JPH05224911A - 動的命令修正制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動的命令修正制御装置（１０、１１、または
１３）と、この制御装置の汎用コンピュータとの併用方
法を提供する。 【構成】 制御装置は、実行装置（１２）とメモリ（１
４）を有している。メモリ（１４）内には、制御プログ
ラム（１６）が常駐している。制御プログラム（１６）
は、導線（２２）を介して実行装置（１２）と通信す
る。またメモリ（１４）内には、目的プログラム（１
８）が常駐し、導線（２４）を介して制御プログラム
（１６）と通信する。さらにメモリ（１４）内には、修
正プログラム（２０）が常駐し、導線（２８）を介して
制御プログラム（１６）と通信する。修正プログラム
（２０）は、目的プログラム（１８）の実行時間中に目
的プログラム（１８）の変更を行い、代替コード群を生
成し組み込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般にはコンピュータ技
術に関し、より詳細にはプログラム実行制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】商用ソフトウェア、社内用または個人用
に開発されたソフトウェアパッケージ、または他の形態
のコンピュータコードの柔軟性、制御性、およびデータ
収集能力を迅速化かつ効率化することは、コンピュータ
のプログラマとユーザが常に希望するところである。ソ
フトウェアの柔軟性と制御性を実現するために、コンピ
ュータのプログラマとユーザは、コンピュータプログラ
ムの変更を目的としたコンピュータコード内のコンパイ
ラオプション、コンピュータハードウェアの例外（ｅｘ
ｃｅｐｔｉｏｎ）と中断点（ｂｒｅａｋ ｐｏｉｎ
ｔ）、およびソフトウェアシミュレーションの使用を増
やしてきた。これらの技術はすべて、プログラマとユー
ザがプログラム実行中の柔軟性、プログラムの実行結果
とフローの制御能力、そしてソフトウェアとその実行に
関する知識獲得能力を得るために使用するものである。

【０００３】最も原始的なコンピュータプログラム変更
方法は、コンピュータプログラムの編集、コンピュータ
プログラム内の命令の変更による所望の全修正、そして
この命令変更を反映するためのコンピュータコードのコ
ンパイル、リンク、および実行を行うことである。この
命令変更が十分でない場合、編集、修正、コンパイル、
リンク、および実行の各処理を再度行う必要がある。こ
の方法には、時間がかかる、使いやすくない、いかなる
意味でも柔軟性がないなどの欠点がある。

【０００４】コンパイラオプションは、最適化レベルの
決定、およびデバッグ方法または機能の使用可能、およ
び／または統計情報の収拾などのコンパイル処理の過程
を変更するステートメントまたはコマンドである。コン
パイラオプションの変更、削除、または追加により、ユ
ーザまたはプログラマはコンピュータプログラムの性
能、実行フロー、および実行結果を変更することができ
る。コンパイラオプションは大抵の場合他の技術よりも
実現が容易なため、広く使用されている。いったんプロ
グラム実行を中断または完全停止すると、ユーザまたは
プログラマはコンピュータプログラムの編集、コンパイ
ラオプションの変更、コンパイル、リンク、およびプロ
グラム実行の起動をやり直さなければならない。幾つか
の変更や反復を必要とするプログラムの場合、例えばプ
ログラムの最適化の際、このコンパイラオプションの変
更とプログラムの再実行という処理は、時間がかかり、
使いやすくなく、かつ柔軟性に欠ける。

【０００５】例外（すなわち割込み）および中断点は、
既存技術のものよりも使いやすいという点で改良されて
いる。例外および中断点は、ユーザまたはプログラマに
よる大幅な介入がなくても、柔軟に設定でき、またこれ
らによりプログラム実行フローと結果を変更することも
できる。例外および中断点により、ユーザおよびプログ
ラマはデバッグガなどのソフトウェアパッケージの利点
を得ることができた。すなわち、通常、デバッグガおよ
び他の同様なソフトウェアパッケージは、例外および／
または中断点に依存するところが多い。しかしながら、
例外および中断点の欠点は、空間的・時間的にハードウ
ェアまたはソフトウェアのオーバヘッドが多くかかるこ
とである。すなわち、例外または中断点のために、メモ
リマップが変更する可能性が生じ、コンピュータまたは
マイクロプロセッサは、幾つかの情報の記憶または移動
を急遽行う必要が生じ、時にはプログラムの実行フロー
またはデータの計算結果が失われ、そして例外から通常
のプログラム実行へ戻ることが簡単にできない可能性が
生じる。

【０００６】柔軟性と制御性をより向上を実現するため
に、ソフトウェアのシミュレーションが広く使用される
ようになった。装置またはソフトウェアパッケージをシ
ミュレートすれば、ユーザまたはプログラマはシミュレ
ーション対象ソフトウェアまたは設計の全てのデータ、
実行、および性能評価を完全に制御することができる。
シミュレーションの最大の欠点は、極度に遅く時間がか
かることである。実際、設計またはプログラムをシミュ
レートした場合、この設計またはプログラムだけをシミ
ュレーションのオーバヘッドなしで実行する場合の１０
０倍の実行時間がかかる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来、「パッケージ化
（ｃａｎｎｅｄ）」商用ソフトウェアなどの形態のコン
ピュータプログラムの制御方法には以上のものがある
が、これらすべてに共通する特徴は以下の通りである。
（１）時間がかかる手続きを伴うこと、（２）ハードウ
ェアおよび／またはソフトウェアのオーバヘッドが多く
かかること、（３）特にプログラム実行時間中の機能が
動的または開放的（ｏｐｅｎ ｅｎｄｅｄ）でないこ
と、（４）ユ−ザにとって使いやすくないこと、（５）
他のソフトウェアパッケージとインタフェース可能な大
規模なデータ解析またはデータ収集が可能でないこと、
（６）生成するコードが最適化または標準生品と互換性
がないこと、および／または（７）広範囲のアプリケー
ションに使用するための柔軟性に欠けることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明により、上記の必
要は充足され、他の利点も達成される。本発明の１実施
例は、汎用ディジタルコンピュータと併用する制御装置
から構成される。この制御装置は、メモリシステムから
構成される。このメモリシステムには、実行装置が連結
されている。そして、この実行装置は、メモリシステム
内に常駐する制御プログラムにより制御される。また、
メモリシステム内には目的プログラムも常駐し、実行装
置により実行される。さらに、メモリシステム内には動
的命令修正（ｄｙａｎａｍｉｃ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏ
ｎ ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ）プログラムも常駐している。
この動的命令修正プログラムは、実行装置による目的プ
ログラムの実行中または直接実行準備中に目的プログラ
ムの解析および変更を行う。この解析および変更によ
り、目的プログラムの実行は修正され、動的命令修正プ
ログラムにより生成される代替コード群の直接実行も包
含するようになる。

