JPH0651984A

JPH0651984A - マイクロプロセッサ

Info

Publication number: JPH0651984A
Application number: JP5122622A
Authority: JP
Inventors: Mitsutake Yamamoto; 充剛山本; Fumio Arakawa; 文男荒川; Susumu Narita; 進成田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1994-02-25
Also published as: EP0573071A2; KR940000960A; EP0573071A3

Abstract

(57)【要約】【構成】複数の命令デコーダと複数の命令実行部によ
り構成される複数のパイプラインを持つマイクロプロセ
ッサにおいて、各々のパイプラインを独立に使用して複
数命令を並列実行する機能と、複数のパイプラインを同
時に使用して単一命令を実行する機能を設けた。【効果】１サイクルで実行可能な単純命令は複数のパ
イプラインを独立に使用して並列実行できるとともに、
大量のデータ処理や複雑な処理を必要とする高機能命令
は複数のパイプラインを同時に使用して高速に実行する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロプロセッサの制
御方式さらには複数のパイプラインにより命令を並列に
実行するスーパースカラ方式のマイクロプロセッサに適
用して有効な技術に関し、特に大量のデータ処理や複雑
な処理を伴う高機能命令を有するＣＩＳＣ型マイクロプ
ロセッサの制御方式に利用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、複数のパイプラインを持ち、複数
の命令を並列実行するスーパースカラ方式のマイクロプ
ロセッサが提案されている（日経ＢＰ社発行、「日経エ
レクトロニクス１９８９年１１月２７日号」第１９１頁
〜第２００頁）。また、命令実行用とアドレス計算用の
２つの演算器を持つマイクロプロセッサにおいて、単一
命令を実行する際に１つの演算器の扱えるビット幅を超
えるビット長のデータの演算が必要になったときに２つ
の演算器を結合して使用するようにした発明が提案され
ている（特開昭６２−８６８９７号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公知例のうち前者
で開示されているのは、基本的な演算や転送等を行なう
単純な命令しか持たないいわゆるＲＩＳＣ型プロセッサ
に関するものである。従って、ＣＩＳＣ型プロセッサに
おける高機能命令のように複雑な処理をパイプライン方
式で行なおうとすると、単純な命令を複数個組み合わせ
て等価な機能を実現する必要がある。この場合、複数の
パイプライン間でのレジスタ、メモリ等のコンフリクト
や分岐発生等によりパイプラインが乱れ、この乱れのた
めに、１命令で処理する場合に比べて実行時間が長くな
るおそれがある。そのため、高速化のために並列処理に
適した命令列が必要となり、コンパイラ等ソフトウェア
の負担が大きくなるという問題点がある。

【０００４】また、上記公知例のうち後者は、単一命令
を実行する際に複数の演算器を使用する方法の一例であ
り、ビット幅の大きいデータの演算が必要な場合に演算
器の有効利用が可能である。しかるに、このような構成
のマイクロプロセッサはパイプラインが１本であるた
め、基本的な命令実行の単位は１命令であって１命令ず
つ順番に実行することになるので、実行速度は上がらな
いという問題点がある。本発明の目的は、高機能命令を
有するＣＩＳＣ型マイクロプロセッサにおいて、パイプ
ライン処理により高機能命令を高速に実行できるように
することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目
的と新規な特徴については、本明細書の記述および添附
図面から明らかになるであろう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
のとおりである。すなわち、複数の命令デコーダと複数
の命令実行部により構成される複数のパイプラインを持
つマイクロプロセッサにおいて、各々のパイプラインを
独立に使用して複数命令を並列実行する機能と、複数の
パイプラインを同時に使用して単一命令を実行する機能
を設けるようにしたものである。

