JPH0271326A - 演算処理方法 - 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】 〔概　要〕 データ処理装置の命令実行部に浮動小数点演算用の専用
演算器を有する場合の演算処理方式浮動小数点演算の実
行に際しては、オペランドデータによっては特殊処理を
行う必要が生ずる場合があり、この為従来方式ではオペ
ランドデータのチエツクサイクルを設ける必要があり、
結末的に特殊処理が不便であった場合の演算速度の低下
を招いていた問題点の解決を目的とし、命令実行部にオ
ペランドデータが供給された場合に、まず特殊処理が必
要でないものとして浮動小数点演算器を起動するととも
に、特殊処理の要、不要を検出する専用回路を設け、特
殊処理が必要と判断された場合には、マイクロプログラ
ムに対して割込みを発生することにより処理を高速に切
り換えて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はデータ処理衾１ｄの命令実行部における演算処
理方式に関し、特に該命令実行部中に浮動小数点演算用
の専用演算器４有する場合の演算処理方式に関する。

〔従来の技術〕

データ処理装置の演算実行部は数多くの命令を高速に実
行できる能力を備えでいるが、その中でも四則演算は特
に高速性が要求される。さらに大型計算機では、科学技
術１，１算の高速処理に対する要求が強く、従って浮動
小数点演算命令の高速実行能力が重要な課題である。

このため人型計ｗ機では、浮動小数点演尊専用の演算器
を設けるとともに、高度なパイプライン処理方式を採用
することにより処理の高速化を実現している。

浮動小数点演算命令の中には、オペランドデータに依存
して、特殊な処理を必要とする場合がある。例えば、浮
動小数点演算命令のオペランドデータは、多くの場合が
あらかじめ正規化された正規化オペラン−であるため、
浮動小数３〜 点演Ｗ器は正規化材ベランドに対して最高速に動作でき
るように設計される。しかし、オペランドデータが正規
化されていない非正規化オペランドの場合は、演算部正
規化処理を必要とする場合がある。

また、近年、無限大や非数（数値でないデータ）のよう
な特殊なオペランドも扱う浮動小数点数の表現形式が提
唱され、そのような浮動小数点数の表現形式をサポート
するデータ処理装置が増えつつある。このような浮動小
数点数の表現形式を採用するデータ処理装置においては
、浮動小数点演算命令のオペランドデータが無限大や非
数などの特殊なオペランドであった場合には、特殊な処
理が必要となる。

このようにオペランドデータに依存して、特殊な処理を
必要とするか否かが決定されるものは、オペランドデー
タが供給されてからしか判断できない。

以下、従来の浮動小数点演算の具体的な処理の例を説明
する。

第５図は従来例のデータ処理装置の構成ブロック図を示
している。同図において、命令実行部５３は、実行すべ
き命令の指令コードを命令制御部５１から、またオペラ
ンドデータを命令制御部５１あるいは記憶制御部５２か
ら供給されると演算を実行し、演算結果を命令制御ＪＩ
Ｌ？Ｂ５１あるいは記憶制御１５２へと返すとともに演
算終了信号を命令制御部５１へ送出することにより、演
算終了を通知する。命令制御部５１は命令実行部５３の
演算終了を認識すると次の命令処理を命令実行部５３へ
投入する。また、命令実行部５３から演算終了が通知さ
れるまで命令制御部５１は次の命令処理を命令実行部に
投入することができず、命令実行パイプラインは停止し
ている。高度なパイプライン処理方式では、効率よくパ
イプライン制御をおこなうために、命令実行部５３での
処理終了の予告信号を演算終了信号として使用する。

従って、命令実行部５３は演算処理の最終サイクルに処
理終了の予告信号を演算終了信号として命令制御部５１
に送出しなければならない。

命令実行部での処理サイクル数は、命令によって１サイ
クルから数十サイクルを要する場合がある。命令実行に
１づイクルしか要しない場合は、命令実行部５３に命令
が投入されるとともに演算終了信号が命令制御部５１に
送出されることになる。

