JPH06236267A - スーパースカラ・プロセッサ・システムにおける命令ディスパッチ効率を向上させる方法およびシステム - Google Patents
スーパースカラ・プロセッサ・システムにおける命令ディスパッチ効率を向上させる方法およびシステムInfo
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- JPH06236267A JPH06236267A JP5319325A JP31932593A JPH06236267A JP H06236267 A JPH06236267 A JP H06236267A JP 5319325 A JP5319325 A JP 5319325A JP 31932593 A JP31932593 A JP 31932593A JP H06236267 A JPH06236267 A JP H06236267A
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- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 21
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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- G06F9/38—Concurrent instruction execution, e.g. pipeline or look ahead
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アプリケーションによって指定された順序で
一群の命令を受け取る命令待ち行列と、関連する命令バ
ッファから複数の実行ユニットに適宜命令をディスパッ
チする命令ディスパッチ・ユニットとを有するスーパー
スカラ・プロセッサ・システムにおいて、命令ディスパ
ッチ効率を向上させること。 【構成】 関連する命令バッファ内の命令のディスパッ
チ状況が定期的に判定され、命令バッファの先頭にある
命令がディスパッチされるのに応じて、選択的に制御さ
れる多重回路を使用して、残りの命令が、命令バッファ
内で、アプリケーションによって指定された順序でシフ
トされ、一群の命令のうちの一部が命令待ち行列から命
令バッファにロードされる。このようにして、先行する
一群の命令のディスパッチが完了しなくても、利用可能
な実行ユニットに追加の命令をディスパッチすることが
できる。
一群の命令を受け取る命令待ち行列と、関連する命令バ
ッファから複数の実行ユニットに適宜命令をディスパッ
チする命令ディスパッチ・ユニットとを有するスーパー
スカラ・プロセッサ・システムにおいて、命令ディスパ
ッチ効率を向上させること。 【構成】 関連する命令バッファ内の命令のディスパッ
チ状況が定期的に判定され、命令バッファの先頭にある
命令がディスパッチされるのに応じて、選択的に制御さ
れる多重回路を使用して、残りの命令が、命令バッファ
内で、アプリケーションによって指定された順序でシフ
トされ、一群の命令のうちの一部が命令待ち行列から命
令バッファにロードされる。このようにして、先行する
一群の命令のディスパッチが完了しなくても、利用可能
な実行ユニットに追加の命令をディスパッチすることが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、全般的に、改良された
データ処理システムに関し、詳しくは、データ処理シス
テムにおける命令ディスパッチ効率の改善に関する。さ
らに詳細には、本発明は、スーパースカラ・プロセッサ
・システムにおける命令ディスパッチ効率を上げる方法
およびシステムに関する。
データ処理システムに関し、詳しくは、データ処理シス
テムにおける命令ディスパッチ効率の改善に関する。さ
らに詳細には、本発明は、スーパースカラ・プロセッサ
・システムにおける命令ディスパッチ効率を上げる方法
およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】現代の最新データ処理システムの設計者
は、絶えずそのようなシステムの性能面の向上に努めて
いる。データ処理システム効率を向上させる１つの技法
は、サイクル・タイムを短くし、１命令当たりサイクル
（ＣＰＩ）率を下げることである。このような技法を拡
張データ処理システムに巧みに応用した例に、インター
ナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
（ＩＢＭ）のＲＩＳＣシステム／６０００（ＲＳ／６０
００）コンピュータがある。ＲＳ／６０００システム
は、数値中心の科学技術の応用分野およびマルチユーザ
商業環境でうまく機能するように設計されている。ＲＳ
／６０００プロセッサは、スーパースカラ実施態様を使
用する。すなわち、複数の命令が同時に発行され実行さ
れる。
は、絶えずそのようなシステムの性能面の向上に努めて
いる。データ処理システム効率を向上させる１つの技法
は、サイクル・タイムを短くし、１命令当たりサイクル
（ＣＰＩ）率を下げることである。このような技法を拡
張データ処理システムに巧みに応用した例に、インター
ナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
（ＩＢＭ）のＲＩＳＣシステム／６０００（ＲＳ／６０
００）コンピュータがある。ＲＳ／６０００システム
は、数値中心の科学技術の応用分野およびマルチユーザ
商業環境でうまく機能するように設計されている。ＲＳ
／６０００プロセッサは、スーパースカラ実施態様を使
用する。すなわち、複数の命令が同時に発行され実行さ
れる。
【０００３】複数の命令を同時に発行して実行するに
は、高命令帯域幅で同時に実行できる独立した機能ユニ
ットが必要である。ＲＳ／６０００システムは、本来的
にパイプライン式の別々のブランチ処理ユニット、固定
小数点処理ユニット、および浮動小数点処理ユニットを
使ってこれを実現している。そのようなシステムでは、
