JPH0496827A - レジスタファイル - 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 本発明はマイクロプロセッサ等に用いられるレジスタフ
ァイルに関するものであム 従来の技術 近鍛　マイクロプロセッサの高性能化が著しい力交　高
性能化手法の１つとしてレジスタウィンドウという構成
のレジスタファイルが提案されている。これ（よ　多数
のレジスタからなるレジスタファイルをマイクロプロセ
ッサの命令（以下では命令とする）が指定できるだけの
数のレジスタからなる複数のウィンドウに分割して管理
し　サブルーチンへの分岐　およびサブルーチンから戻
る度にこのレジスタウィンドウを切り替えることにより
、サブルーチン分岐時のレジスタ上のデータのメモリへ
の退避をなくし　処理を高速化する手法である。また　
各ウィンドウは一部が重なった構成となっており、重な
った部分のレジスタを用いてサブルーチンとのデータの
受は渡しができるようになっていム　レジスタウィンド
ウの構成の一例を第４図に示す。この例では１２８本の
レジスタからなるレジスタファイルを２４本のレジスタ
からなる８枚のウィンドウ０〜７に分割しており、各ウ
ィンドウの０番から７番のレジス久　および１６番から
２３番のレジスタ力（前および後のつイントウと重なっ
ていも 各レジスタはレジスタ番号（０から２３）とウィンドウ
番号（０から７）で指定される力丈　レジスタ番号は命
令によって指定され　ウィンドウ番号（戴　そのとき有
効となっているウィンドウ（カレントウィンドウ）が指
定されも　ウィンドウの切り替え（よ　ウィンドウ切り
替え命令（ＳＡＶＥ命令、ＲＥＳＴＯＲＥ命令）によっ
て行なわｈ　　５ＡＶＥ命令でカレントウィンドウ番号
が１減算さｈ　　ＲＥＳＴＯＲＥ命令でカレントウィン
ドウ番号が１加算されも　ノくイブライン処理が行なわ
れるマイクロプロセ・νすではウィンドウ切り替え命令
の能　後の命令が同時にレジスタの書き込ム　および読
み出しを行なうことがある。したがって、　レジスタの
読み出しに用いるカレントウィンドウはウィンドウ切り
替え命令の実行開始と同時に切り替わり、書き込みに用
いるカレントウィンドウはウィンドウ切り替え命令の実
行終了と同時に切り替わる必要がある。

従来　このようなレジスタファイルを実現するため凶　
第５図の例に示すようなレジスタファイルが用いられた
　これは　カレントウィンドウを制御するウィンドウ制
御手段５１、書き込み用デコード手段５２、読みだし用
デコード手段５３、メモリセルアレイ５４、プリチャー
ジ回路５５、入出力手段５６からなっていム　メモリセ
ルアレイ５４内のすべてのレジスタ５７（よ　ウィンド
ウ制御手段５１から出力されるウィンドウ信号と外部か
ら入力されるアドレス信号をデコード手段においてデコ
ードすることで出力されるワード線に接続されていも 第６図はレジスタ５７の一部を示している力交人力手段
６２、出力手段６３を通してメモリセル６１に書き込み
動作　および読みだし動作が行なわれも 読みだし動作では　外部からのアドレス信号Ａｉとウィ
ンドウ制御手段５１から出力される読みだし用ウィンド
ウ信号Ｗｉが読みだし用デコード手段５３によってデコ
ードされ　これに対応するレジスタのワード線Ｗｒが駆
動される。ワード線Ｗｒは第６図の出力手段６３を制御
し　プリチャージ回路５５によってプリチャージされた
読みだし用ビット線Ｂｒをディスチャージすることによ
り、メモリセル６１のデータを読みだし用ビット線Ｂｒ
に出力すム　読みだし用ビット線Ｂｒは入出力手段５６
に入力され　メモリセル６１のデータを外部に出力すム 書き込み動作では　外部からのアドレス信号Ｃ１とウィ
ンドウ制御手段５１から出力される書き込み用ウィンド
ウ信号Ｘｉが書き込み用デコード手段５２によってデコ
ードされ　これに対応するワード線Ｗｗが駆動されも　
外部から入力されるデータは入出力手段５６を通して書
き込み用ビット線Ｂｗに出力される。ワード線Ｗｗは第
６図の入力手段６２を制＠し　入力手段６２は書き込み
用ビット線Ｂｗのデータをメモリセル６１に出力し　書
き込みデータはメモリセル６１に書き込まれる。

