JPH06168216A - コプロセッサ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】中央処理装置12とコプロセッサ15間で，共用資
源16を非同期に使用するデータ処理装置におけるコプロ
セッサ制御方法に関し，資源の干渉を検出する機構を簡
易化することを目的とする。 【構成】コプロセッサ制御命令11中にコプロセッサ15が
参照／更新する資源を特定する欄を設け，この欄の命令
内の位置をコプロセッサ処理の種類によらず共通になる
ように固定する。さらに，コプロセッサ制御命令11中に
資源を特定する欄の有効性／無効性を指定する欄を設
け，これの命令内の位置も固定する。そして，コプロセ
ッサ制御命令11中の固定位置から取り出した資源を特定
する信号およびその有効性／無効性を指定する信号に基
づいて資源の干渉を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，中央処理装置とコプロ
セッサとの共用資源の干渉を，統一的に検出できるよう
にしたコプロセッサ制御方法に関する。

【０００２】図７は本発明の対象となるデータ処理装置
の例を示している。本発明は，次のような装置を対象と
している。 図７（Ａ）に示すように，中央処理装置１２と１個
以上のコプロセッサ１５とを有し，その中央処理装置と
コプロセッサで共用する装置（以下，共用資源という）
１６とを持つ。この共用資源１６は，中央処理装置１２
に属する装置の場合もあるし，コプロセッサ１５に属す
る装置の場合もある。さらに，このどちらでない場合も
あり得る。

【０００３】 中央処理装置１２は，命令列記憶装置
１０から命令を読み出し，これがコプロセッサ制御命令
であるときには，コプロセッサ制御信号を用いてコプロ
セッサ１５を起動する。

【０００４】 コプロセッサ１５が起動された後，コ
プロセッサ１５と中央処理装置１２とは非同期に処理を
行う。すなわち，共用資源１６への参照／更新動作を含
むコプロセッサ処理は，中央処理装置１２の処理進行過
程には依存せずに進行する。逆に，共用資源１６への参
照／更新動作，次命令の実行操作を含む中央処理装置の
処理も，コプロセッサ１５の処理進行過程には依存せず
に進行する。

【０００５】以上のようなデータ処理装置では，共用資
源１６を中央処理装置１２とコプロセッサ１５とが同時
に扱うことによる処理の矛盾発生を防止するため，資源
の干渉による処理の待機が必要であり，それをできるだ
け少ないハードウェア量で効率的に実現する手段が必要
とされる。

【０００６】

【従来の技術】資源の干渉とは，例えば図７（Ｂ）に示
すように，処理装置Ａと処理装置Ｃの複数の装置が，そ
れぞれ同時に同じレジスタＢなどの資源への書き込み・
読み出しを行うことをいう。

【０００７】資源の干渉による処理の待機は，次のよう
に行われる。２個以上の処理装置が非同期に動作すると
は，個々の処理装置が，他の処理装置が行っている処理
の進行過程に依存せずに，自己の処理を進めることであ
るが，２個以上の処理装置が同一資源を参照／更新する
場合には，資源の干渉が起こり，後続の命令の実行を待
機させる必要がある。資源の干渉とは，例えば次のよう
な命令列の場合に起きる。

【０００８】ｃｏｐ．ｏｐ Ｘ→ｇｒ３ ｃｐｕ．ｏｐ ｇｒ３→Ｙ １番目の命令は，コプロセッサが行う処理で，レジスタ
ｇｒ３を更新する命令である。２番目の命令は，中央処
理装置（ＣＰＵ）が行う処理で，レジスタｇｒ３を参照
する命令である。このようにレジスタｇｒ３に対して，
２個以上の装置が非同期に更新／参照を行うと，その処
理の順番によって結果が変わってくるので，本来の意図
する結果を得られないことがある。

【０００９】もし，干渉が起こっていなければ，これら
の２つの命令は同時に処理され得る。すなわち，中央処
理装置は，１番目の命令によってコプロセッサを起動し
た後，そのコプロセッサによる処理の完了を待たずに次
の命令（２番目の命令）の処理を起動できる。

