JPH03149622A - データ処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、データ処理装置に係り、詳しくは、マイクロ
プログラム制御方式によりデータを処理するデータ処理
装置に関する。

コンピュータにおける制御方式にはワイヤードロジック
方式とマイクロプログラム方式の２種類があり、マイク
ロプログラム方式では、マイクロ命令と呼ぶ、より単純
で、ハードウェアの基本動作に密接した命令セットをも
ち、１つの命令（機械命令）の動作をこのマイクロ命令
の組み合わせに変換してから、マイクロ命令を順に実行
する方法をとる。マイクロプログラム方式は、制御回路
の構成が統一的になり設計効率が向上する、拡張や変更
などシステムの柔軟性が大きくなる、複雑な制御も可能
になるなどの利点があるが、動作速度は遅くなる傾向が
ある。これは論理回路の複雑さを、マイクロ命令による
プログラムという形に変換したためである。

【従来の技術〕

従来のデータ処理装置では、例えばマイクロプログラム
をＲＯＭに入れておき、マイクロプログラムの実行は、
ＲＯＭのアドレス指定、マイクロ命令をレジスタ（マイ
クロ命令レジスタ）に読み出す、命令の解読、制御信号
の発生という手順をとって行われる。

この一連の処理はシーケンス回路によりプログラムカウ
ンタ、スタックポインタ、割込制御回路等を一定のクロ
ック周期に同期して動作させることで、実行される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来のデータ処理装置にあっ
ては、上記回路各部を動作せせるために同一周期、同パ
ルス幅のクロックを使用する構成であるため、例えば分
岐命令、割込命令など処理時間の長い命令、処理段数の
多い命令を実行するためにはｌサイクルの周期を長くす
るか、あるいは多サイクルとすることで対処する必要が
あり、その結果、サイクル時間を長くすると、短時間で
処理できるプログラムカウンタのカウントアツプなどが
長くなってしまいサイクルの効率が悪くなるのでシステ
ム処理時間が長くなるという問題点があった。

一方、サイクル時間を短くしてパイプライン処理をする
という方法もあるが、これによると分岐命令の場合はサ
イクル数を多くして対処できるものの、その反面ハード
ウェアの構成が複雑となり、コストアップを招来する。

また、マイクロコード（ファームウェア）も複雑となり
、高度なプログラミングが必要で、高度な知識の必要性
や工数の増加を招く。

そこで本発明は、ハードウェアやマイクロコードの複雑
化およびコストアップを招くことなく、命令処理の効率
を高めてシステム処理時間を短縮できるデータ処理装置
を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によるデータ処理装置は上記目的達成のため、マ
イクロ命令をデコードする命令デコード手段と、マイク
ロ命令のデコード結果に基づき所定のクロック信号に同
期してデータ処理に必要な各種の制御を行うシーケンス
制御手段と、マイクロ命令のデコード結果に基づきシー
ケンス制御手段による各種の制御結果に同期して入力デ
ータを処理するデータ処理手段とを備えたデータ処理装
置において、前記マイクロ命令をデコードし、そのデコ
ード結果に応じてクロック信号の周期を変えるデータを
設定する可変データ発生手段と、可変データ発生手段に
より設定されたデータに基づいて前記クロック信号の周
期を変える周期可変手段とを設け、前記シーケンス制御
手段は、周期可変手段により変えられたクロック信号に
同期して前記制御を行うように構成している。

〔作用〕

本発明では、マイクロ命令のデコード結果に応じてクロ
ツり信号の周期を変えるデータが設定され、その設定さ
れたデータに基づいてクロック信号の周期が変えられ、
シーケンス制御手段が変えられたクロック信号に同期し
てデータ処理に必要な各種の制御を順次実行する。

したがって、クロック命令の種類に応じた適切なりロッ
ク信号となり、ハードウェア等の複雑化およびコストア
ップを招くことなく−命令処理の効率が高まり、システ
ム処理時間が短縮する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜５図は本発明に係るデータ処理装置の一実施例を
示す図である。第１図は本装置の全体構成図である。こ
の図において、１はスタックポインタ、２はセレクタ、
３はマイクロプログラムカウンタ、４はプログラムカウ
ンタ用インクリメンタ、５はセレクタ、６は人力バッフ
ァであり、これらは後述の命令デコーダ９からのデコー
ド結果に基づきクロック信号に同期してデータ処理に必
要な各種の制御を行うシーケンス制御手段７を構成して
いる。

