JPH04233632A

JPH04233632A - デイジタルデータプロセツサ作動方法及び分岐履歴テーブル

Info

Publication number: JPH04233632A
Application number: JP3183557A
Authority: JP
Inventors: Philip G Emma; フイリツプ・ジヨージ・エマ; Joshua W Knight; ジヨシユア・ウイルソン・ナイト; James H Pomerene; ジエームス・ハーバート・ポマーン; Rudolph N Rechtschaffen; ルドルフ・ナザン・リチシヤフン; Frank J Sparacio; フランク・ジヨン・スパラシオ; Charles F Webb; チヤールス・フランクリン・ウエブ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1992-08-21
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: EP0468134A3; US5276882A; EP0468134A2; JP2500958B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はデータ処理システムに関
し、特にサブルーチンのリターンを実現する条件レジス
タ分岐（ＢＣＲ）形式の命令の目標アドレスを予測する
ための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デイジタルデータプロセツサにおける命
令の流れは一般にメモリ内の連続的記憶位置から命令を
取り出してデコードすることを要求する。分岐命令はこ
の流れを中断させる命令であり、例えば採用された分岐
命令は連続的な順番に従つてデコードすることを中断さ
せてメモリの新しい記憶位置において再出発させる。メ
モリのこの新しい記憶位置は分岐の目標アドレスと呼ば
れる。逐次的命令の流れにおけるこの種の割込みは逐次
制御の性能について効率をかなり低下させる。

【０００３】分岐命令の形式の１つは無条件分岐として
知られており、分岐命令（ＢＲ）から目標命令（ＴＡＲ
Ｇ）に無条件に制御を移す。すなわち分岐命令がデコー
ドされたとき制御が目標命令ＴＡＲＧに移動する。性能
について一層の低下を生ずる分岐命令は条件付き分岐（
ＢＣ）として知られている。この命令は前の命令の結果
によつて決定される所定の条件が揃つた場合にだけ制御
を目標命令ＴＡＲＧに移すべきことを指定する。

【０００４】命令デコード時に条件付き分岐命令を採用
しないことが決定されれば、当該条件付き分岐命令の実
行に伴う不利益は存在しない。すなわち分岐命令デコー
ドのすぐ後に続く次の順序の命令がデコードされる。分
岐命令の採用が決定されると、目標アドレスを生成して
当該目標命令を取り出さなければならないので、分岐に
伴つて複数サイクルに亘る不利益が生ずることになる。

【０００５】当該分野において、いくつかの条件付き分
岐予測機構が知られている。命令デコード時に条件付き
分岐の結果を予測しようと試行する機構はデコード時予
測機構として知られている。米国特許第４，４７７，８
７２号及び米国特許第４，４３０，７０６号に「デコー
ド履歴テーブル」（ＤＨＴ）と呼ばれる特定の形式をも
つデコード時予測機構が述べられている。

【０００６】このデコード履歴テーブルＤＨＴはエント
リのテーブルであり、分岐命令のアドレスを定義するビ
ツトへのハツシユ又は打切り変形のような変形に基づい
てエントリがアクセスされる。エントリはそれ自身１ビ
ツトで構成され、対応する分岐命令が最後に採用されて
実行された場合には当該ビツトがセツトされ、そうでな
い場合にはセツトされない。特定の分岐に対してデコー
ド履歴テーブルＤＨＴエントリがセツトされていれば目
標アドレスが生成され、この目標命令が取出されてデコ
ードされる。デコード履歴テーブルＤＨＴエントリがセ
ツトされていなければ、分岐命令のデコードに続くサイ
クルにおいて、次の順序の命令がデコードされる。

【０００７】先取り時予測機構として知られている他の
形式の機構として、採用された分岐に関する予想をして
、分岐命令がデコードされる時点に先立つて目標命令を
取り出すようになされている。この先取り時予測機構は
命令先取り機関に組み込まれ、予測採用された先取り分
岐のすぐ後に続く分岐目標パスを流れ下るように命令先
取り先を方向変更させる。そうすることによつて、この
先取り時機構は、分岐命令のデコード時に命令バツフア
が既に分岐目標命令を格納していることを保証し、これ
により分岐命令のデコードの直後に分岐目標命令がデコ
ードされるようにする。その結果、先取り時機構の予測
が正しいときには分岐命令に関連する時間損失をなくす
ことができる。

【０００８】米国特許第３，５５９，１８３号に述べら
れている先取り時予測機構は一般に分岐履歴テーブル（
ＢＨＴ）の変形である。分岐履歴テーブルＢＨＴはデコ
ード履歴テーブルＤＨＴの時間を先取りするようにした
点を除いて類似している。すなわち分岐履歴テーブルＢ
ＨＴは先取りされている命令ブロツクのアドレスを定義
するビツトに対するハツシユ又は打切りなどの変形に基
づいてアクセスされるエントリのテーブルである。分岐
履歴テーブルＢＨＴは先取り時に「盲目的に」動作する
ので、そのエントリそれ自身はデコード履歴テーブルＤ
ＨＴエントリよりも複雑である。すなわち分岐履歴テー
ブルＢＨＴは命令ブロツクの内容検査の利益を受けるこ
となしに命令ブロツクを取り出す。従つて分岐履歴テー
ブルＢＨＴエントリは命令ブロツクのうち到達した採用
分岐に基づいて、対応する命令ブロツクが採用された分
岐を格納していることを識別できなければならない。その上特定の分岐命令は現在の命令取出しとは関連がな
く、現在の命令取出しがブロツクのどこに入つたかに依
存するのであるから、採用された分岐命令がブロツクの
どこにあるかを識別できなければならない。最後にその
特定の分岐が現在の先取り機能に関連があれば直ちに目
標パスの下方に先取り方向を変更させ得るようにエント
リが分岐目標アドレスを指定する必要がある。

【０００９】プロセツサは採用すべきであることが判つ
ている分岐命令が到達すると、当該分岐のアドレスに基
づいて分岐履歴テーブルＢＨＴエントリを生成する。こ
のエントリ自身が分岐目標アドレスを収納している。分
岐を含んでいる命令群の特定の部分が重ねて到達すると
、分岐命令が先取りされる時に分岐履歴テーブルＢＨＴ
エントリが先取り方向に変更を生じさせる。分岐履歴テ
ーブルＢＨＴは先取り方向を変更させるとき、「採用さ
れた分岐と当該分岐の目標アドレスとがそこに存在する
と「信ずる」アドレス」のような情報を待ち行列に入れ
る。分岐履歴テーブルＢＨＴが正確に分岐を予想した場
合には分岐したことによる不利益はなくなる。

