JPH04125733A - パイプライン情報処理方式 - 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、複数の命令を同時に実行するパイプライン情
報処理方式に関するものである。

（従来の技術） 複数の命令を同時に実行するパイプライン情報処理方式
において、複数の分岐命令を同時に実行すると、複数の
分岐命令において分岐条件が成立した場合に、命令読み
出し番地の更新における競合が生じ、この競合を解決す
るためには複雑なハードウェアが必要となるから、従来
のパイプライン情報処理方式では、同時に２個以上の分
岐命令の実行を行なっていなかった。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来のパイプライン情報処理方式では
、同時に複数の分岐命令を実行してなかったから、同時
に実行できる命令の数が高々数個に抑えられていた。

（課題を解決するための手段） 本発明のパイプライン情報処理方式は、複数の命令を同
一゛のパイプラインステージで実行するパイプライン情
報処理方式であって、複数の分岐命令を実行する際に、
同時に実行される複数の分岐命令のうちのある一つの分
岐命令に優先権を与えておき、該優先権を持つ分岐命令
において分岐が成立した場合の命令読み出し番地の更新
および同一パイプラインステージ上の他の分岐命令の実
行の抑止を、前記優先権を持つ分岐命令以外の分岐命令
において分岐が成立した場合に行なわれる命令読み出し
番地の更新および同一パイプラインステージ上の他の分
岐命令の実行の抑止より、一段以上先行するパイプライ
ンステージで行なうことにより複数の分岐命令を同時に
実行することを特徴とする。

（作用） 複数の命令を同時に実行する本発明のパイプライン情報
処理方式において、複数の分岐命令を同時に実行する場
合の一例を第２図に示す。この例におけるパイプライン
処理は、 第１ステージ： 命令キャッシュ装置よりの命令の読み出し、命令のデコ
ード、 レジスタファイルからのデータの読み出し、分岐命令の
ための分岐条件判定、 第２ステージ： 演算器による命令の実行、 レジスタファイルへの演算結果の書き込みの２段である
。

第２図（１）は、このパイプライン処理で実行される命
令列であるとする。同時に実行される分岐命令には、命
令の位置等を用いて予め優先順位が定められており、第
２図（２）において、分岐命令Ａが最も優先順位が高く
、Ｂが低いものとする。

分岐命令Ａ、Ｂは、第１，２ステージにおいて分岐がそ
れぞれ行なわれる。即ち、分岐命令Ａの分岐条件が成立
した場合には第１ステージにおいて、分岐命令Ｂの分岐
条件が成立した場合には第２ステージにおいてそれぞれ
命令読み出し番地の更新が行なわれる。以下、各分岐命
令において分岐条件が成立した場合の具体的な処理につ
いて説明する。

まず、第１ステージで分岐命令Ａにおいて分岐が起きた
場合にはく第２図（２））、分岐命令Ｂの実行は抑止さ
れる。この時、分岐命令Ｂの分岐条件が成立していても
、これらの分岐命令の分岐条件が成立したことによる命
令読み出し番地の更新は、このステージでは行なわれな
いから、命令読み出し番地の更新における競合は生じな
い０次に、第２ステージで分岐命令Ｂにおいて分岐が起
きた場合には、（第２図（３））、同一ステージ内の分
岐命令Ａの実行は既に終了しているから、命令読み出し
番地の更新を行なう命令は分岐命令Ｂ以外にはない、こ
の時、パイプライン第１ステージでは次命令が実行され
ているが、分岐命令Ｂの分岐条件の判定は、第１ステー
ジの次命令中の分岐命令の条件判断より先行して行なう
ことが可能である（第１ステージで分岐命令Ａと同時に
行なうことが可能）、従って、予め命令キャッシュ装置
に命令読み出し番地を与えるセレクタ等の切替えを行な
うことが可能であるから、命令読み出し番地の更新を簡
単に行なうことができる。分岐に伴って、第１ステージ
の命令の実行は抑止される。

このように、２つの分岐命令の実行において、分岐が行
なわれるパイプラインステージを異なるステージとする
ことによって、命令読み出し番地の更新を行なう分岐命
令を簡単に特定できるから、ハードウェアが簡単なもの
となり、複数の分岐命令を同時に実行することができる
。

（実施例） 以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。

本発明のパイプライン情報処理方式の一実施例を実現す
るハードウェアの構成を第１図に示す。

第１図において、１０は２語同時読み出しが可能な命令
キャッシュ装置、１１は命令アドレスレジスタ、２０は
レジスタファイル、３０．３１は分岐命令の分岐条件が
成立したかどうかを調べる分岐条件判定装置、４０．４
１，４２．４３はレジスタファイルから読み出された値
を格納するラッチ、５０．５１は分岐条件判定装置３０
．３１の判定結果を保持するラッチ、６０．６１は演算
を行なう演算装置、７０．７１．７２は命令読み出し番
地を計算する加算器、５２は加算器７２によって計算さ
れたアドレスを保持するラッチ、９０゜９１は命令キャ
ッシュ装置１０と命令アドレスレジスタ１１とに与える
命令読み出し番地を選択するセレクタ、８０は全体の制
御を行なう制御装置である。本実施例は、パイプライン
段数を２段とした場合のものであり、各ステージはラッ
チ４０４１．４２，４３，５０，５１．５２によって分
けられている。即ち、命令キャッシュ装置１０からの命
令の読み出しと、レジスタファイル２０からのレジスタ
の値の読み出しと、分岐条件判定装置３０．３１による
分岐条件の判定と、加算器７０　７１．７２によるアド
レスの計算と、セレクタ９０の切替えとが第１ステージ
の処理であり、演算装置６０．６１による演算と、その
演算結果のレジスタファイル２０への書き込みと、セレ
クタ９１の切替えとが第２ステージの処理である。