【００１０】しかし，この例のように，レジスタｇｒ３
に対する干渉が起こっていると，２番目の命令の起動
は，１番目の命令が完了した後に行わなければならな
い。さもないと，２番目の命令で参照されるレジスタｇ
ｒ３の値は，上述のように不正なものとなる。

【００１１】この命令列に対する中央処理装置とコプロ
セッサとの処理の流れを，図８に示す。 中央処理装置は，コプロセッサの命令ｃｏｐ．ｏｐ
をデコードして，コプロセッサを起動する。起動に際し
ては，命令種別，参照／更新するレジスタ（ｇｒ３）な
どの情報をコプロセッサに通知する。

【００１２】 中央処理装置から起動されたコプロセ
ッサは，指示に従って，処理を開始する。レジスタの参
照が必要な場合にはここで行う。 中央処理装置は，コプロセッサを起動した後，次の
命令ｃｐｕ．ｏｐをデコードする。この命令は中央処理
装置内で行う命令であるから，資源の干渉がなければ，
直ちにその処理を行うことができる。しかし，本例で
は，レジスタｇｒ３に対する資源の干渉が起こっている
ため，コプロセッサ処理が完了するまで，処理を開始し
ない。

【００１３】 コプロセッサでは，処理が完了したこ
と（ｇｒ３への更新が完了したこと）を中央処理装置に
通知する。 中央処理装置では，コプロセッサからの完了通知を
受けて，命令ｃｐｕ．ｏｐに対する処理を開始する。す
なわち，レジスタｇｒ３に対する参照を開始する。

【００１４】以上のような共用資源の干渉は，前命令の
更新が完了した後に，次命令の参照を行わなければなら
ないことから，更新−参照依存による資源干渉と呼ばれ
ている。共用資源の干渉には他にもいろいろ種類があ
る。以下，それを説明する。

【００１５】図７（Ｂ）に示すように，２つの処理装置
Ａ，Ｃが非同期に処理を行っており，２つの処理装置Ａ
とＣが同一のレジスタＢを参照／更新するようなデータ
処理装置の例を考える。資源（レジスタ）の干渉には，
以下に挙げる３つの場合がある。

【００１６】 更新−参照依存による資源干渉 処理装置ＡがレジスタＢを更新した後に，処理装置Ｃが
レジスタＢを参照しなければならない場合，処理装置Ａ
の更新が終了するまで，処理装置Ｃはその処理の開始を
待機させられる。

【００１７】 参照−更新依存による資源干渉 処理装置ＡがレジスタＢを参照した後に，処理装置Ｃが
レジスタＢを更新しなければならない場合，処理装置Ａ
の参照が終了するまで，処理装置Ｃはその処理の開始を
待機させられる。

【００１８】 更新−更新依存による資源干渉 処理装置ＡがレジスタＢを更新した後に，処理装置Ｃが
レジスタＢを更新しなければならない場合，処理装置Ａ
の更新が終了するまで，処理装置Ｃはその処理の開始を
待機させられる。

【００１９】以上のような資源の干渉が起きた場合，中
央処理装置またはコプロセッサの処理を待機させるため
に，中央処理装置は，干渉発生の有無を検出する必要が
ある。干渉発生の検出は，現在行っている処理（完了し
ていない処理）が更新／参照した（あるいは更新／参照
するであろう）資源と，これから起動しようとする処理
が更新／参照するであろう資源の比較により行われる。

【００２０】これから起動しようとする処理が参照／更
新する資源は，図７（Ａ）に示す命令列記憶装置１０か
ら命令バスを通して送られてくるコプロセッサ制御命令
の中に示されている。また，現在行っている処理が更新
／参照した（更新／参照するであろう）資源は，中央処
理装置が記憶している。したがって，資源干渉の検出
は，これらの２つの情報を比較することにより行われ
る。

