JPH0330182B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 産業上の利用分野 本発明は、一つの命令で複数個のエレメントを
順次処理するベクトルデータ処理方式において、
各エレメント対応に、それぞれ任意の演算を施す
ことのできる機能を備えたベクトルデータ処理装
置に関する。

一般のベクトルデータ処理装置は、一つのベク
トル命令によつて、多量のエレメントデータを処
理する、所謂SIMD（Single Instruction
Multiple Data）形式に属するデータ処理手段で
ある。

このベクトルデータ処理方式においては、処理
の高速化を図る為に、主記憶装置と演算パイプラ
インとの間にベクトルレジスタを設け、該主記憶
装置とベクトルレジスタ間には、アクセスパイプ
ライン（ロード／ストアパイプライン）を設け、
上記演算パイプラインにおける処理とは独立に、
処理すべきエレメントデータの主記憶装置からの
ベクトルレジスタへのロード、或いは処理結果の
主記憶装置へのストアを行つている。

そして、実際の演算は、複数個の演算パイプラ
インによつて、上記ベクトルレジスタとの間のみ
で実行できるようにしている。

かかるベクトルデータ処理装置において、ベク
トル長の長いベクトルデータに対して、ベクトル
演算命令を実行中に、特定のエレメント群に対し
て別の演算を実行すると云う操作の操り返しを必
要とする場合、該エレメントデータを複数個のベ
クトル命令に分割して実行する必要があつた。

一方、通常のベクトルデータ処理装置において
は、ベクトルレジスタの各エレメント対応に、マ
スクレジスタが設けられており、実際のベクトル
演算の実行に際して、当該エレメントに対するマ
スクデータによつて、該エレメントに対する演算
の有効／無効を判定する機能がある。

そこで、ベクトルデータ処理装置における、上
記エレメント対応のマスク機能に着目して、該マ
スク機能を高度化する形で、各エレメント対応に
任意の演算を施す機能を付加することにより、単
にエレメント対応のベクトル演算をマスクするだ
けでなく、所謂MIMD（Multiple Instruction
Multiple Data）機能に準じた処理が可能とな
る。

このような機能があると、例えば、多量のエレ
メントデータを処理する画像処理等において、特
定の条件を満たす画素（エレメント）に対しての
み、互いに異なる複数種類の特別な処理を施した
いような場合に、極めて有用となる。

第４図は、該画像処理を行う場合の、特定の条
件を満たす画素に対する演算の種別（演算子）を
画素対応に決め、その演算子によつて各画素対応
に特定の演算を施す処理を流れ図で示したもの
で、第５図は、第４図の処理によつて得られた、
各画素単位に施す演算子の分布の例を示した図で
ある。

先ず、第４図によつて、各ステツプの動作を説
明する。

ステツプ10：各画素に対して特定の演算を行い、
その結果が予め定めてある常数と比較し、大き
いか、小さいか、等しいかを判定し、大きい場
合にはステツプ11に移り、等しい場合にはステ
ツプ12に移り、小さい場合にはステツプ13に移
るように動作する。

ステツプ11：演算子をCOとして、ベクトル演算
命令のR4パートが指定するベクトルレジスタ
の、当該エレメントの位置に格納する。

ステツプ12：演算子をＣ１として、ベクトル演算
命令のR4パートが指定するベクトルレジスタ
の、当該エレメントの位置に格納する。

ステツプ13：演算子をＣ１として、ベクトル演算
命令のR4パートが指定するベクトルレジスタ
の、当該エレメントの位置に格納する。

ステツプ14：総ての画素について、上記ステツプ
10〜ステツプ13の処理が終了した時点におい
て、該ベクトル演算命令のR2パートが指定す
るベクトルレジスタの各エレメントと、R3パ
ートが指定するベクトルレジスタの各エレメン
トとの間で、上記R4パートが指定するベクト
ルレジスタの対応するエレメントに格納されて
いる演算子Ciの演算をエレメント対応で行い、
演算結果をR1パートが指定するベクトルレジ
スタの対応するエレメントの位置に格納する。

第５図は、第４図のステツプ10〜ステツプ13迄
の処理によつて得られた各画素対応の演算子の例
を示したもので、●は演算子Ｃ１を示し、×は演
算子Ｃ０を示し、〇は演算子Ｃ２を示している。