【００１０】サブルーチンへの制御移転を生ずるプログ
ラム内の分岐命令はサブルーチン呼出し命令と呼ばれる
。呼び出している手続きに制御をリターンするサブルー
チンにある分岐命令はサブルーチンリターン命令と呼ば
れる。サブルーチンは別のサブルーチンを呼び出しても
良く、このサブルーチンは入れ子形サブルーチン呼出し
として知られている。いくつかの命令セツトアーキテク
チヤにおいてはサブルーチン呼出し及びリターン命令は
明示的である。すなわちサブルーチン呼出しは全て呼出
し命令ＣＡＬＬによつて実行され、サブルーチンリター
ンは全てリターン命令ＲＥＴＵＲＮによつて実行される
。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】呼出し命令ＣＡＬＬ及
びリターン命令ＲＥＴＵＲＮが明示的命令であれば、サ
ブルーチンのリターンはスタツクによつて容易に処理し
得る。米国特許第４，５８６，１２７号及び米国特許第
４，３４８，７２１号においては、サブルーチンリター
ン処理にスタツクを用いている。これらの従来技術が教
示する一般的技術は、「各呼出し命令ごとにリターンア
ドレスをスタツクにプツシユし、各リターン命令ごとに
スタツクをポツプさせてその内容をリターンアドレスと
して使用する」というものである。しかしながらそこに
は分岐予測が含まれていない。実際には、呼出し命令Ｃ
ＡＬＬ及びリターン命令ＲＥＴＵＲＮが明示的である多
くのプロセツサアーキテクチヤにおいては命令はスタツ
クを介して動作するように定義される。

【００１２】その他の命令セツトアーキテクチヤにおい
ては、サブルーチン呼出し命令及びリターン命令が明示
的ではなく、一般的分岐命令によつて実行される。この
場合にはどの分岐命令を呼び出すかの決定及びどれをリ
ターンするかの決定に重大な困難がある。以下に示す論
文はどの分岐命令が呼び出されかつリターンされるかを
分岐命令に関する命令の形式に基づいて推論する方法を
提案している。

【００１３】ジエイ・ロスク（Ｊ・Ｌｏｓｑ）は、１９
８１年１２月発行の「ＩＢＭ技術開示報告第２４巻７ａ
号」の「サブルーチンリターンアドレススタツク（Ｓｕ
ｂｒｏｕｔｉｎｅ　　Ｒｅｔｕｒｎ　　Ａｄｄｒｅｓｓ
　　Ｓｔａｃｋ）」と題する論文において、「分岐履歴
テーブル」と共同で動作する単一スタツクを教示してい
る。全ての潜在的呼出しリターン命令のリターンスポツ
トがスタツクにプツシユされ、当該スタツクはあらゆる
潜在的リターン命令についてポツプする。ロスクは潜在
的呼出し命令が全てサブルーチン呼出しということはな
く、また潜在的リターン命令が全てサブルーチンリター
ンであつて無関係な情報がスタツクにプツシユされる結
果になるものではないことを認識していると記述してい
る。

【００１４】ピー・ジー・エマ（Ｐ．Ｇ．Ｅｍｍａ）ほ
かは、１９８６年３月発行の「ＩＢＭ技術開示報告第２
８巻１０号」の「高精度サブルーチンスタツク予測機構
（Ｈｉｇｈｌｙ　　Ａｃｃｕｒａｔｅ　　Ｓｕｂｒｏｕ
ｔｉｎｅ　　ＳｔａｃｋＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　　Ｍｅ
ｃｈａｎｉｓｍ）」と題する論文において、長めの予測
逡巡期間を置くことによつて予測精度を向上できること
について述べている。これはロードマルチプル命令ＬＭ
及びストアマルチプル命令ＳＭの介入に基づく予測を禁
止し、かつロードプログラムステータスワード命令ＬＰ
ＳＷの場合にはスタツクを消去することによつて達成さ
れる。

【００１５】上述の２つの論文におけるスタツクはあら
ゆる潜在的呼出し命令のために保持され、限定的状況下
において可能性のあるリターン命令を予測するために使
用される。

【００１６】またシー・エフ・ウエツブ（Ｃ．Ｆ．Ｗｅ
ｂｂ）も１９８８年４月発行の「ＩＢＭ技術開示報告第
３０巻１１号」の「サブルーチン呼出し／リターンスタ
ツク（Ｓｕｂ−ｒｏｕｔｉｎｅ　　Ｃａｌｌ／Ｒｅｔｕ
ｒｎ　　Ｓｔａｃｋ）」と題する論文において、「分岐
履歴テーブル」と協同して動作するスタツクの使用を述
べている。

【００１７】本発明の目的は、外部スタツクを必要とし
ない分岐履歴テーブルでありかつその分岐履歴テーブル
によつて直接的に連係情報を管理するようにした分岐履
歴テーブルを提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】分岐命令の結果を予測す
る装置及び方法によつて、前述の問題点及びその他の問
題点が解決され、本発明の目的が達成される。ここに提
示する実施例において、前に実行された分岐命令を記述
するサブルーチンリターンポイントを含むエントリ用の
記憶装置を有する履歴に基礎を置く予測機構を含む装置
を開示する。この装置はさらに、サブルーチン呼出しを
実行する分岐命令とサブルーチンリターンを実行する分
岐命令とを識別する機構を含んでいる。この装置はさら
に、履歴に基づくサブルーチンリターンポイントを将来
のサブルーチンリターンポイントに置き換えるべく識別
機構の動作に応答する機構を含んでおり、将来のサブル
ーチンリターンポイントは現在のサブルーチン呼出しポ
イントに基づいて決定される。スタツクを必要とせず、
分岐履歴テーブルによつて直接的に連係情報を管理する
ようにした本発明の実施例について述べる。

【００１９】

【作用】従来技術よりも一層優れた信頼性を有する上に
、分岐履歴テーブルＢＨＴをもつことによりそれ以上の
ハードウエア構成の追加を必要としないサブルーチンリ
ターン予測方法及び装置が本発明の実施例により提供さ
れる。本発明は、非明示的なサブルーチン呼出し命令と
リターン命令ＢＡＬＲ（Ｂｒａｎｃｈ　ａｎｄ　Ｌｉｎ
ｋ　Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）及びＢＣＲ（Ｂｒａｎｃｈ　ｏ
ｎ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）に
よつて動作する。本発明の技術は、対応するサブルーチ
ンのエントリポイントにおいてリターンＢＣＲを明確に
識別し、これにより呼出し分岐及びリターン分岐の識別
に関連する混乱を除去し、かくして一層高度な信頼性を
獲得する。

【００２０】この技術は、スタツクやその他のロジツク
の必要性をなくし、分岐履歴テーブルＢＨＴ内のエント
リにそれぞれ１ビツトの長さにし得る２つのタグフイー
ルドを付加するだけで済む。これらのタグフイールドは
以下の通りである。（１）ＣＡＬＬフイールド……ＢＡＬ又はＢＡＬＲに対
応する現在の分岐エントリを指示するためのフイールド
（２）ＰＳＥＵＤＯフイールド……当該エントリが、分
岐に対応するものではなく「擬似エントリ」であること
を指示するためのフイールドＢＡＬ又はＢＡＬＲに対応するエントリの場合にのみ、
エントリセツトのためのＣＡＬＬビツトが分岐履歴テー
ブルＢＨＴに生成される。好結果の分岐命令の目標アド
レスは分岐履歴テーブルＢＨＴを探索するために使用さ
れ、目標４ワードがＣＡＬＬビツトセツトを有する目標
ハーフワードに先立つてエントリを格納するとき、当該
分岐はサブルーチンリターンであると判定する。この場
合、ＣＡＬＬビツトセツトを伴うエントリは対応するサ
ブルーチン呼出しであると判定でき、またサブルーチン
へのエントリポイントはこの分岐履歴テーブルＢＨＴエ
ントリと共に格納される目標アドレスによつて与えられ
る。擬似エントリは分岐履歴テーブルＢＨＴのサブルー
チンのエントリポイントに対応する記憶位置に挿入され
、ＰＳＥＵＤＯフイールドビツトセツトをもつているこ
とにより又は表明されることにより、擬似エントリとし
て識別される。擬似エントリは目標アドレスフイールド
の代わりにリターン分岐命令のアドレスを格納する。この擬似エントリは連係情報を表し、サブルーチンエン
トリ及び対応するサブルーチンリターン間に連係を作る
ように機能する。

