JPH06236274A - スーパースカラ・プロセッサ・システム内でスカラ命令を追跡する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アプリケーションにより指定された順序で一
連のスカラ命令を取り出し、命令ディスパッチ機構を使
用して、一群のスカラ命令を複数の実行ユニットに同時
にディスパッチすることのできるスーパースカラ・デー
タ・プロセッサ・システム内で一群のスカラ命令を追跡
すること。 【構成】 スーパースカラ・プロセッサ・システム内で
現在実行中の各スカラ命令を一意的に識別するのに十分
な大きさの一群の一意的識別番号を選択する。各スカラ
命令がプロセッサの命令ディスパッチ機構にロードされ
るときに、そのシステム内で処理されている各スカラ命
令に一意的識別番号の１つを関連付ける。特定のスカラ
命令の実行完了後、その特定のスカラ命令とそれに関連
する一意的識別番号の間の関連付けが終了し、そのため
一群の一意的識別番号を再使用して、そのシステム内で
以後のスカラ命令の実行を追跡できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、スーパースカラ
・プロセッサ・システム内でスカラ命令の実行を追跡す
る方法およびシステムに関する。さらに詳細には、本発
明は、スーパースカラ・プロセッサ・システムにおいて
アプリケーションによって指定されたスカラ命令の逐次
順序を記録する方法およびシステムに関する。

【０００２】関連出願 本願発明は、米国特許出願第０８／００２３００号に関
連しており、この出願は以下の事項を開示している。
アプリケーションによって指定された順序で一連のスカ
ラ命令を取り出し、同時に一群のスカラ命令を非逐次的
に適宜、複数の実行ユニットにディスパッチすることが
できる、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およびシステ
ムを提供する。アプリケーションによって指定された順
序で非逐次的に適宜取り出された一群のスカラ命令が、
本発明で処理される。本発明では、処理中に逐次化を必
要とする条件を検出する。逐次化を必要とする条件の検
出に応じて、その一群のスカラ命令のうちの特定のスカ
ラ命令の処理が選択的に制御され、その後は、その一群
のスカラ命令の少なくとも一部分が逐次的に処理され
る。

【０００３】また、米国特許出願第０８／００１８７２
号にも関連しており、この出願は以下の事項を開示して
いる。複数の中間記憶バッファと、複数の汎用レジスタ
と、記憶バッファ・インデックス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およびシステムを提供する。複数の
スカラ命令を、ディスパッチ・バッファから複数の実行
ユニットに同時にディスパッチすることができる。複数
のスカラ命令はそれぞれ一般に、少なくとも１つのソー
ス・オペランドおよび１つの宛先オペランドを含む。複
数の中間記憶バッファのうちの特定の１つが、複数のス
カラ命令のうちの選択された１つの命令内の宛先オペラ
ンドに割り当てられる。中間記憶バッファのうちの特定
の１つと、複数の汎用レジスタのうちの指定された１つ
の間の関係が、ディスパッチされた命令がディスパッチ
機構でアプリケーション・プログラム・シーケンス中の
別の命令で置換されるとき、記憶バッファに記憶され
る。複数のスカラ命令のうちの選択された１つを実行し
た結果が、その命令が実行されたときに、特定の１つの
中間記憶バッファに記憶される。記憶バッファ・インデ
ックスを使用して、記憶バッファが特定の汎用レジスタ
用に割り当てられてから実行結果が記憶バッファから汎
用レジスタに移されるまでの間にディスパッチされる命
令のソース・オペランドとしてどの記憶バッファを使用
するかを決定する。

【０００４】さらに、米国特許出願第０８／００１８６
５号にも関連しており、この出願は以下の事項を開示し
ている。実行し、実行結果を指定された汎用レジスタに
格納するために複数の命令を一群の実行ユニットに同時
にディスパッチするスーパースカラ・プロセッサ・シス
テムにおいて、単一サイクル命令ディスパッチを可能に
する方法およびシステムを提供する。各命令は一般に、
少なくとも１つのソース・オペランドと１つの宛先オペ
ランドを含む。複数の中間記憶バッファが提供され、利
用可能な実行ユニットに命令がディスパッチされるたび
に、ディスパッチされた命令内のどの宛先オペランドに
も特定の１つの中間記憶バッファが割り当てられ、指定
された汎用レジスタまたは指定された代替汎用レジスタ
を決定して選択する必要がなくなるため、単一サイクル
内で命令をディスパッチすることが可能になる。

