JPH0452759A - ベクトル命令多重処理方式 - 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】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術と発明が解決しようとする課題課題を解決す
るための手段 作用 実施例 発明の効果 〔概要〕 ベクトル演算を複数個のパイプラインで処理し。

且つ、オンデマンドページング方式による仮想記憶空間
上でベクトル命令を処理する方式に関し、オンデマンド
ページングモード下においても、複数個のパイプライン
をできる限り、並列に使用することを目的とし、 主記憶装置　（ＭＳＵ）をアクセスするバイブラインで
ページフォルトが発生したとき、複数個の全パイプライ
ンでのベクトル命令の処理を中断すると共に、上記主記
憶装置（ＭＳＵ）をアクセスするバイブライン　（ロー
ド／ストアパイプライン）と、主記憶装ｆ　（ＭＳＵ）
をアクセスしないバイブライン（演算パ１゛ブライン）
との両方に、上記中断し７たときの各パイブラ・インで
処理中のベクトル命令の状態（再開要素番号等）を保持
する手段を設し３て、上記ページフォルトが発生しで、
各バイブラインでのベクトル処理を中断し、上記主記憶
装ｊｆ（ＭＳＵ）上のオペ１／イテイングシステム（Ｏ
５）４二割込んだとき、該オペレーティングシステム（
ＯＳ）からの再開指示に基づいて、上記保持手段に格納
されている中断状態から、各バイブラインで中断されて
いる複数個のベクトル命令の処理を再開するように構成
する。

（産業上の利用分野〕 本発明は、ベクトル演算を複数個のバイブラインで処理
し、且つ、オンデマンドページング方式による仮想記憶
空間」二でベクトル命令を処理する方式に関する。

近年のベクトルパイプライン方式の計算機による高速処
理が普及するに伴い、多数のユーザからの該ベクトル計
算機によるデータ処理の要求が高ま、っており、その結
果として、処理されるベクトルデータのデータ量も増大
し、仮想記憶空間上に該ベクトルデータを展開する必要
が生じている。

従って、かかる仮想記憶空間に展開したベクトルデータ
に対して、高速に、該ベクＩ・ルデータを処理すること
ができるヘクトル命令処理方弐が必要とされる。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題〕第２図は
従来の−、クトル命令処理方式を説明する図であり、（
ａ）は構成例を示し、（ｌｉｌ）　、　（ｂ２）は概略
の動作フローを示している。

（ａ）図に示したような、複数個のバイブライン（演算
パイプライン２０．ロード、′ストアパイプライン２］
）を備えたベクトル計算機のベクＩ−ルコニッＩ・（ν
υ）２においては、主記憶装置（ＭＳＵ）　１にベクト
ルデータが展開されている場合、（ｈｌ）図に示したよ
うに２．複数個のベクトル命令（１）　”　（３）を並
列に実行させることで、当該ベクトルデータの処理能力
の向上を図っている。

然しながら、最近のよ・うに、該ベクトル計算機を使用
する７−・ザが多様化ｊ７、ベクトルデータのＪも大き
くな２．てくると、主記憶装置（にＳＯ）　ｉの実記憶
空間内では、該膨大なベクトル演算開し切れなく４綽な
り、」−記ファ・イル記憶装置（ＤＡＳＤ）上に仮想記
憶空間を構築し、上記実記憶空間（主記憶装置（ＭＳＵ
）　１　）　ｆにページを単位として該べり；−ルデ・
−りを展開しなからベクトルデータを処理する必要がＱ
Ｑ　Ｉニる。この処理方式をオンデマンドページング方
式という。

このような場合、該ロード／ストアパイプライン２１で
の処理で、主記憶装置（ＭＳＵ）　１上に、ロードずべ
きベクトルデータがなくなり、所謂、ページフォル［・
が検出されると、該ロード／ストアパイプライン２１で
の処理を中断し、そのとき該ロード／ストアパイプライ
ン２１で実行中のベクトル命令のインデックス（即ち、
再開要素番号）を特定のステータスレジスタ２１０に保
持し、オペレーティングシステム（ＯＳ）に割込む。