このような、各画素対応に演算すべき内容が異
なつているベクトルデータに対して、一つのベク
トル演算命令で効果的に実行する方法が要求され
ていた。

(b) 従来の技術 第２図は、従来方式によるベクトルデータ処理
を模式的に示したもので、イは命令形式を示しロ
は演算回路の構成を示している。

本図において、１は演算パイプラインの演算ス
テージにおけるステージレジスタ、２は演算器、
そして、R1〜R4パートは、ベクトル命令の各フ
イールドを示しており、この例においては、R3
パートで指示したベクトルレジスタのエレメント
（Ａデータ）と、R2パートで指定したベクトルレ
ジスタのエレメント（Ｂデータ）とをステージレ
ジスタ１に続み出して、演算器２において、該ベ
クトル命令の命令コード部が指定する演算を施し
てステージレジスタ１に格納した後、R1パート
で指定したベクトルレジスタにＸデータとしてス
トアする場合が示されている。

そして、R4パートが前記演算マスクＭで、従
来方式においては、該エレメントに対する演算を
マスクする機能に限定されていた所に特徴があ
る。

(c) 発明が解決しようとする問題点 従つて、一つのベクトル命令を実行中において
は、各エレメントに対して共通の演算が実行でき
るのみであり、ベクトル長の長いベクトルデータ
に対して、特定のエレメントに任意の演算を施し
たい場合には、当該エレメントに対して、別のベ
クトル命令で処理する必要があつた。

本発明は上記従来の欠点に鑑み、ベクトル長の
長いベクトルデータの特定のエレメントに対し
て、エレメント対応に任意の演算を施すようにし
て、従来においては複数のベクトル命令を起動し
なければならなかつた場合にも、一つのベクトル
命令で処理することができる方法を提供すること
を目的とするものである。

(d) 問題を解決する為の手段 そしてこの目的は、本発明によれば、 １つ乃至複数個のバンクを同時にアクセス可能
とするベクトルレジスタ、及び、又はマスクレジ
スタと、前記ベクトルレジスタ又は前記マスクレ
ジスタ間で演算を実行する演算パイプラインを備
えたベクトルデータ処理方式に於いて、 与えられた演算子により演算機能を変化する演
算器からなる演算パイプラインを有し、 ベクトル演算命令として、複数エレメントから
なるベクトルデータが格納されているベクトルレ
ジスタを示すと共にベクトル演算のオペランドデ
ータを指定するレジスタ指定フイールドと、少な
くとも演算条件と複数の演算子を指定する演算条
件フイールドとからなる命令を規定し、 前記レジスタフイールドで指定されるベクトル
レジスタから順次ベクトルエレメントを読出し、
前記演算条件フイールド内の演算条件に基づき演
算パイプラインで第１の演算を行い、前記演算結
果に基づき前記指定された演算子の中から演算子
を決定してベクトルレジスタ又はマスクレジスタ
に前記エレメント対応に演算子を格納し、次い
で、前記オペランドフイールドで指定されるエレ
メントと、第１の演算によつてエレメント毎に決
定されベクトルレジスタに格納された演算子を、
前記エレメントに対応して読出し、前記演算子に
よつて演算器の機能を変化させ、順次エレメント
毎に演算種類を変化させて演算を行うことによ
り、１つのベクトル命令で複数個のエレメントに
対して複数の演算子を決定し、複数個の演算を実
行することによつて達成される。

(c) 作用 即ち、本発明においては、与えられた演算子に
より演算機能を変化する演算器を有する。

本発明は１命令で、前記ベクトル演算で使用さ
れるベクトルデータの各エレメントに対して予め
決められた所定の演算を行い、前記所定の演算の
結果から前記各エレメントに対する演算子を決定
し、前記演算子をベクトル演算のオペライドのエ
レメント対応にベクトルレジスタ又はマスクレジ
スタに格納する。従つて、ベクトル命令内には、
演算子を決める為の所定の演算条件と、演算子が
示されるフイールドが設けられる。例えば、従来
のR4パートの演算マスク機能に対して、命令変
換コードＣと、コマンドコードC_iと演算条件（例
えば、定数）を付加する。この演算条件によつ
て、各オペランドのエレメントに対して演算を行
い、演算結果によつて、コマンドコードを決定
し、ベクトルレジスタに格納する。格納された後
に、ベクトル演算のオペランドのエレメントと、
前記エレメント対応に先程格納されたコマンドコ
ードを読出し、演算器の機能を前記コマンドコー
ドに従い変化させて、演算を行う。

上述した様に、本発明では、１命令で一連のベ
クトルデータに対して、演算種別を決定すると共
に、前記MIMD形式（即ち、ベクトル一命令起
動時に複数命令、複数データを処理する演算形
式）のベクトル演算ができる効果がある。

