JPH03218524A

JPH03218524A - 命令処理装置

Info

Publication number: JPH03218524A
Application number: JP9810290A
Authority: JP
Inventors: Toshiichi Marushima; 敏一丸島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-11-08
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1991-09-26
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JP2814683B2

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、分岐予測先の命令の実行結果を使用してさら
にその先の命令の処理を行う命令処理装置に関するもの
である。

（従来の技術）従来の命令処理装置では、分岐予測先の命令をフェソチ
、デコードするもの（例えば、ＩＢＭ３６０／９１命令
処理装置：　Ｄ．　Ｗ．　Ａｎｄｅｒｓｏｎ，　Ｆ．　
Ｊ．　Ｓｐａｒａｃｉｏ，　Ｆ．　Ｍ．Ｔｏｍａｓｕｌ
ｏ：　”Ｔｈｅ　ＩＢＭ　Ｓｙｓｔｅｍ　／　３６０　
Ｍｏｄｅｌ　９１　：Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｐｈｉｌｏｓｏ
ｐｈｙ　ａｎｄ　Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｈａｎｄｌ
ｉｎｇ”，ＩＢＭ　Ｈｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅｓｅａｒ
ｃｈ　＆　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，　ｐｐ．　８−２
４，Ｎｏ．　１，　Ｍｏｌ．　１，　Ｊａｎ．　１９６
７．　）や、分岐先が確定しテイなくてもオペランドが
揃った命令は実行するがその実行結果は他の命令のソー
スオペランドにはならないもの（例えば、「新風」命令
処理装置：久我、村上、富田二′′「新風」プロセソサ
の高速化メカニズム“、情報処理学会第３７回全国大会
講演論文集、４Ｎ−２．　１９８８．）がある。これら
の命令処理装置は、第１６図に示すように、命令記憶手
段１０、レジスタ書込み予約手段２０、命令発行手段４
０′，オペランドアクセス制御手段５０，命令実行手段
６０，分岐予測先命令実行結果格納手段７０“及びレジ
スタ８０を備えているが、後述の本願装置の分岐予測先
命令実行結果格納手段からオペランド読出しをする手段
を備えていない。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の命令処理装置では、予測した分岐
先の命令実行は命令発行前の前処理のみであったり、予
測先の命令を実行してもこの実行結果を使用する命令は
分岐先が確定するまでは実行されなかった。このような
制約を加えることは、本来実行可能な命令を待たせるこ
とになり、性能低下を及ぼすという問題点があった。

本発明の目的は、このような従来の問題点を除去して、
分岐予測先の命令の実行結果を使用してさらにその先の
命令の処理を行う命令処理装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）前述の問題点を解決するために本願第１の発明分岐命令
による分岐先の確定を待たずに分岐先アドレスを分岐予
測方式において、処理すべき命令を記憶する第１の手段
と、命令の実行結果を書き込むレジスタという第２の手
段と、第１の手段より得られた命令が実行結果として行
なうレジスタへの書込みをあらかじめ予約する第３の手
段と、第３の手段により予約された命令を保持し、命令
を発行する第４の手段と、第４の手段により発行された
命令を実行する第５の手段と、第５の手段と第２の手段
との間に配置される、予測されていながら確定していな
い分岐先にある命令による実行結果を一時的に保持する
第６の手段と、第６の手段により保持された実行結果を
第２の手段へ転送する第７の手段と、第６の手段により
保持された実行結果を第４の手段がオペランドとして読
み出す第８の手段と、第２の手段により保持された実行
結果を第４の手段がオペランドとして読み出す第９の手
段とを備え、さらに第４の手段は、分岐先未確定の分岐
命令以前の命令系列保持する第１０の手段と、第１０の
手段に保持された命令と第３の手段により予約された命
令を第５の手段に発行する第１１の手段と、第３の手段
によるレジスタ書込み予約を受取り、第１１の手段が行
う命令発行の履歴情報を受取り、第５の手段による分岐
先確定情報を受け取ることにより、第１１の手段が行う
オペランドアクセスに対して、制御を加える第１２の手
段を備え、予測された確定前の分岐先の命令の実行結果
を使用してさらにその先の命令の処理を行うことを特徴
とする。

また本願第２の発明は；前記第１０の手段を２つ以上備え、第３の手段により予
約された命令を、分岐命令を区切りとして複数の第１０
の手段に対して、順次振り分けることを特漱とする。

また本願第３の発明は；前記第２の手段と第６の手段と第７の手段と第８の手段
と第９の手段との代わりに、第２の手段と第９の手段の
組を２つ以上と、その複数の第２の手段に保持されてい
る値を互いに転送する手段とを備え、予測されていなが
ら確定していない分岐先にある命令による実行結果を、
複数の第２の手段のいずれかに保持することを特徴とす
る。