【０００６】また、上記機能を実現するため、各々のパ
イプラインに対応され各パイプラインの制御信号を生成
する命令デコーダと、複数のパイプラインの制御信号を
生成するマイクロ命令が格納された共通のマイクロプロ
グラムメモリ（以下、マイクロＲＯＭと称する）と、上
記命令デコーダからの制御信号と上記マイクロＲＯＭか
らの制御信号の一方を選択する選択回路とを設け、選択
回路で選択された出力をパイプラインの制御信号とす
る。これとともに、命令デコード後、デコードした命令
が１サイクルで実行可能な場合には、上記選択回路で命
令デコーダ出力を選択して各々の命令デコーダ出力で各
々のパイプラインを制御し、デコードした命令が実行に
２サイクル以上要する場合には、上記選択回路で最初の
サイクルのみ命令デコーダ出力を選択し、次のサイクル
以降命令が終了するまではマイクロＲＯＭから出力され
る制御信号を選択し続けて複数のパイプラインを一括制
御するようにした。

【０００７】

【作用】上記手段によれば、１サイクルで実行可能な単
純な命令は複数のパイプラインを独立に使用して並列実
行するとともに、大量のデータ処理や複雑な処理を必要
とする高機能命令は複数のパイプラインを同時に使用し
て実行する。そのため、単純命令と高機能命令が混在し
たプログラムを実行するＣＩＳＣ型マイクロプロセッサ
の高速化を図ることができる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に従って詳細に説
明する。図１は本発明の方式を適用したマイクロプロセ
ッサの一構成例を示す。特に制限されないが、図中、２
点鎖線１で囲まれた内部の各回路ブロックは単結晶シリ
コン基板のような一個の半導体チップ上において形成さ
れる。本実施例のマイクロプロセッサ１は、命令フェッ
チアドレスを発生するプログラムカウンタＰＣや使用頻
度の高いプログラムを格納する命令キャッシュメモリＣ
Ｍおよびその管理テーブルＴＢＬ、複数の命令を予め保
持する命令キューＩＱ等からなる命令フェッチ部１０
と、命令キューＩＱに取り込まれた命令を順次解読して
制御信号を発生する制御部１１と、図２に示されるよう
な演算器３１および３２やレジスタ３３等からなり命令
に対応した演算やデータの処理を行なう演算実行部３０
と、外部のメモリをアクセスするためのアドレスを発生
するアドレス計算器やアドレス入出力バッファ、データ
入出力バッファ等を有するメモリアクセス部３４とによ
り構成されている。

【０００９】図２には制御部１１および演算実行部３０
の一実施例を示す。本実施例の制御部１１および演算実
行部３０は、特に制限されないが、２本のパイプライン
（以下それぞれをパイプ０、パイプ１と呼ぶ）を備えて
いる。また、１命令は、特に制限されないが、１６ビッ
トで構成される。制御部１１は、２つの命令デコーダ１
２、１３と、主記憶装置２から供給されるマクロ命令に
対応したマイクロ命令群が格納された共通のマイクロＲ
ＯＭ１４と、マイクロＲＯＭ１４と命令デコーダ１２、
１３から出力される制御信号のいずれか選択するための
セレクタ１６、１７と、セレクタ１６、１７の制御信号
ｓｔおよびｖｓを形成するセレクタ制御部１５及び上記
命令デコーダ１２、１３またはマイクロＲＯＭ１４から
の制御信号を保持する制御情報バッファ１８、１９とに
より構成されている。

【００１０】上記セレクタ制御部１５は命令デコーダ１
２、１３およびマイクロＲＯＭ１４からの制御信号ｓｔ
ｄ０，ｓｔｄ１，ｉｔｙｐ０，ｓｔｒに従ってセレクタ
１６、１７に対し、命令デコ−ダの出力が有効なときに
は命令デコ−ダからの制御信号を、マイクロＲＯＭの出
力が有効なときにはマイクロＲＯＭに格納されたマイク
ロ命令に従った制御信号を選択させるようなセレクタ制
御信号を出力する。上記セレクタ制御部１５はパイプ１
を有効あるいは無効にする制御信号ｖｓを制御情報バッ
ファ１９へ出力し、この制御情報バッファ１９が保持し
ている制御信号は、上記制御信号ｖｓがパイプ１が有効
であることを示しているときに上記演算実行部３０に供
給される。