条件付きブランチ命令を実行すると、重大なパイプライ
ン遅延が発生するおそれがある。条件付きブランチ命令
とは、１つまたは複数の他の命令の処理の特定の結果に
応じて、アプリケーション内の指定された条件付きブラ
ンチをとることを指令する命令である。したがって、条
件付きブランチ命令がパイプライン待ち行列内の実行位
置に伝搬するまでに、条件付きブランチを解決する前に
待ち行列の条件付きブランチ命令の後に命令をロードし
ておいて、実行時遅延を避ける必要があった。
は、高命令帯域幅で同時に実行できる独立した機能ユニ
ットが必要である。ＲＳ／６０００システムは、本来的
にパイプライン式の別々のブランチ処理ユニット、固定
小数点処理ユニット、および浮動小数点処理ユニットを
使ってこれを実現している。そのようなシステムでは、
条件付きブランチ命令を実行すると、重大なパイプライ
ン遅延が発生するおそれがある。条件付きブランチ命令
とは、１つまたは複数の他の命令の処理の特定の結果に
応じて、アプリケーション内の指定された条件付きブラ
ンチをとることを指令する命令である。したがって、条
件付きブランチ命令がパイプライン待ち行列内の実行位
置に伝搬するまでに、条件付きブランチを解決する前に
待ち行列の条件付きブランチ命令の後に命令をロードし
ておいて、実行時遅延を避ける必要があった。
【０００４】スーパースカラ・プロセッサ・システム内
の遅延の他の原因は、そのようなシステムが通常複数の
タスクを同時に実行することである。これらの複数のタ
スクはそれぞれ通常、そのタスクの実行に利用される有
効または仮想アドレス空間をもつ。そのような有効また
は仮想アドレス空間内の位置は、システム・メモリ内の
実アドレスに「マップ」されるアドレスを含む。実メモ
リ内の単一の空間をマルチスカラ・プロセッサ・システ
ム内の複数の有効または仮想メモリ・アドレスにマップ
することはまれである。複数のタスクがそれぞれ有効ま
たは仮想アドレスを使用する場合、これらのアドレスを
システム・メモリ内の実アドレスに変換して、適切な命
令またはデータを、メモリから取り出し、マルチスカラ
・プロセッサ・システムを構成している複数の独立機能
ユニットの１つにディスパッチするために命令待ち行列
内に入れておく必要があるので、マルチスカラ・プロセ
ッサ・システム内で追加の遅延が発生する。
の遅延の他の原因は、そのようなシステムが通常複数の
タスクを同時に実行することである。これらの複数のタ
スクはそれぞれ通常、そのタスクの実行に利用される有
効または仮想アドレス空間をもつ。そのような有効また
は仮想アドレス空間内の位置は、システム・メモリ内の
実アドレスに「マップ」されるアドレスを含む。実メモ
リ内の単一の空間をマルチスカラ・プロセッサ・システ
ム内の複数の有効または仮想メモリ・アドレスにマップ
することはまれである。複数のタスクがそれぞれ有効ま
たは仮想アドレスを使用する場合、これらのアドレスを
システム・メモリ内の実アドレスに変換して、適切な命
令またはデータを、メモリから取り出し、マルチスカラ
・プロセッサ・システムを構成している複数の独立機能
ユニットの１つにディスパッチするために命令待ち行列
内に入れておく必要があるので、マルチスカラ・プロセ
ッサ・システム内で追加の遅延が発生する。
【０００５】現代のスーパースカラ・プロセッサでは、
一群の命令が、その処理に実行ユニットが利用可能にな
った時点で、命令バッファから優先度の順序でディスパ
ッチされることが多い。多くの場合、命令バッファの先
頭にある命令がディスパッチされ、その命令群の残りの
命令は、実行ユニットまたはその他の資源を待ってバッ
ファ内に数サイクルの間留まる。また、残りの命令に必
要でない種類の利用可能な実行ユニットがある場合もあ
る。したがって、命令バッファ内の命令をアプリケーシ
ョンによって指定された順序でシフトして、追加の命令
を、実行ユニットにディスパッチするためにバッファに
格納できるようにする方法およびシステムが利用可能に
なれば、明らかに命令ディスパッチ効率を上げることが
できるはずである。
一群の命令が、その処理に実行ユニットが利用可能にな
った時点で、命令バッファから優先度の順序でディスパ
ッチされることが多い。多くの場合、命令バッファの先
頭にある命令がディスパッチされ、その命令群の残りの
命令は、実行ユニットまたはその他の資源を待ってバッ
ファ内に数サイクルの間留まる。また、残りの命令に必
要でない種類の利用可能な実行ユニットがある場合もあ
る。したがって、命令バッファ内の命令をアプリケーシ
ョンによって指定された順序でシフトして、追加の命令
を、実行ユニットにディスパッチするためにバッファに
格納できるようにする方法およびシステムが利用可能に
なれば、明らかに命令ディスパッチ効率を上げることが
できるはずである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一目的は、改
良されたデータ処理システムを提供することである。
良されたデータ処理システムを提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、データ処理システム
における命令ディスパッチ効率を改善することである。
における命令ディスパッチ効率を改善することである。
【０００８】本発明の他の目的は、スーパースカラ・プ
ロセッサ・システムにおける命令ディスパッチ効率を上
げるための改良された方法およびシステムを提供するこ
とである。
ロセッサ・システムにおける命令ディスパッチ効率を上
げるための改良された方法およびシステムを提供するこ
とである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述の目的は、以下に述
べるようにして達成される。本発明の方法およびシステ
ムにより、アプリケーションによって指定された順序で
一群の命令を受け取るための命令待ち行列と、関連する
命令バッファから複数の実行ユニットに適宜命令をディ
スパッチする命令ディスパッチ・ユニットとを有するス
ーパースカラ・プロセッサ・システムにおける命令ディ
スパッチ効率を上げることができる。関連する命令バッ