また本願第４の発明は；前記第１１の手段を２つ以上備えることにより、複数の
命令を同時に発行することを可能とすることを特徴とす
る。

（作用）このような手段をとることによって、分岐命令以前の命
令系列と予測された分岐先の命令系列を可能な限り同時
に実行しながら、予測された確定前の分岐先の命令によ
る実行結果であってもオペランドとして使用することを
可能とする。これにより、分岐命令の確定待ちによる命
令実行開始の遅延を抑えることができ、高速な処理を可
能とする。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す装置構成図である。図
中１０は処理すべき命令を記憶する命令記憶手段である
。２０は命令記憶手段ＩＯより得た命令が実行結果とし
て行うレジスタへの書込みをあらかじめ予約するレジス
タ書込み予約手段である。３０はレジスタ書込み予約手
段２０により処理された命令を複数保持できる先入れ先
出し機能を持つ命令保持手段であり、分岐先が確定し、
実行されることが確定している命令系列を保持する。４
０は命令保持手段により保持された命令、もしくはレジ
スタ書込み予約手段２０により処理された、実行が確定
していない命令を発行する命令発行手段である。５０は
命令発行手段４０が行うオペランドアクセスに対し制御
を加えるオペランドアクセス制御手段である。６０は命
令発行手段４０により発行された命令を実行する命令実
行手段である。７０は命令実行手段６０から出力される
結果の内、実行が確定していない命令による実行結果を
一時的に保持する分岐予測先命令実行結果格納手段であ
る。８０は命令実行手段６０から出力される結果の内、
実行が確定している命令による実行結果を保持するレジ
スタである。

第２図はオペランドアクセス制御手段５０の要部を示し
たものである。５１０はレジスタ書込み予約手段２０に
より設定されるレジスタを書込み履歴フラグであり、命
令分岐から次の分岐命令までを一つのフロノクと考え、
過去から現在を通してブロノク内で該レジスタにタすし
て書込み予約があったどうかを示す。５２０はレジスタ
書込み予約手段２０により設定されるレジスタ書込み予
約済フラグであり、現時点でフロック内で該レジスタに
対して書込み予約がされているかどうかを示す。５３０
は命令発行手段４０により設定される命令発行済フラグ
であり、現時点でブロソク内で該レジスタに対して書込
み予約をしている命令が発行されているかでうかを示す
。レジスタ書込み履歴フラグ５１０、レジスタ書込み予
約済フラグ５２０、命令発行済フラグ５３０は同一の形
式で、第３図に示すように、レジスタの各要素に対応す
るフラグを持ち、さらに確定している命令用と確定して
いない命令用との２種類のフラグセノトを備える。この
２種類のフラグレジスタを区別するため、Ａ側、Ｂ側と
いう用語を用いる。

命令分岐から次の命令分岐までの一つのブロソクには、
Ａ側かＢ側のどちらか一方が割り当てられる。この割り
当て該ブロノクに含まれる全命令の終了時に解放され、
次のブロノクに割り当てることができるようになる。５
４０はレジスタ書込み履歴フラグ５１０、レジスタ書込
み予約済フラグ５２０、命令発行済フラグ５３０におけ
る２種類のフラグセットの内、どちら側が確定している
命令用であるかを示す確定命令系列フラグである。すな
わち、現在実行中のＡ側かＢｆｌｌ１のどちら側が実行
が確定している命令系列なのかを示す。これにより、該
ブロソクが割り当てられている側が、確定命令系列５４
０が規定する側と一致していれば該ブロソクの実行は確
定しているものと判定することができる。５５０命令発
行手段４０が行なうオペランドアクセスに対して情報を
与えるオペランド読出し判定回路であり、オペランド読
出しを分岐予測先命令実行結果格納手段７０とレジスタ
８０のどちらかから行うという読出し元の情報と、読出
しを行って良いかという読出し可否の情報とを、レジス
タ書込み履歴フラグ５１０、レジスタ書込み予約済フラ
グ５２０、命令発行済フラグ５３０、確定命令系列フラ
グ５４０による値から作成する。この読出し情報の判定
流れ図を第４図に示す。第４図において、レジスタ書込
み履歴フラグ５１０をＷＨ、レジスタ書込み予約済フラ
グ５２０をＷＢ、命令発行済フラグ５３０をＩＢ、確定
命令系列フラグ５４０をＦＰ、該ブロソク側をＢｌｋ、
該ブロノクの反対側をｒＢ１ｋ、判定する該レジスタ番
号をＲｅｇで表す。特に、レジスタ書込み履歴フラグ５
１０、レジスタ書込み予約済フラグ５２０、命令発行済
フラグ５３０については、例えば、「レジスタ書込み予
約済フラグ５２０の、該ブロソク側のフラグセットの、
該レジスタ番号７５ζ示すフラグ」を、ＷＢ（Ｂｌｋ，
　Ｒｅｇ）という形で表す。