【０００５】さらに、米国特許出願第０８／００１８９
０号にも関連しており、この出願は以下の事項を開示し
ている。スーパースカラ・プロセッサ・システムにおい
て、逐次的に順序付けられた複数の命令を実行し、実行
結果を指定された汎用レジスタに格納するために、一群
の実行ユニットに適宜、同時にディスパッチする、非逐
次命令のディスパッチを可能にする方法およびシステム
を提供する。各命令は一般に、少なくとも１つのソース
・オペランドおよび１つの宛先オペランドを含む。複数
の中間記憶バッファが提供され、利用可能な実行ユニッ
トに命令がディスパッチされるたびに、ディスパッチさ
れた命令内のどの宛先オペランドにも特定の１つの中間
記憶バッファが割り当てられ、各命令の実行結果を中間
記憶バッファに記憶することができる。各命令の状況を
示す指示が完了バッファ内に維持され、その後は、それ
を使用して、中間記憶バッファ内の結果が、アプリケー
ションによって指定された順序と整合する順序で、選択
された汎用レジスタに選択的に転送される。したがっ
て、選択された命令の完了を妨げる割込みの発生を、完
了バッファ内で正確に識別することができる。

【０００６】さらに、米国特許出願第０８／００１８６
４号にも関連しており、この出願は以下の事項を開示し
ている。スーパースカラ・プロセッサ・システムにおい
て、複数の命令を、実行し、実行結果を指定された汎用
レジスタ内に格納するために、一群の実行ユニットに同
時にディスパッチする、単一サイクル命令ディスパッチ
を可能にするための方法およびシステムを提供する。各
命令は一般に、少なくとも１つのソース・オペランドと
１つの宛先オペランドを含む。複数の中間記憶バッファ
が設けられ、利用可能な実行ユニットに命令がディスパ
ッチされるたびに、ディスパッチされた命令中のどの宛
先オペランドにも中間記憶バッファが割り当てられ、指
定された汎用レジスタまたは指定された代替汎用レジス
タを決定し選択する必要がなくなることによって、単一
のサイクル内でその命令がディスパッチできるようにな
る。

【０００７】

【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。

【０００８】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におけ
るプロセッサのパイプライン式という性質にかんがみ、
後続命令をディスパッチする前に、後続命令の実行に必
要な特定の命令の結果が得られるように配慮しなければ
ならない。そのようないわゆる「データ依存性ハザー
ド」が発生しないようにするための１つの技法は、特定
の命令のディスパッチを、たとえば、すべての先行命令
がディスパッチされるまで制限することである。この技
法によってデータ依存性ハザードは発生しなくなるが、
この技法を用いて発生する性能上の不利益は大きい。

【０００９】そのため、現代のスパースカラ・データ処
理システムは、しばしばいわゆる「データ依存性インタ
ロック回路」を使用している。そのような回路は、命令
ディスパッチ回路と協調して動作し、たとえばその命令
の正しい実行に必要な先行命令の結果が得られる時まで
命令をディスパッチしないようにする論理機構を含む。
データ依存性インタロック回路を実現するのに必要な論
理の量は、各命令内のソース・オペランドの数に正比例
する。ソース・オペランドとは、命令の実行に使用する
ために、レジスタ・ファイル内のオペランドにアクセス
するのに使用される、命令内のフィールドである。

【００１０】データ依存性インタロック回路を用いる
と、上述の大きな性能上の不利益を発生させずにデータ
依存性ハザードを回避することができるが、多数のソー
ス・オペランドおよび宛先オペランドを含む命令用のデ
ータ依存性インタロック回路の設計および実施は極めて
複雑になる。依存性インタロックは、独立で実行可能で
あり得る後続命令が、ディスパッチャに入ってディスパ
ッチされ実行されるのを妨げる、依存命令のディスパッ
チを禁止する。

【００１１】各プロセッサ・サイクルでの複数の命令の
同時実行に伴って発生するデータ依存性ハザードはま
た、「レジスタ名前変更」として知られる方法を利用し
て対処されてきた。レジスタ名前変更は、命令の最終結
果がレジスタ・ファイルに格納されるよりも前に、特定
の命令の結果を、後続命令が使用できるように、レジス
タに一時的に格納するために利用される技術である。レ
ジスタ名前変更は一般に、レジスタ・ファイル・アレイ
に、特別な位置と、論理レジスタに割り当てられた特定
の物理レジスタを識別するポインタ配列とを設けること
によって行われる。また従来技術の特定の手法では、複
数のレジスタ・ファイル・アレイを使用して、データ用
の多数の「読取り」ポート、または例外の場合のバック
アップ用に前の結果を保持するための多数の「読取り」
ポートを提供している。

【００１２】この技術は、普通なら順次実行が必要な場
合に複数の命令を同時にディスパッチして実行する能力
を提供するが、そのような技法を利用して実行ユニット
に命令をディスパッチすることに関して問題が存在す
る。命令が実行のために特定のデータまたはオペランド
を使用するという要件により、一般に、命令と関連デー
タを単一のプロセッサ・サイクル内に実行ユニットにデ
ィスパッチするのが不可能になる。なぜなら、ディスパ
ッチ・ユニット、すなわち実行ユニットは一般に、一時
レジスタが命令の実行に必要なデータをいつ含むかを判
定するために、参照テーブルまたはポインタ・システム
を介する複雑な読取りを実行しなければならないからで
ある。