【０００９】

【実施例】図１に、本発明による動的ソフトウェア命令
修正制御装置１０が示されている。制御装置１０は実行
装置１２を有し、これは例えばマイクロプロセッサ、特
定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）装置、プログラマブル
ロジックアレイ（ＰＬＡ）、配線論理（ｈａｒｄｗｉｒ
ｅ ｌｏｇｉｃ）、少なくとも部分的にマイクロコード
および／またはナノコードによりソフトウェア駆動され
る単一の実行装置、または複数の実行装置などであって
もよい。実行装置１２は、制御装置１０の「頭脳」とし
て機能する。ソフトウェアの実行は全て、すなわち殆ど
は計算処理と命令処理（例えばシステム制御）は、実行
装置１２の制御の元でハードウェアを介して制御装置１
０内で行われる。実行装置１２は、資源（ｒｅｓｏｕｒ
ｃｅ）の割当てまたは資源の割当てのためのソフトウェ
アの制御、システム保全性の実現、および制御装置１０
との殆どすべての内外通信の制御を行う。

【００１０】実行装置１２は、メモリシステム、すなわ
ちメモリ１４を少なくとも部分的に制御できなければな
らず、メモリ１４は、少なくとも１つのコンピュータ記
憶媒体を有していなければならない。また、メモリシス
テム、すなわちメモリ１４は、ダイナミックランダムア
クセスメモリ（ＤＲＡＭ）、ランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）、高速スタティックランダムアクセスメモリ
（ＦＳＲＡＭ）、読取り専用記憶装置（ＲＯＭ）、消去
可能プログラマブル読取り専用記憶装置（ＥＰＲＯ
Ｍ）、電気的消去可能プログラマブル読取り専用記憶装
置（ＥＥＰＲＯＭ）、および周辺記憶装置などの数種類
の記憶装置の任意のものを有していてもよい。例えば図
１では、メモリシステムの第１部分、すなわちメモリ１
４内のメモリ部分１７は、ＦＳＲＡＭであってもよい。
メモリシステムの第２部分、すなわちメモリ１４内のメ
モリ部分１９は、ＲＡＭであってもよい。メモリシステ
ムの第３部分、すなわちメモリ１４内のメモリ部分１５
は、ＤＲＡＭであってもよい。メモリ１４の他の部分
は、メモリマップド装置、周辺装置（例えばディスク駆
動機構、テープ駆動機構、印字装置、入出力（Ｉ／Ｏ）
ポート、モデム回線）などであってもよい。メモリマッ
プド装置は、メモリ１４を介してアクセス可能な読取り
および／または記憶を行う装置である。また、メモリ１
４は、制御装置１０のデータとコンピュータプログラム
の記憶にも使用される。

【００１１】メモリ１４内には、制御プログラム１６も
常駐している。制御プログラム１６は、実行装置１２が
制御装置１０を制御するのを援助する。制御プログラム
１６は、単一の命令ほど単純なものであってもよい。ま
た、制御プログラム１６は、実行装置１２に対して複雑
なタスクを行う何１００万行ものコードであってもよ
い。制御プログラム１６が行えるタスクとしては、
（１）周辺装置の割当てと制御、（２）実行装置１２に
対する時分割のスケジューリング、（３）メモリ管理の
実行、（４）メモリ不要部分の整理などの保守機能の提
供、（５）他のプログラムのロードおよび制御、（６）
実行装置１２の優先順位の追跡などの有用な機能があ
る。制御プログラム１６は、多数の機能を有し複雑化し
た場合、通常はオペレーティングシステムと呼ばれる。
制御プログラム１６は、双方向導線２２を介して実行装
置１２に接続されている。導線２２などの殆どの通信用
導線リンクは、通常はデータバス、アドレスバス、およ
び制御信号を有し、ソフトウェアパラメータ、ソフトウ
ェアコード、およびデータなどの情報を伝送することが
できる。