以上のような構成の命令処理装置において、本発明の内
容を説明するために、まず実行されることが確定してい
る命令を処理する際の動作を説明する。命令は命令３己
憶手段１０がら読み出され、その命令が実行結果として
行うレジスタへの書込みを、レジスタ書込み予約手段２
０により予約する。

レジスタ書込みの予約の予約操作では、レジスタ書込み
履歴フラグ５１０とレジスタ書込み予約済フラグ５２０
の両方に対して、該ブロック側フラグセントの該書込み
レジスタ番号の示すフラグを設定する。ここで設定され
たフラグの内、レジスタ書込み履歴フラグ５１０は該ブ
ロソクの終了時、すなわち次の分岐命令までの全命令が
終了した時点で解除され、レジスタ書込み予約済フラグ
５２０は該命令が終了した時点で解除される。レジスタ
書込み予約手段２０により予約が完了した命令は、命令
保持手段３０に保持され、命令発行を待つ。命令保持手
段３０に保持されていた命令は、命令発行手段４ｏにお
いてオペランドアクセスを行ない、これに成功したもの
は命令実行手段６０に転送される。ここで行われるオペ
ランドアクセスにあたって、言売出しに関する情報を、
オペランドアクセス制御手段５ｏより受け取る。このと
きオペランドアクセス制御手段５０では、第４図の流れ
図に沿って判定が下される。まず、該ブロソクと確定命
令系列フラグ５４０の比較が行われ（ステソプ１０１）
、これが一致していることから、該ブロソクは実行され
ることが確定していることがわかる。そして、命令発行
済フラグ５３０の該ブロソク側フラグセントの該読出し
レジスタ番号の示すフラグを判定し（ステソプ１０２）
、このフラグが解除された状態であれば、レジスタ８０
への該オペランドアクセスを許可する。命令発行手段４
０から命令を発行すると同時に、命令発行済フラグ５３
０の該ブロノク側フラグセノトの該書込みレジスタ番号
の示すフラグを設定する。命令発行手段４０から発行さ
れた命令は命令実行手段６０において該命令が規定する
動作を行ない、その実行結果を生成する。命令実行手段
６０において生成された実行結果は、レジスタ８０に格
納され、実行を終了する。命令の実行終了時には、レジ
スタ書込み予約済フラグ５２０と命令発行済フラグ５３
０の両方に対して、該ブロック側フラグセントの該書込
みレジスタ番号の示すフラグを解除する。

次に、分岐予測機構により予測された、実行が確定して
いない命令を実行する場合の動作について説明する。命
令は命令記憶手段１０から読み出され、その命令が実行
結果として行うレジスタへの書込みを、レジスタ書込み
子約手段２０により予約する。レジスタ書込みの予約操
作では、レジスタ書込み履歴フラグ５１０とレジスタ書
込み予約済フラグ５２０の両方に対して、該ブロック側
の該書込みレジスタ番号の示すフラグを設定する。ここ
で設定されたフラグの内、レジスタ書込み履歴フラグ５
１０は次の分岐命令までの全命令が終了した時点で解除
され、レジスタ書込み予約済フラグ５２０は該命令が終
了した時点で解除される。レジスタ書込み予約手段２０
により予約が完了した命令は、命令発行手段４０におい
てオペランドアクセスを行ない、これに成功したものは
命令実行手段６０に転送される。ここで行われるオペラ
ンドアクセスにあたって、オペランド読出しを分岐予測
先命令実行結果格納手段７０とレジスタ８０のどちらか
ら行うかという読出し元の情報と、読出しを行って良い
かという読出し可否の情報とを、オペランドアクセス制
御手段５０より受け取る。このときオペランドアクセス
制御手段５０では、第４図の流れ図に沿って判定が下さ
れる。まず、該ブロソクと確定命令系列フラグ５４０の
比較が行われ（ステップ１０１）、これが一致していな
いことから、該ブロノクは実行されることが確定しない
ことがわかる。次にレジスタ書込み履歴フラグ５１０の
該フロック側フラグセントの該読出しレジスタ番号の示
すフラグを判定し（ステソプ１０３）、このフラグが解
除された状態であればオペランドアクセスをレジスタ８
０から、設定された状態であればオペランドアクセスを
分岐予測先命令実行結果格納手段７０から行うように、
命令発行手段４０に伝える。さらにこのオペランド読出
し元情報を元に、オペランドアクセス制御手段５０が命
令発行手段４０に対して伝える、オペランドアクセス許
可情報を作成する。すなわち、もしレジスタ８０から読
み出す場合であれば、レジスタ書込み予約済フラグ５２
０の該ブロソクの反対側のフラグセノトの該読出しレジ
スタ番号の示すフラグを判定し（ステノプ１０４）、こ
のフラグが解除された状態であればレジスタ８０への該
オペランドアクセスを許可する。もし、分岐予測先命令
実行結果格納手段７０から読み出す場合であれば、命令
発行済フラグ５３０の該ブロソク側フラグセットの該レ
ジスタ番号の示すフラグを判定しくステップ１０５）、
このフラグが解除された状態であれば分岐予測先命令実
行結果格納手段７０への該オペランドアクセスを許可す
る。