【００１１】演算実行部３０は、演算器３１，３２とレ
ジスタ部３３及びこれらを接続する内部バス３５，３
６，３７とにより構成されている。上記演算器３１，３
２はそれぞれパイプ０、パイプ１における演算を行な
う。レジスタ部３３は複数のレジスタからなり、パイプ
０とパイプ１で共有され、上記演算器３１，３２の演算
結果やメモリから読み込まれたデータを保持する。メモ
リアクセス部３４はデータを格納するデータキャッシュ
メモリを含み、主記憶装置２のアクセスに必要なアドレ
スを形成して出力し、主記憶装置２からのデータを適当
なタイミングで取り込む。上記制御部１１および演算実
行部３０は、互いに位相が１８０°ずれたクロック
φ₁，φ₂に同期して動作される。

【００１２】図１９（ａ）は命令デコ−ダ１２から出力
される制御信号（フィールド構成例）、図１９（ｂ）は
命令デコ−ダ１３から出力される制御信号（フィールド
構成例）、図２０はマイクロＲＯＭ１４から出力される
制御信号（フィールド構成例）を示す。図１９（ａ）お
よび図１９（ｂ）において、ｓｔｄ０，ｓｔｄ１は次の
サイクルで命令デコーダの制御信号とマイクロＲＯＭの
制御信号のどちらかを制御情報バッファ１８及び１９に
保持させるか、セレクタ１６，１７を選択するための選
択信号、ｉｔｙｐｉ（ｉ＝０，１，２……）はデコーダ
１２及び１３それぞれがデコードした命令が図１７に示
されるような命令の場合、第１オペコードであったかあ
るいは第２オペコードであったかを示す制御信号、ｄｓ
ｒｃｉは読み出すレジスタ番号を示す制御信号、ｅｔｙ
ｐｉは演算の種類を示す制御信号、ｅｓｉｚｉは演算の
サイズを示す制御信号、ｍｅｍｉはメモリアクセスの有
無を示す制御信号、ａｓｉｚｉはメモリアクセスサイズ
を示す制御信号、ｒｗはメモリのリードまたはライト、
ｓｒｅｇｉは書き込むレジスタ番号を示す制御信号、ｍ
ａｄｒはマイクロＲＯＭ１４に供給される信号であっ
て、次に読み出すマイクロＲＯＭアドレスである。

【００１３】図２０はマイクロＲＯＭの出力フィールド
構成例であり、命令デコーダ１２と１３の出力と同様な
フィールド構成とされたパイプ０およびパイプ１の制御
情報フィールド（制御信号）ｄｓｒｃｉ（ｉ＝０，１，
２……），ｅｔｙｐｉ，ｅｓｉｚｉ，ｍｅｍｉ，ａｓｉ
ｚｉ，ｒｗ，ｓｒｅｇｉ及びｍａｄｒの他に、どちらの
パイプで処理が終了したかを示す制御信号ｓｔｒと、特
殊な命令の制御用にメモリアクセス部３４で論理アドレ
スから物理アドレスへの変換を行なうか否かの指示や内
蔵キャッシュメモリのクリアなどの指示を行なう制御信
号ｍｉｓｃを含んでいる。

【００１４】この実施例のマイクロプロセッサにおける
パイプライン処理により命令の実行は、パイプ０、パイ
プ１それぞれステージＩ，Ｄ，Ｅ，Ａ，Ｓの５つのステ
ージに従って行なわれる（以下、この５ステージを命令
実行サイクルと称する）。具体的には、ステージＩで命
令のフェッチが、ステージＤでは命令のデコードとマイ
クロＲＯＭおよびレジスタの読出し、ステージＥでは演
算実行、ステージＡではメモリアクセスが、そしてステ
ージＳではレジスタストアが行なわれる。上記各ステー
ジは１クロックサイクルで順次移行する。