【００１２】目的プログラム１８は、制御装置１０のメ
モリ１４内に常駐している。殆どの場合、目的プログラ
ム１８は、制御プログラム１６または実行装置１２によ
りメモリ１４にロードされる。さらに、目的プログラム
１８は、例えばＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、またはＥＥＰＲＯ
Ｍなどの記憶装置内に常駐し、別の制御装置または外部
動作主体２１（ｅｘｔｅｒｎａｌ ａｇｅｎｔ）により
ＲＡＭに移されてもよい。外部動作主体２１とは、コン
ピュータ、マイクロプロセッサ、または制御装置１０お
よび制御装置１０による収集データを制御できるような
実行装置１２以外の実行装置である。外部動作主体２１
は、制御装置１０と異なるプログラムを実行してもよ
く、また制御装置１０と同じメモリシステム内で動作
し、したがってメモリ１４に記憶された同じプログラム
を実行してもよい。外部動作主体２１は、導体２３を介
してメモリ１４に対して少なくとも部分的な読取りおよ
び／または書込みアクセスを行う。外部動作主体２１に
よる直接記憶アクセス（ＤＭＡ）などの方法を使用すれ
ば、制御プログラム１６または実行装置１２による介入
が殆どないか全くなくても、各種プログラムをメモリ１
４に移すことができる。外部動作主体２１と類似した外
部動作主体は、ネットワークシステムおよび多重プロセ
ッサシステムで頻繁に使用される。外部動作主体２１
は、データアクセスおよびプログラムメモリ割当て・ロ
ードなどのシステム機能を実行するために使用されるた
め、実行装置１２などの主実行装置がプログラム実行と
いう重要タスクのためにより使用可能になる。

【００１３】目的プログラム１８は、コンピュータユー
ザまたはコンピュータプログラマが制御装置１０を使用
して実行したいプログラムである。目的プログラム１８
は、コンピュータアプリケーション（例えばスプレッド
シート、ワードプロセッサ、ウィルス検出プログラム、
ディスク駆動機構コピープログラム、および他の無数の
プログラム）、ユーザまたはプログラマにより開発され
修正を受けるプログラム、制御プログラム１６自体、ま
たはユーザまたはプログラマが実行、修正、情報獲得、
性能向上、解析などを行いたいような全てのプログラム
であってもよい。目的プログラム１８と制御プログラム
１６は、双方向導線２４を介して相互に通信および制御
することができる。目的プログラム１８から制御プログ
ラム１６へ通信する場合、通常は入出力機能、メモリア
クセス、およびデータの送受信などの操作が目的であ
る。制御プログラム１６は目的プログラム１８へ通信
し、目的プログラム１８から実行装置１２へのアクセス
許可、メモリ管理、およびデータの受渡しを行なう。実
行装置１２は、導線２５を介して目的プログラム１８へ
直接実行アクセスを行う。

【００１４】メモリ１４内には動的命令修正プログラム
２０も常駐している。修正プログラム２０は、前述され
た目的プログラム１８の場合と同様の方法で、メモリ１
４へ移したり常駐させることができる。修正プログラム
２０の起動または実行は目的プログラム１８の起動時に
起こり、修正プログラム２０の起動は任意である。実行
装置１２または制御プログラム１６がメモリ１４内のユ
ーザ定義フラグまたは変数（図示せず）の使用により修
正プログラム２０の起動を指示された場合、目的プログ
ラム１８の起動時に修正プログラム２０が呼び出される
か起動される。実行装置１２または制御プログラム１６
が修正プログラム２０の起動を指示されなかった場合、
修正プログラム２０は実行されず、目的プログラム１８
は修正プログラム２０の干渉を受けずに実行される。

【００１５】修正プログラム２０が目的プログラム１８
と共に起動されたと想定する。この場合、修正プログラ
ム２０は、前述された目的プログラム１８の場合と同様
の方法で、双方向導線２８を介して制御プログラム１６
および実行装置１２と通信する。これで、修正プログラ
ム２０は、次の図面を参照して後述される直接的・動的
方法で、導線２６を介して目的プログラム１８の修正、
監視、性能向上、制限、またはデータ収集を行うことが
できる。

【００１６】図２は、動的命令修正制御装置、すなわち
制御装置１１を示す。制御装置１１は制御装置１０と類
似しているが、図１で前述された制御プログラム１６の
オペレーティングシステムが図２ではより詳細に示され
ている。このように図１と図２は類似しているため、図
２の幾つかの構成要素については説明を簡略化する。

【００１７】制御装置１１は、制御装置１０と同様に実
行装置３０とメモリ３１を有している。制御装置１０の
場合と同様に、実行装置３０は双方向導線４０を介して
オペレーティングシステム３２と通信する。オペレーテ
ィングシステム３２は、双方向導線４２を介して目的プ
ログラム３６と通信する。目的プログラム３６と実行装
置３０は、導線４１を介して相互に通信する。導線４２
と目的プログラム３６は、それぞれに対応する制御装置
１０の構成要素と類似している。修正プログラム３８
は、制御装置１０の修正プログラム２０と同様の機能を
する。オペレーティングシステム３２は双方向導線４２
と５０とともに示されているが、双方向導線４２と５０
はそれぞれ目的プログラム３６と修正プログラム３８と
接続され通信を行う。双方向導線４２と５０は、データ
の受渡し、入出力機能などに使用される。オペレーティ
ングシステム３２の一部は、実行時ローダ３４となって
いる。実行時ローダ３４は、目的プログラム３６と修正
プログラム３８などの各種プログラムをロードし、実行
装置３０による実行準備を行う。実行時ローダ３４のこ
のロード・実行準備機能は、導線４８と４９を介して実
行される。