命令発行手段４０から命令を発行すると同時に、命令発
行済フラグ５３０の該ブロック側フラグセノトの該書込
みレジスタ番号の示すフラグを設定する。

命令発行手段４０から発行された命令は命令実行手段６
０において該命令が規定する動作を行ない、その実行結
果を生成する。命令実行手段６０において生成された実
行結果は、分岐予測先命令実行結果格納手段７０に一時
的に保持される。この時点でとりあえず命令は終了した
ものとみなされ、レジスタ書込み予約済フラグ５２０と
命令発行済フラグ５３０の両方に対して、該ブロソク側
の該書込みレジスタ番号の示すフラグを解除する。

次に、分岐命令による分岐先が確定し、予測した分岐先
と一致していた時の動作を説明する。分岐命令の分岐先
が確定したら、その分岐命令以前の命令の実行終了を待
った後、分岐予測先命令実行結果格納手段７０に一時的
に保持されていた実行結果をレジスタ８０に転送する。

すべての転送が終了後、分岐予測先命令実行結果格納手
段７０の全要素を解除する。レジスタ書込み履歴フラグ
５１０では、確定命令系列フラグ５４０が規定するフラ
グセントを全要素解除する。その後、確定命令系列フラ
グ５４０を反転させる。

次に、分岐命令による分岐先が確定したが、予測した分
岐先と一致せず、分岐予測が失敗した時の動作を説明す
る。分岐予測失敗を検知すると、分岐予測失敗した先の
命令の命令記憶手段１０からの投入を停止し、命令実行
手段４０にすでに投入されている分岐予測失敗した先の
命令の実行の終了を待ち、分岐予測先命令実行結果格納
手段７０の全要素を解除する。レジスタ書込み履歴フラ
グ５１０、レジスタ書込み予約済フラグ５２０、命令発
行済フラグ５３０の全てにおいて、確定命令系列フラグ
５４０が規定する側の逆側のフラグセントを全要素解除
する命令言己憶１０からは確定した分岐先の命令を投入
し、実行が確定した命令として実行を続行する。

次に第５図に示すプログラムにおいて動作例を説明する
。プログラム中の分岐命令については分岐を起こさない
方に予測されているものとする。また、確定命令系列フ
ラグ５４０は−初期値としてＡ側を指示するものとする
。つまり、最初に投入される命令から次の分岐命令まで
は、レジスタ書込み履歴フラグ５１０、レジスタ書込み
予約済フラグ５２０、命令発行済フラグ５３０における
Ａ，　Ｂ２種類のフラグセノトの内、Ａ側を使用する。

まず第１サイクルでは命令（１）が命令記憶１０から読
み出されて、レジスタ書込み予約手段２０を通じて、命
令（１）の書込みレジスタｒ２に対応した、レジスタ書
込み履歴フラグ５１０とレジスタ書込み予約済フラグ５
２０の両者のＡ側の２番のフラグをＯＮにする。第２サ
イクルでは命令（２）が命令記憶手段１０から読み出さ
れて、レジスタ書込み予約手段２０を通じて、命令（２
）の書込みレジスタｒ４に対応した、レジスタ書込み履
歴プラグ５１０とレジスタすき込み予約済フラグ５２０
０両者のＡ側の４香のフラグをＯＮにする。それと同時
に、命令（１）が命令保持手段３０により保持される。

第３サイクルでは、命令（３）が命令記憶手段１０から
読み出されるか、命令（３）はレジスタ書込みがないの
で、レジスタ書込み予約手段２０は書込み予約はしない
。それと同時に命令（２）が命令保持手段３０により保
持される。それと同時に命令発行手段４０において命令
（１）がオペランドｒＯとｒ１を読み出し、命令を発行
する。この時、命令発行済フラグのＡ側の０番と１番フ
ラグをチェノクし、共にＯＦＦであるのでオペランドア
クセスは成功する。命令発行時には、命令（１）の書込
みレジスタｒ２に対応した、命令発行済フラグ５３０の
両者のＡ側の２番のフラグをＯＮにする。第４サイクル
では、命令（４）が命令記憶手段１０から読み出されて
、レジスタ書込み予約手段２０を通じて、命令（４）の
書込みレジスタｒ５に対応した、レジスタ書込み履歴フ
ラグ５１０とレジスタ書込み予約済フラグ５２０の両者
のＢ側の５番のフラグをＯＮにする。それと同時に命令
（３）が命令保持手段３０により保持される。それと同
時に命令発行手段４０において命令（２）がオペランド
ｒ２とｒ３を読み出そうとするが、命令発行済フラグの
Ａ側の２番のフラグがＯＮになっているため、オペラン
ドアクセスは失敗し、命令発行手段４０に留まる。第４
サイクルにおけるスナノプショノトを第６図に示す。