また、マシンサイクルが短縮されるに従い命令実行部５
３からの演算終了信号でパイプライン制御を行なうこと
がデイレイ的に厳しくなるため命令実行に２サイクル以
上を要する命令の場合は、演算処理の最終→Ｊイクルの
１つ前のサイクルで演算終了信号を送出する制御を併用
することによりデイレイの制限を緩和する方法も行われ
ている。この場合は命令実行に２ザイクルしか要しない
場合も、命令実行９５１に命令が投入されるとともに演
算終了信号が命令制御部５１に送出されることになる。

命令実行部５３では、汎用演算器５４を使用して主にマ
イクロプログラムの制御によって命令を実行する処理と
、浮動小数点演算器５５などの専用演算器を使用して主
にハードウェア制御によって高速に命令を実行する処理
とを命令やオペランドデータの内容によって最適に使い
分ける方式が一般的である。

従って、浮動小数点演算器５５のような専用演算器は、
通常のデータに対して最高速に動作できるように設計さ
れ、特殊な処理が必要な場合はマイクロプログラム処理
などによって処理されるのが一般的である。

［発明が解決しようとする課題−・ 実行すべき浮動小数点演算命令のオペランドデータの内
容によって特殊な処理を必要とする可能性がある場合、
従来は演算の実行に先立ってオペランドを検査するサイ
ノルを設け、その結果によって専用演算器で高速に処理
するかマイクロプログラム処理が必要かを決定していた
。

しかし、この方式では一律にオペランドデータの検査サ
イクルが必要なため、その分がオーバヘッドとなり、高
速化の障害となっていた。

また、従来は浮動小数点演算器で処理する場合でも演算
処理に数サイクル要していたため、演算終了信号を送出
するまでに時間的な余裕があったので、オペランドデー
タが供給されると浮動小数点演算器を起動するとともに
、並行してオペランドの検査を汎用演算器などを使用し
て行い、その結果によって特殊な処理が不要な場合はそ
のまま浮動小数点演算器の処理を続行させて所定のサイ
クルで演算終了信号を送出し、特殊フヨ処理が必要な場
合にはマイクロプログラムを条件ブランチさせ、マイク
ロプログラム処理にきりかえて浮動小数点演算器の処理
を中断させ特殊処理を行ってから演算終了信号を送出す
ることは行なわれた。

しかし、浮動小数点演算器などの専用演算器が高速化さ
れ、１サイクルあるいは２サイクルで処理が終了するよ
うになると浮動小数点演算器を起動するとともに演算終
了信号を送出しなければならなくなり、従来方式では対
処できなくなってきた。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、浮動
小数点演算器の高速性能を最大限に発揮させ得る演算処
理方式を提供することを目的とする。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明によれば、上述の目的は、前記特許請求の範囲に
記載した手段により達成される。すなわち、本発明は、 命令制御部、命令実行部及び記憶制御部の協同動作によ
り演算処理を進め、かつ命令実行部には、演算の実行を
制御する演をン制御部と、汎用演算器と、特定命令用の
専用演算器と、各部のデータ及び制御信号を伝送するた
めのポートとを設けたデータ処理装置において、」−記
命令実行部中に、オペランドデータが専用演算器の処理
対象外のオペランドデータであるか否かを検出する専用
検出回路を設け、 命令実行部が命令制御部より前記特定命令の指令を受け
、かつ、オペランドデータを命令制御部あるいは記憶制
御部より供給された場合に、命令実行部では、オペラン
ドデータが専用演算器で処理６Ｊ能なオペランドデータ
であると仮定１−１ただちに上記専用演算器を起動し演
算を実行し、かつ演算終了信号を命令制御部に送出開始
する第１の手順、演算の実行と並行して、処理中のオペ
ランドデータが専用演算器の処理対象外のオペランドデ
ータであるか否かを上記専用検出回路にて判断（−１該
オペランドデータが処理対象外のものである場合には前
記演算終了信号を抑止するとともに、演算制御部に対し
て割込みを発生する第２の手順、演算制御部は前記検出
回路からの割込み発生により、専用波Ｗ器の処理対象外
オペランドデータに対する割り込み処理にきりかえ、汎
用演算器および必要な場合は再度専用演算器を使用して
演Ｗを実行し、演算終了信号を命令側１ＩＩＩに送出す
る第３の手順、以上の手順で命令の演算処理を実行する
演算処理方式である。