【００１８】ユーザ、またはメモリ１４内に記憶された
データファイル（図示せず）のような他の動作主体は、
データストリームのようなユーザまたは媒体要求によ
り、オペレーティングシステム３２に任意の目的プログ
ラム３６または特定の目的プログラム３６の起動時に修
正プログラム３８も起動するように指示する。オペレー
ティングシステム３２は、実行時ローダに修正プログラ
ム３８の起動条件を通知する。続いてユーザまたは他の
動作主体は、オペレーティングシステム３２に目的プロ
グラム３６の起動を指示する。オペレーティングシステ
ム３２は、実行時ローダ３４に目的プログラム３６の起
動または実行を指示する。実行時ローダ３４は、記憶装
置（図示せず）から目的プログラム３６をロードし、目
的プログラム３６の実行準備を行う。実行時ローダ３４
は、目的プログラム３６の起動のために修正プログラム
３８も起動する必要があるか否かを判定する。必要であ
る場合、修正プログラム３８は記憶装置からロードさ
れ、実行準備が行われる。これで、修正プログラム３８
に制御が渡され、目的プログラム３６の修正、監視、性
能向上、制限、またはデータ探索が直接的・動的に目的
プログラム３６の実行前と実行時に行われる。修正プロ
グラム３８と目的プログラム３６の間で双方向導線４６
を介してデータとプログラムコードが交換される。

【００１９】再び図１と制御装置１０について説明する
と、修正プログラム２０は一旦起動されると、目的プロ
グラム１８の修正方法の情報を受信することができる。
この情報は、２つの方法で受信することができる。第１
の方法は、修正プログラム２０がこの情報をメモリ１４
または周辺装置（図示せず）からロードするか、ユーザ
から対話形式で受信するというものである。この情報
（図示せず）により、修正プログラム２０はその起動時
に目的プログラム１８の修正、監視、性能向上、制限、
またはデータ収集を正確に行うことができる。第２の方
法は、目的プログラム１８の起動前にユーザが修正プロ
グラム２０をプログラムするというものである。

【００２０】この情報を使用して、修正プログラム２０
は目的プログラム１８の実行準備、実行開始、または実
行のいずれかの間に目的プログラム１８を走査する。図
３から図５に示されたこの走査機構は、目的プログラム
１８の変更に使用される。図３は、図１の目的プログラ
ム１８の一部を示している。この示された目的プログラ
ム１８の一部をプログラム５２と呼ぶことにする。プロ
グラム５２は、６つの命令すなわちコンピュータコマン
ドを有し、これらは順に”ＩＮＳＴ Ａ”から”ＩＮＳ
Ｔ Ｆ”というラベルが付けられている。これらの命令
は、順に”ＡＤＤＸ Ａ”から”ＡＤＤＸ Ｆ”という
物理メモリアドレスから始まる。図１の修正プログラム
２０は、プログラム２０の”ＩＮＳＴ Ｂ”と”ＩＮＳ
Ｔ Ｄ”というラベルの付いた命令の修正、監視、性能
向上、制限、またはデータ収集を行うように指示されて
いた。”ＩＮＳＴ Ｂ”と”ＩＮＳＴ Ｄ”をそれぞれ
命令５６と５８と呼ぶことにする。プログラム５２内で
は変更対象として命令５６と５８と呼ぶ２つの命令しか
選択されていないが、変更可能な命令の数には制限はな
い。また、変更可能な命令の発生回数にも制限はない。
例えば、７つの命令が変更対象として選択され、これら
の命令がそれぞれ１０回発生しているとすると、合計１
０回出現する合計７つの命令を変更することができる。

【００２１】修正プログラム２０は、目的プログラム１
８内の命令を走査しながら、代替コード群５４を生成す
る。図４に示された代替コード群５４は、ユーザ、記憶
装置、周辺データストリーム、またはデータファイルか
らの入力データに基づいて生成される。代替コード群５
４には、図３の命令５６と５８の修正、監視、性能向
上、制限、またはデータ収集を直接的または間接的に
（サブルーチン呼出しまたはシステム呼出しにより）行
うためにユーザが使用する全ての命令が含まれている。
コードセクション６４は命令５６の修正に使用され、コ
ードセクション６６は命令５８の修正に使用される。

【００２２】修正プログラム２０は、”ＩＮＳＴ Ｂ”
およびユーザが修正したい他の全ての命令の発生を見つ
けるために、プログラム５２を走査する。これらの命令
が一旦見つかると、プログラム５２の全ての命令が走査
されるまで、１度に１コードセクションずつ代替コード
群５４が形成される。例えば、図３で命令５６として示
された命令”ＩＮＳＴ Ｂ”が一旦見つかると、命令５
６は図４の新規生成されたコードセクション６４内で”
ＡＤＤＸ Ｇ”というラベルの付いたアドレスへの分岐
または飛越し命令に置換される。ここで、修正プログラ
ム２０は、ユーザ入力または入力データに基づいて、コ
ードセクション６４の最終命令内に復帰アドレスへの飛
越しまたは分岐命令を組み込む。この復帰アドレスは、
図４ではコードセクション６４の最終命令として示さ
れ、”ＪＭＰ／ＢＲＮＣＨ ＡＤＤＸ Ｃ”というラベ
ルが付けられている。この場合、新規変更された命令５
６の直後の命令は命令”ＩＮＳＴ Ｃ”である。したが
って、命令”ＩＮＳＴ Ｃ”のアドレス”ＡＤＤＸ
Ｃ”への飛越し（ｊｕｍｐ）または分岐命令がコードセ
クション６４の終りに追加され、代替コード群５４が図
１の目的プログラム１８へ適切に実行を戻すようにす
る。

【００２３】ユーザ定義置換用代替コードの生成処理、
走査処理、および復帰または実行フロー変更のための飛
越しまたは分岐命令の追加処理は、目的プログラム１８
内の修正を必要とする各命令の発生毎に繰り返される。
例えば、命令５８はコードセクション６６の始め、すな
わち”ＡＤＤＸ Ｌ”への飛越しまたは分岐命令に置換
される。コードセクション６６は、コードセクション６
４と同様の方法で修正プログラム２０により生成され
る。命令”ＪＭＰ／ＢＲＮＣＨ ＡＤＤＸ Ｅ”は、コ
ードセクション６６の終りに追加され、代替コード群５
４が置換用代替コードの実行後に目的プログラム１８へ
実行を戻すようにする。ここで注意すべきことは、全て
の命令が常に別個の単一の代替コードルーチンまたは別
個の複数の代替命令を必要とするとは限らないことであ
る。すなわち、幾つかの命令が代替コード群５４の同一
部分へ飛び越すか分岐することも可能である。代替コー
ド群５４の生成時には、メモリと時間の節約という点か
ら、幾つかの命令に置換するには代替コード群５４の単
一部分を使用することが望ましい。

