JPH0535507A - 中央処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＰＵが割り込みのために仕事を中断した
り、レジスタのセ−ブ時間のオ−バ−ヘッドにより応答
速度が低下することをなくし、応答速度や動作速度の向
上を図る。 【構成】 複数のタスクをそれぞれロ−カルタスク実行
モジュ−ルに割り付けて、それぞれ並列動作を行わせ、
各ロ−カルタスク実行モジュ−ル相互間でデ−タを転送
する場合には、メッセ−ジメモリを介して転送する。ま
た、割り込みのタスクは、それぞれ割り込みタスク実行
モジュ−ルに割り付けて、割り込みの並列動作を行わせ
る。これにより、割り込みが生じてもＣＰＵは途中で仕
事を中断することなく、別個のモジュ−ルにその割り込
みタスクを割り付け、並列に実行させることにより、応
答速度の低下をなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リアルタイム処理を高
速に行うことが可能な中央処理装置（ＣＰＵ）に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】リアルタイム処理（実時間処理）は、処
理要求またはデ−タが発生する毎に直ちにその処理を行
う処理方式であって、例えば、銀行システム、座席予約
システム、クレジット照合システム等の不特定多数の顧
客と窓口で直接接触する業種のシステムで使用される。
このシステムでは、他の処理方式に比べて最も高い信頼
性が要求されるため、ＣＰＵの構成としては、デュアル
システム構成ないしマルチプロセッサシステム構成が採
用される。ＣＰＵを用いてリアルタイムの制御を行う場
合、外部機器との間で入出力信号の授受を高速に行う必
要がある。従来から行われている方法としては、次の２
つがある。 （イ）割込み方式・・・外部信号が入力するときに、割
り込み信号をＣＰＵに与えることにより、現在ＣＰＵが
行っている処理を一時中断して、外部信号に応じた処理
を優先して行う方式。 （ロ）マルチタスク方式・・・ＣＰＵでマルチタスクモ
ニタと呼ばれるソフトウェアを起動し、外部信号の入力
を全てマルチタスクモニタにより監視することにより、
ＣＰＵのリソ−スの制御を行う方式。 なお、これらの方式については、例えば、『情報処理ハ
ンドブック』昭和51年12月20日(株)オ−ム社発行、pp.2
-31〜2-38,pp.6-16〜6-25に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
（イ）および（ロ）の方式では、ＣＰＵが途中で仕事を
中断して、割り込み作業を行った後、元の仕事に正常に
戻るためには、レジスタの内容をセ−ブしなければなら
ず、このセ−ブ時間のオ−バ−ヘッドのために応答速度
が低下するという問題があった。また、前述の（ロ）の
方式では、さらに、外部信号の入力や定期的なタイマ入
力により、どのタスクをＣＰＵで動作させるかというス
ケジュ−リングを毎回行って制御するためにオ−バ−ヘ
ッドがあるという問題があった。図４は、上記（ロ）の
マルチタスク方式の動作例を示すシ−ケンスチャ−トで
ある。縦方向に経過時間を、横方向に各作業を、それぞ
れ示している。各縦線がマルチタスクモニタのカ−ネル
における動作、タスクＡ，Ｂ，Ｃおよび割り込み処理
Ａ，Ｂの動作を示している。最初、タスクＡがＣＰＵに
より処理されてきたときに、割り込み事象ＩＮＴが発生
すると、タスクＡの処理は中断されて、一旦カ−ネルに
処理が移り、カ−ネルでのスケジュ−ルにより、割り込
み処理Ａが起動され、実行される。割り込み処理Ａが最
後にタスクＣに向けてメッセ−ジ送信を行って終了した
とすると、再びカ−ネルに動作が移行し、スケジュ−リ
ングが起動されて、その時に優先順位の高かったタスク
Ｃが起動され、処理が行われる。タスクＣの処理が終了
した後、再びカ−ネルに制御が移行し、それまで待機し
ていたタスクＡが処理を再開する。このように、従来の
ＣＰＵは、カ−ネルにおけるスケジュ−リングに要する
オ−バ−ヘッドが大きいため、高速な応答速度を得るこ
とが難かしかった。本発明の目的は、このような従来の
課題を解決し、外部信号の入力によりＣＰＵで該当の処
理を行わせるまでのオ−バ−ヘッド時間を削減して、高
速な応答速度を実現することが可能な中央処理装置を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の中央処理装置は、割り込み以外のタスクの
処理を行うロ−カルタスク実行ユニット（図１の６〜
８）と、タスクの命令を格納するロ−カルタスク命令格
納メモリ（９〜１１）と、命令が処理する時に使用する
デ−タを格納するロ−カルタスクデ−タ格納メモリ（１
２〜１４）とから構成される１個以上のロ−カルタスク
実行モジュ−ル（１〜３）、割り込みのタスク処理を行
う割り込みタスク実行ユニット（１５，１６）と、タス
ク処理の命令を格納する割り込みタスク命令格納メモリ
（１７，１８）と、命令が処理する時に使用するデ−タ
を格納する割り込みタスクデ−タ格納メモリ（１９，２
０）と、割り込み信号を入力する割り込み入力ユニット
（２１，２２）から構成される割り込み要因数以上の割
り込みタスク実行モジュ−ル（４，５）、複数のモジュ
−ル相互間でメッセ−ジの授受を行うメッセ−ジ転送手
段（２３〜２７）、および該複数のモジュ−ル間でデ−
タを共有する共有メモリ（２８）を有し、全てのタスク
をそれぞれ上記ロ−カルタスク実行モジュ−ル（１〜
３）に割り付けるとともに、割り込み要因毎に全ての割
り込みタスクを上記割り込みタスク実行モジュ−ル
（４，５）に割り付けて、複数のタスクを並列に実行さ
せることに特徴がある。