〔作　用〕

本発明では、下記の手順により浮動小数点命令を実行す
るものである４゜ （１）　　実行する浮動小数点命令の二（ベランドデー
タが供給されたら、浮動小数点演算器で処理可能なオペ
ランドデータであるものと仮定して、ただちに浮動小数
点演算器を起動して演算を実行することにより、所定の
サイクルで演算終了信号の送出を開始ず；：１゜ （２）演算の実行と壮行して、浮動小数点源ｐ器の処理
対象外のオペランドデーつてあるか否かを検出する専用
回路を設け、該検出回路において処理対象のオペラント
イ′−夕であると判断された場合は、前記の演算終了信
号を命令制御部に送出させ、処理対象外のオペランドデ
ータであるとｉｌＪ断された場合は、前記の演）ｌ子信
号を抑止するとともに、演算制御部に対して割込みを発
生ずる。Ｌうに構成する。

（３）　　浮動小数点演算器の処理対象外の４ペランド
データに対する処理を例えばマイクロプロダラムで行な
う割込みルーチンを用意する。

（４）　　演算制御部は前記検出回路からの割込み発生
により、浮動小数点演算器の処理対象外のＡペランド・
データに対する処理をおこなう割込みルーチンを起動す
る。

割り込みルーチンでは、オペランドデータの内容を分析
し、必要な処理をおこなって演算終了信号を命令制御部
へ送出して演Ｗ処理を終了する。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例なるデータ処理装置の構成ブロ
ック図を示し一〇おり、ｌは命令制御部、２は記ｔσ制
御部、３は命令実行部、４は演算制御部、５はスティタ
スポート、６はデータポート、７は汎用演算器、８は浮
動小数点演算器、９は」ペラントチニック回路を表して
いる。

また図上の各信号線の内容は以下の通りである。

１ａ・・・命令実行部への指令コードおよび指令コード
の有効信号 ｌｂ・・命令実行部へのスデイタス情報バスで、主にプ
ログラム割込みマスクなどの命令の実行に必要なオペラ
ンドデータ以外の情報が送出される。

１ｃ・・・レジスタオペランドデー４戸バス１１ｄ・・
・レジスタオペランドデータバス２２ａ・・・主記憶オ
ペランドデータバス３ａ・・・命令制御部へのスデイタ
ス情報バスで、演算終了信号、プログラム割込み信号、
コンデイションコードなど演算結果データ以外の情報が
送出される。

３ｂ・・・命令制御部への演算結果データバス３Ｃ・・
記憶制御部への演算結果データバス４ａ〜４ｅ・・・演
算制御部がオペランドチエツク回路、各種演算器、ステ
ィタスポート、データポートを制御するだめの制御信号 ５ａ・・・演算制御部が制御の分岐条件等に用いるステ
ィタス情報 ６ａ〜６ｂ・・汎用演算器への第１オペランド及び第２
４ペランドデータ ６Ｃ〜６ｄ・・・浮動小数点演算器への第１オペランド
および第２オペランドデータ ７ａ・汎用演算器の演算結果データ ７ｂ・・・汎用演算器の演１結果スティタス情報８ａ・
・浮動小数点演算器の演算結果データ８ｂ・・・浮動小
数点演算器の演算結果スティタス情報 ９ａ　・オペランドチエツク回路の検出信号本図に示さ
れた実施例の構成ブロック図では、第５図の従来例の構
成ブロック図と比較して、新たにオペランドチエツク回
路９が設けられている。

該オペラントチニック回路９は浮動小数点命令のオペラ
ンドデータが浮動小数点演算器８の処理対象のオペラン
ドデータか否かを判定する専用装置である。また、命令
実行部３は、命令制御部ｌからの命令コードを受は取る
演算制御部３、スティタス情報を送受するスティタスポ
ート５、命令制御部１内のレジスタ及び記憶制御部２に
対しオペランドデータ及び演算結果を送受するデータポ
ート６を有し、さらに、汎用演算器７と浮動小数点演算
器８を有し、浮動小数点演算命令は該浮動小数点波ｆ、
ン器８て通常処理される。