該割込まれたオペレイティングシステム（Ｏ３）によっ
て、該仮想記憶空間からベクトルデータをページ単位で
、主記憶装置（ＭＳＵ）　１にページインされる。

該ベージインが完了すると、該オペレーティングシステ
ム（ＯＳ）からの再開指示（具体的には、該ベクトル命
令を再発行して）により１．上記ロード／ストアパイプ
ライン２１のステータスレジスタ２１０１こ保持されて
いる要素番号から、該ベクトル命令の実行を再開する。

このとき、他の演算パイプライン２０で実行中のベクト
ル命令については、当該ベクトル計算機システムの中央
処理装置であるスカラユニット（ＳＵ）から突き放され
、ベクトルユニット（ＶＵ）２で独立に演算が行われて
いる。

従って、上記のように、ロード／ストアパイプライン２
１でページフォルトが発生して、該ロード／ストアパイ
プライン２１での処理を中断するとき、同様に、他の演
算パイプライン２０での処理も中断してもよいが１、該
演算パイプライン２０で実行中のベクトル命令のアドレ
ス（スカラユニット（ＳＵ）のプログラムステータス語
（ＰＳＷ）で指示される）は勿論、中断時点での要素番
号も、上記スカラユニット（Ｓｌｌ）では管理されてい
ないので、該ベクトル命令の再発行は勿論、中断要素か
らの再開処理も困難であった。

そこで、従来方式においては、上記のごとき仮想記憶方
式をとるベクトル計算機において、ページフォルトが発
生したときの、オペレイティングシステム（Ｏ３）への
割込み→ページ獲得→再実行という一連のプロセスを、
いかなる場合にも矛盾なく実行する為に、本図（ｂ２）
に示したように、該ページフォルトを発生させる可能性
のあるベクトル命令、即ち、主記憶装置（ＭＳＵ）　１
へのアクセスを伴うベクトル命令（ベクトルロード命令
／ベクトルストア命令）は、他のベクトル命令とはオー
バラップさせることなく、シリアライズして、単独で実
行させていた。

上記ロード／ストアパイプライン２１にステータスレジ
スタ２１０を設けて、ページフォルトを発生したとき、
オペレイティングシステム（Ｏ３）の命令によって、該
ステータスレジスタ２１０の内容を読み出し、該読み出
された内容に従って、該中断されたベクトル命令を再発
行し、該ページフォルト発生の直前の要素から、該中断
されたベクトル命令を実行する方式については、本願出
願人が特願平１−５３６７４号「ベクトル命令処理方式
」で開示しである技術である。

この従来方式においては、メモリアクセスを伴うベクト
ル命令がスカラユニット（ＳＵ）で検出されたとき、後
続する他のベクトル命令のベクトル演算ッ）（Ｖｔｌ）
２への投入を抑止するので、複数個のベクトル命令をオ
ーバラップさせて処理することができない。

従って、ロード／ストアパイプライン２１以外の他の演
算パイプライン２０は未使用の状態となっており、本来
使用可能であるこれらの演算パイプライン２０が非使用
の状態とされることにより、該非使用の演算パイプライ
ン２０の分だけ、当該ベクトル計算機の性能が低下する
ことになる。

本発明は上記従来の欠点に鑑み、ベクトル演算を複数個
のパイプラインで処理し、且つ、オンデマンドページン
グ方式による仮想記憶空間上でベクトル命令を処理する
ベクトル計算機において、オンデマンドページングモー
ド下においても、上記複数個のパイプラインをできる限
り、並列に使用することができるベクトル命令多重処理
方式を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の問題点は下記の如くに構成したベクトル命令多重
処理方式によって達成される。