【００１３】また、複数のスカラ命令が、同時に実行す
るためにスーパースカラ・プロセッサにロードされると
き、ある種の命令が、アプリケーションによって指定さ
れた逐次順序でディスパッチされるスカラ命令より前に
ある命令よりも前に、利用可能な実行ユニットにディス
パッチされることがある。スカラ命令を、アプリケーシ
ョンによって指定された逐次順序で該スカラ命令より前
にある他のスカラ命令よりも前にディスパッチするその
ような先行ディスパッチ処理を、「非逐次」式と呼ぶ。

【００１４】非逐次スカラ命令ディスパッチおよび実行
は、プロセッサ内の実行ユニット資源の使用を最適化す
る能力を与える。しかし、ある種のスカラ命令が、ソフ
トウェア・アプリケーションの著者によれば最初に実行
する必要がある他の命令よりも前に実行される結果、問
題が起こることがある。たとえば、ロード命令が、同じ
位置への記憶命令よりも前に完了したが、ロード命令を
記憶命令よりも後に実行することがアプリケーションに
よって指定されている場合、非逐次的に実行されたロー
ド命令によって、誤ったデータがロードされた可能性が
高い。したがって、プロセッサが、どのスカラ命令をア
プリケーションによって指定された順序で実行しなけれ
ばならないかを識別でき、そのように重大なスカラ命令
のシーケンスが、いつ、アプリケーションによって指定
された逐次順序で実行されないかを識別できる必要があ
ることが、当業者には理解されよう。

【００１５】非逐次命令ディスパッチおよび実行の結果
として発生する問題のもう１つの例は、たとえばレジス
タ・オーバフローやゼロによる除算エラーなど、実行ユ
ニット内での例外条件の発生時に完了していないスーパ
ースカラ・プロセッサ内のスカラ命令の管理である。例
外条件が発生したとき、割込みを生成して、例外条件を
管理するように設計されたソフトウェアの「エラー・ハ
ンドラ」部分を呼び出すことができる。しかし、エラー
・ハンドラを呼び出す前に、スカラ命令がアプリケーシ
ョンによって指定された逐次順序で実行された場合に存
在するはずの環境をエミュレートする環境内でエラー・
ハンドラが動作するように、プロセッサ内である種の命
令を完了しておく必要がある。

【００１６】例外条件に応じてエラー・ハンドラを呼び
出す前に完了しておかねばならないスカラ命令を識別す
ることに加えて、たとえば完了している、または現在実
行中である、または実行ユニットに関連する予約ステー
ションに割り当てられている、または命令ディスパッチ
機構にロードされている特定のスカラ命令などの他の命
令を完了しておかなくてもよい。スーパースカラ・プロ
セッサの効率を上げ、実行ユニット、バッファ、レジス
タなどのプロセッサ資源の割振りを最適化するには、不
要なスカラ命令の実行と、不要なスカラ命令へのプロセ
ッサ資源の割当てを避ける必要がある。

【００１７】プロセッサ内で実行される命令を識別する
１つの方法は、特定の命令に関連する命令カウンタを使
用することである。しかし、命令を識別するのに命令カ
ウンタを使用することには問題がある。第１に、命令カ
ウンタは３２ビット以上から構成されることがある。そ
のように多数のビットを使用して、スーパースカラ・プ
ロセッサ内で実行中の比較的少数の命令を識別するの
は、記憶資源のむだづかいになる。第２に、プロセッサ
がソフトウェア命令のループを実行している場合、命令
カウンタはプロセッサ内で実行中の命令を一意的に識別
することができない。すなわち、ソフトウェア命令のル
ープを実行している場合、同一の命令カウンタ番号を有
するプロセッサで複数のスカラ命令が実行中の可能性が
ある。したがって、プロセッサで実行中の各命令が一意
的に識別されず、そのため、ある種のスカラ命令が実行
を完了できるようにし、かつプロセッサ内での指定され
た条件の発生時に他のスカラ命令を取り消す責任のあ
る、プロセッサのセクションに関して問題が発生する。

【００１８】プロセッサ内で実行中の命令を一意的に識
別できないことに加えて、ソフトウェア・ループ中で命
令カウンタを使用すると、アプリケーションによって指
定された命令の逐次順序を各命令と正確に関連付けるこ
とができない。これは、プロセッサがソフトウェア・ル
ープを実行している間に例外条件が発生し、識別番号と
同じ命令カウンタを使用するプロセッサ内に、同じ種類
のこともある複数の命令が存在するとき、問題となる。
例外条件が発生すると、プロセッサが、アプリケーショ
ンによって指定された順序で命令を実行することから発
生するプロセッサ内の環境をエミュレートすることはほ
ぼ不可能になる。