【００２４】前述したように命令の変更および追加が行
われたため、プログラム５２は実行時には図５に示され
たように実行する。図５は、修正プログラム２０による
全ての修正の完了後に図３と図４の両方のプログラムと
命令を含むプログラム１００を示している。分岐の方が
飛越しよりも効率的であり好ましいため、分岐または飛
越し命令は略語”ＢＲ”として示されている。図５の矢
印付き線１１０は、プログラム実行フロー例を示す。コ
ンピュータプログラム内のループ、飛越し、および分岐
の性質上、コードは常に順次（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）
または線形に実行されるとは限らない。図５では、簡潔
化のため順次方式が示されている。したがって、図５に
ついての以下の説明では、図１と図３から図５を参照す
ることがある。

【００２５】プログラム１００の実行は、以下のように
行われる。図３の命令”ＩＮＳＴＡ”が実行され、実行
装置１２はアドレス”ＡＤＤＸ Ｂ”の命令”ＩＮＳＴ
Ｂ”の実行準備を行う。命令”ＩＮＳＴ Ｂ”、すなわ
ち命令５６は、以前に修正プログラム２０により飛越し
または分岐命令に置換されため、図５に示されたように
目的プログラム１８の実行経路はアドレス”ＡＤＤＸ
Ｇ”へ変更される。この置換のため、目的プログラム５
２の一部を表すプログラム５２の実行経路は変更され、
アドレス”ＡＤＤＸ Ｇ”で命令”ＩＮＳＴ Ｇ”が実
行されることで実行が継続する。ここで、コードセクシ
ョン６４の各命令が何らかの論理的順序で実行され、プ
ログラム５２のデータ処理、プログラム５２の性能変
更、およびハードウェアまたはソフトウェア機能のトリ
ガなどの無数の機能のような追加機能が実行される。命
令５６は飛越しまたは分岐命令に置換されため、ユーザ
または動作主体が目的プログラム１８の実行結果を変更
したくない場合、命令５６はコードセクション６４の終
り近辺で複製しなければならない。ユーザが修正プログ
ラム２０に目的プログラム１８の実行結果を変更しない
ように指示した場合、修正プログラム２０は図３の置換
命令”ＩＮＳＴ Ｂ”、すなわち命令５６を複製し、図
４と図５に示されたように命令６０としてコードセクシ
ョン６４内に組み込む。このような複製機能を簡単に実
行するには、修正プログラム２０をそのようにプログラ
ミングしておけばよい。コードセクション６４内の命
令”ＩＮＳＴ Ｇ”から”ＩＮＳＴ Ｂ”（命令６０）
が一旦実行されると、図５の命令”ＪＭＰ／ＢＲＮＣＨ
ＡＤＤＸ Ｃ”は目的プログラム１８の命令”ＩＮＳ
Ｔ Ｃ”へ実行を戻す。したがって、プログラム５２の
一部として示された目的プログラム１８の修正、監視、
性能向上、または制限が動的・直接的に行われ、また修
正プログラム２０と代替コード群５４による目的プログ
ラム１８の特徴付けにもオーバヘッドが少なくて済むこ
とになる。

【００２６】命令”ＩＮＳＴ Ｃ”が図１の実行装置１
２により実行され、命令”ＩＮＳＴＤ”、すなわち命令
５８が次に実行される命令になる。命令５８は以前に修
正プログラム２０により置換され、現在は図５に示され
たように代替コード群５４のコードセクション６６内の
アドレス”ＡＤＤＸ Ｌ”への飛越しまたは分岐命令と
なっている。命令”ＩＮＳＴ Ｌ”から”ＩＮＳＴ
Ｏ”が実行され、図５の最終命令”ＪＭＰ／ＢＲＮＣＨ
ＡＤＤＸ Ｅ”は論理的順序で次に実行可能なプログ
ラム５２の命令”ＩＮＳＴ Ｅ ”へ制御を戻す。コー
ドセクション６６の場合、コードセクション６４の場合
と異なり、プログラム５２の置換命令”ＩＮＳＴ Ｄ”
はコードセクション６６内に組み込まれていない。この
場合、ユーザがプログラム５２の実行に何らかの修正を
行い、またはプログラム５２の実行結果の演算用アルゴ
リズムを変更することを意図していたからである。

【００２７】目的プログラム１８、すなわちプログラム
５２を変更した以上の方法によれば、以下のことが可能
になる。（１）手続きの時間的効率化と、その結果とし
て他の方法に比べてプログラム実行の高速化、（２）ハ
ードウェアおよび／またはソフトウェアのオーバヘッド
の最小化、（３）プログラム実行時間中でさえも動的お
よび開放的な機能性、（４）既知の方法にはなかった使
いやすく対話形式の実行時プログラム修正、（５）他の
ソフトウェアパッケージと任意にインタフェース可能な
大規模なデータ解析またはデータ収集、（６）例外の除
去、および（７）柔軟性の増加。