【０００５】

【作用】本発明においては、実行するソフトウェアを、
割り込み処理および割り込み処理以外の複数のタスクに
分割して構成することにより、仕事の割り付けを分割さ
れた各実行モジュ−ル毎に１つずつ割り当てる。そし
て、各実行モジュ−ルが並列に処理できるようにするの
である。すなわち、割り込み処理以外の複数のタスク
を、１つずつロ−カルタスク実行モジュ−ルに割り付け
て、命令コ−ドを各々のロ−カルタスク命令格納メモリ
に格納して、それを読み出して実行する。また、割り込
みを行うタスクについては、各々１つずつ割り込みタス
ク実行モジュ−ルに割り付けて、命令コ−ドを各々の割
り込みタスク実行モジュ−ルの割り込みタスク命令格納
メモリに格納し、それを読み出して実行する。実行状態
のロ−カルタスク実行ユニットでは、割り当てられたタ
スクが初期化を行い、メッセ−ジ待機状態になる。他の
タスクから何等かのメッセ−ジがメッセ−ジ転送機構を
介して送られてくると、直ちに指定の仕事を行い、他モ
ジュ−ルにメッセ−ジ転送機構を介してメッセ−ジを送
出した後、次のメッセ−ジ受信状態にする。実行状態の
割り込みタスク実行モジュ−ルでは、割り当てられたタ
スクが該当デバイスを初期化した後、外部機器からの信
号入力待ち状態になる。外部機器から信号が来ると、直
ちに指定のデバイス対応の処理を行い、他のロ−カルタ
スク実行モジュ−ルにメッセ−ジ転送機構を介してメッ
セ−ジを送出した後、次の外部機器からの信号の入力待
ち状態になる。これにより、割り込みやタスクスイッチ
による中断やオ−バ−ヘッドが低減され、複数のタスク
の処理を高速に行うことができる。なお、複数のタスク
のうち、同時に動作しないものについては、同一のロ−
カルタスク実行ユニットに格納することが可能であるた
め、ロ−カルタスク実行ユニットの数を減少することが
できる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例を示す中央処理装
置のブロック構成図である。ここでは、ロ−カルタスク
が３つ、割り込みタスクが２つの場合を示しており、こ
の数以上の並列動作するロ−カルタスクと割り込みタス
クを用いる場合には、さらにその数だけ実行ユニットを
増加して使用すればよい。図１において、１，２，３は
ロ−カルタスク実行モジュ−ル、４，５は割り込みタス
ク実行モジュ−ルである。ロ−カルタスク実行モジュ−
ル１〜３は、命令を実行するためのロ−カルタスク実行
ユニット６，７，８と、命令を格納するためのロ−カル
タスク命令格納メモリ９，１０，１１と、ロ−カルタス
クデ−タ格納メモリ１２，１３，１４とから構成され
る。また、割り込みタスクモジュ−ル４，５は、割り込
み時の命令を実行するための割り込みタスク実行ユニッ
ト１５，１６と、割り込み時の命令を格納するための割
り込みタスク命令格納メモリ１７，１８と、割り込み時
の処理に用いる割り込みタスクデ−タ格納メモリ１９，
２０と、割り込みをハ−ドウェア的に検出するための割
り込み入力ユニット２１，２２とから構成される。

