JPH03135630A - 命令スケジューリング方式 - 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〕 本発明は電子計算機システムにおけるプログラムの最適
化方式に関し、特にパイプライン機構を持つアーキテク
チャ上で実行される命令のスケジューリング方式に関す
るものである。

〔従来の技術〕

パイプライン機構を持つアーキテクチャでは、命令やデ
ータが定常的に供給され、各ステージで遊び時間が生じ
ないような場合に最大性能を発揮する。

従来、パイプライン機構の性能を充分に引き出すため、
コンパイラにおいて次のような最適化処理が行われてい
る。

■ビープホール（覗き穴）最適化によるスケジューリン
グ ■命令の全組み合わせ調査によるスケジューリング ここで、ビーブホール最適化によるスケジューリングと
は、目的コードあるいは疑似的な目的コードの中から目
的計算機の特定の命令パターンをもつ箇所を見つけ出し
、その部分を削除したり効率の良い命令群で置き換えた
りすることをいう。

また１命令の全組み合わせ調査によるスケジューリング
とは、命令の全ての組み合わせを調査し、実行効率の良
い順序に命令を並べ換えることをいう。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のスケジューリング方式にあっては、次の
ような欠点があった。

■ビーブホール最適化によるスケジューリングにあって
は、その対象範囲が限られるため、充分な実行効率の向
上が達成できない。

■命令の全組み合わせ調査によるスケジューリングにあ
っては、処理が膨大になるため、コンパイル時間がかか
り過ぎる。

本発明は上記の点に鑑み提案されたものであり、その目
的とするところは、コンパイルに長時間を要しないと共
に、充分な実行効率の向上を図ることのできる命令スケ
ジューリング方式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 本発明は上記の目的を達成するため、パイプライン機構
を持つアーキテクチャ上で実行される命令を最適化する
方式において、 命令ブロックを入力する命令ブロック入力手段と、 入力した命令ブロック内の各命令の依存関係を調査し、
命令をチェーニングしてＤＡＧを構築するＤＡＧ構築手
段と、 構築されたＤＡＧからパイプライン機構を最も有効に利
用するように命令を並べ換える命令スケジューリング手
段と、 並べ替えた命令列を出力する命令ブロック出力手段とを
備えるようにしている。

なお、命令ブロックとは、入口が一つで出口が一つ、か
つ出口以外に分岐命令を含まないような命令の並びであ
り、ＤＡＧとは、命令ブロック内の各命令を依存関係に
従ってチェーニングしたグラフである。

〔作用〕

本発明の命令スケジューリング方式にあっては、命令ブ
ロック入力手段が命令ブロックを入力し、入力した命令
ブロック内の各命令の依存関係をＤＡＧ構築手段が調査
すると共に命令をチェーニングしてＤＡＧを構築し、構
築されたＤＡＧからパイプライン機構を最も有効に利用
するように命令スケジューリング手段が命令を並べ換え
、並べ替えた命令列を命令ブロック出力手段が出力する
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明する。

第１図は本発明の命令スケジューリング方式の一実施例
を示す構成図である。なお、本実施例では、構成および
動作を簡略化するため、スケジューリング対象とする命
令は、データ領域の先頭を指すヘースレジスタを固定に
し、アドレスシラブルをペースレジスタ＋ディスプレイ
スメント（インデックスレジスタなし）で表現する命令
、すなわち、１つの記憶域のアクセスは１パターンのア
ドレスシラブルのみで行われる命令のみに限定する。

第１図において、本実施例は、機能部として命令ブロッ
ク入力手段１とＤＡＧ構築手段２と命令スケジューリン
グ手段３と命令ブロック出力手段４とを有し、作業領域
としてメモリ６内に命令ブロック展開メモリ６１とレジ
スタ生死表６２とメモリ生死表６３とＤＡＧ表現命令テ
ーブル６４とスケジューリング済命令ブロック展開メモ
リ６５とを有している。また、スケジューリングする命
令の命令ブロック５１を格納した命令ブロック格納ファ
イル５と、スケジェーリング済命令ブロック７１を格納
するスケジューリング済命令ブロック格納ファイル７と
を備えている。なお、各部の機能等の詳細については以
下の動作を通して説明することとする。

以下、上記の実施例の動作について説明する。

先ず、命令ブロック入力手段１は、命令ブロック格納フ
ァイル５または他の記憶値ｙｔ＜図示せず）から命令ブ
ロック（入口が一つで出口が一つ、かつ出口以外に分岐
命令を含まないような命令の並び）５１を入力し、メモ
リ６の命令ブロック展開メモリ６１上に展開する。この
入力した命令プロツク５１は、その命令ブロックの出口
で生きているレジスタの情報をもっているものとする。