第５サイクルでは、命令（１）は演算実行を続け、命令
（２）は命令発行手段４０に、命令（３）は命令保持手
段３０に保持され続ける。命令（５）が命令記憶手段１
０から読み出されて、レジスタ書込み予約手段２０を通
じて、命令（５）の書込みレジスタｒ６に対応した、レ
ジスタ書込み履歴フラグ５１０とレジスタ書込み予約済
フラグ５２０の両者のＢ側の６番のフラグをＯＮにする
。命令（４）は、まず命令（４）の読出しレジスタｒＯ
、ｒ３に対応した、レジスタ書込み履歴フラグ５１００
Ｂ側の０番と３番を判定し、共にＯＦＦであるので共に
レジスタ８０からオペランドを読み出すことになる。そ
して、レジスタ書込み予約済フラグ５２０のＡ側の０番
と３番を判定し、共にＯＦＦであるのでオペランドアク
セスは成功し、命令発行手段４０から命令（４）が発行
される。第６のサイクルでは命令（６）が命令記憶手段
１０から投入される。それと同時に命令発行手段４０に
おいて命令（５）がオペランドｒ２とｒ３を読み出そう
とするが、命令発行済フラグのＡ側の２番のフラグがＯ
Ｎになっているため、オペランドアクセスは失敗し、命
令発行手段４０に留まる。第７サイクルでは自今（７）
が命令記憶手段１０から投入されようとするが、レジス
タ書込み予約手段２０に命令（６）が留まっているため
、投入できない。第８サイクルでは変化がない。第８サ
イクルにおけるスナノブショットを第７図に示す。

第９サイクルでは命令（１）の実行結果のレジスタ８０
への書込みが起こり、レジスタ書込み予約済フラグ５２
０と命令発行済フラグのＡ側の２番をＯＦＦにする。こ
れにより、命令発行済フラグのＡ側の２番がＯＦＦにな
るのを待っていた、命令発行手段４０にある命令（２）
と命令（５）の両者のオペランドアクセスが成功するが
、本実施例では同時には１つの命令しか発行できない構
成になっているため、確定系列側の命令（２）のみが発
行される。第１０サイクルでは命令（３）の発行が試み
られるが、命令（２）によって命令発行済フラグのＡ側
の４番がＯＮにされているためオペランドアクセスに失
敗し、命令発行手段４０に留まる。また第１０サイクル
では前サイクルに保留された命令（５）の発行が行われ
る。これによって、第１１サイクルでは命令（６）が命
令発行手段４０に、命令（７）がレジスタ書込み予約手
段２０に進む。また、命令（４）の実行結果の分岐予測
先命令実行結果格納手段７０への書込みが起こり、レジ
スタ書込み予約済フラグ５２０と命令発行済フラグ５２
０のＢ側の５番をＯＦＦにする。これにより、以下のよ
うに命令発行手段４０にある命令（６）のオペランドア
クセスが成功し、命令（６）が発行される。すなわち、
レジスタ書込み履歴フラグ５１０のＢｌ則の５＠がＯＮ
になっているため、オペランド読出し分岐予測先命令実
行結果格納手段７０がらであることがわかり、命令発行
済フラグ５３０のＢ側の５番がＯＦＦになったことによ
りオペランドアクセスが許可されたことになる。第１１
サイクルにおけるスナノプショノトを第８図に示す。

第１２サイクルがら第１４サイクルの間は変化が起こら
ない。第１５サイクルでは命令（２）の実行結果のレジ
スタ８０への書込みが起こり、レジスタ書込み予約済フ
ラグ５２０と命令発行済フラグのＡ側の４番をＯＦＦに
する。これにより、命令発行済フラグのＡ側の４番がＯ
ＦＦになるのを待っていた、命令発行手段４０にある命
令（３）が発行される。第１６サイクルでは命令（２）
の、そして第１７サイクルでは命令（６）の実行結果の
分岐予〆ｐη先命令実行結果格納手段７ｏへの書込みが
起こり、レジスタ書込み予約済フラグ５２０と命令発行
済フラグ５３０のＢ側の６番と７番をＯＦＦにする。こ
れにより、第１７サイクルでは、命令発行済フラグのＢ
側の７番がＯＦＦになるのを待っていた、命令発行手段
４０にある命令（７）が発行される。第１８サイクルで
は変化がない。第１９サイクルでは、命令（３）の実行
が終了し、予測した分岐先に確定するので、分岐予測先
命令実行結果格納手段７０がらレジスタ８０への転送を
行う。このとき分岐予測先命令実行結果格納手段７０内
には、命令（４），　（５），　（６）による実行結果
ｒ５，　ｒ６，　ｒ７があり、転送はこの３つについて
行われる。転送後、分岐予測先命令実行結果格納手段７
０は解除される。そして、レジスタ書込み履歴フラグの
Ａ側を全要素解除し、確定命令系列フラグ５４０の規定
する値をＡ側からＢ側に反転する。

