JPH0490027A

JPH0490027A - 情報処理装置

Info

Publication number: JPH0490027A
Application number: JP20648790A
Authority: JP
Inventors: Hisayoshi Kato; 久佳加藤; Katsumi Hayashida; 克己林田; Nobuyuki Shimura; 志村　伸之; Masahiko Tagami; 田上　正彦
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Computer Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Computer Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-08-03
Filing date: 1990-08-03
Publication date: 1992-03-24

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］本発明は情報処理装置に係り、特に命令先読み制御の情
報処理装置において、主記憶装置などから先読みした命
令群をスタックする命令バッファを有効に利用すること
により、応答の遅い主記憶装置などへの命令アクセス要
求を少なくする技術に関する。

〔従来の技術〕

高速処理を目的とした情報処理装置では、主記憶装置な
どから命令群を次々に先読みして命令バッファにスタッ
クしておき、該命令バッファから命令レジスタへの命令
の設定、解読、実行などが所謂パイプラインで処理され
る。

一般に命令バッファは、分岐判定時の分岐不成立側スト
リームと分岐成立側ストリームとで分けて使われ、主記
憶装置などから現走行ストリーム（分岐不成立側ストリ
ーム）の命令群を次々に読み出して一方の命令バッファ
にスタックし、それから命令を切り出して命令レジスタ
にセットし、該命令が分岐命令であると解読されると、
主記憶装置などから、分岐先ストリームの命令群を読み
出して他方の命令バッファにスタックして分岐判定を待
ち、分岐判定が成立すると、現走行ストリームが切り替
わり、その後はこの他方の命令バッファから命令を切り
出して命令レジスタにセットしていく。この場合、従来
技術では、分岐成立により現走行ストリームが切り替わ
ると、それまで現走行ストリーム側だった分岐不成立側
の命令バッファの命令群は二度と使われることはなかっ
た。

又、分岐命令により分岐成立側のストリームに用意され
た命令バッファの命令群は、分岐不成立した場合も二度
使われることはなかった。

なお、この種の命令先読み制御の情報処理装置に関連の
ある公知文献としては、例えば特開昭５５−８２３５７
号公報が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、分岐命令の飛び先命令がすでに命令バ
ッファにある場合のことを考慮しておらず、分岐命令の
解読に伴い無駄な主記憶装置なとへの命令読出し要求を
出しており、パイプライン処理している時の演算処理ス
テージからの主記憶装置などへのアクセス要求が、この
無駄な命令読み出し要求と競合して、演算処理ステージ
からのアクセス要求が待され、性能低下につながるとい
う問題があった。

本発明の目的は、命令バッファにすでに分岐先命令や後
続の命令群がある場合、それを有効に使うことで、主記
憶装置などへの無駄な命令読出し要求を出さず、演算処
理ステージからのアクセス要求との競合を軽減して性能
向上をはかることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、請求項（１）及び（２）は
、記憶装置から先読みして命令バッファに保持されてい
る命令群のアドレスを登録するアドレス登録手段と、分
岐命令を解読した場合、その分岐先アドレスにより前記
アドレス登録手段を検索し、前記命令バッファに分岐先
命令が保持されていることを検知すると、当該分岐先命
令あるいは当該分岐先命令と後続の命令群の記憶装置か
らの先読みを省略する制御手段とを設けたことを特徴と
する請求項（３）は、現走行ストリームの命令群を保持する
命令バッファに分岐先命令が保持されている場合は、そ
の命令バッファ側の内容を分岐先ストリームの命令群を
保持する命令バッファ側に転送した後、当該分岐先命令
以降あるいは当該分岐先命令とその後続の命令群以降の
命令群を記憶装置から読み出し、該分岐先ストリームの
命令バッファに送ることを特徴とする請求項（４）は、命令バッファに保持する命令群を可変
とすることを特徴とする。