【００１５】次に図３を用いてこのマイクロプロセッサ
のパイプラインの動作を説明する。図３にはそれぞれ第
１のパイプラインと、第２のパイプラインのステージ構
成ＳＴＧ０，ＳＴＧ１が、図４にはそのタイミングチャ
ートが示されている。図３における破線はパイプライン
の各ステージで動作するハードウェアに対して制御部１
１から出力される制御信号を示す。本来これらは制御部
１１より各ステージのタイミングに応じて出力されるも
のであるが、パイプラインとハードウェア動作の対応、
及び制御部がパイプライン全体を制御する様子を理解し
やすくするため、このような表現の図面とした。

【００１６】ここで、先ず一方のパイプラインにおける
命令実行サイクルについて説明する。命令キューＩＱ
は、メモリから取り出した命令コードを保持しておき、
第１のステージＩで、制御部１１からの要求に従い連続
する２命令を制御部１１に送る。メモリからの命令フェ
ッチは外部バスがオペランドフェッチなどで使用されて
いない期間に随時行われ、命令キューＩＱが一杯になっ
たら終了する。第２のステージＤでは、制御部１１内の
デコーダ１２，１３で連続する２命令を同時にデコード
し、パイプ０とパイプ１の各々のステージＥ、Ａ、Ｓで
の制御信号を生成する。生成された制御信号は制御部内
のバッファ１８，１９にラッチされ、クロックφ１，φ
２に従って各ステージＥ、Ａ、Ｓの実行タイミングに合
わせて演算実行部３０に出力される。

【００１７】すなわち、ステージＥの制御信号は直ちに
出力され、ステージＡの制御信号は１クロックサイクル
遅れて、またステージＳの制御信号は２クロックサイク
ル遅れて出力される。また、ステージＩ、Ｄの制御信号
は直ちに出力されて次の命令実行サイクルのＩ、Ｄステ
ージを制御する。ここで次の命令実行サイクルとは、各
ステージが現在実行中の命令実行サイクルより１クロッ
クサイクルずつ遅れて実行されるものを指す。

【００１８】命令キューＩＱに対しては、次に転送すべ
き命令コードの先頭アドレスを示すポインタを出力する
ことによって次の命令実行サイクルのステージＩを制御
する。上記ステージＤでの命令デコードの結果、マイク
ロＲＯＭを使用する命令であった場合には次の命令実行
サイクルのステージＤでマイクロＲＯＭ１４から制御情
報を読み出すよう制御部自身を制御する。デコードされ
た命令がレジスタ読み出しを必要とする場合には、ステ
ージＤの後半でレジスタ部３３から内部バス３６を介し
て演算器３１、３２へ転送する。命令コードにイミディ
エイトデータやアドレッシングモードのディスプレース
メントが含まれる場合には、それらは制御部１１に供給
される命令コードから切り出されて、命令キューＩＱか
らダイレクトに内部バス３５に供給され、さらに演算実
行部３０へ転送される。

【００１９】第３のステージＥでは内部バス３５のデー
タに対する演算が演算器３１、３２によって実行され、
その結果は内部バス３７に出力される。第４のステージ
Ａでは内部バス３７のデータを使用してメモリアクセス
部３４がメモリのアクセスを行なう。メモリフェッチの
場合、メモリアクセス部３４は主記憶装置２からフェッ
チしたデータを内部バス３５に出力する。ステージＥで
の演算結果をレジスタ部３３に格納する場合には、内部
バス３７のデータをメモリアクセス部３４を素通りさせ
て直接内部バス３５上へ出力する。第５のステージＳで
は内部バス３５上のデータをレジスタ部３３に格納す
る。

【００２０】次に、パイプライン処理について説明す
る。命令キューＩＱにとりこまれた連続する２命令は、
それぞれ命令デコ−ダ１２、１３に供給される。デコー
ドされた２命令がマイクロＲＯＭ１４を使わずに実行可
能な場合には、命令デコ−ダ１２、１３からパイプ０、
１の制御信号を出力すると共にセレクタ制御部１５に対
し次のサイクルもデコーダ出力を選択するように指示す
る。これにより次のサイクルでもＤステージで次の２命
令をデコードし、デコーダ出力によりパイプラインを制
御する。

