JPH0322044A - 命令出現頻度測定方式 - 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】 ［概　要］ パイプライン処理方式の情報処理装置での、実行される
命令の命令出現頻度測定方式に関し、従来は、モデルヶ
ースを想定したシュミレーションを行うか、オブジェク
トコードを人手により解析する等の方法を用いており、
多くの手間と時間を要すると共に、特定のモデルを想定
したものでなければ適用できながった問題の解決を目的
とし、 命令の実行に要するクロツクの計数手段と、計数結果を
所定のクロツク数と比較する手段と、該比較結果により
、所定のクロック数を越えた命令のコードをキューイン
グする機構と、該キューイング機構に保持されたデータ
を読み出し、命令コード毎にその出現回数を記録する機
構と、所定のクロツク数を越えない命令についてはその
総数の計数を行う手段を設けて構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明はパイプライン処理方式を採用した情報処理装置
の性能向上に関する情報を収集するための情報収集方式
に関し、特に実行される命令の命令出現の頻度を計数す
る命令出現頻度測定方式に関する。

［従来の技術１ 般的に、情報処理装置の性能向上手段としては以下に示
すようなものがある。

（１）　　動作クロックサイクルを短くする。

（２）特定の命令の処理時間を短くする。

（１）に示した動作クロツクサイクルの短縮はシステム
の性能を改善前の状態と比較して均等に向上させること
ができる。しかし、物理的な理由により、動作クロック
サイクルの短縮ができない位に既に動作クロックサイク
ルが短縮されている場合にはこの方法を採ることはでき
ない。

（２）に示した特定の命令の処理時間を短縮する方法は
、特定の環境下（例えばオンライントランザクション処
理、データーペース検索処理、科学技術演算処理など）
に於いて、出現頻度の高い命令を高速化することにより
、システムの見かけ上の性能を向上する方法である。

この方法では、既に動作クロックサイクルが物理的な限
界まで高速化されている場合にも適用することができる
可能性を持っている。しかし、性能を効果的に向上させ
るには各々の環境に於ける命令の出現頻度を正確に把握
する必要がある。そのため、各々の環境に於ける命令出
現頻度を高速に、かつ、正確に測定する手段が望まれる
。

従来、特定環境下に於ける命令出現頻度の測定は、モデ
ルケースを想定したシュミレーションにより測定したり
、オブジェクトコードを人手によって解析し、推測する
といった手段を用いていた。

しかし、これらの方法では命令出現頻度データを得るま
でに非常に多くの手間と時間を要していた。

［発明が解決しようとする課題〕 従来技術の方法による場合、命令出現頻度の測定に多《
の手間と時間を要するため、実際に適用する環境に対す
る測定データを全て揃えることができない場合が多く、
特定のモデルを想定したものでなければ適用することが
できなかった。

また、この場合、ソフトウエア環境に変動があった塙合
や予め想定したモデルケースと実際に適用する環境との
間に差がある場合、つまり、命令出現頻度の分布に変動
があった場合には、システムの見かけの性能が変動して
しまうため予測した性能が達成できない場合が生じる。

従って、もし、命令出現頻度が短時間に実測できるなら
ば、実環境あるいはそれに近い環境が整った時点でテス
ト運用を行い、その際に命令出現頻度を測定し、その結
果をもとに７１−ドウェアアシストなどの単一命令性能
向上策を講じることができるため、効果的なシステム性
能向上を図ることができる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ユーザ
アプリケーション毎に命令頻度分布等のきめ細かいデー
タを実環境下で高速に測定し得る命令出現頻度測定方式
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 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或される。