〔作　用〕

分岐命令を解読し、その分岐先命令が既に命令バッファ
にあると、該分岐先命令あるいはそれに続く命令群以降
の命令群を記憶装置から読み出し、命令バッファ内の該
分岐先命令あるいはそれに続く命令群の後にスタックす
る。分岐先成立時には、ストリームを切換えると同時に
、該命令バッファ内の既にある分岐先命令に読出しポイ
ンタを合せ。

命令レジスタへ命令を切り出す。これにより、主記憶装
置などへ無駄な命令読出し要求を出さないですむ。

〔実施例］以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図により説明
する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図を示したもので
ある。図中、１０１は命令及びデータを記憶している主
記憶装置である。本実施例では、１つのブロックは８バ
イトからなり、主記憶装置１０１から命令がブロック単
位（即ち、８バイトの命令群）に読み出されるとする。

１０２及びｌＯ３は主記憶装置１０１から読み出された
命令群をストリームごとにスタックする命令バッファで
あり、ここではそれぞれ４つのブロックからなるとする
。即ち、命令バッファ１０２，１０３には、それぞれス
トリームごとに、１つのブロックが８バイトで４つのブ
ロックの命令群がスタック可能である。１１２は命令バ
ッファ１０２，１０３にスタックされた命令群について
、ブロック対応にそのブロックの先頭アドレスを登録す
るブロック先頭アドレス登録バッファである。１１７は
命令バッファ１０２，１０３のブロック群の使用可／不
可を制御するモードレジスタである。該モードレジスタ
１１７は２ビツトよりなり、例えば′ＯＯ″の場合、命
令バッファ１０２，１０３のブロックＯのみ使用可、′
１１”の場合、ブロックＯ〜３が全て使用可を示す。

１０４及び１０５は命令バッファ１０２，１．０３から
それぞれ命令を切り出すアライナ、１１３は該アライナ
１０４，１０５に命令の切出しポイントを指示するポイ
ント制御回路である。１０６はアライナ１０４，１０５
で切り出された命令がセットされる命令レジスタ、１０
７は分岐命令の分岐先アドレスを計算するアドレス加算
器、１０８は命令を解読する命令デコーダである。１０
９はブロック先頭アドレス登録バッファ１１２を検索し
、アビレス加算器１０７の出力と比較する検索回路であ
る。１１０は分岐命令を実行し、分岐の成立／不成立を
判定する分岐判定回路である。

ＩＩＩは全体の制御回路、１１４〜１１６はセレクタで
ある。

以下に第１図の動作を説明する。ここで命令バッファ１
０２，１０３はそれぞれ４つのブロック０〜３が全て使
用可とし、命令バッファ１０２を０ストリーム側、命令
バッファ１０３を１ストリーム側とする。

今、Ｏストリーム側の命令バッファ１０２を分岐不成立
側とすると、該命令バッファ１０２にはセレクタ１１５
を通して次々に８バイトの命令群をブロックごとに主記
憶装置１０１から読み出してスタックされる。それと同
時に、ブロック対応にそのブロックの先頭アドレスがブ
ロック先頭アドレス登録バッファ１１２に登録される。

この主記憶装置１０１への読出し要求、セレクタ１１５
の制御、ブロック先頭アドレス登録バッファ１１２への
アドレス登録制御は制御回路１１１がおこなう。命令バ
ッファ１０２にスタックされた命令群からポイント制御
回路１１３により示されるポイントの命令がアライナ１
０４を通して命令レジスタ１０６ヘセツトされ、これが
命令デコーダ１ｏ８におくられて解読される。そして、
制御回路１１１によりポイント制御回路１１３が更新さ
れ、命令バッファ１０２から命令レジスタ１０６へ次の
命令がセットされる。これを繰返し、命令バッファ１０
２の１つのブロックの命令がすべて命令レジスタ１０６
にセットされると、制御回路１１１から主記憶装置１０
１へ読出し要求が出され、ブロック先頭アドレス登録バ
ッファ１１２に現在登録済の４つのブロックに続くブロ
ックの命令群が主記憶装置１０１がら読み出され、命令
バッファ１０２の処理済ブロックに新たにセットされる
。