【００２１】ところで，コプロセッサとしては，例えば
浮動小数点演算を行う浮動小数点演算装置，ベクトルデ
ータを処理するベクトル演算装置，入出力機器に対する
制御を行う入出力プロセッサなど種々のものがあるが，
従来，そのコプロセッサ制御命令において参照／更新す
る資源を指定する欄（フィールド）は，コプロセッサに
よってまちまちであった。また，コプロセッサ処理の種
類により，コプロセッサが参照／更新する資源の個数が
変化するため，それに応じて資源干渉検出回路の動作を
変化させる必要があった。

【００２２】例えば，次の，ような動作変更が必要
になる。 コプロセッサ処理Ａの命令では，中央処理装置と共
用する資源の個数は０である。この場合，資源干渉検出
回路は動作させない。

【００２３】 コプロセッサ処理Ｂの命令では，コプ
ロセッサは３つのレジスタを中央処理装置と共用する。
この場合，コプロセッサ制御命令中に，コプロセッサが
参照／更新する資源を指定する欄が３個ある。資源干渉
検出回路には，この３個の欄の値を用いて資源の干渉を
検出させる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】以上のような資源干渉
回路の動作変更は，従来，コプロセッサ制御命令中の命
令コード（オペコード）を識別して行われていた。した
がって，次のような問題点を有していた。

【００２５】(1) コプロセッサ制御命令の個数に比例し
て，資源干渉検出回路が複雑になる。 (2) 新たにコプロセッサを追加したり，コプロセッサ制
御命令を追加する場合には，資源干渉検出回路の変更が
必要になる。

【００２６】本発明は上記問題点の解決を図り，資源干
渉の検出をできるだけ少ないハードウェア量で効率的に
実現する手段を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。図１において，１０は主記憶装置などの命令
列記憶装置，１１はコプロセッサ制御命令，１２は中央
処理装置（ＣＰＵ），１３は中央処理装置とコプロセッ
サとの処理における資源干渉を検出する資源干渉検出回
路，１４は現在実行中の処理で参照／更新される資源情
報を保持する資源情報保持部，１５はコプロセッサ，１
６はレジスタその他の共用資源を表す。

【００２８】コプロセッサ１５は，中央処理装置１２に
より処理が起動され，その後，中央処理装置１２とは非
同期に処理を行う装置である。中央処理装置１２，コプ
ロセッサ１５は，それぞれ共用資源１６に対する参照／
更新を行う。中央処理装置１２は，共用資源１６に対す
る参照／更新の干渉を検出するため，資源情報保持部１
４に現在実行中の処理で参照／更新される資源の情報を
保持するとともに，それに基づいて資源干渉検出回路１
３より，コプロセッサ１５との間の資源の干渉を検出す
る。

【００２９】本発明では，コプロセッサ制御命令１１中
に，コプロセッサ１５が参照／更新する資源を特定する
欄（ＣＲＲ１，ＣＲＲ２，ＣＷＲ３）を設け，この欄の
命令内の位置をコプロセッサ処理の種類によらず共通に
なるように固定する。さらに，コプロセッサ制御命令１
１中に前記資源を特定する欄（ＣＲＲ１，ＣＲＲ２，Ｃ
ＷＲ３）の有効性／無効性を指定する欄（Ｖ１，Ｖ２，
Ｖ３）を設け，これの命令内の位置も固定する。

【００３０】そして，資源干渉検出回路１３は，コプロ
セッサ制御命令１１中の固定位置から取り出した資源を
特定する信号およびその有効性／無効性を指定する信号
に基づいて資源の干渉を検出する。

【００３１】

【作用】本発明では，コプロセッサ制御命令１１中にお
いて，コプロセッサ１５が参照／更新する資源を特定す
る欄の命令中の位置を固定し，さらに該欄の有効性を示
す欄を設ける。そして，資源干渉検出回路１３の動作
を，これらの欄の値を用いて制御する。

【００３２】これにより，資源干渉検出回路１３とコプ
ロセッサ制御命令１１間のインタフェースをすべてのコ
プロセッサ制御命令で統一することが可能になり，資源
干渉検出回路１３の単純化が実現される。また，コプロ
セッサの追加，コプロセッサ制御命令の追加に対して，
資源干渉検出回路１３を変更不要とすることができる。