８は演算器で、演算器８はマイクロ命令のデコード結果
に基づきシーケンス制御手段７による各種の制御結果に
同期して入力データを処理するデータ処理手段としての
機能を有する。”９は命令デコーダであり、命令デコー
ダ９は外部から入力される命令コード（マイクロ命令に
相当）をデコードするもので、詳細を第２図に示すよう
にデコーダＩＯおよびＲＯＭＩＩにより構成される。デ
コーダ（命令デコード手段に相当）１０は命令コードを
デコードし、例えば図示のようにマイクロプログラムカ
ウンタ３を〔１〕だけインクリメントする命令を出した
り、あるいは外部データをマイクロプログラムカウンタ
３に加える命令をマイクロプログラムカウンタ３に出す
等の処理を行う。一方、ＲＯＭ　（可変データ発生手段
に相当）１１は命令コードをアドレスとして記憶内容を
読み出し、この読み出しデータは命令の種類に応じてク
ロック信号の周期を変えるためのデータに相当し、具体
的には後述の分周器１３に与える分周係数となる。分周
係数としては、例えば前述のようにマイクロプログラム
カウンタ３を（１）だけインクリメントする命令の場合
はＲＯＭ出力を０００１”とし、外部データをマイクロ
プログラムカウンタ３に加える命令の場合はＲＯＭ出力
を”００１０″とする。

１２は水晶１２ａを有する発振回路であり、発振回路１
２は原クロック（原ＣＬＫ）として例えば１６Ｍｋ１ｚ
程度の高周波信号を発生して分周器１３に出力する。分
周器１３はＲＯＭＩＩからの分周係数に基づいて原クロ
ック信号を分間してその信号周期を変えてシーケンス制
御子ｆｉＴの各部に出力するもので、周期可変手段に相
当し、その詳細を第３図（ａ）に示すように、プリセッ
トレジスタ１４、ダウンカウンタ１５およびトグルフリ
ップフロップ１６により構成される。第３図（ｂ）に信
号の波形図を示すように、ＲＯＭ出力はプリセットレジ
スタ１４に取り込まれて一時ラッチされ、発振器１２か
らの原クロックはプリセットレジスタ１４のラッチデー
タに応じてダウンカウンタ１５によってダウンカウント
して分周され、その分周出力はトグルフリップフロアブ
１６により５０％デユーティの波形に整形され、これが
クロック信号（ＣＬＫ）となる。なお、第１図中ではＳ
−，がクロックライン、Ｓ２がデータライン、Ｓ、がコ
ントロールラインを表す。

以上の構成において、第４図は動作のタイミングチャー
トである。外部からの命令コードが命令デコーダ９によ
り取り込まれてデコードされて各種の処理が実行される
が、第４図では命令をインストラクション（Ｉｎｓｔ）
として表している。まず、第１のインストラクションＩ
ｎｓｔ■が、例えばスタックや割込処理の如く外部から
のデータを処理するもののように処理時間が比較的長い
ものに相当すると、ごのｌｎｓｔ＠がＲＯＭＩＩにより
デコードされて分周係数■として分周器１３に出力され
、分周器１３により原クロックの周波数を大幅に下げる
ように発振器１２の出力が分周されて周期の長いクロッ
ク（ＣＬＫ）が発生する。そして、このクロックにより
シーケンス制御手段７の各部が制御を実行する。

具体的に示すと、第５図にループ■で表すようになり、
第５図では命令デコーダ９をインストラクションデコー
ダとし、セレクタ５をマルチプレクサとしている。また
、図中のＲＯＭ１７はセレクタ５からの出力データをア
ドレスとして対応する記憶内容をデータとして読み出し
外部アドレスとしたり、入力バッファ６に戻したり、さ
らにはコントロール回路１８にデータを送り、コントロ
ール回路１８によって必要な回路各部を制御したりする
。

ループのはスタックの内容をマイクロプログラムカウン
タ３にロードする命令、すなわちリターン命令であり、
図中に矢印で示すようにスタックポインタ１からのデー
タはマルチプレクサ５、プログラムカウンタ用インクリ
メンタ４を介してマイクロプログラムカウンタ３に入力
される。このとき、プログラムカウンタ用インクリメン
タ４に関してはインクリメント動作をせず、データバス
状態となる。この場合、ループのは一般的に処理時間が
長いものであるが、クロックの周期が実行可能な範囲内
で短く予め設定されるため、従来に比して全体的な処理
時間が短縮する。