【００２１】採用されたＢＡＬ又はＢＡＬＲに対する目
標アドレスに応じてなされる分岐履歴テーブルＢＨＴ探
索がＰＳＥＵＤＯエントリであるとき、分岐履歴テーブ
ルＢＨＴの更新が実行される。この更新は擬似エントリ
の目標アドレスフイールドにおいて指定されているエン
トリに対してなされる目標アドレスの変更を有する型式
のものである。エントリ内に置かれている目標アドレス
はＢＡＬ又はＢＡＬＲに対する次順のアドレスである。

【００２２】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００２３】図１はサブルーチン呼出し命令及びリター
ン命令の処理動作を示す。サブルーチンＸは、特定の記
憶位置Ｃに置かれており、記憶位置Ａ及びＢに記憶され
ている命令によつて異なる時点において呼び出される。記憶位置Ｄにあるサブルーチンリターン命令は、理想的
には、サブルーチンＸが記憶位置Ａの命令によつて呼び
出されたとき記憶位置Ａに続く記憶位置の命令にリター
ンすべきであり、またサブルーチンＸが記憶位置Ｂの命
令によつて呼び出されたときには記憶位置Ｂに続く記憶
位置の命令にリターンすべきである。しかしながら履歴
に基礎を置く分岐履歴テーブルのような予測装置におい
ては、記憶位置Ｄにおけるリターン分岐は正しく予測さ
れるが、記憶位置Ａの命令が最後にサブルーチンＸを呼
び出していた場合には、制御はサブルーチンＸが記憶位
置Ｂの命令によつて呼び出されたとき、正しくない記憶
位置Ａの命令にリターンされることになる。

【００２４】一例として、「ＩＢＭ３７０」及びそのコ
ンパチブルアーキテクチヤにおいては、サブルーチン呼
出しを実行するために使用される命令は、分岐及び結合
命令「ＢＡＬ（Ｂｒａｎｃｈ　ａｎｄ　Ｌｉｎｋ）」又
は分岐及び結合レジスタ命令「ＢＡＬＲ（Ｂｒａｎｃｈ
　ａｎｄ　Ｌｉｎｋ　Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）　」の変形で
ある。サブルーチンのリターンを実行するために用いら
れる命令は、レジスタ条件に基づく分岐命令「ＢＣＲ（
Ｂｒａｎｃｈ　ｏｎ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｒｅ
ｇｉｓｔｅｒ）」の変形である。

【００２５】ここで注意すべきことは、与えられたコン
ピユータ命令群において、分岐及び結合レジスタ命令Ｂ
ＡＬＲの全てがサブルーチン呼出しというわけではなく
、またレジスタ条件分岐命令ＢＣＲの全てがサブルーチ
ンリターンというわけでもないことである。さらに注意
すべきことは本発明の教示はこれらの特定の命令型式に
限定されるものと解釈されるべきではなく、また特定型
式のコンピユータアーキテクチヤ又は特定のアーキテク
チヤとコンパチブルなアーキテクチヤにおいてのみ実行
されるものと限定的に解釈されるべきでもないことであ
る。

【００２６】分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲは、「
ＢＡＬＲ　　Ｒ１、Ｒ２」の形式を有する２バイトの命
令で構成されている。この命令はアドレスＡにあるとき
、実行の際に位置Ａ＋２にバイト命令Ｒ１をプログラム
ステータス語ＰＳＷからの他の情報と共にロードさせる
。記述子Ｒ２がゼロでなければ、記述子Ｒ２に収納され
ているアドレスへの分岐が生ずる。図１の実施例の場合
記述子Ｒ２はアドレスＣを収納している。分岐及び結合
レジスタ命令ＢＡＬＲが実行されるとき、バイト命令Ｒ
１にはリターンポイントアドレスＡ＋２がロードされる
。

【００２７】レジスタ条件分岐命令ＢＣＲも２バイトの
命令で構成され、「ＢＣＲ　　Ｍ１、Ｒ２」の形式を有
する。レジスタ条件分岐命令ＢＣＲは、マスクフイール
ドＭ１を用いてレジスタ条件分岐命令ＢＣＲが発生して
いるか否かを判断させる。肯定結果が得られると、制御
は記述子Ｒ２に収納されているアドレスの記憶位置に移
される。例えば図１の実施例の場合、上記レジスタ条件
分岐命令ＢＣＲは記憶位置Ｄにおけるリターン分岐であ
り、記述子Ｒ２はアドレスＡ＋２又はＢ＋２を収納して
いる。

【００２８】図２は、２系列のスタツクと共に動作する
分岐履歴テーブルＢＨＴをブロツク図として示す。デー
タ処理システム１０はプロセツサ１２を含み、プロセツ
サ１２は分岐を実行したときパス１６を介して分岐情報
を分岐履歴テーブルＢＨＴ（Ｂｒａｎｃｈ　Ｈｉｓｔｏ
ｒｙ　Ｔａｂｌｅ）１４に格納する。分岐履歴テーブル
ＢＨＴ１４は履歴情報を使用して将来の分岐を予測し、
パス１８を介してこれらの予測情報をプロセツサ１２に
提供する。プロセツサ１２は予測誤りを見出すとパス１
６を介して分岐履歴テーブルＢＨＴ１４を更新する。分
岐履歴テーブルＢＨＴ１４のエントリ１４ａは第１に捕
捉された分岐アドレス（ＢＡ）と、第２に分岐先の目標
アドレス（ＴＡ）とを少くとも収納する。

【００２９】データ処理システム１０はさらに、第１ス
タツク（Ｓ１）２０と、第２スタツク（Ｓ２）２２と、
複数のデータパス２４、２６、２８、３０、３２、３４
、３６と、分岐履歴テーブルＢＨＴ１４のエントリ１４
ａ内の付加的記憶ビツト（ＳＲ）とを含む。この分岐履
歴テーブルＢＨＴ１４のエントリ１４ａ内の付加的記憶
ビツト（ＳＲ）は対応するエントリがサブルーチンのリ
ターンであることを示す。サブルーチンリターンビツト
ＳＲがセツトされているときこれはエントリ１４ａの目
標アドレス（ＴＡ）についてのフイールドの内容が、以
下に述べるように解釈されるべきであるということを示
す。

【００３０】第１スタツク（Ｓ１）２０及び第２スタツ
ク（Ｓ２）２２についての以下の説明においては、図１
の実施例を使用する。アドレスＡにおいて分岐及び結合
レジスタ命令ＢＡＬＲが実行されるとき、アドレスＡ及
びＣがパス１６を介して分岐履歴テーブルＢＨＴ１４に
送られることによりＢＡ＝Ａ、ＴＡ＝Ｃを有するエント
リを生成する。分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲの目
標アドレス、すなわちサブルーチンのエントリポイント
Ｃが第１スタツク（Ｓ１）２０にパス２４を介して送り
出されると共に、リターンポイントＡ＋２が第２スタツ
ク（Ｓ２）２２にパス３０を介して送り出される。