これにより、次の第２０サイクルではＡ側が新たに使用
できるようになるので命令（８）が命令記−１＃１０か
ら投入される。第２０サイクルにおけるスナノプショソ
トを第９図に示す。

第２１サイクルでは、命令（７）の実行が終了し、予測
した分岐先に確定する。但し、このとき分岐予測先命令
実行結果格納手段７０内には書込みが起きていないので
、分岐予測先命令実行結果格納手段７０からレジスタ８
０への転送は行われない。そして、レジスタ書込み履歴
フラグのＢ側を全要素解除し、確定命令系列フラグ５４
０の規定する値をＢ側からＡｆｔｌ！Ｉ＋に反転する。

命令（８）は第２１サイクルで発行され、第２６サイク
ルで終了し、プログラムが終了する。プログラムの開始
から終了までのタイムチャートを第１０図に示す。

以上、本願発明による命令処理装置において、命令の処
理過程について説明した。

次に、第１図の１つの命令保持手段３０の代わりに２つ
の命令保持手段３１．　３２を生じた場合の本発明の他
の一実施例を第１１図により説明する。

第１１図は、本発明による命令処理装置の一実施例であ
る。図において２つの命令保持手段３１．　３２を備え
ている以外は、前述した第１図の本発明による命令処理
装置の実権例と同じ構成となっている。

本構成では、レジスタ書込み予約手段２ｏにより予約が
完了した命令は、分岐命令を区切りとして、命令保持手
段ＡもしくはＢに保持される。例えば、初めに命令保持
手段Ａに保持されていった命令系列では、分岐命令の次
の命令以降を命令保持手段Ｂに保持し、またその次の分
岐命令の次の命令以降を命令保持手段Ａに保持していく
。これにより、第５図のプログラムの例では、命令（７
）は第１０サイクルまで命令託憶１０から投入できなか
ったが、命令保持手段を２つ使用した本発明では第６サ
イクルにおいて投入が可能となる。レジスタを２つ使用
した場合の本発明のさらに他の一実施例を第１２図によ
り説明する。

第１２図の本発明の命令処理装置は２つのレジスタ８１
．８２とその間の転送手段９０を備えており、分岐予測
先命令実行結果格納手段７０が省かれている以外は、前
述した第１図の本発明による命令処理装置の実施例と同
じ構成となっている。本構成でば、命令実行手段６０に
て得られた結果は、確定している系列に属する命令によ
る結果であればレジスタＡ，Ｂの両者に書込むが、確定
していない系列による結果であれば、分岐命令を区切り
として、レジスタＡもしくはＢのいずれかに保持される
。例えば、ある確定していない命令系列による結果をレ
ジスタＡに保持していった場合には、先行する分岐予測
が成功してこの命令系列が確定した瞬間からこの系列に
よる結果をレジスタＡ，Ｂの両者に書込む。そして、分
岐命令の次の命令以降の結果は実行が確定するまでレジ
スタＢだけに保持し、その命令系列が確定した瞬間から
その系列による結果をレジスタＡ，Ｂの両者に書込む。

またその次の分岐命令の次の命令以降の結果を実行が確
定するまではレジスタＡに保持していき、以下これを繰
り返す。レジスタ間転送手段９０では、レジスタ書込み
済フラグという前述の第３図の形式のフラグレジスタを
備え、上記の動作手順中で片方のレジスタにのみ結果が
書き込まれた場合には、該当する側（すなわち、レジス
タＡならＡ側、レジスタＢならＢ側）の該レジスタ番号
のレジスタ書込み済フラグをＯＮにする。そして、その
命令系列の実行可否を決定する分岐命令が予測成功側に
分岐した時点で、レジスタ書込み済フラグがＯＮとなっ
ている該ブロック側の該レジスタ番号のレジスタを、反
対側の同一レジスタ番号に複写する。レジスタ書込み済
フラグは、この複写後ＯＦＦとする。また、逆に予測失
敗側に分岐した場合には、レジスタ書込み済フラグがＯ
Ｎとなっている該ブロック側の反対側の該レジスタ番号
のレジスタを、レジスタ書込み済フラグがＯＮとなって
いる該ブロック側の同一レジスタ番号に複写する。レジ
スタ書込み済フラグは、この複写後ＯＦＦとする。これ
により、分岐予測先の実行結果を分岐先が確定する前に
片側のレジスタに嘗込み、分岐成功時にはその結果を反
対側に複写し、分岐予測失敗時にはその反対側の値を複
写してくることにより元の値を復元することができる。