【０００７】また、各モジュ−ル間には、高速にメッセ
−ジの送受を行うためのメッセ−ジメモリ２３〜２７
と、各モジュ−ル間でデ−タを共用するためのデ−タメ
モリ２８とが割り込みバスｉｎｔを介して接続されてい
る。これらは、全て各モジュ−ルから互いをアクセスで
きる共有型メモリ構成を採用するものとする。また、図
１における２９は、割り込みを行う入出力デバイスを示
しており、また３０も、割り込みを行う入出力デバイス
の一例として、このモジュ−ル群が他のボ−ドと高速に
通信を行うためのメッセ−ジメモリとして使用される場
合を示している。他のボ−ドとの通信は、デ−タメモリ
２８および汎用メッセ−ジメモリ３０に接続される外部
バスを介して行われる。

【０００８】先ず、複数のタスクをロ−カルタスク実行
モジュ−ル１〜３にそれぞれ割り付けた後、命令コ−ド
をそれぞれのロ−カルタスク命令格納メモリ９〜１１に
格納し、それらを実行する。また、割り込みを行うタス
クに対しては、それぞれ割り込みタスク実行モジュ−ル
４，５に割り付けた後に、命令コ−ドをそれぞれの割り
込みタスク実行モジュ−ル４，５の割り込みタスク命令
格納メモリ１７，１８に格納し、それらを実行する。実
行状態のロ−カルタスク実行ユニット６〜８では、割り
当てられたタスクが初期化を行ってメッセ−ジ待機状態
となる。そして、他のタスクからメッセ−ジがメッセ−
ジメモリ２３〜２７を介して送られてくると、直ちに指
定の仕事を実行し、他のモジュ−ルに対してメッセ−ジ
メモリ２３〜２７を介してメッセ−ジを送出した後、次
のメッセ−ジの受信状態となる。実行状態の割り込みタ
スク実行モジュ−ルでは、割り当てられたタスクが該当
デバイスを初期化した後、外部機器からの信号入力待ち
状態となる。外部機器から信号がメッセ−ジメモリ２３
〜２７に書き込まれると、直ちに指定のデバイス対応の
処理を行い、他のロ−カルタスク実行モジュ−ルにメッ
セ−ジメモリを介してメッセ−ジ送出した後、次の外部
機器からの信号の入力待ち状態となる。

【０００９】図２は、図１におけるメッセ−ジメモリの
構成を説明するための図である。ロ−カルタスク実行モ
ジュ−ル１〜３および割り込みタスク実行モジュ−ル
４，５に接続されるメッセ−ジメモリ２３〜２７は、各
モジュ−ル１〜５から該当モジュ−ルに直接接続された
ものをアクセスする場合には、それぞれ１０００Ｈ、２
０００Ｈ、３０００Ｈ、４０００Ｈ、５０００Ｈを先頭
として、それぞれ４Ｋバイト・アクセスできるものであ
る。例えば、ロ−カルタスク実行モジュ−ル１に接続さ
れたメッセ−ジメモリ２３は、１０００Ｈから１ＦＦＦ
Ｈの範囲でアクセスすることができる。また、メッセ−
ジメモリ２３〜２７は、共有型メモリ構成３１を採用し
ているため、どのモジュ−ル１〜５からも直接接続され
ていないメっセ−ジメモリを操作することができる。こ
れは、図２の共有アドレス空間３１を各モジュ−ルがア
クセスすることに相当する。

【００１０】図３は、図１における動作シ−ケンスチャ
−トである。図３では、縦方向が経過する時間を示し、
それぞれの縦線がタスクＡ，Ｂ，Ｃおよび割り込み処理
Ａ，Ｂの動作を示している。タスクＡ，Ｂ，Ｃの命令お
よびデ−タは、それぞれロ−カルタスク実行モジュ−ル
１〜３内に格納され、割り込み処理Ａ，Ｂの命令および
デ−タはそれぞれ割り込みタスク実行モジュ−ル４，５
内に格納されている。図３に示すように、タスクＡがロ
−カルタスク実行モジュ−ル１により処理されてきた場
合に、割り込み事象ＩＮＴが発生すると、タスクＡの処
理は中断されることなく、そのまま実行を継続する。割
り込み信号は、図１に示す割り込みタスク実行モジュ−
ル４の割り込み入力ユニット２１により検出され、割り
込みタスク命令格納メモリ１７に格納されている該当の
処理が割り込みタスクデ−タ格納メモリ１９を使用しな
がら、割り込みタスク実行ユニット１５により処理され
る。処理が終了すると、ロ−カルタスク実行モジュ−ル
３に格納されているタスクＣにメッセ−ジを転送するた
めに、割り込みタスク実行モジュ−ル４がメッセ−ジメ
モリ２５のアドレス（３０００Ｈから３ＦＦＦＨ）に書
き込みを行う。ロ−カルタスク実行モジュ−ル３は、常
時、メッセ−ジメモリ２５の（３０００Ｈ〜３ＦＦＦ
Ｈ）にメッセ−ジが書き込まれているか否かを監視して
いる。割り込みタスク実行モジュ−ル４がメッセ−ジメ
モリ２５に書き込みを行うと、直ちにロ−カルタスク実
行モジュ−ル３がそのメッセ−ジを読み出し、モジュ−
ル３に格納されるタスクＣの処理を行う。この間、タス
クＡの処理は中断されることなく、動作を継続すること
ができる。従って、従来のマルチタスクモニタを用いた
時に生じたカ−ネルにおけるスケジュ−ルングオ−バ−
ヘッドは全く存在しなくなる。