ファ内の命令のディスパッチ状況が定期的に決定され、
命令バッファの先頭にある命令のディスパッチに応じ
て、選択的に制御される多重回路を使用して、残りの命
令が、命令バッファ内で、アプリケーションによって指
定された順序でシフトされ、一群の命令のうちの一部分
が命令待ち行列から命令バッファにロードされる。この
ようにして、先行する一群の命令のディスパッチが完了
しなくても、利用可能な実行ユニットに追加の命令をデ
ィスパッチすることができる。
べるようにして達成される。本発明の方法およびシステ
ムにより、アプリケーションによって指定された順序で
一群の命令を受け取るための命令待ち行列と、関連する
命令バッファから複数の実行ユニットに適宜命令をディ
スパッチする命令ディスパッチ・ユニットとを有するス
ーパースカラ・プロセッサ・システムにおける命令ディ
スパッチ効率を上げることができる。関連する命令バッ
ファ内の命令のディスパッチ状況が定期的に決定され、
命令バッファの先頭にある命令のディスパッチに応じ
て、選択的に制御される多重回路を使用して、残りの命
令が、命令バッファ内で、アプリケーションによって指
定された順序でシフトされ、一群の命令のうちの一部分
が命令待ち行列から命令バッファにロードされる。この
ようにして、先行する一群の命令のディスパッチが完了
しなくても、利用可能な実行ユニットに追加の命令をデ
ィスパッチすることができる。
【００１０】本発明の前記その他の目的、特徴、および
利点は、以下の詳細な説明で明らかになろう。
利点は、以下の詳細な説明で明らかになろう。
【００１１】
【実施例】図面、特に図１を参照すると、本発明の方法
およびシステムを実施するために利用できるスーパース
カラ・プロセッサ１０を示す高水準ブロック図が示され
ている。図のように、スーパースカラ・プロセッサ１０
は、システム・メモリからスーパースカラ・プロセッサ
１０に読み取られる、あるいはシステム・メモリに書き
込まれるデータ、命令などを記憶するために利用される
メモリ待ち行列３６を含むことが好ましい。メモリ待ち
行列３６内に記憶されるデータまたは命令には、当業者
に周知の方法でキャッシュ／メモリ・インタフェース２
０を使用してアクセスすることが好ましい。キャッシュ
・メモリ・システムのサイズ設定および利用法は、デー
タ処理技術分野内の周知の一部門であり、本発明では取
り上げない。しかし、現代の連想式キャッシュ技術を使
用することにより、キャッシュ／メモリ・インタフェー
ス２０内に一時的に記憶されたデータを利用して高率の
メモリ・アクセスを実現できることが、当業者には理解
されよう。
およびシステムを実施するために利用できるスーパース
カラ・プロセッサ１０を示す高水準ブロック図が示され
ている。図のように、スーパースカラ・プロセッサ１０
は、システム・メモリからスーパースカラ・プロセッサ
１０に読み取られる、あるいはシステム・メモリに書き
込まれるデータ、命令などを記憶するために利用される
メモリ待ち行列３６を含むことが好ましい。メモリ待ち
行列３６内に記憶されるデータまたは命令には、当業者
に周知の方法でキャッシュ／メモリ・インタフェース２
０を使用してアクセスすることが好ましい。キャッシュ
・メモリ・システムのサイズ設定および利用法は、デー
タ処理技術分野内の周知の一部門であり、本発明では取
り上げない。しかし、現代の連想式キャッシュ技術を使
用することにより、キャッシュ／メモリ・インタフェー
ス２０内に一時的に記憶されたデータを利用して高率の
メモリ・アクセスを実現できることが、当業者には理解
されよう。
【００１２】キャッシュ／メモリ・インタフェース２０
からの命令は通常、好ましくは複数の待ち行列位置を含
む命令待ち行列／ディスパッチ機構２２にロードされ
る。スーパースカラ・コンピュータ・システムの典型的
な実施例では、命令待ち行列が、８個の待ち行列位置を
含むことができ、したがって所与のサイクル中に、キャ
ッシュ／メモリ・インタフェース２０によって渡される
有効な命令の数と、命令待ち行列／ディスパッチ機構２
２内で利用可能な空間の量とに応じて、命令待ち行列／
ディスパッチ機構２２に０ないし８個の命令をロードす
ることができる。
からの命令は通常、好ましくは複数の待ち行列位置を含
む命令待ち行列／ディスパッチ機構２２にロードされ
る。スーパースカラ・コンピュータ・システムの典型的
な実施例では、命令待ち行列が、８個の待ち行列位置を
含むことができ、したがって所与のサイクル中に、キャ
ッシュ／メモリ・インタフェース２０によって渡される
有効な命令の数と、命令待ち行列／ディスパッチ機構２
２内で利用可能な空間の量とに応じて、命令待ち行列／
ディスパッチ機構２２に０ないし８個の命令をロードす
ることができる。
【００１３】そのようなスーパースカラ・プロセッサ・
システムでは普通であるが、命令待ち行列／ディスパッ
チ機構２２は、複数の実行ユニットに命令をディスパッ
チするために使用される。図２に示すように、スーパー
スカラ・プロセッサ１０は、浮動小数点処理ユニット２
４、固定小数点処理ユニット２６、およびブランチ処理
ユニット２８を含む。したがって、命令待ち行列／ディ
スパッチ機構２２は、単一のサイクル中に、０ないし３
個の命令を各実行ユニットに１個ずつディスパッチする
ことができる。
システムでは普通であるが、命令待ち行列／ディスパッ
チ機構２２は、複数の実行ユニットに命令をディスパッ
チするために使用される。図２に示すように、スーパー
スカラ・プロセッサ１０は、浮動小数点処理ユニット２
４、固定小数点処理ユニット２６、およびブランチ処理
ユニット２８を含む。したがって、命令待ち行列／ディ
スパッチ機構２２は、単一のサイクル中に、０ないし３
個の命令を各実行ユニットに１個ずつディスパッチする
ことができる。
【００１４】命令待ち行列／ディスパッチ機構２２から
ディスパッチされる逐次命令だけでなく、いわゆる「条
件付きブランチ命令」も、ブランチ処理ユニットで実行
するために命令待ち行列／ディスパッチ機構２２にロー
ドすることができる。条件付きブランチ命令とは、１つ
または複数の逐次命令の処理の選択された結果に応じて