次に、ＤＡＧ構築手段２は、命令ブロック展開メモリ６
１上に展開された命令ブロック５１内の各命令に対し、
レジスタ生死表６２．メモリ生死表６３を使用すること
により、各命令間の依存関係（２命令間の絶対的命令実
行順序の規定）を調べ、その関係に従って命令間をチェ
ーニングしたグラフであるＤ　Ａ　Ｃ（Ｄｉｒｅｃｔｅ
ｄ　Ａｃｙｃｌｉｃ　Ｇｒａｐｈ）を構築する。なお、
ＤＡＧは、命令ブロック展開メモリ６１上に展開された
命令１つにつき、第４図に示すように、その命令の元の
順序を示すチェーニング情報と、依存関係を示すチェー
ニング情頼とをもつＤＡＧ表現命令テーブル６４を１つ
ずつ生成して表現する。

また、レジスタ生死表６２は第２図に示すような論理的
構成をしており、データ領域の先頭を指す固定ペースレ
ジスタ以外の全レジスタについて、その内容を定義した
命令の情報をもち、レジスタ参照命令は対応する定義命
令よりも先にスケジューリングすることはできないとい
う依存関係を求めるのに用いる。メモリ生死表６３は第
３図に示すような論理的構成をしており、アクセスされ
る全メモリについて、そのアドレス情報および定義命令
の情報をもち、メモリ参照命令は対応する定義命令より
も先にスケジューリングすることはできないという依存
関係を求めるのに用いる。

以下、第５図のフローチャートに沿ってＤＡＧ構築手段
２の処理を説明する。なお、命令ブロック内の命令と命
令ブロック外の命令との依存関係を示すために、命令ブ
ロックの最初の命令の前と最後の命令の後とにそれぞれ
仮想人口命令と仮想出口命令とを考え、仮想入口命令は
命令ブロック内のどの命令よりも先にスケジューリング
されなければならず、仮想出口命令は命令ブロック内の
どの命令よりも後にスケジューリングされなければなら
ないものとする。

先ず、各テーブル（レジスタ生死表６２．メモリ生死表
６３．ＤＡＧ表現命令テーブル６４等）を初期化する（
ステップ２０１）。

次いで、各命令につき以下の処理を行う。

（１ルジスタ参照命令については（ステップ２０２のＹ
ｅＳ）、レジスタ生死表６２の同一レジスタに対して定
義命令があれば（ステップ２０３のＹ（ｉｓ）％その定
義命令へのポインタが示す命令からチェーニングする（
ステップ２０４）、定義命令がない場合すなわち定義命
令へのポインタが初期状態の場合は（ステップ２０３の
Ｎｏ）、仮想入口命令からチェ一二ソグする（ステップ
２０５）。

（２）メモリ参照命令については（ステップ２０６のＹ
ｅＳ）、メモリ生死表６３のペースレジスタおよびディ
スプレイスメントで一意に表現されている同一メモリの
定義命令があれば（ステップ２０７のＹｅｓ）、そのポ
インタが示す命令からチェーニングする（ステップ２０
８）。メモリ生死表６３に同一メモリに対するエントリ
がなければ（ステップ２０７のＮＯ）、仮想入口命令か
らチェ一二ソグする（ステップ２０９）。

（３）レジスタ定義命令については（ステップ２１０の
Ｙｅｓ）、レジスタ生死表６２の同一レジスタに対して
定義命令へのポインタを設定する（ステップ２１１）。

（４）メモリ定義命令については（ステップ２１２のＹ
ｅｓ）、メモリ生死表６３に同一メモリに対するエント
リがあれば（ステップ２１３のＹｅＳ）、その定義命令
へのポインタを再設定する（ステップ２１４）。メモリ
生死表６３に同一メモリに対するエントリがなければ（
ステップ２１３のＮＯ）、メモリ生死表６３に新たに１
エントリを追加しくステ・ノブ２１５）、定義命令への
ポインタおよびメモリ位置の情報を設定する（ステ・ノ
ブ２１６）。

命令ブロック内の全ての命令に対して上記の処理を行っ
た後に（ステップ２１７のＹｅＳ）、命令ブロックの出
口で生きているレジスタにつ％ｓで、レジスタ生死表６
２の定義命令へのポインタが示す命令から仮想出口命令
へチェーニングする（ステップ２１８）。次いで、メモ
リ生死表６３に残っている全ての定義命令へのポインタ
が示す命令から仮想出口命令へチェーニングする（ステ
ップ２１９）。

