JPH0646381B2 - 命令取出し装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高速の情報処理装置における命令取出し装置
に関する。

（従来の技術） 近年、高速の情報処理装置においては、命令の実行と並
行して、実行中の命令シーケンスに後続した命令シーケ
ンスをキヤツシユメモリより読出し、これを一時記憶す
るための命令バツフアを備えることが多い。また、命令
バツフアからの命令の取出し、命令の解読、ならびにオ
ペランドの準備演算の各過程に対応した一連の処理ステ
ージを備え、マシンサイクルの周期で順次命令を上記一
連のステージに流して処理するパイプライン処理の行わ
れることも多い。

従来、科学技術計算専用の処理装置における命令取出し
方式には、次の第１および第２の方式が公知である。斯
かる方式の一つとして、命令バツフアの容量を、例えば
数ｋバイト程度に大きくし、これを複数個のブロツクに
分割し、記憶装置の命令語エリア内の実行中の命令語を
上記命令バツフア上のブロツクへブロツク単位に転記
し、同時に命令バツフアの各ブロツクごとに、上記ブロ
ツクに保持されている命令語の命令アドレスを保持する
ためのアドレス保持手段を設け、解読すべき命令語の命
令アドレスで上記アドレス保持手段のアドレスをサーチ
することによつて命令バツフア上のブロツク番号を求
め、上記ブロツクから順次、命令をデコードステージに
取出す。従来技術による第１の方式は上記のものであ
る。

この場合、命令バツフア上のアドレスは主記憶のアドレ
スとは異なり、命令バツフア上のブロツク番号とブロツ
ク内ワード番号、ときにはワード内語番号等とから構成
されている。

或るブロツクの末尾から他のブロツクの最初の命令語に
移るとき（以下、ブロツク越えという。）、移り先のブ
ロツクが命令バツフア上に有在しないというケースがあ
り得る。このようなケースでは従来、ブロツク末尾の命
令語を命令バツフアから読出した後に、主記憶装置に対
してリクエストを取出すか、あるいは末尾から予め定め
られた命令数内に位置する命令語を命令バツフアから読
出すと、これによつて主記憶装置に対して無条件にリク
エストを出す。斯かる方式が従来技術による第２の方式
である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の命令取出し方式において、第１の方式の
場合には、移り先のブロツクの最初の命令語を読出すの
に遅延が生じるという問題がある。第２の方式の場合に
は、リクエストを送出した後にブロツク末尾付近の分岐
命令によつて命令ストリームが変つたならば、既に送出
されたリクエスト信号をキヤンセルしなければならない
という問題がある。

本発明の目的は、記憶装置より読出された命令語をブロ
ツク単位に命令バツフアへ保持しておき、命令バツフア
から読出されている命令語のアドレスの上位ビツトを命
令カウンタに保持し、命令バツフアから読出されている
命令語のブロツク番号とブロツク内アドレスとを命令ポ
インタによつて指示し、命令バツフアのブロツクの末尾
から予め定められた命令数内に位置する命令が、以前に
命令バツフアから読出された履歴をもち、かつ、分岐命
令ではないという情報を使用して当該命令を取出すこと
によつて上記欠点を除去し、特定条件における命令語も
容易に取出すことができるように構成した命令取出し装
置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明による命令取出し装置は命令バツフアと、命令カ
ウンタと、命令ポインタレジスタと、命令レジスタと、
読出し履歴テーブルと、読出し履歴レジスタと、制御手
段とを具備して構成したものである。

命令バツフアは、記憶装置より読出されれた命令取をブ
ロツク単位に保持するためのものである。

命令カウンタは、命令バツフアから読出されている命令
語のアドレスの上位ビツトを保持するためのものであ
る。

命令ポインタレジスタは、命令バツフアから読出されて
いる命令語のブロツク番号およびブロツク内アドレスを
示すためのものである。

命令レジスタは、命令バツフアから読出された命令語を
保持するためのものである。

読出し履歴テーブルは、命令バツフアのブロツクの末尾
から予め定められた命令数内に位置する命令が以前に命
令バツフアから読出された履歴を有するとともに、分岐
命令ではないという情報を保持するためのものである。