そして、このブロックの先頭アドレスが、ブロック先頭
アドレス登録バッファ１１２の上記命令バッファ１０２
における当該ブロックに対応したブロックに登録される
。

以上の動作を繰り返しおこない、命令レジスタ１０６に
分岐命令がセットされ、命令デコーダ１ｏ８で分岐命令
が解読された場合、レジスタ制御回路１１１は、分岐命
令の分岐先アドレスをアドレス加算器１０７で計算せし
め、その結果を使って検索回路１０９でブロック先頭ア
ドレス登録バッファ１１２を検索して、分岐先命令が命
令バッファ１０２，１０３に登録されているが否かを調
べる。登録されていない場合は、従来どおり、主記憶装
置１０１に制御回路１１１から読み込み要求を出して、
１ストリーム側の命令バッファ１０３へ分岐先命令群を
１ブロツクずつ次々とスタックする。その後、分岐判定
回路１１０で分岐が成立しなければ、○ストリーム側の
命令バッファ１０２を使用して、いままでどおりの動作
を繰返し、分岐が成立すれば、セレクタ１１４はＯスト
リーム側から１ストリーム側に期変えられ、命令バッフ
ァ１０３の命令群から、ポイント制御回路１１３により
示されるポイントの命令が次々にアライナ１０５を通っ
て命令レジスタ１０６ヘセツトされ、命令デコーダ１０
８で解読される。この分岐成立の場合、今度は１ストリ
ーム側の命令バッファ１０３が分岐不成立側として使わ
れるようになり、今までＯストリーム側の命令バッファ
１０２でおこなわれた動作が次の分岐成立まで繰返され
る。

このようにして、１ストリーム側の命令バッファ１０３
が使われている時、命命デコーダ１０８で分岐命令が解
読され、検索回路１０９での検索結果、分岐先命令が、
この現在分岐不成立側として使っているｌストリーム側
の命令バッファ１０３にすでに登録されている場合、制
御回路１１１は、命令バッファ１０３の各ブロックの内
容をセレクタ１１５を通してＯストリーム側の命令バッ
ファ１０２の対応するブロックに転送し、同時に、それ
らに対応するブロック先頭アドレスを、ブロック先頭ア
ドレス登録バッファ１１２内の命令バッファ１０２対応
の各ブロックにセットし直す。

そして、制御回路１１１は主記憶装置１０１に読出し要
求を出し、命令バッファ１０３から命令バッファ１０２
へ転送した分岐成立時に使う命令群の後続の命令群を読
出して命令バッファ１０２へ格納する。

第２図は、ｌストリーム側（現在の分岐不成立側）の命
令バッファ１０３に分岐先命令があって、該命令バッフ
ァ１０３の内容をＯストリーム側（分岐成立時に使う側
）の命令バッファ１０２へ転送し、その後、主記憶装置
１０１にどのような読出し要求を出し、主記憶装置１０
１からの命令群を命令バッファ１０２のどのブロックか
ら格納するかを示したものである。

今、分岐命令が解読された時、ｌストリーム側の命令バ
ッファ１０３のブロックＯ〜３に対応する各ブロック先
頭アドレスは、第２図（ａ）の如くであったとする。こ
れは、命令バッファ１０３のブロック１，２．３には、
それぞれ１０８〜１１５番地、１１６〜１２３番地、１
２４〜１３１番地の命令が格納され、さらにブロック０
には、次の１３２〜１３９番地の命令が格納されている
ことを示している。「ム」印は解読された分岐命令の所
、「△」印は検索された分岐先命令の所である。このｌ
ストリーム側の命令バッファ１０３の内容をＯストリー
ム側の命令バッファ１０２に転送すると、該命令バッフ
ァ１０２の各ブロックとブロック先頭アドレス登録バッ
ファ１１２の登録アドレスの対応は、第２図（ｂ）のよ
うになる。