【００２１】パイプ０またはパイプ１の命令がマイクロ
ＲＯＭ１４を使用する場合には、命令デコーダ１２また
は１３は実行中のパイプラインの制御信号を出力すると
共にマイクロＲＯＭ１４のアドレスを出力し、セレクタ
制御部１５に対し次のサイクルにはマイクロＲＯＭ１４
の出力を選択するように指示する。これにより次のサイ
クルではマイクロＲＯＭ１４から読み出した制御信号で
パイプラインを制御する。マイクロＲＯＭ１４の出力に
従った処理では、マイクロＲＯＭ１４から２本のパイプ
ラインの制御信号を読み出す。マイクロＲＯＭ１４の出
力は、次に読み出すマイクロＲＯＭアドレスと共に、セ
レクタ制御部１５に対し次のサイクルもマイクロＲＯＭ
１４の出力を選択するように指示する。マイクロプログ
ラムの最終ステップでは、セレクタ制御部１５に対し次
のサイクルにはデコーダ出力を選択するように指示す
る。これによりマイクロ処理終了後、次の命令の実行が
可能となる。

【００２２】マイクロＲＯＭ１４を使わずに実行される
命令は、一般に１命令サイクルで実行可能な命令であ
る。１命令サイクルで実行可能とは、ＩステージからＳ
ステージまでを一通り実行すれば命令の機能を実現でき
ることであり、パイプライン処理を行なっているため実
際には１命令あたり１クロックサイクルで処理できるこ
とを意味する。マイクロＲＯＭ１４を使用して実行され
る命令は、一般に複数命令サイクルの実行時間が必要な
命令である。すなわちＩステージからＳステージまでの
処理を複数回実行する必要がある命令であり、このよう
な命令には、大量のデータ処理や、複雑な処理を必要と
するものが多い。以下１サイクルで実行可能な命令を単
純命令、実行に複数サイクル必要な命令を高機能命令と
呼ぶ。ただし単純命令の場合、アドレッシングモードに
よってはアドレス計算やメモリアクセスのために２サイ
クル以上かかる場合があるが、最短の実行時間が１サイ
クル要する命令という意味である。

【００２３】パイプ０、１が処理する命令（命令デコー
ダ１２および１３でデコードされた命令）が共に単純命
令の場合には、セレクタ制御部１５からのセレクタ制御
信号ｓｔに従い、次の命令デコードサイクルも命令デコ
ーダ１２または１３の出力が選択される。パイプ０が処
理する命令（命令デコーダ１２でデコードされた命令）
が単純命令でパイプ１が処理する命令（命令デコーダ１
３でデコードされた命令）が高機能命令の場合、次のサ
イクルからセレクタ１６、１７がマイクロＲＯＭ１４の
出力を選択し、パイプ１のデコーダ１３でデコードした
命令の処理を２本のパイプを同時に使用して実行する。

【００２４】一方、パイプ０が処理する命令（命令デコ
ーダ１２でデコードされた命令）が高機能命令の場合に
は、パイプ１のデコーダ１３でデコードした命令の実行
は延期され、パイプ０の命令のマイクロ処理終了後に実
行開始する。すなわち、制御情報バッファ１９は、セレ
クタ制御部１５からパイプ１が無効であることを示して
いる制御信号ｖｓが供給され、制御情報バッファ１９に
保持されている制御信号は演算部３０に供給されない。