カレントウィンドウ切り替え命令実行時の動作ζ表　ウ
ィンドウ制御手段５１力交　命令実行開始と同時に読み
だし用ウィンドウ信号Ｗｉを更新し　命令終了と同時に
書き込み用ウィンドウ信号ｘ１を更新する。

発明が解決しようとする課題 しかしなが叙　レジスタウィンドウ構成のレジスタファ
イルを上記に示した例のように実現した場合に（主　ア
ドレス信号とウィンドウ信号を合わせてすべてのレジス
タに対してデコードを行なっているた数　デコード手段
の回路が大規模なものにならざるを得なしも　また　レ
ジスタウィンドウ構成のレジスタファイルでは多数のレ
ジスタを持つことになる力丈　そのすべてのレジスタの
メモリセルが入力手段６２、出力手段６３を備える必要
かある。第５図の例（よ　シングルポートのレジスタフ
ァイルを示している力（最近の高性能マイクロプロセッ
サにおいては複数の入出力ポートを備えたレジスタファ
イルを持つものが多く、そのようにマルチポート構成と
した場合にはデコード手段、メモリセルの入力手段、出
力手段がポートの数倍だけ必要となり、回路の小型化は
困難である。

本発明（訳　上記課題に鑑みてなされたもので、小規模
なデコード手段、およびメモリセルの入力半没　出力手
段によってレジスタウィンドウ構成のレジスタファイル
を提供することを目的とす４課題を解決するための手段 本発明は　外部から入力されたアドレス信号が接続され
たデコード手段と、 このデコード手段から出力されたワード線と、前記入出
力手段に接続されるビット線とが接続されたｎ個の人出
力ポート付きレジスタと、ｍ個の入出力ボートなしレジ
スタとを双方向接続によって環状に接続したことよりな
るメモリセルアレイと、 すべての前記レジスタに接続された前記レジスタ間のデ
ータの転送を制御するウィンドウ制御信号を出力するウ
ィンドウ制御手段とを有することを特徴とするレジスタ
ファイルであム 作用 本発明は前記構成により、外部から入力されたアドレス
信号のみをデコード手段によってデコードを行な（（前
記デコード手段によってデコードされる数のメモリセル
についてのみ入出力ポートなしレジスタとすることによ
り、デコード手見出力手比　入力手段を小規模なものと
することができも 実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。第１
図は本発明の一実施例のレジスタウィンドウ構成のレジ
スタファイルのブロック図を示す。

第２図は第１図のレジスタを示した回路図であム本実施
例のレジスタウィンドウの構成は　第４図に示したとお
りである。本実施例ではチャージ手段としてプリチャー
ジ回路１５を用いており、クロックφ１に同期して動作
が行なわれも第１図では　デコード手段１２．１３に外
部から入力されたアドレス信号Ａｉ、　Ｃｉのみが入力
され　ウィンドウ信号は入っていないこと、また８本の
レジスタが環状の構成をとり、そのうち２本または１本
のレジスタメモリ　（入出力ポート付きレジスタ１７）
にのみデコード手段１２．１３から出力されたワード線
Ｗｗ、　Ｗｒと、入出力手段１６に接続されるビット線
Ｂｗ、　Ｂｒが接続されている。

読みだし動作では　外部からのアドレス信号Ａｉか読み
だし用デコード手段１３によってデコードされ　これに
対応するワード線Ｗｒを駆動すも　ワード線Ｗｒは第２
図の読みだし用メモリセル２１に接続された出力手段２
４を制御し　出力手段２４はプリチャージ回路１５によ
ってプリチャージされた読みだし用ビット線Ｂｒをディ
スチャージすることにより、読みだし用メモリセル２１
のデータを読みだし用ビット線Ｂｒに出力すム　読みだ
し用ビット線Ｂｒは入出力手段１６に入力され　メモリ
セルのデータを外部に出力すム 書き込み動作でζ友　外部からのアドレス信号Ｃｉが書
き込み用デコード手段１２によってデコードされ　これ
に対応するワード線Ｗｗを駆動すも　外部から入力され
るデータは入出力手段１６を通して書き込み用ビット線
Ｂｗに出力される。ワード線Ｗｗは第２図の書き込み用
メモリセル２２に接続された入力手段２３を制御し　入
力手段２３は書き込み用ビット線Ｂｗのデータを書き込
み用メモリセル２２に出力し　書き込みデータは書き込
み用メモリセル２２に書き込まれる。