第１２図の実施例における、レジスタ読出しの可否と、
いずれのレジスタから読出すべきかの判断を決定する流
れ図を第１３図に示す。使用する記号は第４図と同様で
ある。

次に第１２図の実施例における動作を、前述の第５図に
示すプログラムにおいて説明する。前述の第１図の場合
に比べて、オペランド読出しと実行結果書込みの動作だ
けが異なるため、この部分についてのみ説明する。まず
、命令（１）は確定系列側であり（第１３図、ステップ
２０１）、ｒ２の書込みをする命令が実行中ではない（
ステップ２ｏ４）ので、第１３図の流れ図に従いＡ側の
ｒ２を第３サイクルで読出すことが可能である。また、
命令（１）は書込み時には確定系列であるので両側のレ
ジスタに書き込む。次の命令（２）はやはり確定系列側
であるので、第１３図の流れ図に従い該ブロノク側、す
なわちＡ側のレジスタからオペランド読出しをする。こ
の際、先行する命令（１）が、既にｒ２の書込みを予約
している（すなわち、ＩＢ（Ｂｌｋ，　Ｒｅｇ）がＯＮ
）ため、命令（１）が終了する第９サイクルまでオペラ
ンド読出しが保留される。命令（５）は命令（２）と同
じ＜ｒ２を読み出そうとするが、確定していない系列側
であり（第１３図、ステップ２０１）、該フロソクによ
るｒ２への書込みがされていない（ステップ２０２）た
め、該ブロノクの反対側、すなわちＡ側のレジスタから
オペランド読出しを試みる。ところが命令（１）がずで
にｒ２の書込みを予約している（ステップ２０３）ため
、命令（１）が終了するまでオペランド読出しが保留さ
れる（第９サイクルでは命令（２）が発行されるため、
命令（５）の発行は第１０サイクル）。また、命令（５
）は書込み時にも確定していない系列側であるため、該
ブロック側、すなわちＢ側のレジスタにのみ結果の書込
みをする。その他の命令についても同様の動作をする。

次に、命令発行手段を２つ使用した場合の一実施例を第
１４図、第１５図により説明する。第１４図は、本発明
による命令処理装置の一実施例である。図において、２
つの命令発行手段４１．４２備え、複数命令を同時允行
可能としており、これに対処するためにオペランドアク
セス制御手段１５０、命令実行手段１６０、分岐予測先
命令実行結果格納手段１７０、レジスタ１８０が同時ア
クセス可能な構成になっている以外は、前述した第１図
の本発明による命令処理装置の実施例と同じ構成となっ
ている。また第１５図はオペランドアクセス制御手段１
５０の要部を示したものである。図において、各フラグ
が同時アクセス可能になり、オペランド読出し判定回路
を２つ備えている以外は、前述した第２図と同じ構成と
なっている。

次に第１４図の実施例における動作を、前述の第５図に
示すプログラムにおいて説明する。前述の第１図の場合
に比べ、命令発行手段の動作タイミングだけが異なるた
め、この部分についてのみ説明する。第９サイクルでは
命令（１）の実行結果のレジスタ８０への書込みが起こ
り、レジスタ書込み予約済フラグ５２０と命令発行済フ
ラグのＡ側の２番をＯＦＦにする。これにより、命令発
行済フラグのＡ側の２番ＯＦＦになるのを待っていた、
命令発行手段にある命令（２）と命令（５）の両者のオ
ペランドアクセスが成功する。第１図の実施例では同時
には１つの命令しか発行できない構成になっているため
、確定系列側の命令（２）のみが発行されたが、第１４
図による実施例では命令発行手段を２つ備えて２命令同
時発行可能であるため、第９サイクルに命令（２）と命
令（５）の両者を発行する。他の命令の動作については
第１図の実施例の場合と同じである。

なお、第１１図、第１２図、第１４図の各実施例につい
ては、これらを適宜組み合せて命令処理装置を構成して
もよい。すなわち、複数の命令保持手段Ａ，Ｂ、レジス
タＡ，Ｂ及び命令発行手段Ａ，Ｂのうちの少なくとも２
つの手段を含むように命令処理装置を構成してもよい。