本発明は、この命令実行部３の演算処理動作に関係する
ものであり、命令制御部１と、記憶制御部２と命令実行
部３のそれぞれの間でのデータ及び信号の送受は第７図
の従来例と同様であり、また周知のものであり、本発明
と直接に関係しない部分の説明はしない。

以下、本発明の演算処理方式の動作を、従来例の演算処
理方式と比較して説明する。

第２図は本発明の演算処理方式によるパイプライン処理
の流れを示す図であり、 第３図は、従来方式のパイプライン処理の流れを示す図
であり、浮動小数点演算器が正規化数に対して３ザイク
ルで処理可能な場合の例であり、同図（ａ）は従来方式
その１の場合、同図（ｂ）は改良された従来方式その２
の場合を表してぃる。

第４図は、従来方式のパイプライン処理の流れを示す図
であり、浮動小数点演算器が正規化数に対して１サイク
ルで処理可能な場合の例であり、同図Ｔａ）は従来方式
その１の場合、同図ら）よ改良された従来方式その２の
場合を表している。

また第２図から第４図において、図中の期間区分記号り
、Ａ、ｉ’、Ｂ、Ｅ、Ｗは命令処理バイブラインの各処
理ステージを表しており、ＤステージからＷステージ迄
で１つの命令を実行することができる。

各ステージの大まかな動作は次の通りである。

■〕・・デコード・ステージ 実行すべき命令を解読する。

Ａ・・・オペランドアドレス計算ステージオペランドと
して主記憶オペランドが必要な場合、そのオペランドア
ドレスを計算する。

Ｔ・・アドレス変換ステージ Δステージで計算されたオペランドアドレスを論理アド
レスから実アドレスへと変換する。

Ｂ・・・オペランドデータ読み出しステージ主記憶オペ
ランドが必要な場合はＴステージで算出される実アドレ
スを使用して主記憶オペランドを読み出し、記憶制御部
から命令実行部へ供給する。また、命令制御部ではレジ
スタオペランドが読み出され命令実行部へと供給される
。

Ｅ・・・演算実行ステージ（必要な処理サイクル数だけ
繰り返される場合がある） 命令実行部において演算が実行される。

Ｗ・・・演算結果格納ステージ 演算結果データ、演算結果スティタス情報が格納される
。また、各種割込みの発生が検査される。

ここで取り上げた例では、オペランドデータが非正規化
数であった場合には演算的正規化処理を行なってから演
算するような場合である。

ただし、オペランドデータが正規化数であるか否かはオ
ペランドデータの仮数部の最上位桁がゼロであるか否か
で判別可能であるとし、仮数部の最上位桁がゼロでなけ
れば正規化数、ゼロであれば非正規化数であるものきす
る。ここで仮数部がすべてゼロである場合（絶対値とし
てゼロの値を持つ場合）は非正規化数の特別な場合とし
て処理が可能であるから、以下の例においては説明の簡
単化のために、正規化数でないデータはすべて非正規化
数であるものとし、オペランドデータが正規化数の場合
を通常ケース、非正規化数である場合を特殊ケースとす
る。

まず、浮動小数点演算器が正規化数に対して３サイクル
で処理が可能なものとすると、第３図（ａ）の従来方式
その１の場合、オペランドデータが命令実行部に供給さ
れるとＥ１サイクルはオペランドデータの検査サイクル
であり、オペランドデータが正規化数であるか否かによ
り、Ｅ２サイクルにおいて制御の条件分岐が行なわれる
。