読出し履歴レジスタは、読出し履歴テーブルから読出さ
れた情報を保持するためのものである。

制御手段は、命令バツフア上のブロツクから読出されて
いる命令語のアドレスが上記ブロツクの末尾から予め定
められた命令数内に位置していることを検出するととも
に、キヤツシユアドレスからみて上記ブロツクに連続す
るブロツクが命令バツフア上に存在しない場合には、命
令バツフア上のブロツクから読出されている命令語以降
の命令語に対応して、読出し履歴レジスタの内容のビツ
トをチエツクし、上記ブロツクの末尾までの後続命令が
すべて以前に命令バツフアより読出された履歴を有する
とともに、分岐命令が含まれていないという条件が成立
つときにはキヤツシユメモリに対してリクエストを送出
し、上記条件が満足されないときにはキヤツシユメモリ
に対するリクエストを抑止するためのものである。

（実施例） 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明による命令取出し装置の一実施例を示
すブロツク図である。第１図において、１は命令バツフ
ア書込みアドレスレジスタ、２は命令バツフア書込みデ
ータレジスタ、３は命令バツフア、４，１５，１７，３
１はそれぞれ切替え回路、５は命令レジスタ、６は命令
ポインタレジスタ、７は読出し履歴テーブル、８は読出
し履歴レジスタ、９はＶビツトＦ／Ｆ、１０は制御ビツ
トＦ／Ｆ、１１は読出し履歴テーブルライトイネーブル
Ｆ／Ｆ、１２，１３はそれぞれバツフアレジスタ、１
４，１８，２１，２２，２３，２９はそれぞれデコード
回路、１６，３０はそれぞれ＋１の加算器、１９はブロ
ツク越先きサーチ回路、２０は制御回路、２８は命令カ
ウンタである。

本実施例では命令長は４バイト、すなわち３２ビツトで
あり、命令の論理アドレスは３０ビツトのバイトアドレ
スである。

命令バツフア３は３２バイト×６４ワードの構成で、読
出し／書込みが同時に可能な記憶素子で実現され、１６
ワードごとにそれぞれブロツク０，ブロツク１，ブロツ
ク２，およびブロツク３として使用される。各ブロツク
には、キヤツシユメモリ（図示してない。）にある命令
語情報の１ブロツク、すなわち５１２バイト境界から始
まる512バイトの情報がロードされる。命令バツフア書
込みアドレスレジスタ２は、上記ロード時にキヤツシユ
メモリからの情報を一度に受け、命令バツフア３に書込
むためのレジスタであり、３２バイトの幅を有するもの
である。

切替え回路４は、命令バツフア３の８語より成る読出し
出力の内の一つを選択し、その出力は４バイトの命令レ
ジスタ５にストローブされる。

命令バツフア３の読出しアドレスカウンタ６は、命令ポ
インタレジスタと呼ばれる。第２図(a)は、命令ポイン
タレジスタ６の内容の形式を示す説明図である。第２図
(a)において、ビツト０，１はブロツク番号、ビツト２
〜５はブロツク内のワード番号、ビツト６〜８はワード
内語番号をそれぞれ示す。命令バツフア３から順次、命
令語を読出しているときには、ビツト２〜８は＋１だけ
増分されている。命令バツフア３の書込みアドレスカウ
ンタ１の形式は同一である。第２図(b)は、アドレスカ
ウンタ１の内容の形式を示す説明図である。第２図(b)
において、ビツト０，１はブロツク番号であり、ビツト
２〜５はワード番号である。主記憶（図示していな
い。）またはキヤツシユメモリから命令バツフア３へ命
令語情報をロードしているときには、ビツト２〜５は＋
１だけ増分され、命令バツフア３には順次、命令語が書
込まれる。

制御回路２０は命令バツフア３からの命令の読出し、命
令の書込み、バツフアレジスタ１２，１３のストロー
ブ、およびバツフアレジスタ１２，１３の入出力切替え
の信号を発生するための制御回路である。