アプリケーション内でとる、関連する条件付きブランチ
を指定する命令である。スーパースカラ・プロセッサ１
０などのパイプライン式プロセッサ・システムの実行時
遅延を最小限にするために、命令待ち行列／ディスパッ
チ機構２２内の条件付きブランチ命令の存在を検出し、
条件付きブランチの結果を予測する。当業者には明らか
なように、条件付きブランチが「選択されない」と予測
されると、命令待ち行列／ディスパッチ機構内の逐次命
令は単に現経路に沿って進行し、命令は修正されない。
しかし、ブランチの発生に関する予測が誤っている場
合、命令待ち行列／ディスパッチ機構２２から、プログ
ラムの順序で条件付きブランチ命令の次にくる逐次命令
をパージし、ターゲット命令を取り出す必要がある。ま
た、条件付きブランチが「選択される」と予測され、予
測が正しいことが分かった場合は、ターゲット命令が取
り出され、それらの命令を使用して条件付きブランチを
たどる。言うまでもなく、「選択される」という予測が
誤っている場合は、ターゲット命令をパージし、プログ
ラムの順序で条件付きブランチ命令の次にくる逐次命令
を取り出す必要がある。
ディスパッチされる逐次命令だけでなく、いわゆる「条
件付きブランチ命令」も、ブランチ処理ユニットで実行
するために命令待ち行列／ディスパッチ機構２２にロー
ドすることができる。条件付きブランチ命令とは、１つ
または複数の逐次命令の処理の選択された結果に応じて
アプリケーション内でとる、関連する条件付きブランチ
を指定する命令である。スーパースカラ・プロセッサ１
０などのパイプライン式プロセッサ・システムの実行時
遅延を最小限にするために、命令待ち行列／ディスパッ
チ機構２２内の条件付きブランチ命令の存在を検出し、
条件付きブランチの結果を予測する。当業者には明らか
なように、条件付きブランチが「選択されない」と予測
されると、命令待ち行列／ディスパッチ機構内の逐次命
令は単に現経路に沿って進行し、命令は修正されない。
しかし、ブランチの発生に関する予測が誤っている場
合、命令待ち行列／ディスパッチ機構２２から、プログ
ラムの順序で条件付きブランチ命令の次にくる逐次命令
をパージし、ターゲット命令を取り出す必要がある。ま
た、条件付きブランチが「選択される」と予測され、予
測が正しいことが分かった場合は、ターゲット命令が取
り出され、それらの命令を使用して条件付きブランチを
たどる。言うまでもなく、「選択される」という予測が
誤っている場合は、ターゲット命令をパージし、プログ
ラムの順序で条件付きブランチ命令の次にくる逐次命令
を取り出す必要がある。
【００１５】図示したように、スーパースカラ・プロセ
ッサ１０はまた、条件レジスタ３２を含むことが好まし
い。条件レジスタ３２は、スーパースカラ・プロセッサ
１０内で処理される逐次命令の結果を使用して実行され
る様々な比較の結果を一時的に記憶するために使用され
る。したがって、浮動小数点処理ユニット２４、固定小
数点処理ユニット２６、およびブランチ処理ユニット２
８がすべて、条件レジスタ３２に結合される。条件レジ
スタ３２内の特定の条件の状況を検出し、それをブラン
チ処理ユニット２８に結合して、ターゲット・アドレス
を生成することができる。その後、ターゲット・アドレ
スを使用し、ブランチを開始する条件の発生に応じて、
ターゲット命令を取り出す。
ッサ１０はまた、条件レジスタ３２を含むことが好まし
い。条件レジスタ３２は、スーパースカラ・プロセッサ
１０内で処理される逐次命令の結果を使用して実行され
る様々な比較の結果を一時的に記憶するために使用され
る。したがって、浮動小数点処理ユニット２４、固定小
数点処理ユニット２６、およびブランチ処理ユニット２
８がすべて、条件レジスタ３２に結合される。条件レジ
スタ３２内の特定の条件の状況を検出し、それをブラン
チ処理ユニット２８に結合して、ターゲット・アドレス
を生成することができる。その後、ターゲット・アドレ
スを使用し、ブランチを開始する条件の発生に応じて、
ターゲット命令を取り出す。
【００１６】次に、ブランチ処理ユニット２８は、ター
ゲット・アドレスを取出し機構３０に結合する。取出し
機構３０は、条件付きブランチをたどるのに必要なター
ゲット命令の取出しアドレスを計算し、それらの取出し
アドレスをキャッシュ／メモリ・インタフェース２０に
結合する。当業者には明らかなように、それらの取出し
アドレスに関連するターゲット命令がキャッシュ／メモ
リ・インタフェース２０内に存在する場合、それらのタ
ーゲット命令は命令待ち行列／ディスパッチ機構２２に
ロードされる。あるいは、ターゲット命令を、システム
・メモリ１８から取り出し、それらのターゲット命令の
取出しに必要な遅延の後、キャッシュ／メモリ・インタ
フェース２０から命令待ち行列／ディスパッチ機構２２
にロードすることもできる。
ゲット・アドレスを取出し機構３０に結合する。取出し
機構３０は、条件付きブランチをたどるのに必要なター
ゲット命令の取出しアドレスを計算し、それらの取出し
アドレスをキャッシュ／メモリ・インタフェース２０に
結合する。当業者には明らかなように、それらの取出し
アドレスに関連するターゲット命令がキャッシュ／メモ
リ・インタフェース２０内に存在する場合、それらのタ
ーゲット命令は命令待ち行列／ディスパッチ機構２２に
ロードされる。あるいは、ターゲット命令を、システム
・メモリ１８から取り出し、それらのターゲット命令の
取出しに必要な遅延の後、キャッシュ／メモリ・インタ
フェース２０から命令待ち行列／ディスパッチ機構２２
にロードすることもできる。
【００１７】当業者には明らかなように、スーパースカ
ラ・プロセッサ１０内の各タスクは通常、実効メモリ空
間または仮想メモリ空間と関連しており、各タスクを実
行するのに必要な命令は、その空間内で実効アドレスま
たは仮想アドレスを使用して指定される。したがって、
取出し機構３０は、各タスクが使用する実効アドレスか
ら、その命令の実アドレスを決定することができなけれ
ばならない。前述のように、従来技術の実施態様の取出
し機構３０は通常、複雑な変換索引バッファ（ＴＬ
Ｂ）、逐次レジスタ、および複数の変換アルゴリズムを