【００３１】レジスタ条件分岐命令ＢＣＲがアドレスＤ
において目標アドレスＡ＋２と共に実行されると、アド
レスＤ及びＡ＋２がパス１６を介して分岐履歴テーブル
ＢＨＴ１４に送られることにより、ＢＡ＝Ｄ、ＴＡ＝Ａ
＋２でなる見掛上のエントリが生成される。このデータ
転送の際に、アドレスＡ＋２がパス３０を通つて第２ス
タツク（Ｓ２）２２に送られることにより第２スタツク
（Ｓ２）２２がアドレスＡ＋２についてのエントリをも
つているか否かを判断させる。この実施例の場合、第２
スタツク（Ｓ２）２２はそのようなエントリをもつてい
る。対応するエントリは第１スタツク（Ｓ１）２０（こ
の例では値Ｃ）であり、パス３４を介して見出され、パ
ス２６を通つて送られてパス１６上のＴＡフイールドに
置き換えられる。分岐履歴テーブルＢＨＴ１４に格納さ
れたエントリはこうしてＢＡ＝Ｄ及びＴＡ＝Ｃを有する
。これは「ノーマル」エントリではなく、このことを示
すために、対応するエントリ１４ａとしてＳＲビツトが
用いられる。

【００３２】アドレスＢの分岐及び結合レジスタ命令Ｂ
ＡＬＲが実行されるとき、アドレスＢ及びアドレスＣは
、パス１６を通つて分岐履歴テーブルＢＨＴ１４に送ら
れ、これによりＢＡ＝Ｂ及びＴＡ＝Ｃをもつエントリ１
４ａを生成する。また分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬ
Ｒの目標アドレスすなわちサブルーチンに対するエント
リポイントＣは、パス２４上を第１スタツク（Ｓ１）２
０に押し出され、リターンポイントＢ＋２はパス３０上
を第２スタツク（Ｓ２）２２に押し出される。

【００３３】その後の命令取出し過程の間に、分岐履歴
テーブルＢＨＴ１４はアドレスＤについてのエントリ、
すなわち続いて発生して来るレジスタ条件分岐命令ＢＣ
Ｒを検出したとき、当該エントリをＳＲビツトによつて
表明する。上述のようにＢＡ＝Ｄ及びＴＡ＝Ｃになつて
いるエントリに対応する予測がパス１８に転送される。ＳＲビツトが表明されているので、エントリのＴＡフイ
ールドもパス２８を介して第１スタツク（Ｓ１）２０に
送られて第１スタツク（Ｓ１）２０がアドレスＣのエン
トリをもつているか否かを確認する。この場合、第１ス
タツク（Ｓ１）２０はそのようなエントリをもつている
ので、第２スタツク（Ｓ２）２２の対応するエントリ（
この場合対応するエントリはＢ＋２である）がパス３６
を介して識別されると共に、パス３２に送出されること
によりパス１８を介してＴＡフイールドに置き換えられ
る。

【００３４】このようにしてパス１８からプロセツサ１
２に受け取られた予測はＢＡ＝Ｄ及びＴＡ＝Ｂ＋２をも
つ。すなわち、プロセツサ１２が受け取つた予測は、目
標アドレスがＢ＋２のアドレスＤに分岐があるというこ
とである。その結果、図２の２系列スタツク装置は、履
歴目標アドレスＡ＋２の代わりに、正しい目標アドレス
Ｂ＋２を提供する。

【００３５】次に、スタツクを使用しない本発明の実施
例について説明する。説明が必要なものは、以下に図３
について述べるように、分岐履歴テーブルＢＨＴ１４を
変更すること以外には図２のプロセツサ１２、分岐履歴
テーブルＢＨＴ１４、並びにデータパス１６及び１８の
みである。

【００３６】前述したように、命令取出し機構が命令「
ブロツク」を取り出す。そのように、命令取出し機構は
「命令」の概念をもつておらず、むしろ命令取出し機構
はキヤツシユから命令バツフアに連続的なバイトブロツ
クを転送させる自律的なデバイスである。従つて分岐履
歴テーブルＢＨＴのような先取り時間予測機構は命令の
ブロツクにおいて処理動作をし、かつ各命令アドレスで
は処理動作をしない。命令ブロツクは１つ以上の分岐を
含むことがあるので、先取り時間予測機構はセツト連想
とされ、これにより与えられた命令ブロツクについて複
数の分岐エントリが格納される。

【００３７】以下の説明において、キヤツシユから取出
されるブロツクの大きさは４ワード（１６バイト）であ
るものと仮定する。例えば、「ＩＢＭ３７０」の上向き
互換アーキテクチヤの場合、命令長はハーフワード（２
バイト）の倍数であり、ハーフワードの境界に配設され
ている。図４の例における分岐及び結合レジスタ命令Ｂ
ＡＬＲ（２バイトすなわち１ハーフワードの命令）は、
上述のようにアドレスＡにおいて、８つのハーフワード
を含む４ワードの命令４０のうち第４ハーフワード４２
に入れられている。当該４ワードごとに取り出される場
合、分岐履歴テーブルＢＨＴ１４は少なくも４ワードを
単位として編成される。すなわちアドレスＤにあるレジ
スタ条件分岐命令ＢＣＲがアドレスＡ＋２となつたとき
、分岐履歴テーブルＢＨＴ１４はアドレスＡ＋２を使用
して探索されるが、図示されている４ワード内のすべて
の分岐についてのエントリが使用できる状態になされる
。特にアドレスＡにある分岐及び結合レジスタ命令ＢＡ
ＬＲについてのエントリがなされる。次に本発明の実施
例の処理動作について詳細に述べる。

【００３８】本発明によれば、図３に示すように、分岐
履歴テーブルＢＨＴ１４の各エントリは少なくも２つの
付加的フイールドを有する。第１の付加的フイールドは
呼出し（ＣＡＬＬ）フイールドで、この呼出しフイール
ドはそのエントリが潜在的呼出し分岐（ＢＡＬＲ）に対
応していることを表している。呼出し（ＣＡＬＬ）フイ
ールドは、分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲの変形に
フルワード命令があるので、これを表明するため２ビツ
トを必要とする。この場合２ビツトは命令の長さを示す
ために用いられる。必要な場合は、分岐用のエントリは
分岐命令の最後のハーフワードのアドレスに従つて格納
される。この後者の手法が採用される場合、分岐命令の
実際の長さは重要ではなく、呼出しＣＡＬＬフイールド
は１ビツトであつても良い。第２のフイールドは１ビツ
トの擬似フイールドＰＳＥＵＤＯであり、この擬似フイ
ールドＰＳＥＵＤＯは対応するエントリが分岐に該当し
ないことを示すために設けられている。分岐履歴テーブ
ルＢＨＴエントリの擬似フイールドＰＳＥＵＤＯのロー
ル処理については後述する。

【００３９】分岐予測は次のようにしてなされる。アド
レスＡにある分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲが実行
されると（図１）、ＢＡ＝Ａと、ＴＡ＝Ｃと、当該エン
トリが分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲに対応するこ
とを表わす表明状態になつているＣＡＬＬフイールドと
を有する分岐履歴テーブルＢＨＴエントリを生成させる
。この分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲはサブルーチ
ン呼出しであつても良く、命令実行中のこの点において
分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲがサブルーチン呼出
しであることが未知か否かに拘らない。