すなわち、本発明は、命令を処理するための命令パイプ
ラインと、バッファメモリ又はその他の書き込み及び読
み出し可能な記憶手段とを有する情報処理装置において
、 実行される命令の処理に要するクロック数を計数するク
ロック計数手段と、該クロック計数手段の計数結果を、
予め設定したクロック数と比較する手段と、該比較手段
の比較結果により、予め設定されたクロック数を越える
クロック数を要した処理時間の命令は、その命令の最終
フローに同期して上記記憶手段の一部にキューイングす
る機構と、該キューイング機構で保持されたデータを読
み出し、命令パイプラインとの処理速度差を緩衝して、
命令コードごとにその出現回数を上記記憶手段に記録す
る機構と、上記比較手段の比較結果により、設定された
夕ロック数を越えないで処理が終了した命令については
その総数を計数する手段とを設けたことを特徴とする命
令出現頻度測定方式である。

［作　用コ 本発明の命令出現頻度測定方式では、命令パイプライン
を通過する命令の最終フローを示す信号に同期して動作
するキューイング機構と、キューイングされたデータを
所定の記憶手段に命令コードごとに累算する記録機構を
用いて構成する。また、指定されたクロック数をこえず
に実行が終了したためにキューイングされなかった命令
の総数を計数するカウンタを設けて構或する。

以下、図を用いて本発明の作用をより具体的に例を上げ
て説明する。

第ｌ図は本発明の原理説明図を示しており、図中の最上
部の符号Ｄ，Ａ，Ｔ，Ｂ，Ｅ，Ｗは命令バイブラインの
各処理ステージの区間区分記号を示し、一つの命令が６
ステージのパイプラインの多重フローで処理される例を
示しており、Ｄはデコード・サイクルであり、実行すべ
き命令を解読し、Ａはアドレス計算サイクルであり、Ｔ
はアドレス変換サイクルであり、Ｂはバッファ読み出し
サイクル、Ｅは命令演算サイクルであり、Ｗは結果の格
納サイクルを表わし、良く知られたものである。

マタ、符号“ＤＶ．ＡＶＳＴＶ，ＢＶＳＥＶ，ＷＶ”は
各処理ステージの有効表示（ＶＡＬＩＤ〉用のラッチを
表わし、“Ｄ　　ＯＰＣ，ＡＯＰＣ％Ｔ　　ＯＰＣ，Ｂ
　　ＯＰＣ，Ｅ　　ＯＰＣ，ｗ　　ｏｐｃ”は各処理ス
テージでのオペレーション・コード（ＯＰＥＲＡＴＩＯ
Ｎ　　ＣＯＤＥ）を保持するレジスタ、”Ｄ　　ＩＳＴ
　　ＦＬＯＷ，Ａ　　ＩＳＴ　　ＰＬＯＷ，Ｔ　　ＩＳ
Ｔ　　ＦＬＯＷ，Ｂ　　ＩｓＴ　　ＦＬＯＷ，Ｅ　　Ｉ
ＳＴ　　ＦＬＯＷ，Ｗ　　ＩＳＴ　　ＦＬＯＷ″は多重
フローのパイプライン処理での最初のフローでの処理の
進行状態に応じてセットされる各ラッチ、“Ｄ　　ＥＮ
Ｄ一〇Ｐ，Ａ　　ＥＮＤ　　ＯＰ，Ｔ　　ＥＮＤ−○Ｐ
，Ｂ　　ＥＮＤ　　ＯＰ％Ｅ　　ＥＮＤ　　ＯＰ，ＷＥ
ＮＤ　　ＯＰ″は多重フローのパイプライン処理での最
後のフローの処理の進行状態に応じてセットされる各ラ
ッチを表わしており、通常のパイプライン処理で普通に
用いられるものである。

そして、図中の破線部で示される部分が本発明が適用さ
れた部分である。

すなわち、図中の数字符ｌは本発明が適用された命令出
現頻度測定装置の全体を表わしており、２はキューイン
グ機構、３は記録機構、４はクロック計数手段、５はク
ロック数設定手段、６は比較手段、７は命令計数手段を
表わしている。