命令カウンタ２８には、命令バツフア３から読出されて
いる命令語の記憶装置上のアドレス上位２３ビツト、お
よびインストラクシヨンカウンタ初期値の上位２３ビツ
トがセツトされる。ブロツク越先きサーチ回路１９の内
部には、命令バツフア３のブロツク０からブロツク３に
保持されている命令語の記憶装置上のアドレス上位２３
ビツトが保持されている。ブロツク越え時には命令カウ
ンタ２８の値をブロツク越先きサーチ回路１９に送り、
命令バツフア３の各ブロツクの先頭アドレスと比較す
る。両者が一致したとき、一致出力によりブロツク越先
きの命令語の置かれているブロツク番号を求める。

読出し履歴テーブル７は命令バツフア３の各ブロツクの
末尾から予め定められた命令数内に位置する命令語が、
以前、命令バツフア３から読出されたものであるか否か
の情報を命令語ごとに保持しているテーブルである。本
実施例ではブロツクの末尾から８命令語、すなわち命令
バツフア３の各ブロツクの最後のワードに存在する命令
語の実行履歴をテーブル７に保持することにする。すな
わち、テーブル７は８ビツト×４ワードの構成になる。

読出し履歴レジスタ８は、テーブル７の読出し／書込み
データレジスタを兼ねる読出し履歴用のレジスタであ
る。テーブル７から読出されたデータは切替え回路１７
を介して読出し履歴レジスタ８にセツトされる。命令バ
ツフア３から読出されている命令語がブロツクの最後の
ワードに位置している場合には、命令レジスタ５にセツ
トされている命令語の、命令バツフア３上のアドレスを
示すバツフアレジスタ１２の値を参照して、当該アドレ
スからブロツクの末尾までの読出し履歴をデコード回路
１８でチエツクする。同時に、バツフアレジスタ１２で
示される命令語は既に命令バツフア３から読出された命
令語であるので、対応する読出し履歴レジスタ８のビツ
トをセツトする。ただし、デコード回路１４によつて命
令レジスタ５に読出された命令語が分岐命令である場合
には、読出し履歴レジスタ８の対応するビツトのセツト
を抑止する。

次に、第１図を参照して本実施例による命令取出し装置
の動作を説明する。

制御回路２０は命令取出しの開始指示を受けると、イン
ストラクシヨンカウンタ初期値の上位２３ビツトを切替
え回路３１を介して命令カウンタ２８にセツトし、イン
ストラクシヨンカウンタ初期値の下位７ビツトを命令ポ
インタレジスタ６のブロツク内ワード番号部、およびワ
ード内語番号部にセツトする。開始指示を受けた時点で
は、命令バツフア３には有効な命令語はロードされてい
ない。したがつて、ブロツク０〜３のうちにヒツトする
ものはないので、命令カウンタ２８の値をリクエストア
ドレスとして使用し、キヤツシユメモリに対してブロツ
クロード要求を送出している。

有効な命令語がロードされていないブロツクの内部から
若番のロード先のブロツク番号が優先的に選択されるの
で、最初はブロツク０が選択される。

制御回路２０はキヤツシユメモリから応答を受けると、
データ信号線２４を通して送られてくる３２バイト×１
６回の情報を命令バツフア３のブロツク０の各ワードに
書込む。情報は、リクエストアドレスで示される３２バ
イトを先頭にして１６回送られてくる。

ブロツク越先きサーチ回路１９は信号線２７上のブロツ
ク番号信号を命令ポインタレジスタ６のブロツク番号部
にセツトし、以降、命令ポインタレジスタ６の下位７ビ
ツトを順次、＋１だけ増分してカウントする。これによ
り、命令レジスタ５には所定の命令語が順次、読出され
る。

命令ポインタレジスタ６の下位７ビツトが１２０を示す
と、当該ブロツクの末尾から８番目の命令語のアドレス
がセツトされ、読出し履歴テーブルからブロツク０に対
応するワードが切替え回路１７を介して読出し履歴レジ
スタ８に読出される。命令バツフア３の最後のワードは
キヤツシユメモリから命令バツフア３にロードされた後
に初めてアクセスされる。したがつて、テーブル７から
読出された情報もすべて０を示している。バツフアレジ
スタ１２は命令ポインタレジスタ６の１マシンサイクル
遅れのデータを保持しており、命令レジスタ５にセツト
されている命令語の、命令バツフア３上のアドレスを示
している。バツフアレジスタ１２で示される命令語に対
応する読出し履歴レジスタ８のビツトは、切替え回路１
７を介してセツトされる。ここで、デコード回路１４に
よつて命令レジスタ５にセツトされた命令語が分岐命令
であると判明すると、命令パスとなる信号線３９を介し
て、当該分岐命令に対応する読出し履歴レジスタ８のビ
ツトがリセツトされる。