【００４０】アドレスＤにあるレジスタ条件分岐命令Ｂ
ＣＲ命令が実行されると、ＢＡ＝Ｄと、ＴＡ＝Ａ＋２と
を有するエントリを分岐履歴テーブルＢＨＴ１４に生成
させる。レジスタ条件分岐命令ＢＣＲ命令を実行するこ
とによつて記憶位置Ａ＋２に命令取出しの転送を生じさ
せる場合は、分岐履歴テーブルＢＨＴのアドレスＡ＋２
が探索され、アドレスＡにある分岐及び結合レジスタ命
令ＢＡＬＲの実行に応答して上述のように生成されたエ
ントリがアドレスＡを指称する。このエントリはＣＡＬ
Ｌ表明を有している。分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬ
Ｒが潜在的呼出し命令である場合にはレジスタ条件分岐
命令ＢＣＲが潜在的リターン命令であり、またレジスタ
条件分岐命令ＢＣＲが分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬ
Ｒのすぐ後に続く命令に分岐するためにレジスタ条件分
岐命令ＢＣＲがサブルーチンリターンとして明示的に識
別され、分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲがサブルー
チン呼出しとして明示的に識別される。

【００４１】レジスタ条件分岐命令ＢＣＲがサブルーチ
ンリターンとして認識されると、これがＰＳＥＵＤＯエ
ントリも生成させる。認識の際に、次のような情報を使
用することができる。すなわち、Ｄはリターンするレジ
スタ条件分岐命令ＢＣＲのアドレスであり、Ｃは記憶位
置Ａにある分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲに対応す
るエントリのＴＡフイールドによつて得られるサブルー
チンへのエントリポイントのアドレスである。

【００４２】アドレスＣに対するＰＳＥＵＤＯエントリ
が生成されると、これがサブルーチン内へ入つたとき直
ちに認識される。ＰＳＥＵＤＯエントリは記憶位置Ｄを
指し示すようにセツトされる。記憶位置Ｄはサブルーチ
ンからリターンするレジスタ条件分岐命令ＢＣＲのアド
レスである。かくして、分岐履歴テーブルＢＨＴ１４内
に格納されたＰＳＥＵＤＯエントリはＢＡ＝Ｃと、ＴＡ
＝Ｄと、ＰＳＥＵＤＯビツトとを有し当該ＰＳＥＵＤＯ
ビツトはエントリが記憶位置Ｃにある分岐を表わしてお
らず、分岐が記憶位置Ｄに移つたことを表明している。

【００４３】結局、記憶位置Ｂにある分岐及び結合レジ
スタ命令ＢＡＬＲが記憶位置Ｃに移つたとき、分岐履歴
テーブルＢＨＴ１４が探索され、その結果記憶位置Ｄを
指称するＰＳＥＵＤＯエントリが見出される。ＰＳＥＵ
ＤＯエントリが見出された場合は、以下の情報を使用す
ることができる。すなわちＤはレジスタ条件分岐命令Ｂ
ＣＲをリターンさせる記憶位置であり、Ｂ＋２は命令先
取りユニツトのアドレス自動インクリメント部から得る
ことができるリターンポイントである。ここでＢ＋２は
分岐履歴テーブルＢＨＴの探索をトリガした分岐及び結
合レジスタ命令ＢＡＬＲの次に続く命令のアドレスであ
る。

【００４４】この情報は分岐履歴テーブルＢＨＴを更新
するために使用される。特に記憶位置Ｄに対するエント
リが見出されると、ＴＡフイールドの内容はアドレスＢ
＋２に置き換えられる。すなわち採用された分岐及び結
合命令ＢＡＬ又は分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲに
対する目標アドレスに応じてなされた分岐履歴テーブル
ＢＨＴ１４への探索結果がＰＳＥＵＤＯエントリを示し
ていれば、分岐履歴テーブルＢＨＴ１４の更新が実行さ
れる。この更新はＰＳＥＵＤＯエントリのＴＡフイール
ドの中に記入されているエントリの目標アドレスを変更
する。エントリに置かれた目標アドレスは分岐及び結合
命令ＢＡＬ又は分岐及び結合レジスタ命令ＢＡＬＲの次
の順序のアドレスである。

【００４５】もつと後の命令取出し過程において、分岐
履歴テーブルＢＨＴ１４はアドレスＤに対するエントリ
すなわちやがて起こるレジスタ条件分岐命令ＢＣＲを提
供する。このエントリはＢ＋２にセツトされたＴＡフイ
ールドを有する。すなわちリターンは正しい目標アドレ
スに向けてなされ、履歴目標アドレスに向けてはなされ
ない。

【００４６】本発明の動作に関する理解を一段と深める
ように、次に図５について分岐履歴テーブルＢＨＴをも
たないプロセツサ命令パイプラインの実施例を例示する
と共に、図６について分岐履歴テーブルＢＨＴ９０をも
つプロセツサ命令パイプラインの実施例を例示する。

【００４７】先ず、図５について分岐履歴テーブルＢＨ
Ｔをもたない実施例の概略的な動作を述べる。このパイ
プラインは命令デコーダ５２と、アドレス生成ユニツト
５４と、キヤツシユ５６と、実行ユニツト５８とを有す
る。処理されるべき命令は命令レジスタ６０に保持され
ており、命令はデコーダ５２によつてデコードされる。デコーダ５２はレジスタ６０に保持されている命令の形
式を確認し、当該命令の処理を開始するに必要な汎用レ
ジスタ（図示せず）の内容を読み出す。命令がメモリの
動作を要求しているとき、前述の汎用レジスタの内容が
パス６２を介してアドレス生成ユニツト５４に送られ、
アドレス生成ユニツト５４において組み合わされてメモ
リアドレスを形成する。次にこのアドレスはパス６４を
介してキヤツシユ５６に送られる。

【００４８】メモリ動作がオペランド取出しであれば、
適切なオペランドがパス６６を介して実行ユニツト５８
に送られる。また命令が分岐命令であれば、当該メモリ
動作は命令取出しである。このとき、４ワードの目標命
令が取り出されて、パス７０を介して命令バツフア６８
に送られる。分岐命令が採用されるべきものであると判
定されると、シフト／選択ハードウエア７２が命令４ワ
ードの命令によつて動作して目標命令を抽出してパス７
４を介して命令レジスタ６０に送る。このとき命令デコ
ード処理が開始されて分岐目標の処理に入る。本発明の
内容と直接的関係がないので、ここではキヤツシユミス
の影響及びメモリ格納動作については述べない。

【００４９】命令及びこれに関連するオペランドが実行
ユニツト５８に到着した後、当該命令が実行される。命
令の実行中に例外が生じなければ、動作終了ＥＮＤＯＰ
信号５８ａが生成され、当該命令は完了したものとされ
る。当該命令によつて実行動作をしたメモリ領域は動作
終了ＥＮＤＯＰ信号により解放され、当該命令が分岐で
あつたとき、実行ユニツト５８が分岐の採用を確認した
ことを条件として分岐目標パスへの転送が認可される。