【００２８】図６は、目的プログラム１８の一部、すな
わちプログラム６８を示しているが、このプログラムの
アドレス”ＡＤＤＸ Ｐ”から”ＡＤＤＸ Ｕ”にはそ
れぞれ命令”ＩＮＳＴ Ｐ”から”ＩＮＳＴ Ｕ”が組
み込まれている。ユーザは修正プログラム２０に幾つか
の命令、特に”ＩＮＳＴ Ｑ”と”ＩＮＳＴ Ｔ”は目
的プログラム１８から除去するか実行しないように指示
している。修正プログラム２０は、図７の代替コード群
７０を生成する。命令７６は、図６の命令”ＩＮＳＴ
Ｒ”への飛越しまたは分岐命令である。命令７８は、図
６の命令”ＩＮＳＴ Ｕ”への飛越しまたは分岐命令で
ある。図６の命令７２と７４は、ユーザが目的プログラ
ム１８から除去したい命令である。命令７２は、図７の
アドレス”ＡＤＤＸ Ｘ”の命令７６への飛越しまたは
分岐命令に置換される。命令７４は、図７のアドレス”
ＡＤＤＸ Ｙ”の命令７８への飛越しまたは分岐命令に
置換される。これで、命令７２と７４は目的プログラム
１８から除去される。

【００２９】修正プログラム２０をもう少しインテリジ
ェント化し、常に目的プログラム１８を飛越しまたは分
岐命令に置換する規則に従わないで適宜最適化を行うよ
うに指示すれば、修正プログラム２０をより効率化する
ことができる。そうすれば、例えば図７のプログラムを
図６と図７の実施例で作成する必要がなくなる。図６の
命令７２と７４を「無処理」、すなわち”ＮＯＰ”とい
う単数または複数の命令に置換できるようになる。この
置換のため、命令７２と７４は時間的・空間的に効率よ
く目的プログラム１８から除去されることになる。同様
にして、命令７２と７４を１つだけの命令に置換すれ
ば、この命令は、場合によっては、目的プログラム１８
内の命令７２と７４と同一物理空間を占有できるように
なる。上記のＮＯＰ命令による置換の場合と、１命令に
よる置換の場合では、図７の代替コード群７０は存在し
なくなる。このように代替コード群７０の必要性を無く
すことで既に時間的・空間的効率が向上しているが、目
的プログラム１８の実行から２つの飛越しまたは分岐命
令を除去することで修正プログラム２０はさらに効率化
する。この結果、図６の命令７２をアドレス”ＡＤＤＸ
Ｘ”へ飛越しまたは分岐させることも、図７の命令７
６を目的プログラム１８へ飛越しまたは分岐させること
も必要なくなる。

【００３０】図８には、図２の制御装置と類似した制御
装置が示されている。図２と図８は非常に類似している
ため、図８の制御装置の幾つかの構成要素は、図２の制
御装置と同一のラベルが付けられている。制御装置１３
では、修正プログラム３８は外部データ集合、すなわち
データファイル８４へ、またはメモリ３１の変更可能部
分へデータを書き出せることが示されている。データフ
ァイル８４は、目的プログラム３６の情報をいくらでも
含むことができる。ユーザが修正プログラム３８に目的
プログラム３６の大規模データ解析を行うように指示ま
たはプログラミングするのは困難なことがある。また、
数多くの解析タスクを実行可能なソフトウェアパッケー
ジがある時に、ユーザが修正プログラム３８をスプレッ
ドシートまたは統計的解析器などとして動作するように
プログラミングすれば時間の浪費になるであろう。

【００３１】ユーザが大規模データ解析を行いたい場
合、修正プログラム３８はデータファイル８４を周辺装
置８２へ書き込むことができる。もう１つできること
は、修正プログラム３８をデータ集合８５をメモリ３１
に書き込むことである。データ集合８５、データファイ
ル８４、およびこれらの相互接続は概念的に類似してい
るため、データファイル８４についてだけ詳細に説明す
る。周辺装置８２は、テープ駆動機構、ディスク駆動機
構、および別のコンピュータなどの種々の記憶装置であ
ってもよい。修正プログラム３８と代替コード群（通常
は修正プログラム３８の一部として生成される）からデ
ータファイル８４への読取り書込みは、双方向導線９０
を介して行われる。修正プログラム３８とデータ集合８
５を接続する導線４７も、導線９０と同様に機能する。

【００３２】ユーザは、オペレーティングシステム３２
にスプレッドシートや統計的解析器などのアプリケーシ
ョンプログラム８０をロードするように指示することが
できる。すると、オペレーティングシステム３２は、実
行時ローダ３４にアプリケーションプログラム８０をメ
モリ３１にロードし実行準備を行うように指示する。ア
プリケーションプログラム８０、オペレーティングシス
テム３２、および実行時ローダ３４は双方向導線８６と
８７を使用して、データ通信を行ったり入出力とメモリ
アクセスなどの機能を実行する。アプリケーションプロ
グラム８０が一旦メモリ３１内に入り実行装置３０によ
り実行されると、ユーザはアプリケーションプログラム
８０を使用して、アプリケーションプログラム８０にと
って許容可能な任意の方法でデータファイル８４の解析
を行うことができる。双方向導線８８は、アプリケーシ
ョンプログラム８０とデータファイル８４の間の解析用
リンク（ａｎａｌｙｓｉｓ ｌｉｎｋ）を示している。
メモリ３１内のデータ集合８５もデータファイル８４と
同様の方法でアプリケーションプログラム８０により解
析できるが、この解析を行うための接続は図示されてい
るものに限定されない。