以上説明したように、命令バツフア３から順次、命令語
を読出し、分岐以外の命令語であればレジスタ８の対応
するビツトをセツトしてゆく。命令バツフア３のブロツ
ク０から命令語をすべて読出した後、またはブロツク０
の他のワードに分岐した後で、レジスタ８の情報をパス
となる信号線３２を通してテーブル７に書込む。書込み
のタイミングは、デコード回路２２で命令ポインタレジ
スタ６が当該ブロツクの最終ワードから他のブロツク、
または他のワードに移つたことを検出し、テーブル７の
ライトネーブルＦ／Ｆ１１をセツトすることによつて得
られる。書込みアドレスを格納するのは、レジスタ１２
より１マシンサイクル遅れのアドレスを示すバツフアレ
ジスタ１３を使用する。なお、ＶビツトＦ／Ｆ９は読出
し履歴レジスタ８の内容の有効性を表示するものであ
り、命令ポインタレジスタ６の下位７ビツトが１２０〜
１２７のいずれかを表示するとデコード回路２３を介し
てセツトされ、バツフアレジスタ１２で示されるアドレ
スが当該ブロツクの他のワードか、あるいは他のブロツ
クを示したときにリセツトされる。ＶビツトＦ／Ｆ９が
セツトされている間には、切替え回路１７はテーブル７
からの読出しデータを取込まないようにする。

上記読出し履歴テーブルの内容が更新されている間、命
令バツフア３の側ではブロツク越先きのブロツクのサー
チが並行処理されている。命令ポインタレジスタ６の下
位７ビツトが１２０〜１２７のいずれかを示すと、命令
カウンタ９の内容は＋１だけ増分される。命令ポインタ
レジスタ６は依然、ブロツク０をアクセスしているが、
命令語の主記憶上のアドレス上位２３ビツトは先行して
ブロツク越先きの命令語のアドレスをセツトしているこ
とになる。命令カウンタ２８の値をブロツク越先きサー
チ回路１９に送り、ブロツク越先きサーチ回路１９に保
持されている命令バツフア３の各ブロツクの先頭アドレ
スと比較することにより、ブロツク越先きの命令語の置
かれているブロツク番号をサーチする。

サーチの結果、ブロツク越先きブロツクが命令バツフア
３上に存在するならば、ブロツク越先きブロツク番号を
信号線２７を介して命令ポインタレジスタ６の上位２ビ
ツトにセツトする。ブロツク越先きブロツクが命令バツ
フア３上に存在しない場合、すなわち命令バツフアミス
ヒツトの場合には、キヤツシユメモリに対してリクエス
トを送出し、命令バツフア３上にブロツクロードする。
このキヤツシユメモリに対するリクエストのタイミング
が、本発明の特徴である。

以下、このリクエストタイミングについて説明する。

デコード回路１８はバツフアレジスタ１２で示されるア
ドレスからブロツク末尾までに位置する命令語がすべて
以前、命令バツフア３から読出されたものであるか否
か、ならびに分岐命令が存在しているか否かを、読出し
履歴レジスタ８の出力を参照することによつて判定す
る。その結果、ブロツク末尾までのすべての命令語に読
出し履歴があり、かつ、分岐命令でないことが検出され
ると、信号線３７を介して制御回路２０に対してリクエ
スト許可の情報が送出される。ブロツク越先きのブロツ
クの命令バツフアミスヒツトであることが信号線３６を
介して通知されると、当該ブロツクの命令語がすべて読
出されていなくても制御回路２０はキヤツシユメモリに
対してリクエストを送出する。逆に、バツフアレジスタ
１２の内容で示されるアドレスからブロツク末尾までの
読出し履歴がオール１ではない場合、すなわち未だ命令
バツフア３から読出されていない命令、または分岐命令
が存在する場合には、バツフアレジスタ１２の内容で示
されるアドレスからブロツク末尾までの読出し履歴がオ
ール１になるまで、または当該ブロツクの命令をすべて
実行するまでキヤツシユメモリに対するリクエストを抑
止する。