【００１９】したがって、スーパースカラ・プロセッサ
・システム内で実行中の各スカラ命令の識別を可能にす
る方法およびシステムが明らかに必要である。さらに、
スカラ命令が特定の実行ユニットにディスパッチされ、
その実行ユニットによって完了するときに、その命令の
位置を追跡できるようにすることによって、プロセッサ
がスカラ命令を効率的に見つけられるようにする方法お
よびシステムがあれば明らかに好都合なことがある。

【００２０】

【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。

【００２１】本発明の他の目的は、スーパースカラ・プ
ロセッサ・システム内でスカラ命令の実行を追跡するた
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。

【００２２】本発明の他の目的は、スーパースカラ・プ
ロセッサ・システム内でアプリケーションによって指定
されたスカラ命令の逐次順序を記録するための改良され
た方法およびシステムを提供することである。

【００２３】

【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
ムでは、アプリケーションによって指定された順序で一
連のスカラ命令を取り出し、命令ディスパッチ機構を使
用して、一群のスカラ命令を複数の実行ユニットに同時
にディスパッチすることのできるスーパースカラ・デー
タ・プロセッサ・システム内で一群のスカラ命令を追跡
する方法を提供する。スーパースカラ・プロセッサ・シ
ステム内で現在実行中の各スカラ命令を一意的に識別す
るのに十分な大きさの一群の一意的識別番号を選択す
る。次に、各スカラ命令がプロセッサの命令ディスパッ
チ機構にロードされるときに、スーパースカラ・プロセ
ッサ・システム内で処理されている各スカラ命令に一意
的識別番号の１つを関連付ける。特定のスカラ命令の実
行完了後、その特定のスカラ命令とそれに関連する一意
的識別番号の間の関連付けが終了し、そのため、一群の
一意的識別番号を再使用して、前記スーパースカラ・デ
ータ・プロセッサ・システム内で以後のスカラ命令の実
行を追跡できるようになる。

【００２４】本発明の上記その他の目的、特徴、および
利点は、以下の詳細な説明で明らかになろう。

【００２５】

【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・データ処理システム１０の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・データ処理
システム１０は、データ、命令などを記憶するために利
用されるメモリ１８を含む。メモリ１８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２０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・アクセスを達成
できることが、当業者には理解されよう。

【００２６】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
む命令ディスパッチ機構２２にロードされる。スーパー
スカラ・データ処理システムの典型的な実施例では、命
令ディスパッチ機構内の各位置が、２ないし８個の命令
を含むことができ、したがって所与のサイクルで、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、命令ディスパッチ機構２２内で利用
可能な空間の量とに応じて、命令ディスパッチ機構２２
に最高で８個の命令をロードすることができる。

【００２７】そのようなスーパースカラ・データ処理シ
ステムでは普通であるが、命令ディスパッチ機構２２
は、実行ユニット２４に命令をディスパッチするために
利用される。図１に示すように、スーパースカラ・デー
タ処理システム１０は、設計上の選択の問題として、１
つまたは複数の浮動小数点処理ユニット、固定小数点処
理ユニット、ロード／記憶ユニット、およびブランチ処
理ユニットを含むことができる。したがって、命令ディ
スパッチ機構２２は、単一のサイクル中に、複数の命令
を各実行ユニットに１つずつディスパッチすることがで
きる。実行ユニットは、設計の選択の問題として、単一
のサイクル中に単一の実行ユニットに複数の命令をディ
スパッチできるようにする、予約ステーションを含むこ
とができる。したがって、スーパースカラ・プロセッサ
中の複数の実行ユニットがそれぞれ、単一のサイクルで
複数の命令を受け取ることができる。また、マルチプロ
セッサ・システム中で、複数のプロセッサに関連する複
数の実行ユニット２４に命令をディスパッチすることが
できる。

【００２８】図２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使用できる図１のスーパースカ
ラ・データ処理システムの命令ディスパッチ回路のさら
に詳細なブロック図が示されている。図のように、キャ
ッシュ／メモリ・インタフェース２０からの命令は通
常、命令ディスパッチ機構２２に、グループ単位で、ア
プリケーションで指定された順序でロードされる。した
がって、実行ユニット２４内の１つまたは複数の実行ユ
ニットに適宜ディスパッチするために、設計上の選択の
問題として、２個、４個、または８個の命令がキャッシ
ュ／メモリ・インタフェース２０から命令ディスパッチ
２２にロードされる。図２に示した実施例に示すよう
に、これらの実行ユニットは、浮動小数点処理ユニット
２６、複数のロード／記憶ユニット２８および３０、複
数の固定小数点処理ユニット３２および３４、およびブ
ランチ処理ユニット３６を含むことができる。言うまで
もなく、前述のように、設計上の問題として、スーパー
スカラ・データ処理システム１０内に任意の数の複数の
タイプの実行ユニットを含めることができる。