以下、本図を基にその作用を説明する。

（１）　　まず、実行される命令の、パイプライン処理
での命令の開始から終了までを、該命令の先頭を示すＷ
〜ＩＳＴ　　ＦＬＯＷラッチと命令の終了を示すＷ　　
ＥＮＤ　　ＯＰラッチからの信号により検知し、命令の
処理に要したクロック数をクロック計数手段４により計
測する。

（２）次に、クロツタ計数手段４により計測された、命
令の処理に要したクロック数と、予め所定のクロック数
を設定した夕ロック数設定手段５の内容と比較手段６に
より比較する。

（３）比較手段６での比較結果により、実行された命令
に要したクロック数が所定の値と等しいか大きい場合に
は、実行された命令のコードがキューイング機構２にキ
ューイングされ、所定の値より小さい場合には、命令数
計数手段７、例えばカウンタがカウントアップする。

そして、クロック数設定手段５に０がセットされれば、
全命令がキューイングつまり命令コードごとの分類、記
録の対象となる。

（４）　　キューイング機構２にキューイングされた命
令コードは、所定のタイミングで読み出され記録機構３
により命令コードの種類毎に分類して累算される。

以上、（１）〜（４）で述べた如き動作により本発明の
目的が達成される。

［実施例１ 第２図は本発明の命令出現頻度測定方式の一実施例を示
す図であり、該実施例の詳細の構或ブロック図を示して
いる。

同図において、ｌＯは命令出現頻度測定装置の全体（破
線部で囲まれる部分）、１１はクロック・ジエネレータ
　（ＣＬＯＣＫ　　ＧＥＮＥＲＡＴ○Ｒ）、１２はキュ
ーイング用ＲＡＭ　（ランダム・アクセス・メモリ）、
ｌ３は記録用ＲＡＭ，１４はクロック・カウンタ、ｌ５
はスレッシュホールド・カウンタ（ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ
カウンタ〉、ｌ６は比較回路、ｌ７は記録しない命令の
総数を計数するノン・レコード・カウンタ（ＮＯＮ　　
ＲＥＣＯＲＤ　　ＣＯＵＮＴＥＲ）　、２０はキューイ
ング用ＲＡＭへのデータ書き込みアドレスを決めるキュ
ー・アドレス・レジスタ（Ｑ　　ＡＤＲＲＥＧ）、２１
はキューイング用ＲＡＭからのデータ読み出しアドレス
を決めるキュー・ＩＪ一ド・アドレス・レジスタ（Ｑ　
　ＲＥＡＤ　　Ａ［）Ｒ　　ＲＥＧ）、２２はアドレス
比較回路、２３はキュー・ラップアラウンド・ラッチ（
Ｑ　　ＷＲＡＰＡＲＯＵＮＤ）　、．２４はキ一一・ス
タート・ラッチ（Ｑ　　ＳＴＡＲＴ）　、２５はキュー
・エンビティ・ラッチ（Ｑ　　ＥＭＰＴＹ）　、２６は
キュー・オーバーフロー・ラッチ（Ｑ　　ＯＶＥＲＦＬ
○Ｗ）、２７はキュー・フル・ラッチ（Ｑ　　ＦＵＬＬ
）、２８はデコーダ、２９は記録用ＲＡＭへのデータ読
み出し／書き込みアドレスを与えるレコード・アドレス
・レジスタ（ＲＥＣＯＲＤＡＤＲ　　ＲＥＧ）、３０は
命令パイプラインのＷサイクルにある命令の先頭を示す
Ｗ　　ＩＳＴＦＬＯＷラッチ、３ｌは命令の終了を示す
ＷＥＮＤ　　ＯＰラッチを表わしている。

以下、第２図の実施例の動作説明を行う。

（１）　　命令パイプラインのＷサイクルにある命令の
先頭を示すＷ　　ＩＳＴ　　ＦＬＯＷラッチ３０がセッ
トされると、命令実行クロツク数の計測がクロックカウ
ンタｌ４により開始される。