備えている。あるいは、そのような複雑な変換機能をも
つメモリ管理ユニット（ＭＭＵ）にアクセスし、実効命
令アドレスまたは仮想命令アドレスから実命令アドレス
を決定するには、そのような命令取出し機構が必要であ
る。
ラ・プロセッサ１０内の各タスクは通常、実効メモリ空
間または仮想メモリ空間と関連しており、各タスクを実
行するのに必要な命令は、その空間内で実効アドレスま
たは仮想アドレスを使用して指定される。したがって、
取出し機構３０は、各タスクが使用する実効アドレスか
ら、その命令の実アドレスを決定することができなけれ
ばならない。前述のように、従来技術の実施態様の取出
し機構３０は通常、複雑な変換索引バッファ（ＴＬ
Ｂ）、逐次レジスタ、および複数の変換アルゴリズムを
備えている。あるいは、そのような複雑な変換機能をも
つメモリ管理ユニット（ＭＭＵ）にアクセスし、実効命
令アドレスまたは仮想命令アドレスから実命令アドレス
を決定するには、そのような命令取出し機構が必要であ
る。
【００１８】スーパースカラ・プロセッサ１０内には、
メモリ管理ユニット（ＭＭＵ）３４も示されている。メ
モリ管理ユニットは、本明細書で以下に詳細に説明する
ように、スーパースカラ・プロセッサ１０内の各実効ア
ドレスをシステム・メモリ１８内の実アドレスに変換す
るために使用できる、変換索引バッファ（ＴＬＢ）４０
およびすべての必要なレジスタおよび変換アルゴリズム
を含むことが好ましい。取出し機構３０は通常、メモリ
管理ユニット（ＭＭＵ）にアクセスする優先順位が極め
て低く、したがってメモリ管理ユニット（ＭＭＵ）３４
を使用して実命令アドレスを得る際には若干の遅延が予
期される。
メモリ管理ユニット（ＭＭＵ）３４も示されている。メ
モリ管理ユニットは、本明細書で以下に詳細に説明する
ように、スーパースカラ・プロセッサ１０内の各実効ア
ドレスをシステム・メモリ１８内の実アドレスに変換す
るために使用できる、変換索引バッファ（ＴＬＢ）４０
およびすべての必要なレジスタおよび変換アルゴリズム
を含むことが好ましい。取出し機構３０は通常、メモリ
管理ユニット（ＭＭＵ）にアクセスする優先順位が極め
て低く、したがってメモリ管理ユニット（ＭＭＵ）３４
を使用して実命令アドレスを得る際には若干の遅延が予
期される。
【００１９】図２ないし５を参照すると、本発明の方法
およびシステムによる一連の命令の処理を示す、命令制
御装置５０の一連の高水準ブロック図が示されている。
図示したように、命令制御装置５０は、一群の４個の命
令を、キャッシュから、アプリケーションによって指定
された順序で受け取ることのできる命令待ち行列５２を
含む。次いでこれらの命令は、複数の実行ユニットにデ
ィスパッチするために、周知のデータ処理技術を使用し
て、命令バッファ５４に転送される。本発明の重要な特
徴によれば、複数の多重回路５６、５８、６０、６２
が、命令待ち行列５２と命令バッファ５４の間に配置さ
れている。これらの回路は、本明細書で詳細に説明する
方法で使用され、命令ディスパッチの効率が大幅に上が
るように、命令バッファ５４内で命令を効果的にシフト
する。図２では、一群の４個の命令Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが、
命令バッファ５４にロードされており、ディスパッチの
準備ができている。第２群の命令Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、命
令待ち行列５２内でステージングされており、命令バッ
ファ５４内の命令のディスパッチに続いて、命令バッフ
ァ５４にロードする準備ができている。
およびシステムによる一連の命令の処理を示す、命令制
御装置５０の一連の高水準ブロック図が示されている。
図示したように、命令制御装置５０は、一群の４個の命
令を、キャッシュから、アプリケーションによって指定
された順序で受け取ることのできる命令待ち行列５２を
含む。次いでこれらの命令は、複数の実行ユニットにデ
ィスパッチするために、周知のデータ処理技術を使用し
て、命令バッファ５４に転送される。本発明の重要な特
徴によれば、複数の多重回路５６、５８、６０、６２
が、命令待ち行列５２と命令バッファ５４の間に配置さ
れている。これらの回路は、本明細書で詳細に説明する
方法で使用され、命令ディスパッチの効率が大幅に上が
るように、命令バッファ５４内で命令を効果的にシフト
する。図２では、一群の４個の命令Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが、
命令バッファ５４にロードされており、ディスパッチの
準備ができている。第２群の命令Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、命
令待ち行列５２内でステージングされており、命令バッ
ファ５４内の命令のディスパッチに続いて、命令バッフ
ァ５４にロードする準備ができている。
【００２０】次に、図３を参照すると、命令ＡおよびＢ
がディスパッチされており、一方、命令ＣおよびＤはそ
れらを完全にディスパッチするのに必要な特定の種類の
実行ユニットまたはその他の資源が利用可能になるのを
待っていることに留意されたい。既知のスーパースカラ
・プロセッサ・システムで使用される技法によれば、命
令Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、命令ＣおよびＤのディスパッチが
完了するまで命令バッファ５４にロードされない。この
結果、追加の命令のディスパッチを可能にする実行ユニ
ットまたは資源が利用可能になるという点で、命令ディ
スパッチは非効率的になる。しかし、複数の命令群が同
時にディスパッチされるシステムでは、命令バッファ５
４内のすべての命令が完全にディスパッチされるまで、
追加の命令を命令待ち行列５２から命令バッファ５４に
ディスパッチすることはできない。
がディスパッチされており、一方、命令ＣおよびＤはそ
れらを完全にディスパッチするのに必要な特定の種類の
実行ユニットまたはその他の資源が利用可能になるのを