【００５０】この命令パイプラインは上述した要素及び
パスだけを有する。このパイプラインの要素は互いにロ
ツクされながらステツプ処理動作をする。命令の先取り
及び処理動作は以下に述べるように残りのブロツクにお
いて実行される。命令の先取りはパイプラインに対して
自律的に動作するので、命令の先取りは正式には命令パ
イプラインの一部であるとは考えられていない。すなわ
ち命令の先取りは命令バツフア６８を一杯に保つために
命令デコーダ５２の先を走る自由走行機関として動作す
る。

【００５１】繰り返すが、命令はハーフワードの境界上
に並んでおり、２バイト又は４バイト又は６バイトの長
さを有し、当該命令自体がキヤツシユから取り出される
ことはない。命令を収納している４ワードの情報は４ワ
ード境界に基づいて取り出されて命令バツフア６８にロ
ードされる。命令バツフア６８は単なる４ワード用バツ
フアであり、命令はこの命令バツフア６８にあるときは
「独自性」をもたない。次の命令の最初のハーフワード
位置を現在の命令長から決定するのはデコーダ５２であ
り、デコーダ５２はさらにシフト／選択ロジツク７２に
処理実行用の次の命令を適切に選択させかつ配列させる
。

【００５２】採用される分岐命令が存在しない場合には
、命令先取りアドレスレジスタ（ＩＰＦＡＲ）７６によ
つて命令先取りが開始される。命令先取りアドレスレジ
スタＩＰＦＡＲ７６はキヤツシユ５６から先取りされて
命令バツフア６８にロードされるべき次の４ワードの４
ワードアドレスを格納する。この先取りはパス７０及び
７８を介して行われる。インクリメンタ８０は次に続く
４ワードアドレスを得るために、命令先取りアドレスレ
ジスタＩＰＦＡＲ７６の４ワードアドレスに４ワードオ
フセツトを加算する。採用される分岐がなければ、次に
続くこの４ワードアドレスはセレクタ８２を通つてパス
８４を介して、命令先取りアドレスレジスタＩＰＦＡＲ
７６の現在の４ワードアドレスと置き換えられる。

【００５３】採用される分岐が実行ユニツト５８に到達
した場合、標準的な目標取出しがパス６４、７０、７４
を通つてすでに進行していても、当該自律的な命令先取
り過程の方向を変更する必要がある。分岐エラー処理ユ
ニツト８６はパス８８を通り、セレクタ８２を抜け、パ
ス８４を下つて命令先取りアドレスレジスタＩＰＦＡＲ
７６に対してこの方向の変更を指令する。次に図６につ
いて分岐履歴テーブルＢＨＴ９０を有する場合の本発明
による命令先取り処理の動作について説明する。上述し
たように、先取りされるのは４ワードの命令であるから
、分岐履歴テーブルＢＨＴ９０は、１命令（ハーフワー
ド）単位ではなく４ワードを単位として編成されるエン
トリのテーブル、すなわち先取りされる４ワード命令の
テーブルで構成される。

【００５４】キヤツシユ５６から命令４ワードを先取り
するために命令先取りアドレスレジスタＩＰＦＡＲ７６
の４ワードアドレスが使用されるとき、そのアドレスは
分岐履歴テーブルＢＨＴ９０を探索するためにも使用さ
れ、これと同時にインクリメンタ８０によつて当該アド
レスに増分がインクリメントされる。分岐履歴テーブル
ＢＨＴ９０は先取りされた４ワードにある採用された分
岐命令に対応するエントリを探し出すように試行する。そのようなエントリが見出されかつ当該エントリの１つ
に対応する分岐命令がその後にデコーダ５２に到達した
ことが確認されると、「分岐履歴テーブルＢＨＴヒツト
」と呼ばれるこの事象がこの先取りを転送するために使
用され、分岐履歴テーブルＢＨＴの出力９２はセレクタ
８２を介して命令先取りアドレスレジスタＩＰＦＡＲ７
６に送られる。このときの分岐履歴テーブルＢＨＴ９０
の出力９２は当該エントリに対応する分岐命令の目標ア
ドレスになる。

【００５５】分岐履歴テーブルＢＨＴの分岐アドレス（
ＢＡ）フイールドは概念的には全体として一体のもので
あるが、実際に具体化する際には、３つの部分に分割さ
れる。低位の３ビツトは４ワードの命令ハーフワードオ
フセツトを指定する。分岐履歴テーブルＢＨＴ９０は４
ワードアドレスにより探索されるので、これらのビツト
はアドレス比較器（図示せず）によつて直接的に使用さ
れることはない。しかしながら、転送を生じさせたもの
がプロセツサである場合（ライン５８ｂ、分岐エラー処
理ユニツト８６、ライン８８、セレクタ８２、ライン８
４を通つて命令先取りアドレスレジスタＩＰＦＡＲ７６
に至る）、又は分岐履歴テーブルＢＨＴ９０である場合
（ライン９２、セレクタ８２、ライン８４を通つて命令
先取りアドレスレジスタＩＰＦＡＲ７６に至る）、この
転送は分岐目標（ハーフワード）アドレス向けとなる。従つて目標４ワード内の分岐命令に対応する分岐アドレ
スのハーフワードオフセツト以前にハーフワード分岐目
標アドレスが有るか否かを確認するために、分岐履歴テ
ーブルＢＨＴ９０エントリにこの低位３ビツトが必要で
ある。もしなければ、目標４ワード内の分岐命令はデコ
ーダ５２に到達できず、当該エントリは分岐履歴テーブ
ルＢＨＴヒツトを構成しない。

【００５６】代表的実施例の場合、分岐履歴テーブルＢ
ＨＴ９０はセツト連想テーブルとして構成され、４ワー
ドアドレスのいずれかの部分（典型的には低位ビツト）
が適切な合同クラスを選択するために使用される。従つ
て４ワードアドレスのこの部分は与えられた合同クラス
に対して暗示的であり、分岐履歴テーブルＢＨＴ９０の
エントリに格納される必要はない。

【００５７】当該４ワードアドレスのうち合同クラス選
択のために使用されない部分は、各エントリのためのア
ドレスタグとして格納される。このように、命令先取り
アドレスレジスタＩＰＦＡＲ７６の低位ビツトは分岐履
歴テーブルＢＨＴ９０内の合同クラスを選択するために
使用され、高位ビツトは当該合同クラス内の全分岐履歴
テーブルＢＨＴ９０のエントリに対するアドレスタグと
比較される。アドレスタグが命令先取りアドレスレジス
タＩＰＦＡＲ７６の高位ビツトと一致している前記合同
クラス内のエントリのみが、命令先取りアドレスレジス
タＩＰＦＡＲ７６によつて指定される４ワード内の分岐
に対応する。

【００５８】ＢＡフイールドの機能について、分岐履歴
テーブルＢＨＴ９０はさらに、分岐目標命令の（ハーフ
ワード）アドレスを与えている目標アドレス（ＴＡ）フ
イールドを含んでいる。当該エントリが有効であること
を示すため有効ビツトが用いられる。擬似ＰＳＥＵＤＯ
ビツトフイールドは前述のように動作する。