ベクトル演算を複数個のパイプラインで処理し。

且つ、オンデマンドページング方式による仮想記憶方式
をとるベクトル計算機において、主記憶装置（ＭＳＵ）
をアクセスするパイプラインでページフォルトが発生し
たとき、上記複数個の全パイプラインでのベクトル命令
の処理を中断すると共に、 上記主記憶装置（ＭＳＵ）をアクセスするパイプライン
と、主記憶装置（ＭＳＵ）をアクセスしないパイプライ
ンとの両方に、上記中断したときの各パイプラインで処
理中のベクトル命令の状態を保持する手段を設けて、 上記ページフォルトが発生して、各パイプラインでのベ
クトル処理を中断し、上記主記憶装置（ＭＳＵ）上のオ
ペレイティングシステム（Ｏ５）に割込んだとき、該オ
ペレイティングシステム（Ｏ３）からの再開指示に基づ
いて、上記保持手段に格納されている中断状態から、各
パイプラインで中断されている複数個のベクトル命令の
処理を再開するように構成する。

〔作用〕

即ち、本発明によれば、ベクトル演算を複数のバイブラ
インで処理するベクトル計算機において、ロード／スト
アバイブラインと、他の演算バイブラインのそれぞれに
、ステータスレジスタを設けるように構成する。

従って、上記ロード／ストアパイプライン、及び、演算
バイブラインが全て動作中において、メモリアクセスを
行うロード／ストアパイプラインで、ページフォルトが
発生すると、スカラユニッ）　（ＳＵ）に対してページ
フォルトの割込み■が通知されると同時に、該ロード／
ストアパイプラインは勿論９他の演算バイブラインも、
全て、ベクトル命令の処理が中断され、そのときのベク
トル命令、及び、要素番号が、それぞれのバイブライン
に備えられているステータスレジスタに保持される。

スカラユニット（ＳＵ）のオペレイティングシステム（
Ｏ５）は、該割込み通知により、剖込み処理ルーチン（
ページフォルトルーチン）に分岐し、ページ獲得処理を
行う。

ここで、ページ獲得に成功した場合は、該オペレイティ
ングシステム（Ｏ３）からの指示に基づき、各バイブラ
インで中断されたベクトル命令が再発行され、それぞれ
のバイブラインに具備されているステータスレジスタに
格納されている要素番号（エレメント番号）以降のエレ
メントについて処理を再開する。

このとき、各演算バイブライン中で実行途中のベクトル
命令に、処理の順序性があると、別途設けられているプ
ロセスステータスレジスタに保持されている内容に従っ
て、定められた順序の通りに実行される。

従って、本発明によれば、仮想記憶空間上のベクトル処
理においても、ベクトル命令を、オーバラップして処理
することができ、当該ヘクトル計算機の処理能力を向上
させることができる効果がある。

（実施例〕 以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

第１図は本発明の一実施例を示した図であり、複数個の
バイブライン、例えば、ロード／ストアパイプライン２
１．及び、演算バイブライン２０のそれぞれに、ロード
／バイブライン２１でメモリアクセス命令を実行中にペ
ージフォルトを検出し、それぞれのパイプラインでのベ
クトル処理を中断したときの、各パイプライン２１，２
０で実行中のベクトル命令、及び、再開要素番号を保持
するステータスレジスタ２１０，２００を設ける手段が
本発明を実施するのに必要な手段である。尚、全図を通
して同じ符号は同じ対象物を示している。

以下、第１図により、本発明のベクＩ・ル命令多重処理
方式を説明する。

本ベクトルユニット（ＶＩＪ）　２においては、図示さ
れている如くに、１個の口・−ド／ストアバイブライン
２１．及び、３個の演算バイブライン２０で構成され”
Ｃおり、通常、全てのパイプライン２０．２１にベクト
ル命令が投入されて、並列に、該ベクトル命令を処理す
る。