【００３３】

【実施例】図２は，本発明の実施例ブロック図を示す。
図２において，図１と同符号のものは図１に示すものに
対応する。２０は主記憶装置，２１は命令アドレス生成
装置，２２は制御回路，２３は演算器，２４は一般レジ
スタ（ＧＲ），２５は現在使用しているＧＲ番号保持部
を表す。

【００３４】また，ａは演算器２３に対する動作指示信
号，ｂは一般レジスタ２４への読み出し／書き込み（Ｒ
／Ｗ）制御信号，ｃはコプロセッサ１５に対する動作指
示信号，ｄは命令アドレス生成装置２１への制御信号，
ｅは資源干渉検出回路１３に対する制御信号，ｆ１〜ｆ
３は処理待機信号，ｇは今回の命令が参照／更新するＧ
Ｒ番号を示す信号を表す。

【００３５】図２では，本発明の要旨に直接関係しない
部分は省略している。また，説明を簡単にするため，コ
プロセッサ１５は１個であり，中央処理装置１２とコプ
ロセッサ１５が共有する資源は，一般レジスタ（ＧＲ）
２４であるとしている。

【００３６】命令アドレス生成装置２１は，次に実行す
べき命令が格納されている主記憶アドレスを生成して，
これを主記憶装置２０に出力する。この命令アドレスで
識別される命令のオペコード部分が制御回路２２に伝達
され，命令中の参照／更新ＧＲ部分が資源干渉検出回路
１３に伝達される。

【００３７】制御回路２２は，オペコードを解析して，
各部に制御信号を送る。制御信号には，演算器２４の動
作を指定する信号ａ，一般レジスタ２４の読み出し／書
き込みタイミングや対象ＧＲ番号を制御する信号ｂ，コ
プロセッサ１５の動作を指定する信号ｃ，命令アドレス
生成装置２１の動作を制御する信号ｄ，資源干渉検出回
路１３および非同期動作が使用しているＧＲ番号を記憶
するＧＲ番号保持部２５を制御する信号ｅなどがある。

【００３８】演算器２３は，２個のＧＲを同時に読み出
し，これに演算を施し，結果をＧＲに書き込む。この一
連の動作は，制御回路２２により制御される。コプロセ
ッサ１５も，演算器２３と同様にＧＲ読み出し，演算，
ＧＲ書き込みを行うが，ＧＲ以外の他の装置（主記憶装
置や入出力装置）に対して処理を行うものもある。

【００３９】主記憶装置２０には，中央処理装置１２の
命令とコプロセッサ１５の命令が格納されている。本発
明の実施例によるコプロセッサ制御命令の構造を，図３
に示す。この構造は，すべてのコプロセッサ制御命令１
１に共通であり，固定位置に以下の欄を持つ。

【００４０】・ＩＴ（Instruction Type) 本命令の種類を表示する欄である。例えば，本欄の値が
０であれば，本命令は中央処理装置１２の命令であり，
本欄の値が１であれば，コプロセッサ１５の命令であ
る。また，コプロセッサが複数台ある場合には，値によ
りその種類を示す。

【００４１】・ＣＲＲ１（Coprocessor Read Register
１） コプロセッサが参照する第１のレジスタ番号を示す欄で
ある。 ・Ｖ１（CRR1 Valid) ＣＲＲ１欄の有効性を表示する欄である。

【００４２】・ＣＲＲ２（Coprocessor Read Register
２） コプロセッサが参照する第２のレジスタ番号を示す欄で
ある。 ・Ｖ２（CRR2 Valid) ＣＲＲ２欄の有効性を表示する欄である。

【００４３】・ＣＷＲ３（Coprocessor Write Register
３） コプロセッサが更新する第３のレジスタ番号を示す欄で
ある。 ・Ｖ３（CWR3 Valid) ＣＷＲ３欄の有効性を表示する欄である。