【００５９】分岐履歴テーブルＢＨＴ９０は分岐が実際
にデコーダ５２に到達する前に当該分岐を予測してその
先取りを転送するように動作するものであるから、誤つ
た指示を生ずる可能性が大きくなる。従つてこれらの誤
つた指示を訂正するためより多くの信号パスが必要とな
る。例えば分岐履歴テーブルＢＨＴ９０は採用された分
岐を指示しており、これにより転送を生じさせているけ
れども分岐履歴テーブルＢＨＴ９０によつて指示されて
いるアドレスには分岐命令が存在しないことをデコーダ
５２が後に発見した場合には、本来のパスを通つて命令
先取りが再開されなければならない。この誤つた指示を
訂正する信号パスはライン９４によつて示されている。また分岐履歴テーブルＢＨＴ９０によつて指示された目
標アドレスが誤つていることをアドレス生成ユニツト５
４が見出した場合には、正しい目標アドレスに先取りを
転送せねばならない。このパスはライン９６によつて指
示される。本発明を使用することにより最少にできるの
は第２のタイプの分岐履歴テーブルＢＨＴ９０のエラー
である。

【００６０】分岐履歴テーブルＢＨＴ９０に知られてい
ない無条件の分岐はデコーダ５２において検出される。かかる無条件分岐はこれが実行されるに先立つて変形さ
れても良く、また変形されなくても良い。予期せぬ無条
件分岐及び不正確に推測された条件付き分岐のための先
取りはできる限り早い時期に転送される。これはプロセ
ツサに分岐履歴テーブルＢＨＴ９０が設けられているか
否かに関わつて来る事柄であるから、これらの経路を明
確には示さない。分岐履歴テーブルＢＨＴ９０がエラー
を生じたことを見出すと、その命令先取りが転送される
ときに分岐履歴テーブルＢＨＴ９０を更新する。この分
岐履歴テーブルＢＨＴの更新経路を分岐エラー処理ブロ
ツク８６から分岐履歴テーブルＢＨＴ９０に入るライン
によつて図示する。

【００６１】以上のように、特定の実施例に基づいて本
発明を説明したが、本発明の精神及び範囲から離れるこ
となく、様式と詳細との双方にわたつて本発明に変更が
加えられても良いものである。

【００６２】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、前に実行
された分岐命令の履歴に基づいて、メモリ手段の現在の
サブルーチン呼出しポイントから将来のサブルーチンリ
ターンポイントを決定するようにしたことにより、直接
的に連係情報を管理でき、その結果性能を一段と改善し
得るデータ処理システムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は２つの異なる記憶位置から呼び出される
サブルーチンＸの呼出し及びリターンにおける制御の流
れを示す図である。

【図２】図２は２系列のスタツクと共に動作する分岐履
歴テーブルを示す本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。