【００２９】本明細書に示すタイプのようなスーパース
カラ・データ処理システムで典型的であるが、複数の汎
用レジスタも設けられている。図２に示した実施例で
は、浮動小数点汎用レジスタ４４および固定小数点汎用
レジスタ４６の２つのグループの汎用レジスタが設けら
れている。したがって、図２に示した実行ユニット内で
の複数の命令の実行結果が通常、将来使用できるよう
に、選択された汎用レジスタ内に記憶される。本発明の
重要な特徴によれば、浮動小数点中間記憶バッファ４０
および固定小数点中間記憶バッファ４２という複数の記
憶バッファも設けられる。本明細書で詳細に説明するよ
うに、各実行ユニットは、独立バスを介して各中間記憶
バッファに接続される。したがって、実行ユニットが必
要とするデータ、または実行ユニット内での命令の実行
によって生成されるデータを、他の実行ユニットで使用
できるように、または将来汎用レジスタに転送するため
に、独立バス上に置き、指定された中間記憶バッファ内
に格納することができる。

【００３０】このようにして、通常はレジスタ名前変更
方式に伴う複雑な参照テーブルを維持する必要がなくな
り、中間記憶バッファを、宛先オペランド用の記憶位置
として直接使用するために効率的に割り当てることがで
きるので、命令を単一のプロセッサ・サイクル内でディ
スパッチできるようになる。なぜなら、名前変更された
レジスタ・ファイル内でデータ位置を決定する必要がな
いからである。また、非順次的に命令を実行することが
でき、これらの命令の出力は、将来、汎用レジスタ内で
アプリケーションによって指定された順序でアセンブル
するために、中間記憶バッファ内に一時的に格納するこ
とができる。

【００３１】図示したように、固定小数点処理ユニット
３２および３４はそれぞれ、独立バスを介して固定小数
点中間記憶バッファ４２に接続されるが、浮動小数点処
理ユニット２６は、独立バスを介して各浮動小数点中間
記憶バッファ４０に接続される。当業者には明らかなよ
うに、ロード／記憶ユニット２８および３０は必然的
に、浮動小数点中間記憶バッファ４０および固定小数点
中間記憶バッファ４２に接続される。というのは、これ
らのユニットが浮動小数点データと固定小数点データの
両方をロードして記憶するからである。

【００３２】本発明の他の重要な特徴によれば、完了バ
ッファ４８が設けられる。完了バッファ４８は、実行ユ
ニット２４内で実行中の複数のスカラ命令の完了を追跡
するために使用される。前述のように、これら命令の実
行の結果は、それぞれ関連する中間記憶バッファ内に一
時的に格納され、命令または一群の命令が、アプリケー
ションで指定された順序で首尾よく完了したことが示さ
れたとき、完了バッファ４８を使用して、これらの完了
した命令データの結果の関連する汎用レジスタへの転送
を開始することができる。また、例外条件が発生した場
合は、完了バッファ４８を使用して、例外の前に完了し
た命令の実行結果の記憶を開始し、例外条件が発生した
点からプロセスを再開して、破壊されたデータまたは無
効なデータを有効な出力で効率的に置換できるように命
令ディスパッチ機構２２を制御し、あるいは、アプリケ
ーション特有のプログラムによって特定の例外タイプ用
に指定された新しい一連の命令を開始することができ
る。

【００３３】図３を参照すると、本発明の方法およびシ
ステムによる、図１のスーパースカラ・プロセッサ・シ
ステム内での中間記憶バッファの使用法を示す高水準ブ
ロック図が示されている。命令ディスパッチ機構２２が
アクセスできる記憶バッファ・インデックス５８が設け
られている。本明細書で詳細に説明するように、記憶バ
ッファ・インデックス５８は、複数の中間記憶バッファ
６０のそれぞれと指定された汎用レジスタ６２との関係
の指示を、後続命令の実行時に使用できるように、記憶
し維持するために使用される。

【００３４】複数の中間記憶バッファ６０は、複数の独
立バス６４に接続することが好ましい。好ましい実施例
では、独立バス６４の数が中間記憶バッファ６０の数に
等しく、各中間記憶バッファは１本のバスに接続され
る。各中間記憶バッファ６０は、対応する独立バス６４
に対する読取りおよび書込みを行うことができる。設計
上の選択の問題として、使用するバスの数を変えられる
ことが、当業者には理解されよう。