（２）　　命令が引き続きバイブラインを進行すると、
命令の終了を示すＷ　　ＥＮＤ　　ＯＰラッチ３ｌがセ
ットされクロックカウンタｌ４の計数が終了する。

また、ＴＨＲＥＳＨＯＬＤカウンタ１５には予めスキャ
ンインデータ信号（＋ＳＣΔＮＩ　Ｎ　　ＤＡＴＡ）に
より所定のカウント値が設定されており、該ＴＨＲＥＳ
ＨＯＬＤカウンタｌ５ノ内容と、Ｗ　　ＬＳＴ　　ＦＬ
ＯＷラ−／ｆ３０，ｌ！７１！ッ｝さレテから、Ｗ　　
ＥＮＤ　　ＯＰラッチ３１がセットされるまでのクロッ
クヵウンタｌ４で計測されたクロック数とが比較される
。

比較の結果、Ｔ｝ＩＲＥｓＨＯＬＤカウンタ１５（７１
）値の方が大きい場合、ＮＯＮ　　ＲＥＣＯＲ　Ｄ　　
Ｃ　Ｏ　Ｕ　Ｎ　Ｔ　Ｅ　Ｒ　１７がカウントアップさ
れる。

比較ノ結果、ＴＨＲＥＳＨｏＬＤカウンタｌ５の値の方
が小さい場合で、かつ、その他のキューイング禁止条件
がない場合に、キューイング機構のクロックィネーブル
信号（＋ＱＣＬＯＣＫ　　ＥＮＡＢＬＥ）が“ｌ”とな
り、キューイング機構が起動される。

（３）　　Ｗ　　ＥＮＤ　　ＯＰラッチ３ｌがセットさ
れ、かつ、＋Ｑ　　ＣＬＯＣＫ　　Ｅ，ＮＡＢＬＥが“
ｌ”の時、＋Ｑ　　ＤＶ信号が生成される。

この信号はキューイングするデータの正当性を示す。

＋Ｑ　　ＣＬＯＣＫ　　ＥＮＡＢＬＥが“ｌ”となり、
キューイング機構が起動されると、Ｗサイクルの命令コ
ードがキューイング用のＲＡＭ１２に格納される。その
際、キューイング用ＲＡＭｌ２のどこに格納するかはキ
ュー・アドレス・レジスタ　（Ｑ　　ＡＤＲ　　ＲＥＧ
）２０で示される。

（４）　Ｑ　　ＡＤＲ　　ＲＥＧ２０は一つのデータが
キューイング用ＲＡＭ１２にキューイングされる度に“
１”だけアドレスが加算される。

Ｑ　　ＡＤＲ　　ＲＥＧ２０がアドレスのインクリメン
ト（更進〉により、桁あぶれが生じた場合、Ｑ　　ＷＲ
ＡＰＡＲＯ　　ＵＮＤラッチ２３がセットされる。その
際、アドレスは″０１から再び計数される。

キューイング用ＲＡＭｌ２の中にデータが残っている場
合、すなわち、Ｑ　　ＡＤＲ　　ＲＥＧ２０とＱ　　Ｒ
ＥＡＤ　　ＡＤＲ　　ＲＥＧ２１が不一致で、かつ、Ｑ
　　ＥＭＰＴＹラッチ２５がリセットされている時、Ｑ
　　ＳＴＡＲＴラッチ２４がセットされる。

次に、キューイング機構により、キューイングされたデ
ータは記録機構により、命令コードごとに累算される。

（５〕　　記録機構の動作は、キューイング用ＲＡＭ１
２からのデータ読み出しとデコード、記録用ＲＡＭ１３
からのデータ読み出しとインクリメント、記録用ＲＡＭ
ｌ３への書き込みの３つのステートから或る。