従って、制御回路１１１は、分岐成立時に使う側である
命令バッファ１０２について、分岐先命令のあるブロッ
ク３とそれに続くブロック○を残して、主記憶装置１０
１に１４０番地からの８バイト、さらに１４８番地から
の８バイトの読出し要求を次々に出し、ブロック１、ブ
ロック２（第２図（ｂ）の斜線部分）に１４０番地以降
の命令群をスタックする。同時に、ブロック先頭アドレ
ス登録バッファ１１２の該当ブロックも更新する。

第２図（Ｃ）は、更新後の命令バッファ１０２の各ブロ
ックとブロック先頭アドレス登録バッファ１１２の登録
アドレスの対応関係を示している。

これにより、分岐成立時に使う命令群が命令バッファ１
０２にセットでき、以後は分岐判定を待つことになる。

そして、分岐判定の結果、分岐不成立の場合は、第２図
（ａ）の１ストリーム側の命令バッファ１０３０［ムＪ
印以降の命令が引き続いて使われ、分岐成立の場合は、
０ストリーム側の命令バッファ１０２に切り変わり、第
２図（ｃ）の「△」印の所の命令（分岐先命令）から使
われることになる。

なお、命令バッファ１０３から命令バッファｌＯ２へ命
令群がすべて転送される前に、分岐成立の判定が出た場
合には、この命令バッファ間の命令群転送と並行して命
令レジスタ１０６へ分岐先命令をセットするようにすれ
ばよい。

次に、１ストリーム側（分岐不成立側）の命令バッファ
１０３が使われている時、分岐命令が解読され１分岐先
命令がＯストリーム側（分岐成立時に使う側）の命令バ
ッファ１０２にすでに登録されている場合について、第
３図により説明する。

第３図（ａ）は、■ストリーム側の命令バッファ１０３
の各ブロックとブロック先頭アドレス登録バッファ１１
２の登録アドレスの対応を示したもので、解読された分
岐命令の所を「ム」印で示す。これは第２図（ａ）と同
じである。この時、Ｏストリーム側の命令バッファ１０
２の各ブロックとブロック先頭アドレス登録バッファ１
１２の登録アドレスとの対応は第３図（ｂ）の如くで、
該命令バッファ１０２のブロック３の「△」印の所に分
岐先命令がすでに登録されているとする。

この場合、命令バッファ間の命令群の転送はなく、制御
回路１１１は、分岐成立時に使う側である命令バッファ
１０２について、分岐先命令のあるブロック３とそれに
続くブロックＯを残して、主記憶装置１０１に２４０番
地からの８バイト、さらに２４８番地からの８バイトの
読出し要求を次々に出し、ブロックｌ、ブロック２（第
３図（ｂ）の斜線部分）に２４０番地以降の命令群をス
タックする。同時に、ブロック先頭アドレス登録バッフ
ァ１１２の該当ブロックも更新する。第３図（Ｃ）は、
更新後の命令バッファ１０２の各ブロックとブロック先
頭アドレス登録バッファ１１２の登録アドレスの対応関
係である。

これにより、分岐成立時に使う命令群が命令バッファ１
０２にセットでき、その後、分岐判定を待つことになる
。分岐判定後の動作は第２図のケースと同様であるので
説明を省略する。

なお、分岐先命令が分岐成立側の命令バッファと分岐不
成立側の命令バッファの両方にある場合は、制御回路１
１１は、分岐先命令のブロックにつづく命令群を登録し
ているブロック数の多い方を、分岐成立時に使う側の命
令バッファとして処理する。両方とも同じブロック数の
場合は命令バッファ間の転送をしないですむ側を分岐成
立側の命令バッファとして処理する。

さらに、モードレジスタ１１７の値を変えることにより
、命令バッファ１０２，１０３の各ストリームのブロッ
クの数を変えることができる。この場合、ブロック先頭
アドレスバッファ１１２も命令バッファ１０２，１０３
の使用するブロックに対応して同様に変化させる。