(f) 発明の実施例 以下本発明の実施例を図面によつて詳述する。
第１図は本発明によるベクトルデータ処理を模式
的に示したもので、イは命令形式を示し、ロは演
算回路の一実施例を示している。そして、１，２
は第２図で説明したものと同じものである。

本発明を適用したベクトル命令のR4パートに
は、R1〜R3パートの修飾ビツトＭ１〜Ｍ３、
命令変換コードＣ、及びコマンドコードCiと
言つた演算子が付加されており、単なる演算マス
クビツトＭのみではない所にポイントがある。

上記各演算子の意味を説明すると、 Ｍ：演算マスクビツトで、各エレメントに対する
演算の有効／無効を決める。

Ｍ１〜Ｍ３：各パートのエレメントに対する修飾
ビツトで、各パートのエレメントデータをその
侭使用するか／反転して使用するかを決める。

Ｃ：命令変換コードで、各エレメントに対する命
令コードとして、ベクトル命令コードをその侭
使用するか、コマンドコードCiに変換して使用
するかを決める。

Ci：コマンドコードｎ個の中のCi命令を示す。

今、ベクトルデータに対して、 Xi＝Ai〇Bi、Ｃ ここで、〇は演算記号、Ｃは演算子を示す。

で示した演算を実行する場合を考えると、 先ず、演算パイプラインの演算ステージにおい
て、データＡに各エレメントが、ベクトル命令の
R3パートで指定するベクトルレジスタから、デ
ータＢの各エレメントが該ベクトル命令のR2パ
ートで指定するベクトルレジスタから、それぞれ
演算ステージのステージレジスタ１に読み出され
る。

続いて、本発明を実施するのに必要な上記演算
子が、該ベクトル命令のR4パートで指定するベ
クトルレジスタから、上記エレメントに対応で上
記ステージレジスタ１に読み出され、演算器２に
送出され、上記Ｍ１〜Ｍ３ビツトは演算ゲート
GMに対する制御信号として、Ｍは演算マスクビ
ツトとして、Ｃ，Ciは該演算器２に対する制御信
号として機能し、各エレメント対応に、上記演算
子が指定する演算が実行されることになる。

本発明では、１ベクトル演算命令で、第４図に
示した処理をも行うものである。ベクトル命令の
R4パートには、演算マスクビツトＭ、修飾ビツ
トＭ１〜Ｍ３、Ｃ命令変換コード等の他に、演算
条件が格納されている。第４図の実施例の場合、
演算条件として、定数が格納されている。

本発明のベクトル命令が実行されると、第４図
の様に、例えば、R3パートで指定されるベクト
ルレジスタのエレメントを順次読出し、定数と格
納比較される。そして、前記比較結果により、演
算子（コマンドコード）Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２の何れ
かが決定される（第４図の１１，１２，１３）。

そしてその結果は、R4パートで指定されてい
るベクトルレジスタ又は、マスクレジスタに格納
され、次いで、第１図ロで説明されている演算を
行う。即ち、R4パートで指定されるベクトルレ
ジスタに格納されているエレメント毎のコマンド
コードを読出しつつ、オペランド（R2、R3パー
トで指定されるベクトルレジスタのエレメント）
を読みだして、エレメント毎に異なる演算を実行
する。

このような演算子を使用して、本発明によるベ
クトルデータ処理を実行した場合の動作をタイム
チヤート的に示したものが第３図イであり、ロは
その演算結果の一例をエレメント対応で示した図
である。

イ図において、横軸のt0〜tj〜tmは、各エレメ
ント対応の演算サイクルを示し、P1〜Pi〜Pnは
演算パイプライン２における各ステージを示して
いる。

具体的には、 Ｐ１ステージ：R3パート続み出しステージ Ｐ２ステージ：R2パート続み出しステージ 〓 〓 Piステージ：演算ステージ 〓 〓 Pnステージ：R1パート書き込みステージ である。

ロ図において、横方向はベクトル長を示し、縦
方向は１演算サイクルで処理されるエレメント数
を示している。従つて、この縦方向のエレメント
数は、並列に演算が実行される演算パイプライン
の数に対応する。

又、本図において、Ａ＝論理積 OR＝論理和 Ｎ＝論理否定 EOR＝排他的論理和 TRN＝移動 を示しており、上記コマンドコードCiの一例であ
る。

このような演算結果を、それぞれの演算パイプ
ライン毎に、当該ベクトル命令のR4パートが指
定するベクトルレジスタに書き込むことによつ
て、当該ベクトル命令による一連のベクトルデー
タ処理が完了する。