記録機構はＱ　　ＳＴΔＲＴラッチ２４がセットされて
いて、かつ、キューイング機構が動作していない時に起
動され、キューイング用ＲＡＭｌ２からデータを読み出
す。これは、今回想定しているＲＡＭが読み書きを同時
に行うことができないためである。

キューイング用ＲＡＭｌ２のどのアドレスからデータを
読み出すかは、Ｑ　　ＲＥＡＤ　　ＡＤＲ　　ＲＥＧ２
１で示される。Ｑ　　ＲＥＡＤＡＤＲ　　ＲＥＧ２１は
読み出しが１回行われる度に“１”だけ加算される。

もし、このインクリメントにより、桁あふれが生じた場
合、Ｑ　　ＷＲＡＰＡＲＯＵＮＤラッチ２３がリセット
される。その際、アドレスは“０”から再び計数される
。

（６）　　キューイング用Ｒ　Ａ　Ｍ　１２から読み出
されたデータはデコーダ２８によりデコードされ、記録
用ＲＡＭ１３のアドレスに変換されてＲＥＣＯＲＤ　　
ＡＤＲ　　ＲＥＧ２９にセットされる。

ＲＥＣＯＲＤ　　ＡＤＲ　　ＲＥＧ２９にセットされた
アドレスで指定されるアドレスから読み出された記録用
Ｒ　Ａ　１３のデータには“ｌ”が加算され、同じアド
レスへ格納される。こうすることにより、命令コードご
とに出現回数が累算され記録用ＲＡＭｌ３内に記憶され
る。

（７）Ｑ　　ΔＤＲ　　ＲＥＧ２０とＲＥＡＤ　　ＡＤ
ＲＲＥＧ２１の内容が比較され、その結果両者が一致し
、かつ、Ｑ　　ＷＲＡＰＡＲＯＵＮＤラッチ２２がセッ
トされているとき、キューが一杯になったことを示す。

その際、Ｑ　　ＦＵＬＬラッチ２７がセットされる。こ
のＱ　　ＦＵＬＬラッチ２７は記録機構によるキューの
読み出しがある度にリセットされる。

Ｑ　　ＦＵＬＬラッチ２７がセットされ、リセットされ
る前に信号十Ｑ　　ＤＶが“ｌ”になるとＱ−○ＶＥＲ
ＦＬＯＷラッチ２６がセットされると共に計測が中止さ
れる。

Ｑ　　ＡＤＲ　　　ＲＥＧ２０とＱ　　ＲＥＡＤ　　　
ＡＤＲ　　ＲＥＧ２１の内容が比較され、その結果両者
が一致し、かつ、Ｑ　　ＷＲＡＰＡＲＯＵＮＤラッチ２
３がセットされていないとき、キューが空になったこと
を示す。その際、ＱＥＭＰＴＹラッチ２５がセットされ
る。このＱＥＭＰＴＹラッチ２５がセットされるとＱＳ
ＴＡＲＴラッチ２４がリセットされる。また、記録機構
によるキューイング用ＲＡＭｌ２からのデータ読み出し
が禁止される。

Ｑ　　ＥＭＰＴＹラッチ２５はＱ　　ＳＴＡＲＴラッチ
２４がセットされるとリセットされる。

（８）　　なお、前述の如＜ＴＨＲＥＳＨＯＬＤカウン
タｌ５の値は予めスキャンインなどの手段により、必要
に応じて変更することができる。

また、ＴＨＲＥＳＨＯＬＤカウンタ１５の設定値が小さ
いほどキューイングされるデータは増え、キューがオー
バーフローして、計測を中止しなくてはならなくなる可
能性が大きくなるが、キューの容量を十分に取れば実用
上支障はない。

［発明の効果］ 本発明により、従来把握が困難であったユーザーアプリ
ケーションごとの命令頻度分布などのきめの細かいデー
タが実環境下で高速に実測できることにより、的確な高
速化対策を講じることが可能となる。