このようにしてＤＡＧが構築される。なお、ＤＡＧ表現
命令テーブル６４を使ってチェーニングされた命令の関
係は、自分の命令の前にチェーニングされている命令が
全て実行されなければ、自分の命令が実行できないとい
う命令の依存関係を示している。

以上のように、ＤＡＧ構築手段２によって命令ブロック
５１内の命令の依存関係を解析した後、命令スケジュー
リング手段３は、命令実行時にできるだけ遅れが生じな
いように、パイプライン機構を最大限に有効利用するよ
うな命令列にメモリ上の命令列を矛盾なく並べ換える。

この場合、命令ブロック展開メモリ６１上に展開した命
令を直接置き換えないで、別のスケジューリング済命令
ブロック展開メモリ６５上にスケジューリングしていく
。

以下、第６図のフローチャートに沿って命令スケジュー
リング手段３の処理を説明する。

先ず、命令スケジューリングのための時刻（クロック数
）を初期化する（ステップ３１）。

次いで、ＤＡＧ表現命令テーブル６４を元の命令の順序
通りに辿りながら、命令の依存関係でチェーニングされ
た２命令が続けて実行された場合の遅れのクロック数（
インタロック数）を求める（ステップ３２）。

次に、ＤＡＧから、自分の前にスケジューリングされな
ければならない命令が全てスケジューリングされている
未スケジューリング命令をスケジューリング候補命令と
して選択する（ステップ３３）。

次に、スケジューリング候補命令の中から現時点でスケ
ジューリング可能な命令を選択する（ステップ３４）。

以下、第７図の詳細フローチャートに沿って、スケジュ
ーリング候補命令ａが現時点でスケジューリング可能か
否かをチエツクする処理を説明する。なお、第７図にお
ける記号Ｄ（）等は次のような内容を表すものとする。

Ｄ（ｔ）；命令ｉが破壊するリソースと同じリソースを
破壊する命令群 Ｆ　（ｉ）　　；命令ｉから直接チェーニングされてい
る命令群 Ｐ（ｉ）；命令ｉの前にスケジューリングされなければ
ならない未スケジューリン グ命令群 Ｒ（ｉ）Ｈ命令ｉが破壊するリソース群Ｓ；スケジュー
リング済命令群 各スケジューリング候補命令ａにつき以下の処理を行う
。

■スケジューリング候補命令ａがレジスタまたはメモリ
等のリソースを破壊しない場合は（ステップ３４１のＹ
ｅｓ）、スケジューリング候補命令ａは出力可能命令と
判定する。

■スケジューリング候補命令ａがリソースを破壊する場
合（ステップ３４１のＮＯ）、同じリソースを破壊した
スケジューリング済命令があって、かつスケジューリン
グ候補命令ａ以外にその命令から直接チェーニングされ
ている未スケジューリング命令があれば（ステップ３４
２のＹｅｓ）、スケジューリング候補命令ａは出力不可
能命令と判定する。

■上記■の処理で判定できない場合は（ステップ３４２
のＮｏ）％スケジューリング候補命令ａからチェーニン
グされていて、スケジューリング候補命令ａの後にスケ
ジューリングされなければならない命令、およびその命
令の前にスケジューリングされなければならないスケジ
ューリング候補命令ａ以外の命令をＸとする（ステップ
３４３）。ここで、命令Ｘはスケジューリング候補命令
ａが破壊するリソースの値の寿命を切るのにスケジュー
リングされなければならない命令の集合である。

■命令Ｘがリソースを破壊しない場合（ステップ３４４
のＹｅｓ）、スケジューリング候補命令ａは出力可能命
令と判定する。

■命令Ｘがリソースを破壊する場合（ステップ３４４の
Ｎｏ）％同しリソースを破壊するスケジューリング済命
令がないか、あってもその命令からチェーニングされて
いる未スケジューリング命令がないか、またはあっても
その命令がリソースを破壊しないならば（ステップ３４
５のＹｅｓ）、スケジューリング候補命令ａは出力可能
命令と判定する。

■上記■の処理で判定できない場合は（ステップ３４５
のＮｏ）　、命令Ｘが破壊するリソースと同じリソース
を破壊するスケジューリング済命令からチェーニングさ
れている未スケジューリング命令が破壊するリソースが
、なければスケジューリング候補命令ａは出力可能命令
と判定しくステップ３４６のＹｅ　ｓ）、それがスケジ
ューリング候補命令ａが破壊するリソースと同じならば
（ステップ３４７のＹｅＳ）、スケジューリング候補命
令ａは出力不可能命令と判定する。