一方、インストラクションＩｎｓｔｏが、例えば相対ジ
ャンプ命令のように通常の処理の如く外部からのデータ
の取り込み等を必要としないようなもの（例えば、プロ
グラムカウンタのインクリメント処理）で処理時間が比
較的短いものに相当すると、このＩｎｓｔ■がＲＯＭＩ
Ｉよりデコードされて分周係数■として分周器１３に出
力され、分局器１３により原クロックの周期を少し下げ
るように発振器１２の出力が分周されて周期の短いクロ
ックが発生し、これに基づいてシーケンス制御手段７に
よる制御が実行される。なお、次のインストラクション
ＩｎｓｔＯは再び処理時間の長い制御に対応している。

ここで、Ｉｎｓｔ■の処理を具体的に説明すると、第５
図にループ■で表される。ループ■はマイクロプログラ
ムカウンタ３のインクリメント処理であり、矢印で示す
ように命令デコーダ９によってデコードされた結果に基
づきマイクロプログラムカウンタ３の内容を演算器８を
介してマルチプレクサ５、プログラムカウンタ川インク
リメンタ４に順次入力し、マイクロプログラムカウンタ
３に戻る。、プログラムカウンタ用インクリメンタ４は
基本的にはアダーであり、上記のループによりマイクロ
プログラムカウンタ３の内容が更新される。

このように本実施例では、命令コードの種類に応じて予
め実行可能な時間を設定し、実行の速い命令は原クロッ
クの分周回数を少なくして周期の短いクロックとし、実
行の遅い命令は分周回数を多くして周期の長いクロック
としてシーケンス制御手段７による制御を実行している
ので、動作としては従来例と同じようなループを経るが
、ｌサイクルにおける処理の実行スピードを短くするこ
とができ、システム処理時間を短縮することができると
ともに、フリキシブルで効率の高い最効率化システムを
実現できる。また、構成的にも従来に対してＲＯＭＩＩ
と分周器１３を追加するのみでよいから、ハードウェア
やマイクロコードの複雑化およびコストアップを避ける
ことができる。

なお、上記実施例ではパイプライン処理を用いていない
が、本発明はパイプライン処理にも適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ハードウェアやマイクロコードの複雑
化を招くことなく、命令処理の効率を高めることができ
、システム処理時間を短縮することができる。また、フ
レキシブルで効率の高い最効率化システムを実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明に係るデータ処理装置の−実施例を
示す図であり、 第１図はその全体構成図、 第２図はその命令デコーダのブロック図、第３図はその
分周器の構成を説明する図、第４図はその動作のタイミ
ングチャート、第５図はその動作の一例を説明する図で
ある。 ｌ−・・・・・スタックポインタ、 ２・・・・・・セレクタ、 ３・・・・・・マイクロプログラムカウンタ、４・・・
・・・プログラムカウンタ川インクリメンタ、５・・・
・・・セレクタ、 ６・・・・・・入力ハツファ、 ７・・・・・・シーケンス制御手段、 ８・・・・・・演算器（データ処理手段）、９・・・・
・・命令デコーダ、 ｌＯ・・・・・・デコーダ（命令デコード手段）、１１
・・・・−ＲＯＭ（可変データ発生手段）、１２−・・
・・・発振器、 １３・・・・・・分周器（周期可変手段）、１４−−−
−−・プリセットレジスタ、１５−−−−−・ダウンカ
ウンタ、 １口−・・・・・トグルフリップフロップ、１７・・・
・・・ＲＯＭ。 １８−・・・・・コントロール回路。 １５　　　、 プリセフト　レジスタト１４ ｉｓ　　　　１６ 　ｆｉｃＬＫ−二ＩＪ−≠−」 一実施例の分周器の構成を説明する図 第３図 ［ 外部データ 外部１ドレス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マイクロ命令をデコードする命令デコード手段と、 マイクロ命令のデコード結果に基づき所定のクロック信
   号に同期してデータ処理に必要な各種の制御を行うシー
   ケンス制御手段と、 マイクロ命令のデコード結果に基づきシーケンス制御手
   段による各種の制御結果に同期して入力データを処理す
   るデータ処理手段とを備えたデータ処理装置において、 前記マイクロ命令をデコードし、そのデコード結果に応
   じてクロック信号の周期を変えるデータを設定する可変
   データ発生手段と、 可変データ発生手段により設定されたデータに基づいて
   前記クロック信号の周期を変える周期可変手段とを設け
   、 前記シーケンス制御手段は、周期可変手段により変えら
   れたクロック信号に同期して前記制御を行うように構成
   したことを特徴とするデータ処理装置。