待っていることに留意されたい。既知のスーパースカラ
・プロセッサ・システムで使用される技法によれば、命
令Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、命令ＣおよびＤのディスパッチが
完了するまで命令バッファ５４にロードされない。この
結果、追加の命令のディスパッチを可能にする実行ユニ
ットまたは資源が利用可能になるという点で、命令ディ
スパッチは非効率的になる。しかし、複数の命令群が同
時にディスパッチされるシステムでは、命令バッファ５
４内のすべての命令が完全にディスパッチされるまで、
追加の命令を命令待ち行列５２から命令バッファ５４に
ディスパッチすることはできない。
【００２１】図４を参照すると、命令ディスパッチ効率
を上げるための本発明の方法およびシステムが示されて
いる。図４に示すように、命令ＣおよびＤは、関連す
る"SHIFT"信号によって制御され、多重回路５６および
５８を使用して、命令バッファ５４内の最初の２つの位
置にシフトされている。次に、命令ＥおよびＦが、多重
回路６０および６２を使用して命令バッファ５４内の後
端位置にロードされる。したがって、図４に示すよう
に、図示した多重回路の選択的動作により、命令バッフ
ァ５４をシフトし、命令Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆをロードするこ
とが可能になり、それによってディスパッチを保留され
ている命令で命令バッファ５４を完全に充填することが
できる。このようにして、利用可能な実行ユニットへの
命令のディスパッチが大幅に改善される。
を上げるための本発明の方法およびシステムが示されて
いる。図４に示すように、命令ＣおよびＤは、関連す
る"SHIFT"信号によって制御され、多重回路５６および
５８を使用して、命令バッファ５４内の最初の２つの位
置にシフトされている。次に、命令ＥおよびＦが、多重
回路６０および６２を使用して命令バッファ５４内の後
端位置にロードされる。したがって、図４に示すよう
に、図示した多重回路の選択的動作により、命令バッフ
ァ５４をシフトし、命令Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆをロードするこ
とが可能になり、それによってディスパッチを保留され
ている命令で命令バッファ５４を完全に充填することが
できる。このようにして、利用可能な実行ユニットへの
命令のディスパッチが大幅に改善される。
【００２２】最後に、図５では、命令待ち行列５２内の
命令がキャッシュから再ロードされており、命令待ち行
列５２内の前の命令が重ね書きされ、命令Ｇ、Ｈ、Ｉ、
Ｊがロードされている。したがって、命令バッファ５４
内の命令がシフトされ、命令待ち行列５２内の一群の４
個の命令の一部が命令バッファ５４にロードされてお
り、それらの命令の、アプリケーションによって指定さ
れた順序が維持されると同時に、命令制御装置５０内の
命令ディスパッチ効率が大幅に改善されることに留意さ
れたい。
命令がキャッシュから再ロードされており、命令待ち行
列５２内の前の命令が重ね書きされ、命令Ｇ、Ｈ、Ｉ、
Ｊがロードされている。したがって、命令バッファ５４
内の命令がシフトされ、命令待ち行列５２内の一群の４
個の命令の一部が命令バッファ５４にロードされてお
り、それらの命令の、アプリケーションによって指定さ
れた順序が維持されると同時に、命令制御装置５０内の
命令ディスパッチ効率が大幅に改善されることに留意さ
れたい。
【００２３】最後に、図６を参照すると、本発明の方法
およびシステムを実施するためのプロセスを示す高水準
論理フローチャートが示されている。図のように、プロ
セスはブロック８０から開始し、次にブロック８２に進
む。ブロック８２で、命令バッファ５４内のすべての命
令（図２ないし５参照）がディスパッチされているか否
かを定期的に判定する。ディスパッチされている場合、
ブロック８４に進む。ブロック８４で、"LOAD"信号を活
動化する。それによって、命令待ち行列５２内の一群の
命令を命令バッファ５４に直接ロードすることができ
る。次にブロック８６で、前述のように、新しい一群の
命令を命令バッファ５４から命令待ち行列５２にロード
する。次にブロック８８に進む。ブロック８８で、キャ
ッシュから命令待ち行列５２を再ロードする。次に、プ
ロセスは反復的にブロック８２に戻る。
およびシステムを実施するためのプロセスを示す高水準
論理フローチャートが示されている。図のように、プロ
セスはブロック８０から開始し、次にブロック８２に進
む。ブロック８２で、命令バッファ５４内のすべての命
令（図２ないし５参照）がディスパッチされているか否
かを定期的に判定する。ディスパッチされている場合、
ブロック８４に進む。ブロック８４で、"LOAD"信号を活
動化する。それによって、命令待ち行列５２内の一群の
命令を命令バッファ５４に直接ロードすることができ
る。次にブロック８６で、前述のように、新しい一群の
命令を命令バッファ５４から命令待ち行列５２にロード
する。次にブロック８８に進む。ブロック８８で、キャ
ッシュから命令待ち行列５２を再ロードする。次に、プ
ロセスは反復的にブロック８２に戻る。
【００２４】再びブロック８２を参照すると、命令バッ
ファ５４内の命令のうちでディスパッチされていないも
のがある場合、ブロック９０に進む。ブロック９０で、
先行命令がディスパッチされているか否かを判定する。
すなわち、それらの命令は、最初に、アプリケーション
によって指定された順序でディスパッチしなければなら
ない。命令依存性制御の維持が複雑なので、命令ディス
パッチ効率が向上しても、先行命令よりも先に後続命令
をディスパッチする場合、全体的なシステム効率は上が
らないことが、当業者には理解されよう。しかし、命令
依存性制御を維持できるシステムでは、先行命令のディ
スパッチ状況とは無関係に命令バッファ内の任意の位置
から任意の命令をディスパッチするときはつねに、本発
明の方法およびシステムを適用することができる。命令
バッファ５４内の一群の命令のうちの先行命令がディス