【００３３】図９は、本明細書中の図３と図４で説明さ
れた動的・直接的命令修正方法を流れ図の形で示してい
る。図９は、方法９９を示す。方法９９は、初期設定ス
テップ１００から始まる。初期設定ステップ１００は、
システムの実行準備に必要な全ステップ、すなわちメモ
リへのソフトウェアのロード、修正プログラムのような
ソフトウェアのプログラミング、オペレーティングシス
テムの適正設定、目的プログラムに必要な全ハードウェ
アの接続などのステップを表している。多くの場合、ユ
ーザが目的プログラムの実行準備を行う前に、全初期設
定はハードウェアまたはソフトウェアにより完了されて
いる。幾つかの場合、全初期設定はユーザの介入なしに
オペレーティングシステムまたは実行装置により行うこ
ともできる。

【００３４】初期設定が一旦完了すると、ステップ１０
２で制御装置内で目的プログラムの実行準備または実行
開始のいずれかが行われる。次に、ステップ１０４で修
正プログラムが実行され、修正プログラムは目的プログ
ラムの走査を開始する。走査手順は、ステップ１０６、
１０８、および１１０で示されている。ステップ１０６
では、修正プログラムは目的プログラム内の修正や変更
などを必要とする命令を見つけるために、目的プログラ
ムの走査を行う。修正するべき命令が目的プログラム内
で一旦見つかると、ステップ１０８で修正プログラムは
その命令を置換するための代替コード群の一部を生成す
る。この代替コード群の一部は、分岐または飛越命令の
使用により、目的プログラムの実行フロー内に組み込ま
れ、ステップ１０６で見つけられた目的プログラム内の
命令の置換、変更、修正、監視、または制限を行う。こ
の目的プログラム変更は、ステップ１１０で説明され
る。

【００３５】ステップ１０６、１０８、および１１０
は、変更を必要とする目的プログラム内の全命令が処理
されるまで実行される。目的プログラム内の全命令が一
旦走査または処理されると、代替コード群全体が完了す
る。ステップ１１２で目的プログラムが実行を完了する
まで、代替コード群全体は目的プログラムの一部として
実行される。ステップ１１４では、代替コード群と目的
プログラムが実行を完了する。データ解析、およびデー
タ収集などのタスクが、数多くの方法で実行することが
できる。

【００３６】本発明による方法は柔軟性があるため、図
１から図８で説明された制御装置と方法は幾つかの用途
に使用でき、幾つかの有用な機能を実行することができ
る。これらの機能の幾つかについて以下に説明する。

【００３７】本明細書中に記載された方法と制御装置を
使用すれば、デバッガの生成とデバッガ機能の実行を行
うことができる。ユーザは修正プログラムに、目的プロ
グラムの単一ステップ実行と、目的プログラムへの中断
点の組み込みを指示することができる。単一ステップと
は、目的プログラムの実行中に修正プログラムが命令毎
に新規代替コード群を生成することである。この新規代
替コード群は、演算結果、演算項、アドレス、演算子、
実行装置状態、レジスタ値、およびメモリ内記憶値の表
示または印字などのデバッガの有名な機能を実行するこ
とができる。この方法では例外は避けられ、また既知の
デバッグ方法よりも柔軟性とユーザとの対話が多いた
め、図３と図４の方法を使用するデバッガの方が優れて
いることになる。

【００３８】本明細書中に記載された方法と制御装置を
使用すれば、代替コード群を生成し、ハードウェアトリ
ガと呼ばれるハードウェアの始動または同期化、または
ソフトウェア事象のトリガを行うことができる。ユーザ
は、修正プログラムに目的プログラム内の特定命令を変
更するように指示することができる。またユーザは、目
的プログラム内の修正を必要とする命令と置換するため
の命令を修正プログラム内に組み込むことができる。ユ
ーザ情報と修正プログラムによる入力命令とから生成さ
れた代替コード群は、目的プログラム内で発生する事象
に基づいて、外部または内部のハードウェアまたはソフ
トウェアパッケージのトリガまたは同期化を行うことが
できる。

【００３９】また、本明細書中に記載された方法と制御
装置を使用すれば、ハードウェア装置を制御するソフト
ウェアインタフェースまたは他のソフトウェアでアクセ
ス可能なインタフェースの障害を解析することができ
る。例えば、ユーザがディスク駆動機構でデータの読取
り書込み時に障害が発生する場合がある。この場合、ユ
ーザは、ディスクの一部を読み取るプログラムを作成す
るか、またはディスク駆動機構にアクセスする「パッケ
ージ化」商用プログラムを使用することができる。する
と、このプログラムが目的プログラムになる。ここでユ
ーザは、修正プログラムに一切のディスク上データの読
取り書込みの実行を遮断するように指示する。またユー
ザは、修正プログラムにディスク上データの読取り書込
みの代替処理またはディスク上データの読取り書込みの
監視方法を指示する。すると修正プログラムは、代替コ
ード群を生成し、ディスク上データの読取り書込みの遮
断およびディスク駆動機構の性能解析をユーザの意図し
た方法で行う。ユーザは、修正プログラムにより遮断さ
れたデータからも代替コード群からも、ディスク駆動機
構障害のソフトウェアまたはハードウェア上の原因を判
別することができる。さらに、本明細書中に記載された
方法と制御装置を使用すれば、ハードウェアとソフトウ
ェアの設計を支援することができる。例えば、特定の環
境で実行するアプリケーションプログラムを使用するた
めには、キャッシュメモリを最適化する必要がある。こ
のアプリケーションプログラムを実行してメモリの読取
り書込みによるデータの収集を行う場合、修正プログラ
ムと代替コード群を使用する方法でアプリケーションプ
ログラムを監視することができる。ここで収集されたデ
ータは、代替コード群および／または修正プログラムに
よりデータファイルに書き込むことができる。そして、
このデータファイルをキャッシュメモリ解析パッケージ
が使用すれば、アプリケーションプログラムによるメモ
リの読取り書込みに最適なキャッシュメモリを設計する
ことができる。