今、上記１個のロード／ストアパイプライン２１、及び
、３個の演算バイブライン２０が、全て動作中、主記憶
装置（ＭＳＵ）　１に対してメモリアクセスを実行して
いるロード／ストアパイプライン２１において処理中の
ベクトル命令（ベクトルロード命令、或いは、ベクトル
ストア命令）で、前述のページフォルトが発生したとす
ると、該ロード／ストアバイブライン２工から、割込み
通知信号■が送出され、同時に、他の演算バイブライン
２０でのベクトル演算が全て中断され、そのときのベク
トル命令、要素番号が、対応するステータスレジスタ２
００に表示（保持）され、該ロード／ストアパイプライ
ン２１でページフォルトの発生した要素番号は、該ロー
ド／ストアパイプライン２１に備えられているステータ
スレジスタ２１０に表示（保持）される。

又、上記ロード／ストアバイブラインン２１で処理中の
ベクトル命令以降に、図示されていないスカラユニット
（ＳＯ）から発行されたベクトル命令のステータスは、
完了してしまったベクトル命令も含めて、プロセスステ
ータスレジスタ２２に表示（保持）される。

スカラユニット（ＳＵ）におけるオペレイティングシス
テム（Ｏ３）は、上記ベクトルユニット（ＶＵ）　２か
ら出力された割込み通知信号■により、割込み処理ルー
チン（具体的には、ページフォルトルーチン）に分岐し
、ページ獲得処理に入る。

言亥ページフォルトルーチン 得に成功した場合、オペレイティングシステム（ＯＳ）
に戻り、該ページフォルトの発生したベクトル命令，及
び、それに続くベクトル命令を、ベクトルユニット（Ｖ
Ｕ）　２に再発行する。

該ベクトル命令が再発行されると、ページフォルトの発
生したベクトル命令は、ステータスレジスタ２１０に示
される要素（エレメント）以腎のエレメントについての
み処理を行う。

それに続くベクトル命令は、上記プロセスステータスレ
ジスタ２２に保持されている内容に従って、既に、完了
してしまったベクトル命令は、無実行（ノーオペレーシ
ョン）とし、実行中であったベクトル命令は、それぞれ
、該当の演算パイプライン２０において、処理の順序性
（例えば、ある演算パイプライン２０での演算結果に基
づいて行われるベクトル演算等は、該演算パイプライン
２０でのベクトル演算が終わってから開始される）に従
って、対応するステータスレジスタ２００の保持するエ
レメントより処理を再開する。

勿論、該ページフォルトの発生したベクトル命令以前の
ベクトル命令については、該ページフォルトの発生した
時点で中断されている場合には、その中断されたエレメ
ントから処理を再開する。

若し、上記のページ獲得処理で、ページの獲得に失敗し
た場合には、該ページフォルトを発生したベクトル命令
を含む「プログラム」の実行は意味がないので、例えば
、異常終了として、上記オペレイティングシステム（Ｏ
Ｓ）がプロセスステータスレジスタ２２をクリアするこ
とにより、各パイプライン２０．２１のステータスレジ
スタ２００，２１０をクリアし、新たなＦプログラム」
を受は付けることができるようにする。

このように、本発明は、ベクトル演算を、複数個のパイ
プラインで処理するベクトル計算機（スカラユニット（
ＳＯ）　、ベクトルユニット（ＶＵ）　、主記憶装置（
ＭＳＵ）からなる）において、ベクトルユニット（ＶＵ
）内の複数個のパイプライン、例えば、ロード／ストア
パイプライン２１，及び、演算パイプライン２０のそれ
ぞれに、ロード／パイプライン２１でメモリアクセス命
令を実行中にページフォルトを検出し、それぞれのパイ
プラインでのベクトル処理を中断したときの、各パイプ
ライン２１。