また、第１図の実施例では、主記憶装置からブロックご
とに命令群を読み出すとしたが、主記憶装置の写しを保
持しているバッファメモリやワークメモリなどの所謂キ
ャッシュメモリを対象に命令群を読み出し、命令バッフ
ァにスタックする場合も同様に適用可能である。

［発明の効果］本発明によれば、分岐命令の分岐先命令が命令バッファ
内にすでにある場合、記憶装置へ無駄な命令読出し要求
を出さずにすみ、また、分岐成立時、記憶装置からの応
答を待たずに、命令レジスタへ分岐先命令をセットでき
る。さらに、パイプライン処理している演算ステージと
の記憶装置への要求競合も少なくなり、データ処理性能
の向上に効果がある。

また、分岐不成立ストリーム側と分岐成立ストリーム側
の命令バッファ間にデータ転送バスをもうけ、分岐先命
令が分岐成立時で使う命令バッファ側にない場合、それ
に分岐先命令のある命令バッファよりブロック転送する
ことにより、命令バッファ内の命令群の有効利用がある
。

さらに、命令バッファに保持する命令群（ブロック群）
を可変にすることにより、汎用性が増し、種々のシステ
ム構成に適用可能になる。

【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
不成立側ストリーム用命令バッファに分岐先命令があっ
てそれを分岐成立時に使う命令バッファに転送して主記
憶装置へとの部分を要求するかを表わした図、第３図は
分岐成立時に使う命令バッファに分岐先命令があって主
記憶装置へどの部分を要求するかを表わした図である。ｌ○１・・・主記憶装置、１０２．１０３・・・命令バッファ、１０４．１０５・・・アライナ− １０６・・・命令レジスタ、１０７・・・アドレス加算器、１０８・・・命令デコーダ、　　１０９・・・検索回路
、１１０・・・分岐判定回路、　　１１１・・・制御回
路、１１２・・・ブロック先頭アドレス登録バッファ、
１１３・・・ポイント制御回路、１１４．１１５，１１６・・・セレクタ、第１第２図第３（リムフ゛ロッノ晃、シ９７１’＋２懐１１’７７１１２θ００００ｒ３２０００
００１４０００００Ｃｒｔ４８００ＣＸ）０１２４Δ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）記憶装置から命令群を先読みして命令バッファに
保持し、該命令バッファから命令を切り出して命令レジ
スタに設定し、それを解読し実行する命令先読み制御の
情報処理装置において、前記命令バッファに保持されて
いる命令群のアドレスを登録するアドレス登録手段と、分岐命令を解読した場合、その分岐先アドレスにより前
記アドレス登録手段を検索し、前記命令バッファに分岐
先命令が保持されていることを検知すると、当該分岐先
命令の記憶装置からの先読みを省略する制御手段とを有
することを特徴とする情報処理装置。
（２）前記制御手段は、前記命令バッファに分岐先命令
及びその後続の命令群が保持されている場合には、当該
分岐先命令及びその後続の命令群の記憶装置からの先読
みを省略することを特徴とする請求項（１）記載の情報
処理装置。
（３）前記命令バッファは、現走行ストリームの命令群
を保持する第１の命令バッファと、分岐先ストリームの
命令群を保持する第２の命令バッファとからなり、前記制御手段は、前記第１の命令バッファに分岐先命令
が保持されていることを検知すると、該第１の命令バッ
ファの内容を前記第２の命令バッファに転送した後、当
該分岐先命令以降の命令群あるいは当該分岐先命令とそ
の後続の命令群以降の命令群を記憶装置から読み出して
、該第２の命令バッファに送り、前記第２の命令バッフ
ァに分岐先命令が保持されていることを検知すると、当
該分岐先命令以降の命令群あるいは当該分岐先命令とそ
の後続の命令群以降の命令群を記憶装置から読み出して
直接該第２の命令バッファに送ることを特徴とする請求
項（１）あるいは（２）記載の情報処理装置。
（４）前記命令バッファに保持する命令群は可変である
ことを特徴とする請求項（１）、（２）あるいは（３）
記載の情報処理装置。