尚、上記実施例においては、各エレメントに対
する演算のコマンドコード等を指定する演算子
を、ベクトル演算命令のR4パートによつて、ベ
クトルデータが格納されているベクトルレジスタ
とは別のベクトルレジスタに設ける例、即ち、当
該演算子をデータとは別のアドレスで指定する方
法で説明したが、演算対象であるベクトルデータ
を指定するアドレスと同じアドレスで指定して、
演算子を各エレメントデータの中に挿入しても良
いことは云う迄もないことである。

又、上記実施例においては、ベクトルレジスタ
間の演算を例として説明したが、本発明の主旨か
ら考えて、ベクトルレジスタ間の演算に限定する
必要はなく、例えばベクトルレジスタとマスクレ
ジスタ間、或いはマスクレジスタ相互間でベクト
ルデータ処理を実行する場合にも適用できること
は云う迄もないことである。

更に、コマンドコードCiが指定する演算命令と
して、１演算サイクルで処理が完了する論理演算
命令（Ａ，OR，Ｎ，EOR、等）で示したが、繰
り返し演算を必要とする命令にも適用できること
は明らかなことである。

(g) 発明の効果 以上、詳細に説明した様に、本発明では、１ベ
クトル演算命令で、ベクトルエレメント毎に演算
子を決定し、各エレメント毎に、異なる演算を行
うことができ、一連のベクトル長を有するベクト
ルデータに対して、一つのベクトル演算命令で、
複数の演算を実行することが可能となり、極め細
かいベクトルデータ処理が実行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるベクトルデータ処理の
例を模式的に示した図、第２図は従来方式による
ベクトルデータ処理の例を模式的に示した図、第
３図は本発明によつてベクトルデータ処理を実行
した時の動作を、タイムチヤート的に示した図、
第４図、第５図は本発明の利用分野の一例を説明
した図、である。 図面において、１は演算パイプラインのステー
ジレジスタ、２は演算器、Ｍは演算マスクビツ
ト、Ｍ１〜Ｍ３はR1〜R3パートの修飾ビツト、
Ｃは命令変換コード、Ciはコマンドコード、Ｐ１
〜Pnはパイプラインステージ、Ａ，OR，Ｎ，
EOR，TRNはコマンドコマンドの一例、１０〜
１４は動作ステツプ、をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １つ乃至複数個のバンクを同時にアクセス可
   能とするベクトルレジスタ、及び、又はマスクレ
   ジスタと、前記ベクトルレジスタ又は前記マスク
   レジスタ間で演算を実行する演算パイプラインを
   備えたベクトルデータ処理方式に於いて、 与えられた演算子により演算機能を変化する演
   算器からなる演算パイプラインを有し、 ベクトル演算命令として、複数エレメントから
   なるベクトルデータが格納されているベクトルレ
   ジスタを示すと共にベクトル演算のオペランドデ
   ータを指定するレジスタ指定フイールドと、少な
   くとも演算条件と複数の演算子を指定する演算条
   件フイールドとからなる命令を規定し、 前記レジスタフイールドで指定されるベクトル
   レジスタから順次ベクトルエレメントを読出し、
   前記演算条件フイールド内の演算条件に基づき演
   算パイプラインで第１の演算を行い、前記演算結
   果に基づき前記指定された演算子の中から演算子
   を決定してベクトルレジスタ又はマスクレジスタ
   に前記エレメント対応に演算子を格納し、次い
   で、前記をオペランドフイールドで指定されるエ
   レメントと、第１の演算によつてエレメント毎に
   決定されベクトルレジスタに格納された演算子
   を、前記エレメントに対応して読出し、前記演算
   子によつて演算器の機能を変化させ、順次エレメ
   ント毎に演算種類を変化させて演算を行うことに
   より、１つのベクトル命令で複数個のエレメント
   に対して複数の演算子を決定し、複数種の演算を
   実行することを特徴とするベクトルデータ処理装
   置。 ２ 上記各エレメントに任意の演算を施す為の演
   算子を、ベクトルレジスタ、又はマスクレジスタ
   に対して、データとは別のアドレスで指定して該
   ベクトルレジスタ、又はマスクレジスタの一部分
   に持つか、或いはデータと同じアドレスで指定し
   て、エレメント対応に持つようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のベクトルデー
   タ処理装置。