてDDBT訂正待ち行列１４２（第
３図参照）により修正されるかを示す。第６図に
戻ると、DCQ空白レジスタ１９８とDUQ空白レ
ジスタ２００内のステータス情報が優先権エンコ
ーダ２０２により検査されてDCQ１４２または
DUQ１７２のどちらをサービスするかを決定す
る。任意的であるが、線２０４上に示すように保
留中の記憶バツフアから記憶が解放されるとき、
エンコーダ２０２はこのどちらかの選択を無効に
するので、DDBTアレイは即時テストのため使
用可能である（第２図参照）。したがつて、この
特定の実施においては、DDBTを探索すること
がDDBTを更新することよりも優先権がある。

優先権エンコーダ２０２がDCQ１４２をサー
ビスすることを選択するときは、信号２０８によ
りセレクタ２０６を介してゲート制御されるのは
ACTIONビツトのみである。セレクタ２１０は
DCQ１４２からのDDBTインデツクス・フイー
ルドを用いて４組のDDBTアレイの全てについ
て行の選択を行なう。DCQ１４２内の組IDフイ
ールドにより適切な組が決定され、セレクタ２１
２を介してゲート制御され、そこでデコーダ２１
４によりデコードされて適切な組に対する書込み
許可を発する。信号２０８は許可された組におけ
るACTIONフイールドに対してのみ書込みパル
スを発生する。

優先権エンコーダ２０２がDUQ１７２をサー
ビスすることを選択するときは、全てのフイール
ドはDDBTアレイにストアされる必要がある。
DUQ１７２からのACTIONフイールドはセレク
タ２０６を介してゲート制御されるが、他の全て
の関連のフイールドはDDBTアレイ入力を直接
駆動する。これらのフイールドは目標アドレス
（TA）及び分岐アドレス（BA）、テスト・フイ
ールド、及びOADDRのビツト０乃至18である。
OADDRのビツト19乃至23はセレクタ２３を介し
てゲート制御されてDDBTアレイの全ての組に
対する行アドレスを生じ、線２１６上の分岐アド
レス（BA）のビツト21及び22はセレクタ２１２
を介してゲート制御され、そこでデコーダ２１４
によりデコードされて適切な組に対する書込み許
可を発生する。優先権エンコーダ２０２は選択さ
れた組における全てのフイールドに対して書込み
パルス２１８をもたらす。

DDBTはBHTとプロセツサから独立した受動
的機構であるが、BHTの側における誤つた予報
を予想し、分岐についての多くの間違つた推定を
回避するようにBHTを更新する。上に概説した
特定の実施は１つの例にすぎず、理解し易いので
選ばれたものであるが、DDBTを精密なものに
することは任意にできる。DDBTのクラス内に
おいては、「間違つた」設計選択は非常に少ない。
すなわち、扱われるテストの困難さ、オペレーシ
ヨンの効率、及びBHT更新の時機のような事柄
は設計の実行可能性に影響を与えない。これらの
選択はBHT分岐の回避され得る間違つた推定の
数に影響を与えるにすぎない。

Ｆ 発明の効果 以上説明したように、本発明によれば分岐履歴
テーブルとともにデータ従属分岐テーブルを用
い、分岐履歴テーブルが誤つた予測をする場合を
予測し、実際の予測がなされる時点にさきだつて
分岐履歴テーブルを訂正するようにしているの
で、分岐命令の予測を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図および第１Ｂ図は分岐履歴テーブル更
新論理のブロツク・ダイヤグラム、第２Ａ図およ
び第２Ｂ図はテストのためどのようにオペランド
が作成されるかを示すデータ従属分岐テーブル論
理のブロツク・ダイヤグラム、第３図は分岐履歴
テーブルの更新が必要とされるかどうかを判定す
る論理のブロツク・ダイヤグラム、第４図は分岐
履歴テーブル更新待ち行列がどのようにして分岐
履歴テーブル論理に使用できるようにされるかを
決定する論理のブロツク・ダイヤグラム、第５図
はデータ従属分岐テーブルのためのエントリを作
成するための論理のブロツク・ダイヤグラム、さ
らに第６Ａ図および第６Ｂ図はデータ従属分岐テ
ーブル・アレイを更新するため用いられる論理の
ブロツク・ダイヤグラムである。 ２……分岐履歴テーブル、４……CPU、１０
……分岐アクテイブ待ち行列（BAQ）、１６，１
８８……分岐エンドプ・レジスタ（BER）、３
８，１７４……デコーダ、５６……BHT訂正待
ち行列、６０……訂正制御回路、６４……データ
従属分岐テーブル（DDBT）、６６……候補オペ
ランド待ち行列（COQ）、９８，１５０……セレ
クタ、１００……カウンタ、１０２……保留テス
ト待ち行列（PTQ）、１３８……BHT更新待ち
行列（BUQ）、１４２……DDBT訂正待ち行列
（DCQ）、１７２……DDBT更新待ち行列
（DUQ）、１７８……テスト・エンドプ・レジス
タ、２０２……優先権エンコーダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プロセツサと、 このプロセツサにより処理される命令およびオ
   ペランドを含む情報を記憶するメモリと、 上記プロセツサにより処理される分岐命令の先
   行する分岐アクシヨンを記憶する分岐履歴テーブ
   ルと、 上記オペランドのうちの分岐命令の実行に関連
   する特定のオペランドが発生したことを判別する
   手段と、 上記特定のオペランドに関連する特定の分岐命
   令の発生及び該分岐命令の発生により生ずる分岐
   アクシヨンの結果とを判別する手段と、上記特定
   の分岐命令及びその上記分岐アクシヨンの結果
   を、上記発生した特定のオペランドと関連づけて
   記憶するデータ従属分岐テーブルと、 上記プロセツサが上記メモリへ所与のオペラン
   ドを記憶するのを監視して、この記憶されようと
   している所与のオペランドが上記データ従属分岐
   テーブル中に記憶されている上記特定のオペラン
   ドのうちの１つかどうかを判別する手段と、 上記特定の分岐命令及びその上記分岐アクシヨ
   ンの結果とに基づいて、上記データ従属分岐テー
   ブル中の所与の分岐命令の次の分岐アクシヨンが
   上記分岐履歴テーブル中の上記所与の分岐命令の
   分岐アクシヨンと異なるかどうかを判別し、異な
   る場合には上記分岐履歴テーブル中の上記所与の
   分岐命令の分岐アクシヨンを上記データ従属分岐
   テーブル中の上記所与の分岐命令の次の分岐アク
   シヨンに従つて更新する手段とを有することを特
   徴とする分岐命令の結果予測装置。