【００２５】そして、パイプ０の命令のマイクロ処理の
終了後、最初にパイプ１のデコーダ１３でデコードした
命令を改めてパイプ０のデコーダ１２あるいはパイプ１
のデコーダ１３でデコードする。どちらでデコードする
かはマイクロ処理がどちらのパイプで終了したかによ
る。マイクロＲＯＭ１４から読み出された制御情報は通
常パイプライン２本分を制御するが、マイクロ処理の最
終ステップがパイプ０のみで実行可能である場合、マイ
クロＲＯＭ１４からその旨指示することにより次の命令
をパイプ１から実行開始でき、パイプラインの空きをな
くせる。マイクロの最終ステップが両パイプを使用する
場合、最初にパイプ１でデコードした命令をパイプ０の
デコーダ１２に改めて入力するように命令キューに指示
する。

【００２６】図５〜図１１は、単純命令のパイプライン
処理の具体例を示したものである。パイプラインの使用
方法は命令の種類やアドレッシングモード等によって異
なるが、基本的には図５〜図１１に示した７つの形式に
分けられる。各図において、上段はパイプ０のステージ
を、下段はパイプ１のステージを現わしている。（ａ）図５はレジスタ→レジスタ転送命令の場合であ
る。Ｄステージの後半でレジスタ部３３内の指定レジス
タＲｎから読み出したデータを内部バス３６に出力す
る。Ｅステージで内部バス３６のデータを演算器３１ま
たは３２を素通りさせて内部バス３７に出力する。Ａス
テージで内部バス３７のデータをメモリアクセス部３４
を素通りさせて内部バス３５に出力する。そして、Ｓス
テージで内部バス３５上のデータを指定レジスタＲｎに
格納する。

【００２７】（ｂ）図６はレジスタ→主記憶装置（メモ
リ）転送命令の場合である。Ｄステージの後半で、命令
で指定された指定レジスタＲｍおよびＲｎからの読み出
しを行ない、読み出したそれぞれのデータを内部バス３
６に出力する。Ｅステージでは、指定レジスタＲｍから
読み出されたデータを演算器３１に入力し、そのまま素
通りさせて内部バス３７上に出力し、指定レジスタＲｎ
から読み出されたデータは演算器３１で所定演算が行な
われ、演算器３１は演算結果を指定レジスタＲｍから読
み出されたデータのストアアドレスとして、内部バス３
７に出力される。Ａステージでは内部バス３７上のデー
タをメモリアクセス部３４が上記ストアアドレスに従い
メモリに格納する。Ｓステージでは何も行わない。ま
た、上記実施例では、指定レジスタＲｎのデータをスト
アアドレス用として読み出しているが、上記指定レジス
タを使用せず、命令キューＩＱから内部バス３６にダイ
レクトにストアアドレスが出力されても良い。

【００２８】（ｃ）図７はメモリ→レジスタ転送命令の
場合である。Ｄステージでアドレス計算に必要なレジス
タ値、ディスプレースメント値を内部バス３６に出力す
る。Ｅステージでは演算器３１または３２がアドレス計
算のみを行ない、結果を内部バス３７に出力する。Ａス
テージでは内部バス３７上のデータをアドレスとしてメ
モリアクセス部３４がメモリをアクセスする。そのアク
セスの結果、主記憶装置２から読み出されたデータをメ
モリアクセス部３４がフェッチし、フェッチしたデータ
を内部バス３５上に出力する。Ｓステージでは内部バス
３５上のデータを命令で指定された指定レジスタＲｎに
格納する。

【００２９】（ｄ）図８はメモリ→メモリ転送命令の場
合である。メモリ→メモリ転送命令は１６ビット長のオ
ペコードが２つあるため、２回に分けてデコードする必
要がある。１回目のデコード結果ではメモリからデータ
を取り出す制御を行ない、２回目のデコード結果ではメ
モリにデータを格納する制御を行なう。メモリアクセス
部３４がメモリから取り込んだデータを内部バス３５上
に出力するまでは図７と同じである。内部バス３５上の
データを演算器３１あるいは３２を通してメモリへ格納
する処理は図６と同じである。メモリアクセス部３４に
フェッチされたデータがＥステージで使用可能になるま
で待つため、間に何もしない命令実行サイクルがある。
間に何もしないステージを挿入する制御は、制御部１１
が命令デコーダ１２，１３でのデコード結果に基づいて
行なう。