また、本発明ではキューイングされなかった命令の数も
計数しているので、全命令数に対する記録された特定命
令の出現頻度などの算出も簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の命令出現頻度測定方式の原理を説明す
る図、第２図は本発明の命令出現頻度測定方式の一実施
例を示す図である。 ｌ・・・・・・命令出現頻度測定装置の全体、２・・・
・・・キューイング機構、３・・・・・・記録機構、４
・・・・・・夕ロック計数手段、５・・・・・・クロッ
ク数設定手段、６・・・・・・比較手段、７・・・・・
・命令数計数手段、１０・・・・・・命令出現頻度測定
装置の全体、１１・・・・・・クロック・ジェネレータ
（ＣＬＯＣＫ　　ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ）、１２・・・・
・・キューイング用ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモ
リ）、ｌ３・・・・・・記録用ＲＡＭ％ｌ４・・・・・
・クロック・カウンタ、１５・・・・・・スレシュホー
ルド・カウンタ　（ＴＨＲＥ．ＳＨＯＬＤカウンタ〉、
ｌ６・・・・・・比較回路、ｌ７・・・・・・記録しな
い命令の総数を計数するノン・レコード・カウンタ　　
（ＮＯＮ　　　　ＲＥＣＯＲＤ　　　　ＣＯＵＮＴＥＲ
）　　、２０・・・・・・キューイング用ＲＡＭへのデ
ータ書き込みアドレスを決めるキューイング・アドレス
・レジスタ（Ａ　　ＡＤＲ　　ＲＥＧ）　、２１・・・
・・・キューイング用ＲＡＭからのデータ読み出しアド
レスを決めるキュー・リード・アドレスレジスタ（Ｑ　
　ＲＥＡＤ　　ＡＤＲ　　ＲＥＧ）　、２２・・・・・
・アドレス比較回路、２３・・・・・・キュー・ラップ
アラウンド・ラッチ（Ｑ　　ＷＲΔＰＡＲＯＵＮＤ）、
２４・・・・・・キュー・スタート・ラッチ（Ｑ　　Ｓ
ＴＡＲＴ）、２５・・・・・・キュー・エンピティ・ラ
ッチ（Ｑ　　ＥＭＰＴＹ）　、２６・・・・・・キュー
・オーバフｏ−　・ラフ＋　（Ｑ　　ＯＶＥＲＦＬＯＷ
）　、２１・＝・・・キュー・フル・ラッチ（Ｑ　　Ｆ
ＵＬＬ）、２８・・・・・・デコーダ、２９・・・・・
・記録用ＲＡＭへのデータ読み出し／書き込みアドレス
を与えるレコード・アドレス・レジスタ　（ＲＥＣＯＤ
　　ＡＤＲＲＥＧ）、３０・・・・・・命令パイプライ
ンのＷサイクルにある命令の先頭を示すＷ　　ＩＳＴ　
　ＦＬ○Ｗラッチ、３ｌ・・・・・・命令の終了を示す
Ｗ　ＥＮＤＯＰラッチ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 命令を処理するための命令パイプラインと、バッファメ
   モリ又はその他の書き込み及び読み出し可能な記憶手段
   を有する情報処理装置において、 実行される命令の処理に要するクロック数を計数するク
   ロック計数手段と、 該クロック計数手段の計数結果を、予め設定したクロッ
   ク数と比較する手段と、 該比較手段の比較結果により、予め設定されたクロック
   数を超えるクロック数を要した処理時間の命令は、その
   命令の最終フローに同期して上記記憶手段の一部にキュ
   ーイングする機構と、 該キューイング機構で保持されたデータを読み出し、命
   令パイプラインとの処理速度差を緩衝して、命令コード
   ごとにその出現回数を上記記憶手段に記録する機構と、 上記比較手段の比較結果により、設定されたクロック数
   を越えないで処理が終了した命令についてはその総数を
   計数する手段とを設け、実行される命令の出現頻度を測
   定することを特徴とする命令出現頻度測定方式。