【図３】図３は本発明の他の実施例を示す分岐履歴テー
ブルである。

【図４】図４は本発明の分岐履歴テーブルの動作を説明
するためにアドレスＡに分岐及び結合レジスタ命令ＢＡ
ＬＲを含んだ４ワードを示す略線図である。

【図５】図５はプロセツサ命令パイプラインを示すブロ
ツク図である。

【図６】図６は本発明による分岐履歴テーブルを含んだ
プロセツサ命令パイプラインを示すブロツク図である。

【符号の説明】

１０……データ処理システム、１２……プロセツサ、１
４、１９……分岐履歴テーブル（ＢＨＴ）、１４ａ……
分岐履歴テーブル（ＢＨＴ）のエントリ、２０……第１
スタツク（Ｓ１）、２２……第２スタツク（Ｓ２）、４
０……４ワードデータ、４２……第４ハーフワード、５
２……命令デコーダ、５４……アドレス生成ユニツト、
５６……キヤツシユ、５８……実行ユニツト、５８ａ…
…動作終了信号、６０……命令レジスタ、６８……命令
緩衝域、７２……シフト／選択ハードウエア、７６……
命令先取りアドレスレジスタ（ＩＰＦＡＲ）、８０……
インクリメンタ、８２……セレクタ、８６……分岐エラ
ー処理ユニツト、９２……分岐履歴テーブル（ＢＨＴ）
の出力。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分岐命令を含む命令を格納するための記憶
位置を有するメモリ手段を含むデータ処理システムであ
つて、上記データ処理システムはさらに上記メモリ手段
から命令を取り出すために上記メモリ手段に接続されて
いる処理手段を含んでおり、上記処理手段は実行に先立
つて命令をデコードするための手段を含んでおり、上記
デコード手段はサブルーチン呼出し機能を実行する第１
の形式の分岐命令及びサブルーチンリターン命令を実行
する第２の形式の分岐命令を含む分岐命令を認識するた
めの手段を含んでおり、上記データ処理システムはさら
に分岐命令の将来の成り行きを予測するための手段を含
んでおり、上記予測手段は、上記デコード手段の動作に
応答して上記第１の形式の分岐命令を識別しかつ上記第
２の形式の分岐命令を識別する識別手段と、履歴に基づ
くサブルーチンリターンアドレスを含み以前に実行され
た分岐命令をそれぞれ記述するエントリを記憶する手段
と、サブルーチンを呼び出す分岐命令のアドレスから将
来のサブルーチンリターンアドレスを決定する手段と、
上記識別手段の動作に応答して上記エントリ記憶手段の
履歴に基づくサブルーチンリターンアドレスを上記決定
された将来のサブルーチンリターンアドレスに置換する
手段とを具えることを特徴とするデータ処理システム。
【請求項２】上記記憶手段は、各エントリについて、分
岐命令を格納するアドレスを識別するデータを記憶する
第１のフイールドと、分岐命令の目標アドレスを識別す
るデータを記憶する第２のフイールドと、エントリがサ
ブルーチン呼出し機能を実行する形式の分岐命令に対応
していることを表示するデータを記憶する第３のフイー
ルドと、上記エントリが擬似エントリであること及び上
記第１のフイールドに記憶されているアドレスが上記第
２のフイールドに記憶されている目標アドレスを有する
分岐命令のアドレスではないことを表示するデータを記
憶する第４のフイールドとを具えることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載のデータ処理システム。
【請求項３】さらに、前の分岐命令によつて既に呼び出
されたサブルーチンを呼び出す分岐命令をデコードする
デコード手段の動作に応答して、上記記憶手段を探索し
、かつ上記第４のフイールドに記憶されているデータを
有する対応するエントリを識別する手段と、前の分岐命
令のアドレスのすぐ後に続く次の命令のアドレスの代わ
りにさらに後の分岐命令のアドレスのすぐ後に続く次の
命令のアドレスを上記第２のフイールドが記憶するよう
に、上記識別されたエントリの第２のフイールドを更新
する手段とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載のデータ処理システム。
【請求項４】分岐命令を含む命令を格納する記憶位置を
有するメモリ手段を含むデータ処理システムであつて、
上記データ処理システムはさらに上記メモリ手段から命
令を取り出すために上記メモリ手段に接続されている処
理手段を含んでおり、上記処理手段は分岐命令を含む命
令をその実行に先立つてサブルーチン呼出し機能を実行
する第１の形式の分岐命令及びサブルーチンリターン命
令を実行する第２の形式の分岐命令にデコードする手段
を含んでおり、上記データ処理システムはさらに分岐命
令の将来の成り行きを予測するための手段を含んでおり
、上記予測手段は、上記処理手段に接続され、かつ上記
処理手段に応答して以前に実行された分岐命令に関する
データを有するエントリを記憶する記憶手段を有し、上
記各エントリは、分岐命令に対応するアドレスを識別す
るためのデータを記憶する第１のフイールドと、分岐命
令の目標アドレスを識別するためのデータを記憶する第
２のフイールドと、上記エントリがサブルーチン呼出し
機能を実行する形式の分岐命令に対応していることを表
示するためのデータを記憶する第３のフイールドと、上
記エントリが分岐命令に対応しない擬似エントリである
ことを表示するためのデータを記憶する第４のフイール
ドとを含み、上記予測手段はさらに、サブルーチンリタ
ーン機能を実行する形式の分岐命令をデコードするデコ
ード手段に応答して対応するサブルーチン呼出し機能に
対応するエントリを探し出すべく上記記憶手段のエント
リを探索することによつてサブルーチンを識別すると共
に、当該エントリの探索に応答して上記記憶手段内に新
しいエントリを生成する手段を含み、上記新しいエント
リは上記識別されたサブルーチンのエントリポイントの
アドレスに対する第１のフイールドセツトと、上記識別
されたサブルーチンの出口ポイントのアドレスに対する
第２のフイールドセツトと、上記エントリが上記エント
リポイントのアドレスから上記出口ポイントのアドレス
への分岐を表していないことを示す第４のフイールドセ
ツトとを有することを特徴とするデータ処理システム。
【請求項５】上記予測手段はさらに、上記識別されたサ
ブルーチンの呼出しを実行するさらに後の分岐命令のデ
コードの発生に応答して上記記憶手段を探索しかつ上記
第４のフイールドセツトを有するエントリを識別する手
段と、上記第２のフイールドがさらに後の上記分岐命令
のアドレスのすぐ後に続く次の命令のアドレスを記憶す
るように上記識別されたエントリの第２のフイールドを
更新する手段とを含むことを特徴とする特許請求の範囲
第４項に記載のデータ処理システム。
【請求項６】さらに、命令先取り手段によつて先取りさ
れた命令のアドレスをインクリメントする手段を含み、
上記アドレスインクリメント手段に対してさらに後にそ
こからの上記分岐命令に続く次の命令のアドレスを読み
取る更新手段が接続されていることを特徴とする特許請
求の範囲第５項に記載のデータ処理システム。
【請求項７】上記命令先取り手段は命令を収納している
データブロツクを先取りすることを特徴とする特許請求
の範囲第６項に記載のデータ処理システム。
【請求項８】上記データのブロツクは４ワードの境界に
あることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のデ
ータ処理システム。
【請求項９】デイジタルデータ処理装置を動作させるこ
とによつてサブルーチンリターン分岐のリターンアドレ
スを正確に予測する方法において、先取りされた命令ブ
ロツク内の分岐命令のデコード動作に応答してエントリ
を分岐履歴テーブルに格納し、当該格納された各エント
リは上記分岐命令のアドレス及び上記分岐命令に対応す
る目標アドレスを記述するデータを含むようにしたステ
ツプと、デコードされた分岐命令をサブルーチン呼出し
を実行する第１の形式の命令であり又はサブルーチンリ
ターンを実行する第２の形式の命令であると識別するス
テツプと、サブルーチンを呼び出す分岐命令のアドレス
に基づいて将来のサブルーチンリターンアドレスを決定
するステツプと、記憶手段内の履歴に基づくサブルーチ
ンリターンアドレスを上記決定された将来のサブルーチ
ンリターンアドレスに置き換えるステツプとを具えるこ
とを特徴とするデイジタルデータ処理装置を動作させる
方法。
【請求項１０】上記記憶ステツプは、上記分岐命令が記
憶されているアドレスを識別するために第１のフイール
ドにデータを格納するステツプと、上記分岐命令の目標
アドレスを識別するために第２のフイールドにデータを
記憶するステツプと、上記デコードされた分岐命令が上
記第１の形式のものであると識別されたとき、上記エン
トリはサブルーチン呼出し機能を実行する形式の分岐命
令に対応しているということを表示するデータを第３の
フイールドに記憶するステツプとを含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第９項に記載のデイジタルデータ処理
装置を動作させる方法。
【請求項１１】上記第３のフイールドにデータを記憶す
る上記ステツプが、デコードされた分岐命令が第２の形
式の命令であると識別されたとき、上記エントリは、擬
似エントリであることを表示すると共に、上記第１のフ
イールドに収納されているアドレスが上記第２のフイー
ルドに収納されている目標アドレスを有する分岐命令の
アドレスではないことを表示するために、上記第４のフ
イールドにデータを記憶するステツプに置き換えられる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載のデイ
ジタルデータ処理装置を動作させる方法。
【請求項１２】前の分岐命令によつて既に呼び出された
サブルーチンを呼び出す上記第１の形式の現在の分岐命
令の識別に応答して、上記第４のフイールドに収納され
ているデータを有する対応するエントリを識別するため
に上記記憶手段を探索するステツプと、前の分岐命令の
アドレスのすぐ後に続く次の命令のアドレスの代わりに
、現在の分岐命令のアドレスのすぐ後に続く次の命令の
アドレスを第２のフイールドが収納することとなるよう
に、上記識別されたエントリの上記第２のフイールドを
更新するステツプとを含むことを特徴とする特許請求の
範囲第１１項に記載のデイジタルデータ処理装置を動作
させる方法。
【請求項１３】システムメモリ手段からの命令を含むデ
ータブロツクを先取りするために、分岐履歴テーブルを
含む命令先取り手段を有する形式のデイジタルデータ処
理装置を動作させる方法であつて、上記命令はサブルー
チン呼出し機能を実行する第１の形式の分岐命令と、サ
ブルーチンリターン機能を実行する第２の形式の分岐命
令とを含み、上記デイジタルデータ処理装置は、命令を
収納しているデータのブロツクを先取りするステツプと
、データブロツクが先取りされている間に上記分岐履歴
テーブルを探索することにより、データブロツク内の分
岐命令に対応するアドレスを識別する少なくも１つのエ
ントリを上記分岐履歴テーブルが含んでいるか否かを確
認するステツプと、データブロツクが上記エントリによ
つて識別されたアドレス位置に分岐命令を収納している
と推論するステツプと、データブロツクに収納されてい
る命令を順次実行することによつて遭遇するであろうと
最初に推論された分岐命令が、命令の順序に、分岐アド
レスに対応する分岐履歴テーブルのエントリの分岐目標
アドレスへの方向変更を生じさせるであろうと予測する
ステツプと、上記予測に従つて上記システムメモリ手段
からのその後の命令ブロツクの先取りを方向変更させる
ステツプと、上記予測が正しくないと判定されたとき、
上記システムメモリ手段からのその後の命令ブロツクの
先取りを再び方向変更させて当該方向変更された命令順
序を反映すべく分岐履歴テーブルを更新するステツプと
を含むことを特徴とするデイジタルデータ処理装置を動
作させる方法。
【請求項１４】上記先取りステツプは、次のデータブロ
ツクを先取りする準備をする際に上記データブロツクに
対応するアドレスをインクリメントするステツプを含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載のデイ
ジタルデータ処理装置を動作させる方法。
【請求項１５】上記インクリメントするステツプは、４
ワードの境界に合わせて編成されているデータブロツク
を先取りするため、アドレスを１６づつインクリメント
することを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の
デイジタルデータ処理装置を動作させる方法。