【００３０】（ｅ）図９はレジスタ間演算命令の場合で
ある。Ｄステージの後半で、命令で指定された指定レジ
スタＲｍおよびＲｎからデータの読み出しが行なわれ、
読み出されたデータは内部バス３６に出力される。Ｅス
テージでは、内部バス３６のデータを演算器３１に入力
して演算を実行し、演算結果を演算器３１は内部バス３
７に出力する。Ａステージでは内部バス３７のデータを
メモリアクセス部３４を通してそのまま内部バス３５に
出力する。Ｓステージで内部バス３５上のデータを、命
令で指定された指定レジスタＲｎに格納する。

【００３１】（ｆ）図１０はレジスタ・メモリ間演算命
令の場合である。最初の命令実行サイクルではメモリか
らオペランドを取り出す処理のみ行なう。つまり、図７
の命令と同様にＥステージでアドレス計算を行ない、Ａ
ステージではメモリからのデータフェッチを行なう。フ
ェッチされたデータは内部バス３５に出力され、また命
令で指定された指定レジスタＲｎ内のデータは内部バス
３６に出力される。Ｅステージで内部バス３５および３
６のデータを演算器３１に入力し、演算を実行する。そ
の後Ａステージで図６の命令と同様に演算結果をメモリ
に格納する。

【００３２】（ｇ）図１１はメモリ・メモリ間演算命令
の場合である。この命令は１６ビット長のオペコードが
２つあるため、命令を２回に分けてデコードする必要が
ある。１回目のデコードでメモリから読み出されたデー
タは、メモリアクセス部３４で一度フェッチされ、その
後命令で指定されるレジスタ３３内の指定レジスタｔｒ
ｏに格納される。２回目のデコードでもう一つのデータ
がメモリから読みだされ、メモリアクセス部３４でフェ
ッチされる。その後指定レジスタｔｒｏ内のデータとメ
モリアクセス部３４でフェッチされているデータは、内
部バス３５及び３６に出力され、演算器３１あるいは３
２で演算される。最後に演算結果が命令で指定されるメ
モリ内の所定アドレスに格納される。この制御はマイク
ロＲＯＭ１４から読み出された信号により行なう。

【００３３】図１２は、メモリ内のデータと命令中のイ
ミディエイトデータを比較し、その結果をフラグに反映
する”ＣＭＰ命令のパイプライン処理を示す。この処理
は図１０のレジスタ・メモリ間演算命令と同様である
が、結果をレジスタやメモリに格納せず演算器３１また
は３２内のフラグに結果を反映して処理を終了する。図
１３はマイクロＲＯＭ１４を使用する高機能命令の例で
あり、メモリの２つの領域から１６ビット単位で連続し
てデータを読み出して比較し、ある条件が成立した場合
に条件の成立したアドレスをレジスタにセットして終了
する命令ＳＣＭＰのパイプライン処理が示されている。

【００３４】この命令ＳＣＭＰは、レジスタＲ０を先頭
アドレスとするメモリ領域からフェッチしたデータｓｒ
ｃ１と、レジスタＲ１を先頭アドレスとするメモリ領域
からフェッチしたデータｓｒｃ２とを比較し、データ
ｓｒｃ１とｓｒｃ２が不一致の場合、データｓｒｃ１
とレジスタＲ３の値の間にある条件が成立した場合、及
びレジスタＲ２で指定したデータ数だけ比較を完了し
た場合に処理を終了する。終了する前に最後に比較した
データの次のアドレスをレジスタＲ０、Ｒ１に格納する
という命令である。