以下にカレントウィンドウ切り替え命令実行時の動作を
説明する。本実施例では読みだし　書き込みを行なうレ
ジスタζ友　その時のカレントウィンドウの番号によら
ず、ワード線およびビット線の接続された２４本の入出
力ポート付きレジスタ１７のみであム したがってカレントウィンドウを切り替えるために（よ
　レジスタに記憶されたデータをレジスタウィンドウ１
枚分移動させる必要があム　すなわち本実施例において
ｉｉ、カレントウィンドウ切り替え命令実行時に　読み
書きを行なうレジスタを切り替えるのではなく、レジス
タに格納されているデータを移動させも 第１図において５ＡＶＥ命令実行時にはレジスタｒ１６
のデータがレジスタｒＯに移る方向＋、：　　ＲＥＳＴ
ＯＲＥ命令実行時にはレジスタｒＯのデータがレジスタ
ｒ１６に移る方向に接続されたレジスタすべてのデータ
を転送すも 第３図にカレントウィンドウ切り替え命令（ＳＡＷＥ命
令）実行時にウィンドウ制御手段１１が出力するウィン
ドウ制御信号Ｗｃ１−Ｗｃ４のタイムチャートを示す。

ここでは５ＡＶＥ命令は４段パイプラインで実行され　
ロードステージの前半に切り替え前のカレントウィンド
ウのレジスタの読み出しが行なわれ　ストアステージの
後半に切り替え後のカレントウィンドウのレジスタへの
書き込みが行なわれる。カレントウィンドウ切り替え命
令を実行していない状態ではＷｃｌ信号が出力されてお
り、この状態では第２図の書き込み用メモリセル２２の
データが読みだし用メモリセル２１に常に転送されてお
り、書き込みを行なうレジスタと読み出しを行なうレジ
スタが一致していも ５ＡＶＥ命令のロードステージの後半から実行ステージ
まではＷｃ３信号が出力される力（この状態では隣接し
たレジスタの書き越み用メモリセルから読みだし用メモ
リセル（レジスタｒ１６の書き込み用メモリセル２２か
らレジスタｒＯの読みだし用メモリセル２１の方向）に
データが転送される状態にな、Ｌ　　５ＡＶＥ命令のス
トアステージの前半にはＷｃ４信号が出力され　読−み
だし用メモリセル２１のデータが書き込み用メモリセル
２２に転送されムなおＲＥＳＴＯＲＥ命令実行時にｉ；
Ｌ　　ＷＯ２の代わりにＷｃ２が出力されデータ転送の
方向が逆となム　また本実施例はシングルボートのレジ
スタファイルである力（マルチボートレジスタもデコー
ド手段、入力手段、ａカ手段を複数化し　ワード線　ビ
ット線を複数設けることにより可能であム　また本実施
例のようにプリチャージ回路ではなく、プルアップ回路
等を用いてチャージ手段を構成することも可能である。

発明の効果 以上述べたようへ　本発明によれば　外部がら入力され
たアドレス信号のみをデコード手段によってデコードを
行なし入　前記デコード手段によってデコードされる数
のメモリセルについてのみ人出力ボートなしレジスタと
することにより、デコード手段、出力手段、入力手段を
小規模なものとすることができも

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるレジスタウィンドウ構
成のレジスタファイルのブロック医第２図は第１図のレ
ジスタを示した回路図　第３図は第１図のウィンドウ制
御信号のタイムチャート瓜　第４図はレジスタウィンド
ウの構成図　第５図は従来のウィンドウレジスタ構成の
レジスタファイルのブロックは　第６図は第５図のレジ
スタを示した回路図であム １１・・・ウィンドウ制御手比　１２・・・書き込み用
デコード手段、　１３・・・読みだし用デコード手比１
４・・・メモリセルアレイ、　Ｊ６・・・入出力手段、
　１７・・・入出力ポート付きレジス久　１８・・・入
出力ボートなしレジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 外部から入力されたアドレス信号が接続されたデコード
   手段と、 このデコード手段から出力されたワード線と、入出力手
   段に接続されるビット線とが接続されたｎ個の入出力ポ
   ート付きレジスタと、ｍ個の入出力ポートなしレジスタ
   とを双方向接続によって環状に接続したことよりなるメ
   モリセルアレイと、すべての前記レジスタに接続された
   前記レジスタ間のデータの転送を制御するウィンドウ制
   御信号を出力するウィンドウ制御手段とを有することを
   特徴とするレジスタファイル。