【００４４】・ＣＩ（Coprocessor Instruction ） コプロセッサの動作を表示する欄である。本命令で起動
されるコプロセッサ１５の種類は，前記ＩＴ欄により指
定され，コプロセッサの処理内容は，ＣＩ欄により指定
される。その他の欄は，コプロセッサ１５が参照／更新
する資源を特定するための欄である。

【００４５】本実施例では，コプロセッサ１５と中央処
理装置１２が共用する資源はレジスタであり，かつコプ
ロセッサ１５は，図３に示す構造のコプロセッサ制御命
令１１により，１つの処理において，最高２個のレジス
タを参照し，最高１個のレジスタを更新する。コプロセ
ッサ制御命令１１の種類により，コプロセッサが参照／
更新するレジスタの個数は，参照の場合０〜２，更新の
場合０〜１の範囲で可変となっている。

【００４６】レジスタ指定欄（ＣＲＲ１，ＣＲＲ２，Ｃ
ＷＲ３）に付加されている有効性ビット（Ｖ１，Ｖ２，
Ｖ３）を“０”にすると，対応するレジスタ指定欄は資
源干渉の検出のためには用いられなくなる。そのため，
その欄をその他の情報のために用いることができる。し
たがって，例えばレジスタを全く参照更新しないコプロ
セッサ処理を起動するためのコプロセッサ制御命令１１
では，図３に示すＶ１，Ｖ２，Ｖ３欄はすべて“０”と
なる。

【００４７】図４は，本発明の実施例に係る資源干渉検
出回路ブロック図を示す。図４において，２５−１は現
在実行中の処理で更新されるＧＲ番号の保持部，２５−
２は現在実行中の処理で参照されるＧＲ番号の保持部を
表す。４１−１〜４１−４は比較回路，４２−１〜４２
−４はアンド回路，４３はオア回路を表す。

【００４８】比較回路４１−１は，今回の命令が参照す
るＣＲＲ１で指定されたＧＲ番号と，前命令で更新され
るＧＲ番号とを入力し，一致すれば一致信号を“１”と
する。この一致信号は，アンド回路４２−１により，Ｖ
１が“１”のときにオア回路４３に出力される。他の比
較回路４１−２〜４１−４，アンド回路４２−２〜４２
−４の動作も同様である。なお，アンド回路４２−１〜
４２−４の機能を比較回路４１−１〜４１−４内で実現
してもよい。

【００４９】前記「従来の技術」の項で説明した３種類
の干渉は，それぞれ次のように検出される。 更新−参照依存による資源干渉 アンド回路４２−１またはアンド回路４２−２の出力が
“１”になる。

【００５０】 参照−更新依存による資源干渉 アンド回路４２−４の出力が“１”になる。 更新−更新依存による資源干渉 アンド回路４２−３の出力が“１”になる。

【００５１】これらのいずれかの出力が“１”になる
と，すなわち資源の干渉が検出されると，コプロセッサ
１５の処理開始を待機させる信号（オア回路４３の出
力）が“１”となり，コプロセッサ１５の処理開始が待
機させられる。

【００５２】図５は，資源の干渉が起こらない場合の図
２に示す回路の動作を示すタイムチャートであり，図６
は，資源の干渉が起こる場合の図２に示す回路の動作を
示すタイムチャートである。

【００５３】例えば，中央処理装置の命令とコプロセッ
サの命令が次の順序で現れたとする。 ｃｐｕ．ｏｐ ｇｒ１，ｇｒ２→ｇｒ３ ｃｏｐ．ｏｐ ｇｒ１，ｇｒ４→ｇｒ５ の命令は，レジスタｇｒ１とｇｒ２を参照して，ｇｒ
３を更新するＣＰＵ命令であり，の命令は，レジスタ
ｇｒ１とｇｒ４を参照して，ｇｒ５を更新するコプロセ
ッサ命令である。この場合，参照／更新されるレジスタ
について，更新−参照，参照−更新または更新−更新の
依存関係はないので，資源の干渉は起こらない。

【００５４】図５に示すタイムチャートのように，処理
待機の信号ｆ（ｆ１，ｆ２，ｆ３）は出力されず，中央
処理装置１２の演算器２３およびコプロセッサ１５によ
る処理は，並行して同時に動作する。