オペランドデータが正規化数であった場合は、Ｅ３サイ
クルで浮動小数点演算器が起動され、Ｅ５ザイクルで演
算終了が命令制御部へと送出される。

方、オペランドデータが正規化数でなかった場合には、
Ｅ３サイクルで浮動小数点演算器は起動されず、オペラ
ンドデータの演Ｗ前正規化処理が行なわれ、仮に演算前
正規化処理が１サイクルで完了するとすれば、Ｉ　４−
！ｔイクルて浮動小数点演算器が起動され、［６”）イ
クルて演算終了信号が命令制御部へとｌＫ出されること
になる。

第３図（ｂ）は改良された従来方式その２の例で、Ｅｌ
の検査サイクルｊごおいて同時に浮動小数点演算器を起
動する方式である。第３図（ａ）の従来方式そのｌと同
様にＥ２サイクルにおいて制御の条件分岐が行なわれ、
オペランドデータが正規化数であった場合はＥｌで起動
された浮動小数点演算器の処理が続行され、Ｉ・〕３ザ
イクルで演算終了信号が命令制御部に送出される。Ａぺ
ランドデータが非正規化数であった場合は浮動小数点演
算器の処理は中断され、Ｅ３サイクルでオペランドデー
タの演算前正規化処理が行なわれ、仮に演算前正規化処
理が１サイクルて完了するとずればＥ４ザイクルで浮動
小数点演算器が起動されてＥ６サイクルで演算終了信号
が命令制御部へと送出されることになる。

次に、浮動小数点演算器の高速化が実現され、仮に１サ
イクルで処理が可能となった場合を考える。

第４図（ａ）および第４図ら）は、第３図（ａ）および
第３図ら）の例を浮動小数点演算器が１ザイクルで処理
が可能な場合どして書きかえたものである。

第４図（ａ）の従来方式その１の場合、オペランドデー
タが命令実行部に供給されると、Ｅ１ザイクルにおいて
オペランドデータの検査が行なわれオペランドデータが
正規化数か否かによってＥ２サイクルにおいて制御の条
件分岐が行なわれ、正規化数であればＥ３サイクルで浮
動小数点演算器が起動されて演算終了信号か命令制御部
へと送出される。一方、オペランドデータが非正規化数
であればＥ３サイクルで演を萌正規化処理が行なわれＥ
４サイクルで浮動小数点演算器が起動されて演算終了信
号が命令制御部へと送出される。

第４図ら〕の従来方式その２の場合、オペランドデータ
が命令実行部に供給されるとＥ　］−’Ｊイクルにおい
てオペランドデータが検査されると同時に浮動小数点演
算器が起動されても、Ｅ２サイクルにおける制御の条件
分岐の結果として演算終了信号を送出するか否かが決定
するためＥ１サイクルで演算終了信号を出すことができ
ない。従って、オペランドデータが正規化数であっても
演算終了信号はＥ３”＋イクルで送出されることになり
、浮動小数点演算器を高速化したメリットを十分に活か
すことができない。

第２図は本発明の演算処理方式による場合であり、オペ
ランドデータが命令実行部に供給されるとＥ１サイクル
において浮動小数点演算器が起動されるとともに、第１
図のＡベラノドチエ１２回路９によりオペランドデータ
が正規化数であるか否かが検査され、正規化数であれば
そのまま演算終了信号が命令制御部へと送出される。オ
ペランドデータが非正規化数であった場合は演）ｌ子信
号はハードウェア的に拘止され、演算制御部へと割込み
が発生する。演算制御部では前記の割込みが発生すると
Ｅ２→Ｊイクルにおいて制御を割込みルーチンへと切り
かえる。割込みルーチンでは、オペランドデータの演Ｗ
前正規化処理をＥ３サイクルで行い、Ｅ４ザイクルで浮
動小数点演算器を起動して演算を実行し、演算終了信号
を命令制御部へと送出する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、従来方式ではオペランドの検査結
果による制御の条件分岐を使用しているため、浮動小数
点演算器自身を高速化しても十分にその高速性を活かす
ことができない。

本発明によれば高速化された演算器の性能を十分に活か
すことができるばかりでなく、逆に、稀なケースについ
ての処理を専用演算器から除くことができるため演算器
自身をさらに高速化する可能性を広げることができる。