【００３５】図の複数の実行ユニット２４ａ、２４ｂ、
２４ｃはそれぞれ、複数の独立バス６４のそれぞれに接
続される。好ましい実施例では、実行ユニット２４ａ、
２４ｂ、２４ｃは、浮動小数点処理ユニット２６、複数
のロード／記憶ユニット２８および３０、複数の固定小
数点処理ユニット３２および３４、およびブランチ処理
ユニット３６を含むことができる。しかし、設計上の選
択の問題として、実行ユニットの数およびタイプを変え
られることが、当業者には理解されよう。

【００３６】複数の実行ユニット２４ａ、２４ｂ、２４
ｃもそれぞれ、各独立バス６４に対する読取りおよび書
込みを行うことができる。したがって、複数の実行ユニ
ット２４ａ、２４ｂ、２４ｃはそれぞれ、複数の独立バ
ス６４を介して、複数の中間記憶バッファ６０のそれぞ
れに結合されている。したがって、実行ユニット内での
命令の実行によってデータが生成されるとき、実行ユニ
ットは、データを一時的に格納できるそのデータの宛先
として指定されている指定の中間記憶バッファに対応す
るバス上にそのデータを置くことができる。同時に、実
行ユニットは、「有効」ビットを適切な状態にセットす
ることによって、バス上のデータが有効であることを示
す。このようにして、データがバス上にある間、および
指定された中間記憶バッファ内にデータを格納する前ま
たはそれと同時に、そのデータを必要とする他のどの実
行ユニットもバスからそのデータを取り出すことができ
る。したがって、独立バスを設けることの１つの利点
は、データをバッファに記憶し、その後バッファ内のそ
のデータにアクセスする必要がなくなることである。デ
ータをバスから直接取り出せるので、プロセッサ・シス
テムの処理速度が大幅に向上する。

【００３７】さらに図３を参照すると、複数の独立バス
６４がそれぞれ汎用レジスタ６２に結合されていること
が分かる。実行ユニットに命令をディスパッチすると
き、指定された中間記憶バッファと選択された汎用バッ
ファの関係を記憶バッファ・インデックス５８内に記憶
することが好ましい。その実行結果を他の実行ユニット
が必要とするときは、記憶バッファ・インデックス５８
内の情報を使用してそれらの結果の転送を実行できる。
本明細書で詳細に説明するように、記憶バッファ・イン
デックス５８内に記憶される情報は、汎用レジスタの識
別を使用してアクセスされる指定された中間記憶バッフ
ァの識別子、または指定された中間記憶バッファの識別
によってアクセスされる汎用レジスタの識別子とするこ
とができる。

【００３８】このようにして、通常はレジスタ名前変更
方式に伴う複雑な参照テーブルを維持する必要がなくな
る。なぜなら、汎用レジスタ・ファイルの名前変更を必
要とせずに、中間記憶バッファを、ディスパッチされる
命令内の各宛先オペランド用の記憶位置として直接割り
当てることができるからである。さらに、記憶バッファ
・インデックス５８により、非順次的に命令を実行する
ことができる。これは、各命令の実行結果が中間記憶バ
ッファ６０に一時的に記憶され、後で記憶バッファ・イ
ンデックス５８内の情報および完了バッファ４８の内容
を使用することによって、後続命令がこの実行結果を使
用できるからである（図２参照）。

【００３９】次に図４を参照すると、本発明の方法およ
びシステムによる、スーパースカラ・プロセッサ・シス
テム内で一群のスカラ命令を追跡する方法を示す論理フ
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４００から開始し、次にブロック４０２に進
む。ブロック４０２で、スカラ命令をスーパースカラ・
データ処理システム内で実行される時に識別するために
使用される、一群の一意的識別番号を選択する。スーパ
ースカラ・プロセッサ・システム内で現在処理中の命令
の数は、典型的なアプリケーション・プログラム中の命
令の数と比べて相対的に少ないので、選択される一意的
識別番号の数は、スーパースカラ・データ・プロセッサ
・システム内の任意の位置で現在処理中の各スカラ命令
に一意的識別番号を関連付けるのに十分な大きさにすれ
ばよい。したがって、任意の特定の時間に６４個のスカ
ラ命令が処理中である場合、６個のデータ・ビットだけ
で、スーパースカラ・プロセッサ・システム内の各スカ
ラ命令処理を識別する一意的識別番号を構成することが
できる。

【００４０】次に判断ブロック４０４で、命令ディスパ
ッチ機構に新しいスカラ命令がロードされているか否か
を判定する。ロードされていない場合、スカラ命令が命
令ディスパッチ機構にロードされるまで、このプロセス
を繰り返す。命令ディスパッチ機構に新しいスカラ命令
がロードされている場合、ブロック４０６で、ロードさ
れているスカラ命令に一意的識別番号を関連付ける。命
令ディスパッチにロードされたスカラ命令の、アプリケ
ーションによって指定された逐次順序を示すために、命
令ディスパッチ機構にスカラ命令がロードされるとき、
それらの命令に逐次、一群の一意的識別番号を関連付け
ることが好ましい。