【００５５】一方，図６に示すように，中央処理装置の
命令とコプロセッサの命令が次の順序で現れたとする。 ｃｐｕ．ｏｐ ｇｒ１，ｇｒ２→ｇｒ３ ｃｏｐ．ｏｐ ｇｒ３，ｇｒ４→ｇｒ５ の命令は，レジスタｇｒ１とｇｒ２を参照して，ｇｒ
３を更新するＣＰＵ命令であり，の命令は，レジスタ
ｇｒ３とｇｒ４を参照して，ｇｒ５を更新するコプロセ
ッサ命令である。この場合，参照／更新されるレジスタ
について，の命令でレジスタｇｒ３を更新し，の命
令でレジスタｇｒ３を参照するので，更新−参照の依存
関係がある。

【００５６】したがって，図６に示すタイムチャートの
ように，の命令をデコードした際に，の命令が参照
するレジスタｇｒ３の番号と，前のの命令で使用（更
新）しているレジスタｇｒ３の番号が一致し，資源の干
渉より，コプロセッサ１５に対する処理待機信号が出力
され，コプロセッサ１５の処理は待機させられる。そし
て，中央処理装置１２によってレジスタｇｒ３への書き
込みが終了した時点で，コプロセッサ１５の待機が解除
され，コプロセッサ１５が動作する。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
コプロセッサ制御命令中において参照／更新する資源を
表示する欄の位置を固定し，それらの各欄の有効／無効
を表示する欄の位置も固定して設けることにより，次の
ような効果がある。

【００５８】(1) コプロセッサ制御命令と資源干渉検出
回路のインタフェースが統一されるため，資源干渉検出
回路を簡易化することができる。 (2) 新たにコプロセッサまたはコプロセッサ制御命令を
追加する場合でも，資源干渉検出回路を変更する必要が
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例ブロック図である。

【図３】本発明の実施例に係るコプロセッサ制御命令の
構造例を示す図である。

【図４】本発明の実施例に係る資源干渉検出回路ブロッ
ク図である。

【図５】本発明の実施例における資源干渉がない場合の
タイムチャートである。

【図６】本発明の実施例における資源干渉がある場合の
タイムチャートである。

【図７】本発明の対象となるデータ処理装置の例を示す
図である。

【図８】本発明の対象となるデータ処理装置における共
用資源干渉時の処理の流れを示す図である。

【符号の説明】 １０ 命令列記憶装置 １１ コプロセッサ制御命令 １２ 中央処理装置 １３ 資源干渉検出回路 １４ 資源情報保持部 １５ コプロセッサ １６ 共用資源 ＣＲＲ１，ＣＲＲ２，ＣＷＲ３ 資源を特定する欄 Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 資源を特定する欄の有効性／無効
性を指定する欄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央処理装置(12)と，この中央処理装置
   (12)により処理を起動されて中央処理装置(12)とは非同
   期に処理を行うコプロセッサ(15)と，前記中央処理装置
   (12)および前記コプロセッサ(15)で共有される共用資源
   (16)と，前記中央処理装置(12)の内部または外部に，前
   記共用資源(16)において発生する資源の干渉を検出して
   検出結果に応じて前記中央処理装置(12)または前記コプ
   ロセッサ(15)の処理を待機させる装置(13,14) とを持つ
   データ処理装置におけるコプロセッサ制御方法におい
   て，コプロセッサ制御命令(11)中に前記コプロセッサ(1
   5)が参照／更新する資源を特定する欄を設け，この欄の
   命令内の位置をコプロセッサ処理の種類によらず共通に
   なるように固定し，さらに，コプロセッサ制御命令(11)
   中に前記資源を特定する欄の有効性／無効性を指定する
   欄を設け，これの命令内の位置も固定し，コプロセッサ
   制御命令(11)中の固定位置から取り出した資源を特定す
   る信号およびその有効性／無効性を指定する信号に基づ
   いて資源の干渉を検出することを特徴とするコプロセッ
   サ制御方法。