２０で実行中のベクトル命令，及び、再開要素番号を保
持するステータスレジスタ２１０．２００を設けておき
、上記ロード／ストアパイプライン２１でページフォル
トを検出したとき、スカラユニット（ＳＵ）のオペレイ
ティングシステム（ＯＳ）にページフォルトの割込みを
行い、オペレイティングシステム（ＯＳ）側で、ページ
を獲得したとき、該オペレイティングシステム（ＯＳ）
からの再開指示（ベクトル命令を再発行して）に基づい
て、該ページフォルトの発生したロード／ストアパイプ
ライン２１，演算パイプライン２０で中断されている要
素（エレメント）から再開するようにして、仮想記憶方
式をとるベクトル計算機でメモリアクセスを行うベクト
ル命令が実行しているときでも、他の演算パイプライン
において、他のベクトル命令を並列に実行するようにし
た所に特徴がある。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明のベクトル命令多
重処理方式は、ベクトル演算を複数個のパイプラインで
処理し，且つ、オンデマンドページング方式による仮想
記憶空間上でベクトル命令を処理するベクトル計算機の
ベクトル演算ッ）（ＶＵ）において、主記憶装置（ＭＳ
Ｕ）をアクセスするパイプラインでページフォルトが発
生したとき、複数個の全パイプラインでのベクトル命令
の処理を中断すると共に、上記主記憶装置（ＭＳＵ）を
アクセスするパイプライン（ロード／ストアパイプライ
ン）と、主記憶装’Ｉｔ．　（ＭＳＵ）をアクセスしな
いバイプライン（演算バイブライン）との両方に、上記
中断したときの各バイブラインで処理中のベクトル命令
の状態（再開要素番号等）を保持する手段（ステータス
レジスタ）を設けて、上記ページフォルトが発生して、
各バイブラインでのベクトル処理を中断し、上記主記憶
袋？！　（ＭＳＩＪ）上のオペレイティングシステム（
Ｏ５）に割込んだとき、該オペレーティングシステム（
ＯＳ）からの再開指示に基づいて、上記保持手段（ステ
ータスレジスタ）に格納されている中断状態から、各バ
イブラインで中断されている複数個のベクトル命令の処
理を再開するようにしたものであるので、仮想記憶空間
上でのベクトル処理においても、ベクトルロード／スト
ア命令以外の複数個のベクトル命令をオーバラップして
処理することが可能となり、当該ベクトル計算機の処理
能力を、格段に向上させることができる効果がある。

第２図は従来のベクトル命令処理方式を説明する図。

である。

図面において、 工は主記憶装置（ＭＳＵ）　。

２はベクトルユニット（ＶＵ）。

２０は演算バイブライン。

２００はステータスレジスタ。

２１はロード／ストアバイブライン。

２１０はステータスレジスタ。

２２はプロセスステータスレジスタ。

■は割込み通知信号、又は、割込み。

をそれぞれ示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ベクトル演算を複数個のパイプライン（２０，２１）で
   処理し、且つ、オンデマンドページング方式による仮想
   記憶方式をとるベクトル計算機において、主記憶装置（
   ＭＳＵ）（１）をアクセスするパイプライン（２１）で
   ページフォルトが発生したとき、上記複数個の全パイプ
   ライン（２１，２０）でのベクトル命令の処理を中断す
   ると共に、 上記主記憶装置（ＭＳＵ）（１）をアクセスするパイプ
   ライン（２１）と、主記憶装置（ＭＳＵ）（１）をアク
   セスしないパイプライン（２０）との両方に、上記中断
   したときの各パイプライン（２１，２０）で処理中のベ
   クトル命令の状態を保持する手段（２１０，２００）を
   設けて、上記ページフォルトが発生して、各パイプライ
   ン（２１，２０）でのベクトル処理を中断し、上記主記
   憶装置（ＭＳＵ）（１）上のオペレーティングシステム
   （ＯＳ）に割込んだとき、該オペレーティングシステム
   （ＯＳ）からの再開指示に基づいて、上記保持手段（２
   １０，２００）に格納されている中断状態から、各パイ
   プライン（２１，２０）で中断されている複数個のベク
   トル命令の処理を再開することを特徴とするベクトル命
   令多重処理方式。