【００４１】次に判断ブロック４０８で、スカラ命令が
実行ユニットにディスパッチされるまで、このプロセス
を繰り返す。スカラ命令が実行ユニットにディスパッチ
されている場合、ブロック４１０で、ディスパッチされ
たスカラ命令に、それがディスパッチされた先の特定の
実行ユニットを示す番号を関連付け、識別番号および実
行ユニット識別子を完了バッファ４８（図２参照）に転
送する。次に、符号４１２で示すオフ・ページ・コネク
タＡを介して、図５のブロック４１４に進む。

【００４２】次に図５のブロック４１４を参照すると、
次に、最近ディスパッチされたスカラ命令が、特定の実
行ユニットに関連する予約ステーションに記憶されてい
るか否かを判定する。スカラ命令が予約ステーションに
記憶した場合、ブロック４１６で、そのスカラ命令に、
予約ステーション内の位置を示す番号を関連付け、その
情報を完了バッファ４８（図２参照）に転送する。スカ
ラ命令が予約ステーションに記憶されていない場合は、
判断ブロック４１８に進み、スカラ命令の実行が完了し
ているか否かを判定する。完了していない場合、スカラ
命令実行が完了するまで、このプロセスを繰り返す。

【００４３】スカラ命令の実行が完了している場合、ブ
ロック４２０で、完了したスカラ命令への一意的識別番
号の関連付けを終了する。スカラ命令への一意的識別番
号の関連付けが終了すると、その一意的識別番号が、命
令ディスパッチ機構にロード可能な新しいスカラ命令へ
の関連付けに利用できるようになる。すなわち、符号４
２２で示す結合子Ｂを介して、プロセスは反復的にブロ
ック４０４に戻る。

【００４４】図６を参照すると、本発明の方法およびシ
ステムを使用して、アプリケーションによって指定され
た命令の順序シーケンスを再開するステップを示す高水
準ブロック図が示されている。図では、スーパースカラ
・プロセッサ・システム内でディスパッチされた各命令
が、完了バッファ４８内に示されている。したがって、
スロット４８ａを使用して、スーパースカラ・プロセッ
サ・システム内での選択された命令のディスパッチを示
す。図４および５のフローチャートに関して説明したよ
うに、一意的識別番号が、実行ユニット識別および予約
ステーション位置識別子と共にその命令に関連付けられ
る。これらの識別標識を符号８０で概略的に示す。

【００４５】完了バッファ４８内の特定のスロットと関
連する命令に関して、前述のように、例外条件が発生し
たときに識別標識を使用すると、その命令に関連する一
意的識別子を使用して、命令カウンタ決定テーブル８２
にアクセスし、その命令に関連する命令カウンタを決定
することによって、アプリケーションによって指定され
た命令の順序シーケンスを正しい位置から再開すること
ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【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・データ処理システムの高水
準ブロック図である。

【図２】本発明の方法およびシステムを実施するために
利用される図１のスーパースカラ・データ処理システム
の命令ディスパッチ回路のさらに詳細なブロック図であ
る。

【図３】本発明の方法およびシステムによる図１のスー
パースカラ・データ処理システム内での中間記憶バッフ
ァの利用法を示す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スーパース
カラ・プロセッサ・システム内でのスカラ命令の追跡方
法を示す論理フローチャートである。

【図５】本発明の方法およびシステムによるスーパース
カラ・プロセッサ・システム内でのスカラ命令の追跡方
法を示す論理フローチャートである。

【図６】本発明の方法およびシステムによる、アプリケ
ーションによって指定された命令の順序シーケンスの再
開方法を示す高水準ブロック図である。

【符号の説明】

１０ スーパースカラ・データ処理システム １８ メモリ ２０ キャッシュ／メモリ・インタフェース ２２ 命令ディスパッチ機構 ２４ 実行ユニット ２６ 浮動小数点処理ユニット ２８ ロード／記憶ユニット ３２ 固定小数点処理ユニット ３６ ブランチ処理ユニット ４０ 浮動小数点中間記憶バッファ ４２ 固定小数点中間記憶バッファ ４４ 浮動小数点汎用レジスタ ４６ 固定小数点汎用レジスタ ４８ 完了バッファ ５８ 中間記憶バッファ・インデックス ６４ 独立バス ７４ 比較ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・エミル・ウォールデッカー アメリカ合衆国78681、テキサス州ラウン ド・ロック、アロウヘッド・サークル 3306