【００１１】従来、外部機器との間で入出力信号の授受
を高速に行う必要がある場合に、ＣＰＵが途中で仕事を
中断して、割り込み作業を行った後、元の仕事に正常に
戻るためのレジスタのセ−ブ時間のオ−バ−ヘッドによ
り、応答速度が低下していた。また、外部信号の入力や
定期的なタイマ入力により、どのタスクをＣＰＵで動作
させるかのスケジュ−リングを毎回実行するために、オ
−バ−ヘッドが存在していた。しかしながら、本実施例
においては、これらの問題はいずれも発生せず、オ−バ
−ヘッドは存在しなくなるので、応答速度の低下はなく
なる。また、図３に示すように、タスクＡと割り込み処
理またはタスクＡとタスクＣとが並列に動作するので、
並列性による動作速度の向上が図れる。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
割り込みによるオ−バ−ヘッドがなくなるため、応答速
度の低下がなくなるとともに、複数のタスクがシ−ケン
シャルに動作することなく、それぞれ並列に動作するの
で、動作速度の向上を図ることができる。

【００１３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す中央処理装置のブロッ
ク図である。

【図２】図１におけるメッセ−ジ転送機構（メッセ−ジ
メモリ）を説明する図である。

【図３】図１における複数のタスクの動作を示すシ−ケ
ンスチャ−トである。

【図４】従来の中央処理装置におけるマルチタスク処理
の動作シ−ケンスチャ−トである。

【符号の説明】

１，２，３ ロ−カルタスク実行モジュ−ル ４，５ 割り込みタスク実行モジュ−ル ６，７，８ ロ−カルタスク実行ユニット ９，１０，１１ ロ−カルタスク命令格納メモリ １２，１３，１４ ロ−カルタスクデ−タ格納メモリ １５，１６ 割り込みタスク実行ユニット １７，１８ 割り込みタスク命令格納メモリ １９，２０ 割り込みタスクデ−タ格納メモリ ２１，２２ 割り込み入力ユニット ２３，２４，２５，２６，２７ メッセ−ジメモリ ２８ デ−タメモリ ２９ 入出力デバイス ３０ メッセ−ジメモリ ３１ 共有アドレス空間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 同時に複数のタスクを処理するコンピュ
   −タシステムにおいて、割り込み以外のタスクの処理を
   行うロ−カルタスク実行ユニットと、該タスクの命令を
   格納するロ−カルタスク命令格納メモリと、該命令が処
   理する時に使用するデ−タを格納するロ−カルタスクデ
   −タ格納メモリとから構成される１個以上のロ−カルタ
   スク実行モジュ−ル、割り込みのタスク処理を行う割り
   込みタスク実行ユニットと、該タスク処理の命令を格納
   する割り込みタスク命令格納メモリと、該命令が処理す
   る時に使用するデ−タを格納する割り込みタスクデ−タ
   格納メモリと、割り込み信号を入力する割り込み入力ユ
   ニットとから構成される割り込み要因数以上の割り込み
   タスク実行モジュ−ル、上記複数のモジュ−ル相互間で
   メッセ−ジの授受を行うメッセ−ジ転送手段、および該
   複数のモジュ−ル間でデ−タを共有する共有メモリを有
   し、全てのタスクをそれぞれ上記ロ−カルタスク実行モ
   ジュ−ルに割り付けるとともに、割り込み要因毎に全て
   の割り込みタスクを上記割り込みタスク実行モジュ−ル
   に割り付けて、複数のタスクを並列に実行させることを
   特徴とする中央処理装置。