【００４０】さらにまた、本明細書中に記載された方法
と制御装置を使用すれば、目的プログラムの実行時性能
データを収集することができる。代替コード群は、アド
レス、演算項、または特定命令の発生回数を数えること
ができる。代替コード群は、カウンタまたはタイマの使
用により特定事象間の時間を追跡することができる。代
替コード群は、ユーザと対話しユーザ変更パラメータを
受け取ることにより、目的プログラムの実行時性能を修
正することができる。例えば、乗算に時間がかかり過ぎ
る場合、ユーザは乗算の代わりに別のアルゴリズムを使
用して性能変化を観察してもよい。

【００４１】ソフトウェアの互換性は、多くのマイクロ
プロセッサメーカーとソフトウェア会社にとって重要な
話題であり課題であった。これらの問題の幾つかに対す
る解決策としては、動的命令修正制御装置が考えられ
る。例えば、ユーザがソフトウェアパッケージＡをソフ
トウェア会社Ｂから購入したと想定する。ソフトウェア
パッケージＡは、実行装置Ｃと呼ぶ特定マイクロプロセ
ッサまたは特定コンピュータと互換性のあるソフトウェ
アパッケージである。ユーザは、ソフトウェアパッケー
ジＡを実行装置Ｃ上で長年使用してきた。そこでユーザ
は、実行装置Ｃを新規異機種の実行装置Ｄへグレードア
ップし、かつソフトウェアパッケージＡ内に蓄積された
全てのデータとオプションを保持することを希望してい
る。しかし、ソフトウェアパッケージＡは、ユーザが購
入したい新規上位機種の実行装置Ｄと互換性がない。図
１から図８に示された動的命令修正制御装置とその操作
方法を使用すれば、ソフトウェアパッケージＡ内の全て
の互換性のないコードを実行時に実行装置Ｄと互換性の
あるものに動的・直接的に置換することができる。した
がって、ソフトウェア会社Ｂは、１つのバージョンのソ
フトウェアを作成すれば、本明細書中に記載された本発
明による方法と制御装置を使用することにより、そのバ
ージョンを多くの異機種の実行装置上で実行させること
ができる。この方法は、実行装置がグレードアップした
り互換性がなくなる毎にソフトウェア会社Ｂが新規バー
ジョンのコードを作成し直すよりもはるかに優れてい
る。また、この方法によれば、ユーザが購入できるソフ
トウェアパッケージの種類について柔軟性が向上する。
さらに、この方法によれば、ユーザが購入するべき実行
装置の機種を決める際にも柔軟性が向上する。

【００４２】以上、本発明を具体的実施例を参照しなが
ら開示および説明したが、当業者はさらに修正および改
良を思い浮かぶであろう。例えば、動的命令修正制御装
置、方法、およびシステムを使用する他の多くのアプリ
ケーションソフトウェア、すなわちウィルス検出ソフト
ウェア、機密保護ソフトウェア、実行時コード最適化ソ
フトウェア、および顧客対応ハードウェアインターフェ
ースソフトウェアなどの有用なソフトウェアを設計する
ことができる。制御プログラムは、制御装置に対する基
本制御機能を有したまま、幾つかの形態で存在し、また
多くの各種機能を有していてもよい。実行装置は、複数
の装置、１台のワークステーション、１台のスーパーコ
ンピュータ、またはマイクロプロセッサなどのいずれで
あってもよい。修正プログラムのユーザインタフェース
には、かなりの種類があってもよい。データ集合または
データファイルへ送信されるデータは、場合によって
は、別のコンピュータシステムまたは受信主体へ送信ま
たは中継されてもよい。このように、本発明は開示され
た具体的形態に限定されるものではなく、添付された特
許請求の範囲内で本発明の精神と範囲とから逸脱しない
全ての修正を包含するものと解釈するべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による動的命令修正制御装置の１実施例
を示すブロック図である。

【図２】本発明による動的命令修正制御装置の別の実施
例を示すブロック図である。

【図３】本発明による目的プログラムコードセグメント
を示す。

【図４】本発明による代替コード群セグメントを示す。

【図５】本発明によるプログラム実行フローを示す。

【図６】本発明による目的プログラムコードセグメント
の別の実施例を示す。

【図７】本発明による代替コード群セグメントの別の実
施例を示す。

【図８】本発明による動的命令修正制御装置のさらに別
の実施例を示すブロック図である。

【図９】動的命令修正方法の流れ図である。

【符号の説明】

１０ 制御装置 １２ 実行装置 １４ メモリシステム １６ 制御プログラム １８ 目的プログラム ２０ 動的命令修正プログラム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディジタル・コンピュータと共に使用する
   制御装置（１０）であって、前記制御装置は：実行装置
   （１２）；および前記実行装置と結合されたメモリシス
   テム（１４）とから構成され、前記メモリシステムは：
   前記メモリシステムの第１部分内に常駐し、前記実行装
   置の動作を制御する制御プログラム（１６）；前記メモ
   リシステムの第２部分内に常駐し、前記実行装置により
   実行される目的プログラム（１８）；および前記メモリ
   ・システムの第３部分内に常駐する動的命令修正プログ
   ラム（２０）であって、前記目的プログラムが実行装置
   によって実行される間または直接実行のため実行装置に
   よって準備される間、前記動的命令修正プログラムは前
   記目的プログラムを解析および変更し、前記実行装置に
   よる直接実行による直接実行のため前記動的命令修正プ
   ログラムによって生成される代替コード群を組み込む動
   的命令修正プログラム（２０）；から構成されることを
   特徴とする制御装置。