（発明の効果）以上の説明で明かなように、この発明によると分岐命令
以前の命令系列と予測された分岐先の命令系列を可能な
限り同時に実行しながら、予測された確定前の分岐先の
命令による実行結果であってもオペランドとして使用す
ることが可能となり、分岐命令の確定待ちによる命令実
行開始の遅延を抑えることができ、高速な処理を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置図、第２図は第１
図のオペランドアクセス制御手段の一実施例を示す図、
第３図は第２図のレジスタ書込み履歴フラグ、レジスタ
書込み予約済フラグ、命令発行済フラグ、＄１２図のレ
ジスタ間転送手段のレジスタ書込み済フラグの構成を示
す図である。第４図は第１図のオペランドアクセス制御
手段における読出し許可判定のための流れ図である。第
５図は動作例を示すために用いたプログラムである。第
６．　７，　８．　９図はそれぞれ第５図によるプログ
ラム動作例の第４，８，１１．　２０サイクルのスナッ
プショノトである。第１０図は第５図によるプログラム
動作例のタイムチャートである。第１１図は本願の第２
の発明の一実施例を示す装置図である。第１２図は本願
の第３の発明の一実施例を示す装置図である。第１３図
は第１２図のオペランドアクセス制御手段における読出
し許可判定のための流れ図である。第１４図は本願の第
４の発明の一実施例を示す装置図であり、第１５図は第
１４図のオペランドアクセス制御手段の一実施例を示す
図であり、第１６図は従来の技術による装置図である。図において、１０は命令記憶手段、２０はレジスタ書込み予約手段、
３０，　３１．　３２は命令保持手段、４０，　４１．
　４２は命令発行手段、５０はオペランドアクセス制御
手段、６０は命令実行手段、７０は分岐予測先命令実行
結果格納手段、８０，　８１．　８２はレジスタ、９０
はレジスタ間転送手段、１５０はオペランドアクセス制
御手段、１６０は命令実行手段、１７０は分岐予測先命
令実行結果格納手段、１８０はレジスタ、５１０はレジ
スタ書込み履歴フラグ、５２０はレジスタ書込み予約済
フラグ、５３０は命令発行済フラグ、５４０は確定命令
系列フラグ、５５０はオペランド読出し判定回路、５６
１は分岐命令の分岐情報を伝える信号線、５６２は各命
令の終了を伝える信号線、５６３は命令のレジスタへの
書込み予約情報を伝える信号線、５６４は各命令の発行
情報を伝える信号線、５６５はオペランド読出しの可否
を伝える信号線、１５１０はレジスタ書込み履歴フラグ
、１５２０はレジスタ書込み予約済フラグ、１５３０は
命令発行済フラグ、１５４０は確定命令系列フラグであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）分岐命令による分岐先の確定を待たずに分岐先ア
ドレスを予測する分岐予測方式において、処理すべき命
令を記憶する第１の手段と、命令の実行結果を書き込む
レジスタという第２の手段と、前記第１の手段より得ら
れた命令が実行結果として行うレジスタへの書込みをあ
らかじめ予約する第３の手段と、前記第３の手段により
予約された命令を保持し、命令を発行する第４の手段と
、前記第４の手段により発行された命令を実行する第５
の手段と、前記第５の手段と前記第２の手段との間に配
置される、予測されていながら確定していない分岐先に
ある命令による実行結果を一時的に保持する第６の手段
と、前記第６の手段により保持された実行結果を前記第
２の手段へ転送する第７の手段と、前記第６の手段によ
り保持された実行結果を前記第４の手段がオペランドと
して読み出す第８の手段と、前記第２の手段により保持
された実行結果を前記第４の手段がオペランドとして読
み出す第９の手段とを備え、さらに前記第４の手段は、
分岐先未確定の分岐命令以前の命令系列を保持する第１
０の手段と、前記第１０の手段に保持された命令と前記
第３の手段により予約された命令を前記第５の手段に発
行する第１１の手段と、前記第３の手段によるレジスタ
書込み予約と前記第１１の手段が行なう命令発行の履歴
情報と前記第５の手段による分岐先確定情報とを受け取
ることにより、前記第１１の手段が行なうオペランドア
クセスに対して、制御を加える第１２の手段を備え、予
測された確定前の分岐先の命令の実行結果を使用してさ
らにその先の命令の処理を行うことを特徴とする命令処
理装置。
（２）前記第１０の手段を２つ以上備え、前記第３の手
段により予約された命令を、分岐命令を区切りとして複
数の第１０の手段に対して、順次振り分けることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の命令処理装置。
（３）前記第２の手段と第６の手段と第７の手段と第８
の手段と第９の手段との代わりに、第２の手段と第９の
手段の組を２つ以上と、その複数の第２の手段に保持さ
れている値を互いに転送する手段とを備え、予測されて
いながら確定していない分岐先にある命令による実行結
果を、複数の第２の手段のいずれかに保持することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の命令処理装置。
（４）前記第１１の手段を２つ以上備えることにより、
複数の命令を同時に発行することを可能とすることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の命令処理装置。