第３図は、第１図に示す読出し履歴テーブル７の更新時
の動作を示すタイムチヤートである。第３図において、
第３図(a)は分岐せずにブロツク越えが起されたケース
を示すものであり、第３図(b)はブロツクの末尾で他の
ブロツクの最終ワードに分岐したケースを示すものであ
る。ここで制御ビツトＦ／Ｆ１０は、或るブロツクの最
終ワードから他のブロツクの最終ワードに分岐した場合
に、命令ポインタレジスタ６の値をみてセツトされる。
制御ビツトＦ／Ｆ１０がセツトされると、ＶビツトＦ／
Ｆ９がセツトされていても読出し履歴テーブル７の情報
が読出し履歴レジスタ８に取込まれる。ただし、分岐先
の先頭命令の読出し履歴情報も同時に読出し履歴レジス
タ８の当該ビツトに取込まれることはいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、命令バツフアの最終ワー
ドに位置する命令語の読出し履歴、および分岐命令であ
るか否かの情報を保持することにより、ブロツク越えの
リクエストを従来方式よりも数マシンサイクル早く送出
することができ、さらにリクエストのキヤンセルを行う
必要もないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による命令取出し装置の一実施例を示
すブロツク図である。 第２図は、第１図に示す命令ポインタレジスタおよびア
ドレスカウンタにセツトされるデータの形式を示す説明
図である。 第３図は、第１図に示す読出し履歴テーブルの更新時の
動作を示すタイムチヤートである。 １……命令バツフア書込みアドレスレジスタ ２……命令バツフア書込みデータレジスタ ３……命令バツフア ４，１５，１７，３１……切替え回路 ５……命令レジスタ ６……命令ポインタレジスタ ７……読出し履歴テーブル ８……読出し履歴レジスタ ９……ＶビツトＦ／Ｆ １０……制御ビツトＦ／Ｆ １１……読出し履歴テーブルライトイネーブルＦ／Ｆ １２，１３……バツフアレジスタ １４，１８，２１〜２３，２９……デコード回路 １６，３０……加算器 １９……ブロツク越先きサーチ回路 ２０……制御回路 ２８……命令カウンタ ２４〜２７，３２〜４０……信号線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記憶装置より読出された命令語をブロツク
   単位に保持するための命令バツフアと、前記命令バツフ
   アから読出されている命令語のアドレスの上位ビツトを
   保持するための命令カウンタと、前記命令バツフアから
   読出されている命令語のブロツク番号およびブロツク内
   アドレスを示すためのポインタレジスタと、前記命令バ
   ツフアから読出された前記命令語を保持するための命令
   レジスタと、前記命令バツフアのブロツクの末尾から予
   め定められた命令数内に位置する命令が以前に前記命令
   バツフアから読出された履歴を有するとともに分岐命令
   ではないという情報を保持するための読出し履歴テーブ
   ルと、前記読出し履歴テーブルから読出された情報を保
   持するための読出し履歴レジスタと、前記命令バツフア
   上のブロツクから読出されている命令語のアドレスが前
   記ブロツクの末尾から予め定められた命令数内に位置し
   ていることを検出するとともにキヤツシユアドレスから
   みて前記ブロツクに連続するブロツクが前記命令バツフ
   ア上に存在しない場合には前記命令バツフア上のブロツ
   クから読出されている命令語以降の命令語に対応して前
   記読出し履歴レジスタの内容のビツトをチエツクし、前
   記ブロツクの末尾までの後続命令がすべて以前に前記命
   令バツフアより読出された履歴を有するとともに前記分
   岐命令が含まれていないという条件が成立つときにはキ
   ヤツシユメモリに対してリクエストを送出し、前記条件
   が満足されないときには前記キヤツシユメモリに対する
   リクエストを抑止するための制御手段とを具備して構成
   したことを特徴とする命令取出し装置。