また、オペランドチエツク回路は専用演算器で処理可能
か否かの最低限のチエツクのみ行なえば良いから、比較
的少ないハード量で高速なチエツク回路を設計すること
ができる。

さらに、特に高速化された演Ｌ７に対しては本発明方式
を使用し、従来方式でもＩ−分な演算については従来方
式を併用することが可能であるため応用範囲が広く、か
つ経済的な高速データ処理装置の設計が可能となる。

また、演算処理の高速化を目的とした専用演算器化は浮
動小数点演算に限られるものではなく、他の特定命令の
高速化を目的として設計された専用演算器に対しても本
発明は適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例なるデータ処理装置の構成ブ
ロック図、第２図は本発明の演算処理方式によるパイプ
ライン処理の流れを示す図、第３図は従来方式のパイプ
ライン処理の流れを示す図、第４図は従来方式のパイプ
ライン処理の流れを示す図、第５図は従来例のデータ処
理装置の構成ブロック図である。 １・・・命令制御部、２・・記憶制御部、３・・・命令
実行部、４・・・演算制御部、５・・・スティタスポー
ト、６・・・データポート、７・・・汎用波Ｗ器、８・
・浮動小数点演算器、９・オペランドチエツク回路、１
ａ・・・命令実行部への指令コードおよび指令コードの
有効信号、ｌｂ・・・命令実行部へのスティタス情報バ
ス、ＩＣ・・・レジスタオペランドデータバス１、ｌｄ
・・・レジスタオペランドデータバス２．２ａ・・・主
記憶オペランドデータバス、３ａ・・命令制御部へのス
ティタス情報バス、３ｂ・・・命令制御部への演算結果
データバス、３ｃ・・・記憶制御部への演算結果データ
バス、４３〜４ｅ・・・演算制御部がオペランドチエツ
ク回路、各種演算器、スティタスポート、データポート
を制御するための制御信号、５ｄ・・・演算制御部が制
御の分岐条件等に用いるスティタス情報、６ａ〜６ｂ・
・汎用演算器への第１オペランドおよび第２オペランド
データ、６０〜６ｄ・・浮動小数点演算器への第１オペ
ランドおよび第２オペランドデータ、７ａ・・・汎用演
算器の演算結果データ、７ｂ・・・汎用演算器の演算結
果スティタス情報、８ａ・・浮動小数点演算器の演算結
果データ、８ｂ・・・浮動小数点演算器の演算結果ステ
ィタス情報、９ａ・・・オペランドチエツク回路の検出
信号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 命令制御部、命令実行部及び記憶制御部の協同動作によ
   り演算処理を進め、かつ命令実行部には、演算の実行を
   制御する演算制御部と、汎用演算器と、特定命令用の専
   用演算器と、上記各部のデータ及び制御信号を伝送する
   ためのポートとを設けたデータ処理装置において、 上記命令実行部中に、オペランドデータが専用演算器の
   処理対象外のオペランドデータであるか否かを検出する
   専用検出回路を設け、 命令実行部が命令制御部より前記特定命令の指令を受け
   、かつ、オペランドデータを命令制御部あるいは記憶制
   御部より供給された場合に、命令実行部では、オペラン
   ドデータが専用演算器で処理可能なオペランドデータで
   あると仮定し、ただちに上記専用演算器を起動し演算を
   実行し、かつ演算終了信号を命令制御部に送出開始する
   第１の手順、 演算の実行と並行して、処理中のオペランドデータが専
   用演算器の処理対象外のオペランドデータであるか否か
   を上記専用検出回路にて判断し、該オペランドデータが
   処理対象外のものである場合には前記演算終了信号を抑
   止するとともに、演算制御部に対して割込みを発生する
   第２の手順、 演算制御部は前記検出回路からの割込み発生により、専
   用演算器の処理対象外のオペランドデータに対する割り
   込み処理にきりかえ、汎用演算器および必要な場合は再
   度浮動小数点演算器を使用して演算を実行し、演算終了
   信号を命令制御部に送出する第３の手順、 以上の手順で命令の演算処理を実行することを特徴とす
   る演算処理方式。