パッチされていない場合、プロセスは反復的にブロック
８２に戻り、すべての命令がディスパッチされているか
否かを再び判定し、あるいはその後に先行命令がディス
パッチされているか否かを判定する。
ファ５４内の命令のうちでディスパッチされていないも
のがある場合、ブロック９０に進む。ブロック９０で、
先行命令がディスパッチされているか否かを判定する。
すなわち、それらの命令は、最初に、アプリケーション
によって指定された順序でディスパッチしなければなら
ない。命令依存性制御の維持が複雑なので、命令ディス
パッチ効率が向上しても、先行命令よりも先に後続命令
をディスパッチする場合、全体的なシステム効率は上が
らないことが、当業者には理解されよう。しかし、命令
依存性制御を維持できるシステムでは、先行命令のディ
スパッチ状況とは無関係に命令バッファ内の任意の位置
から任意の命令をディスパッチするときはつねに、本発
明の方法およびシステムを適用することができる。命令
バッファ５４内の一群の命令のうちの先行命令がディス
パッチされていない場合、プロセスは反復的にブロック
８２に戻り、すべての命令がディスパッチされているか
否かを再び判定し、あるいはその後に先行命令がディス
パッチされているか否かを判定する。
【００２５】再びブロック９０を参照すると、命令バッ
ファ５４内の一群の命令のうちの先行命令がディスパッ
チされている場合、ブロック９２に進む。ブロック９２
で、"SHIFT"信号を活動化する。次にブロック９４に進
む。ブロック９４で、図４に関して説明したように、命
令バッファ５４内の残りの命令を先行命令位置にシフト
する。次にブロック９６に進む。ブロック９６で、前述
のように、新しい命令をオフセットし、命令待ち行列５
２から命令バッファ５４の後端位置にロードする。次に
ブロック８８に進む。ブロック８８で、やはりキャッシ
ュから命令待ち行列を再ロードする。次にプロセスは、
反復的にブロック８２に戻る。
ファ５４内の一群の命令のうちの先行命令がディスパッ
チされている場合、ブロック９２に進む。ブロック９２
で、"SHIFT"信号を活動化する。次にブロック９４に進
む。ブロック９４で、図４に関して説明したように、命
令バッファ５４内の残りの命令を先行命令位置にシフト
する。次にブロック９６に進む。ブロック９６で、前述
のように、新しい命令をオフセットし、命令待ち行列５
２から命令バッファ５４の後端位置にロードする。次に
ブロック８８に進む。ブロック８８で、やはりキャッシ
ュから命令待ち行列を再ロードする。次にプロセスは、
反復的にブロック８２に戻る。
【００２６】前述の内容を参照すれば、本発明者が、命
令バッファから命令がディスパッチされるのに応じて選
択的に制御される一連の多重回路から成る単純な手段を
提供することにより、命令バッファ内の選択された命令
の一部のディスパッチに応じて命令バッファ内に追加の
命令を格納し、先行する一群の命令のディスパッチが完
了しなくても、実行ユニットにディスパッチするために
追加の命令を利用可能にすることによって、スーパース
カラ・プロセッサ内での命令ディスパッチ効率を大幅に
改善できる技法を提供したことが、当業者には理解され
よう。
令バッファから命令がディスパッチされるのに応じて選
択的に制御される一連の多重回路から成る単純な手段を
提供することにより、命令バッファ内の選択された命令
の一部のディスパッチに応じて命令バッファ内に追加の
命令を格納し、先行する一群の命令のディスパッチが完
了しなくても、実行ユニットにディスパッチするために
追加の命令を利用可能にすることによって、スーパース
カラ・プロセッサ内での命令ディスパッチ効率を大幅に
改善できる技法を提供したことが、当業者には理解され
よう。
【図１】本発明の方法およびシステムを実施するために
利用されるスーパースカラ・プロセッサの高水準ブロッ
ク図である。
利用されるスーパースカラ・プロセッサの高水準ブロッ
ク図である。
【図２】本発明の方法およびシステムによる一連の命令
の処理を示す、命令制御装置の高水準ブロック図であ
る。
の処理を示す、命令制御装置の高水準ブロック図であ
る。
【図３】本発明の方法およびシステムによる一連の命令
の処理を示す、命令制御装置の高水準ブロック図であ
る。
の処理を示す、命令制御装置の高水準ブロック図であ
る。
【図４】本発明の方法およびシステムによる一連の命令
の処理を示す、命令制御装置の高水準ブロック図であ
る。
の処理を示す、命令制御装置の高水準ブロック図であ
る。
【図５】本発明の方法およびシステムによる一連の命令
の処理を示す、命令制御装置の高水準ブロック図であ
る。
の処理を示す、命令制御装置の高水準ブロック図であ
る。
【図６】本発明の方法およびシステムを実施するための
プロセスを示す、高水準論理フローチャートである。
プロセスを示す、高水準論理フローチャートである。
１０ スーパースカラ・プロセッサ １８ システム・メモリ ２０ キャッシュ／メモリ・インタフェース ２２ 命令待ち行列／ディスパッチ機構 ２４ 浮動小数点処理ユニット ２６ 固定小数点処理ユニット ２８ ブランチ処理ユニット ３０ 取出し機構 ３２ 条件レジスタ ３４ メモリ管理装置 ５０ 命令制御装置 ５２ 命令待ち行列 ５４ 命令バッファ ５６ 多重回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カウ・チン・チェン アメリカ合衆国78749、テキサス州オース チン、ホイスルストップ・コーヴ 6000 (72)発明者 デーヴィッド・スティーブン・レヴィタン アメリカ合衆国78717、テキサス州オース チン、マーサス・ドライブ 9031 (72)発明者 オーブリー・ディーン・オグデン アメリカ合衆国78681、テキサス州ラウン ド・ロック、ストーンリース・ドライブ 1905
Claims (8)
- 【請求項１】アプリケーションによって指定された順序
で一群の命令を受け取る命令待ち行列と、関連する命令
バッファから複数の実行ユニットに適宜命令をディスパ
ッチする命令ディスパッチ機構とを有するスーパースカ
ラ・プロセッサ・システムにおける命令ディスパッチ効