本実施例において、分岐命令以外の命令の実行は以下の
ように行なわれる。まず、第１ステージでは、命令キャ
ッシュ装置１０から命令の読み出しか行なわれる。つい
で、読み出された命令に応じて、レジスタファイル２０
からのレジスタの値の読み出しが行なわれる。この時、
加算器７０７１．７２によって次の命令の読み出し番地
の計算が行なわれているが、実行している命令が分岐命
令でない場合には、制御装置８０からの指示により、分
岐条件判定装置３０．３１の出力（３００）、（３１０
）は共に０であるから、加算器７１の計算結果がセレク
タ９０．９１によって選択され、その加算器７１の計算
結果が命令キャッシュ装置１０および命令アドレスレジ
スタ１１に与えられ、次の命令の読み出しが引続き行な
われる。第２ステージでは、命令が演算装置６０．６１
によって実行され、それぞれの演算結果がレジスタファ
イル２０に書き込まれる。

本実施例において、２つの分岐命令は以下のようにして
同時に実行される。この時、２つの分岐命令をそれぞれ
Ａ、Ｂとし、Ａが高い優先度を持つ分岐命令であるとす
る。分岐条件判定装置３１か高い優先順位を持つ分岐命
令Ａの分岐条件の判定を行なう分岐条件判定装置である
。分岐命令Ａにおいて分岐条件が成立した場合には、分
岐条件判定装置３１の出力（３１０）が１となり、セレ
クタ９０によって加算器７０の計算結果が選択される。

この時、第２ステージで実行されている命令において分
岐が行なわれなければセレクタ９１がセレクタ９０から
の入力を選択するから、加算器７０の計算結果が次の命
令のアドレスとして命令キャッシュ装置１０と命令アド
レスレジスタ１１に与えられる。このによにして、優先
順位の高い分岐命令の分岐は、第１ステージで行なわれ
る。この時、分岐命令Ｂの分岐条件の判定が条件分岐判
定装置３０によって、また分岐命令Ｂの分岐条件が成立
した場合の分岐先のアドレスの計算が加算器７２によっ
て、同時に行なわれているが、それらの結果はラッチ５
０．５２にそれぞれ保持される。

第２ステージにおいて、ラッチ５０に保持されている分
岐命令Ｂの分岐条件判定結果は、セレクタ９１に送られ
る。この時、ラッチ５１に保持されている条件分岐判定
装置３１の分岐条件判定結果の否定とのＡＮＤが論理回
路６５でとられるから、ラッチ５１の値が１であった場
合、即ち既に分岐命令Ａにおいて分岐が成立していた場
合にはこの分岐命令Ｂによる分岐は無効となる。ラッチ
５１の値が０であった場合には、セレクタ９１において
ラッチ５２の値が選択されて分岐命令Ｂの分岐が行なわ
れる。この場合には、一般に第１ステージにおいて次の
命令が実行されており、その命令が分岐命令であること
もあり得るが、セレクタ９１がラッチ５２の出力を選択
しているから、それらの命令の分岐条件判定の結果は無
視されることになる。これらの命令の実行は制御装置８
０によって抑止される。

このように、複数の分岐命令の同時実行においてそれら
複数の分岐命令の分岐条件が成立した場合に、他の命令
の実行の抑制および命令読み出し番地の更新をそれぞれ
興なるパイプラインステージで行なうことによって、セ
レクタの切替え、命令の実行の抑止を、一般に最も遅延
時間が大きく性能低下の要因となる条件分岐判定後では
なく、それ以降の各ステージの先頭で行なうことができ
るかち、パイプライン制御を行なうハードウェアの梢成
が簡単になる。

以上に本発明の一実施例について述べたが、本発明はこ
の実施例にのみ限定されるものではなく、同時に実行さ
れる命令数、パイプライン段数、条件分岐の判定が行な
われるステージ等が異なっていても基本的実施方法は変
わらない。

（発明の効果） 以上に説明した様に、本発明によれば、同時に複数の命
令を実行可能なパイプライン情報処理方式において、複
数の分岐命令を同時に実行することが可能となるから、
同時により多数の命令を実行することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は分岐
命令が実行されるパイプラインステージの一例を示す図
である。 １０・・・命令キャッシュ装置、１１・・・命令アドレ
スレジスタ、２０・・・レジスタファイル、３゜３１・
・・分岐条件判定装置、４０．４１，４２゜４３．５０
．５１．５２・・・ラッチ、６ｏ　６１・・・演算装置
、６５・・・理論回路、７０，７１．７２・・・加算器
、８０・・・制御装置、９０．９１・・・セレクタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の命令を同一のパイプラインステージで実行するパ
   イプライン情報処理方式において、複数の分岐命令を実
   行する際に、同時に実行される複数の分岐命令のうちの
   ある一つの分岐命令に優先権を与えておき、該優先権を
   持つ分岐命令において分岐が成立した場合の命令読み出
   し番地の更新および同一パイプラインステージ上の他の
   分岐命令の実行の抑止を、前記優先権を持つ分岐命令以
   外の分岐命令において分岐が成立した場合に行なわれる
   命令読み出し番地の更新および同一パイプラインステー
   ジ上の他の分岐命令の実行の抑止より、一段以上先行す
   るパイプラインステージで行なうことにより複数の分岐
   命令を同時に実行することを特徴とするパイプライン情
   報処理方式。