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アプリケーションによって指定された順序
   で一連のスカラ命令を取り出し、命令ディスパッチ機構
   を使用して、一群のスカラ命令を複数の実行ユニットに
   同時にディスパッチすることのできる、スーパースカラ
   ・データ・プロセッサ・システム内で一群のスカラ命令
   を追跡する方法であって、 一群の一意的識別番号を選択するステップと、 前記各スカラ命令がディスパッチ機構にロードされるの
   に応答して、前記スーパースカラ・プロセッサ・システ
   ム内で処理中の各スカラ命令に前記一群の一意的識別番
   号の１つを関連付けるステップと、 特定のスカラ命令の実行完了に応答して、前記特定のス
   カラ命令と前記一群の一意的識別番号のうちの関連する
   前記１つの識別番号の間の関連付けを終了し、それによ
   って、前記一群の一意的識別番号を再使用して、前記ス
   ーパースカラ・データ・プロセッサ・システム内で以後
   のスカラ命令実行を追跡できるようにするステップとを
   含む方法。
2. 【請求項２】一群の一意的識別番号を選択する前記ステ
   ップが、一群の６ビットの一意的ディジタル識別番号を
   選択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・システム内で一群のスカラ命令を追跡
   する方法。
3. 【請求項３】前記複数の実行ユニットのうちの選択され
   た１つの実行ユニットにディスパッチされる各スカラ命
   令に、前記複数の実行ユニットのうちの前記選択された
   １つの実行ユニットを一意的に識別する標識を関連付け
   るステップをさらに含む請求項１に記載のスーパースカ
   ラ・プロセッサ・システム内で一群のスカラ命令を追跡
   する方法。
4. 【請求項４】前記複数の実行ユニットのうちの１つの実
   行ユニット内の予約ステーション内に記憶された各スカ
   ラ命令に、前記予約ステーション内の記憶位置を示す第
   ２の標識を関連付けるステップをさらに含む請求項３に
   記載のスーパースカラ・プロセッサ・システム内で一群
   のスカラ命令を追跡する方法。
5. 【請求項５】特定の命令に関連する一意的識別番号を利
   用して、前記特定の命令に関する例外条件に応答して、
   前記アプリケーションによって指定された命令の順序シ
   ーケンスを再開するステップをさらに含む請求項３に記
   載のスーパースカラ・プロセッサ・システム内で一群の
   スカラ命令を追跡する方法。
6. 【請求項６】アプリケーションによって指定された順序
   で一連のスカラ命令を取り出し、命令ディスパッチ機構
   を使用して、一群のスカラ命令を複数の実行ユニットに
   同時にディスパッチすることのできるスーパースカラ・
   データ・プロセッサ・システム内で一群のスカラ命令を
   追跡するためのシステムであって、 一群の一意的識別番号と、 各スカラ命令がディスパッチ機構にロードされるのに応
   答して前記スーパースカラ・プロセッサ・システム内で
   処理中の各スカラ命令に前記一群の一意的識別番号の１
   つを関連付ける手段と、 特定のスカラ命令の実行完了に応答して、前記特定のス
   カラ命令と前記一群の一意的識別番号のうちのそれに関
   連する前記１つの識別番号の間の関連付けを終了し、そ
   れによって、前記一群の一意的識別番号を再使用して、
   前記スーパースカラ・データ・プロセッサ・システム内
   で以後のスカラ命令実行を追跡できるようにする手段と
   を備えるシステム。
7. 【請求項７】一群の一意的識別番号が、一群の６ビット
   の一意的ディジタル識別番号を含むことを特徴とする、
   請求項６に記載の、スーパースカラ・プロセッサ・シス
   テム内で一群のスカラ命令を追跡するためのシステム。
8. 【請求項８】前記複数の実行ユニットのうちの選択され
   た１つの実行ユニットにディスパッチされる各スカラ命
   令に、前記複数の実行ユニットのうちの前記選択された
   １つの実行ユニットを一意的に識別する標識を関連付け
   る手段をさらに備える請求項６に記載のスーパースカラ
   ・プロセッサ・システム内で一群のスカラ命令を追跡す
   るためのシステム。
9. 【請求項９】前記複数の実行ユニットのうちの１つの実
   行ユニット内の予約ステーション内に記憶された各スカ
   ラ命令に、前記予約ステーション内の記憶位置を示す第
   ２の標識を関連付ける手段をさらに備える請求項８に記
   載のスーパースカラ・プロセッサ・システム内で一群の
   スカラ命令を追跡するためのシステム。
10. 【請求項１０】特定の命令に関連する一意的識別番号を
    利用して、前記特定の命令に関する例外条件に応答し
    て、前記アプリケーションによって指定された命令の順
    序シーケンスを再開する手段をさらに備える請求項８に
    記載のスーパースカラ・プロセッサ・システム内で一群
    のスカラ命令を追跡するためのシステム。