率を向上させる方法であって、 前記関連する命令バッファ内の命令が前記複数の実行ユ
ニットの１つにディスパッチされているか否かを定期的
に判定するステップと、 前記関連する命令バッファ内の命令がディスパッチされ
ているとの判定に応答して、前記関連する命令バッファ
内の残りの命令を、前記アプリケーションによって指定
された順序でシフトするステップと、 前記残りの命令の前記シフトに応答して、前記命令待ち
行列内の前記一群の命令のうちの一部分だけを使用し
て、前記関連する命令バッファに、アプリケーションに
よって指定された順序で選択的に命令をロードするステ
ップとを含む方法。 - 【請求項２】前記命令待ち行列が、一群の４個の命令を
アプリケーションによって指定された順序で受け取り、
前記関連する命令バッファ内の命令が前記複数の実行ユ
ニットの１つにディスパッチされているか否かを定期的
に判定する前記ステップが、前記一群の４個の命令のう
ちの最初の２個が前記複数の実行ユニットにディスパッ
チされているか否かを定期的に判定するステップを含む
請求項１に記載のスーパースカラ・プロセッサ・システ
ムにおける命令ディスパッチ効率を向上させる方法。 - 【請求項３】前記残りの命令の前記シフトに応答して前
記命令待ち行列内の前記一群の命令のうちの一部分だけ
を使用して前記関連する命令バッファにアプリケーショ
ンによって指定された順序で選択的に命令をロードする
前記ステップが、前記残りの命令の前記シフトに応答し
て、前記関連する命令バッファに、アプリケーションに
よって指定された順序で選択的に２個の命令をロードす
るステップを含む請求項２に記載のスーパースカラ・プ
ロセッサ・システムにおける命令ディスパッチ効率を向
上させる方法。 - 【請求項４】アプリケーションによって指定された順序
で一群の命令を受け取る命令待ち行列と、関連する命令
バッファから複数の実行ユニットに適宜命令をディスパ
ッチする命令ディスパッチ機構とを有するスーパースカ
ラ・プロセッサ・システムにおける命令ディスパッチ効
率を向上させるための命令シフト機構であって、 前記関連する命令バッファ内の命令が前記複数の実行ユ
ニットの１つにディスパッチされているか否かを判定す
る手段と、 前記関連する命令バッファ内の命令がディスパッチされ
ているとの判定に応答して、前記関連する命令バッファ
内の残りの命令を、前記アプリケーションによって指定
された順序でシフトする手段と、 前記残りの命令の前記シフトに応答して、前記命令待ち
行列内の前記一群の命令のうちの一部分だけを使用し
て、前記関連する命令バッファに、アプリケーションに
よって指定された順序で選択的に命令をロードする手段
とを備える命令シフト機構。 - 【請求項５】前記命令待ち行列が、一群の４個の命令
を、アプリケーションによって指定された順序で受け取
り、前記関連する命令バッファ内の命令が前記複数の実
行ユニットの１つにディスパッチされているか否かを判
定する前記手段が、前記一群の４個の命令のうちの最初
の２個が前記複数の実行ユニットにディスパッチされて
いるか否かを判定する手段を備える請求項４に記載の命
令シフト機構。 - 【請求項６】前記残りの命令の前記シフトに応答して前
記命令待ち行列内の前記一群の命令のうちの一部分だけ
を使用して前記関連する命令バッファにアプリケーショ
ンによって指定された順序で選択的に命令をロードする
前記手段が、前記残りの命令の前記シフトに応答して、
前記関連する命令バッファに、アプリケーションによっ
て指定された順序で選択的に２個の命令をロードする手
段を備える請求項５に記載の命令シフト機構。 - 【請求項７】前記関連する命令バッファ内の命令がディ
スパッチされているとの判定に応答して前記関連する命
令バッファ内の残りの命令を前記アプリケーションによ
って指定された順序でシフトする前記手段が、第１の多
重手段を備える請求項４に記載の命令シフト機構。 - 【請求項８】前記残りの命令の前記シフトに応答して前
記命令待ち行列内の前記一群の命令のうちの一部分だけ
を使用して前記関連する命令バッファにアプリケーショ
ンによって指定された順序で選択的に命令をロードする
手段が、第２の多重手段を備える請求項４に記載の命令
シフト機構。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US186793A | 1993-01-08 | 1993-01-08 | |
| US001867 | 1993-01-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06236267A true JPH06236267A (ja) | 1994-08-23 |
| JP2742374B2 JP2742374B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=21698188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5319325A Expired - Lifetime JP2742374B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-12-20 | スーパースカラ・プロセッサ・システムにおける命令ディスパッチ効率を向上させる方法およびシステム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5978896A (ja) |
| EP (1) | EP0605874A1 (ja) |
| JP (1) | JP2742374B2 (ja) |
| CA (1) | CA2107046A1 (ja) |
Cited By (1)
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| JP2742374B2 (ja) | 1998-04-22 |
| EP0605874A1 (en) | 1994-07-13 |
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