■命令Ｘが破壊するリソースと同じリソースを破壊する
スケジューリング済命令からチェーニングされている未
スケジューリング命令が破壊するリソースが、スケジュ
ーリング候補命令ａが破壊するリソースと異なっている
ならば（ステップ３４７のＮＯ）、その未スケジューリ
ング命令を新しい命令Ｘとしくステップ３４Ｂ）、上記
の■から処理を繰り返す。

上記の■〜■の処理によって、スケジューリング候補命
令の中からスケジューリング可能命令を選択したならば
、次はスケジューリング可能命令の中から、現時点でス
ケジューリングするのに最適な命令を選択する（第６図
のステップ３５）。

ここで、スケジューリングは先ずスケジューリング可能
時刻からインクロック数の小さいものが優先となる。こ
れは実行時の遅れを最小にするためである。優先順位１
位の命令が１つならば、その命令を最適なスケジューリ
ング命令と判定する。

優先順位１位の命令が複数あった場合は、スケジューリ
ング可能命令がスケジューリングされた場合に未スケジ
ューリングの命令に与える影響度によって命令に重み付
けをし、影響度の高い方を優先する。影響度も同じもの
が複数あった場合は、元の順序に従って元々あった方の
命令を優先する。

最適なスケジューリング命令が決定したならば、スケジ
ューリング済命令ブロック展開メモリ６５上にその命令
をスケジューリングする（ステップ３６）。

１命令スケジユーリングする度に、クロック数をカウン
トアツプしくステップ３７）、スケジューリングした命
令とそこからチェーニングされている命令間のインタロ
フタ数とカウントアツプしたクロック数とから、チェー
ニングされている未スケジューリング命令をインクロッ
ク数−〇でスケジューリングできるクロック数であるス
ケジューリング可能時刻を求める（ステップ３８）、そ
して、再びスケジューリング候補命令選択から繰り返し
処理を行い（ステップ３９）、命令ブロック内の全ての
命令について終了した場合に処理を終了する。

このようにして、スケジューリング済命令ブロック展開
メモリ６５上に命令をスケジューリングした後、命令ブ
ロック出力手段４は、スケジューリング済命令ブロック
格納ファイル７または他の記憶語Ｗ（図示せず）にスケ
ジューリング済命令ブロック７１を出力する。

実行プログラムを構成する各命令ブロックにつき上記処
理を行った後、この実行プログラムはパイプライン機構
をもつアーキテクチャ上において実行される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の命令スケジューリング方
式にあっては、命令ブロックを単位としてスケジューリ
ングを行うため、 ■従来のビーブホール最適化によるスケジューリングに
比して対象範囲が広（なり、充分な実行効率の向上が達
成できる。

■従来の命令の全組み合わせ調査によるスケジューリン
グに比して処理が簡略化され、コンパイル時間の増大を
招かない。

等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の命令スケジューリング方式の一実施例
を示す構成図、 第２図は第１図におけるレジスタ生死表の論理的構成図
、 第３図は第１図におけるメモリ生死表の論理的構成図、 第４図は第１図におけるＤＡＧ表現命令テーブルの論理
的構成図、 第５図は第１図におけるＤＡＧ構築手段の処理のフロー
チャート、 第６図は第１図における命令スケジューリング手段の処
理のフローチャートおよび、 第７図は第６図のスケジューリング可能命令選択処理の
詳細を示すフローチャートである。 図において、 １・・・・・・命令ブロック入力手段 ２・・・・・・ＤＡＧ構築手段 ３・・・・・・命令スケジューリング手段４・・・・・
・命令ブロック出力手段 ５・・・・・・命令ブロック格納ファイル５１・・・命
令プロ・７り ６・・・・・・メモリ ６１・・・命令ブロック展開メモリ ６２・・・レジスタ生死表 ６３・・・メモリ生死表 ６４・・・ＤＡＧ表現命令テーブル ６５・・・スケジューリング済命令ブロック展開メモリ ７・・・・・・スケジューリング済命令ブロック格納フ
ァイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パイプライン機構を持つアーキテクチャ上で実行される
   命令を最適化する方式において、命令ブロックを入力す
   る命令ブロック入力手段と、 入力した命令ブロック内の各命令の依存関係を調査し、
   命令をチェーニングしてＤＡＧを構築するＤＡＧ構築手
   段と、 構築されたＤＡＧからパイプライン機構を最も有効に利
   用するように命令を並べ換える命令スケジューリング手
   段と、 並べ替えた命令列を出力する命令ブロック出力手段とを
   備えたことを特徴とする命令スケジューリング方式。