【００３５】命令デコーダ１２または１３は、命令ＳＣ
ＭＰをデコードすると、これが高機能命令であることを
知り、最初のステージの制御情報を出力するとともに、
次に読み出すマイクロＲＯＭアドレスをマイクロＲＯＭ
１４に送る。以降はマイクロプログラム・シーケンスに
制御を移し、一連の処理が終了するまでマイクロＲＯＭ
１４から読み出した情報で２本のパイプラインを同時に
制御する。データのフェッチ、比較は２本のパイプライ
ンを使用して６４ビット同時に実行可能であるため、従
来１６ビット単位で行なっていた場合と比べ４倍高速に
なる。

【００３６】具体的には、最初のステップ９０１で命令
のデコードを行ない、マイクロプログラム処理を起動す
る。次のステップ９０２以降ではマイクロＲＯＭから読
み出した制御情報でパイプラインを制御する。ステップ
９０２では、レジスタＲ０の値をアドレスとしてメモリ
から６４ビットフェッチし、レジスタ３３内の３２ビッ
トレジスタｔｒ０、ｔｒ１に格納する。ステップ９０３
では、レジスタＲ１の値をアドレスとしてメモリから６
４ビットのデータをフェッチするとともに、レジスタＲ
２をデクリメントし、Ｒ２が負になったら終了する。終
了の場合は次に読み出すＲＯＭアドレスを変更してステ
ップ９０９の実行に制御を移す。

【００３７】ステップ９０４では、ステップ９０２でフ
ェッチして内部バス３５に出力したデータとレジスタＲ
３の値を比較する。比較の結果ある条件が成立した場合
に終了する。ステップ９０５では、ステップ９０３でフ
ェッチして内部バス３５に出力したデータとレジスタｔ
ｒ０、ｔｒ１の値を比較し、不一致ならば終了する。ス
テップ９０６以降はステップ９０３〜９０５の処理を終
了条件が成立するまで繰返す。ステップ９０９は終了処
理を行なうステップであり、最後に比較したデータの次
のアドレスをレジスタＲ０、Ｒ１に格納してマイクロ処
理を終了する。

【００３８】図１４には単純命令と高機能命令が混在し
ている場合のパイプライン処理の例が示されている。こ
の例は、命令１と命令２及び命令４、命令５が、２命令
並列実行可能な単純命令であり、命令３がマイクロＲＯ
Ｍを使用し複雑な処理をする高機能命令である。マイク
ロプロセッサは、命令１、２のデコードを１サイクルで
実行した後、命令３、４を同時にデコードすると、命令
３がマイクロＲＯＭを使用する命令であることを知り、
命令４のデコード結果をキャンセルする。これは、セレ
クタ制御部１５によって制御情報バッファ１９の出力を
禁止することにより行われる。

【００３９】その後、次の命令実行サイクルからマイク
ロＲＯＭ１４がアクセスされ、マイクロ処理が開始され
る。そして、命令３のマイクロ処理が終了すると、その
最終ステップで次の命令のフェッチが指示される。命令
３の処理がパイプ０とパイプ１の両方を使ってなされて
いたため、次のＩステージでは前回キャンセルされた命
令４とその次の命令５を同時にフェッチする。命令４と
命令５は単純命令であるため、それぞれパイプ０とパイ
プ１で並列実行される。

【００４０】図１５〜図１７には命令の構成例が示され
ている。このうち、図１５および図１６はオペレーショ
ンコード（以下、オペコードと称する）が１ワード（１
６ビット）以内に収まる短縮形命令を、また図１７はオ
ペコードが２ワード（３２ビット）にまたがっている一
般形命令を示す。図において、ＯＰはオペコードの入る
オペコード・フィールド、ＡＤＭはアドレッシング・モ
ードを指定するコードの入るアドレッシング・モード指
定フィールド、ＤＳＺはデータサイズを指定するコード
の入るデータサイズ指定フィールド、またＥＸＴはディ
スプレースメント値やイミーディエイト値が入る拡張部
である。

【００４１】図１６の命令は、デコーダ１２または１３
が命令の先頭１６ビットをデコードすることで、次の３
２ビットは拡張部でありデコードする必要のないことを
知り、パイプライン処理の制御情報を出力すると共に次
の３２ビットのコードのデコードを行なわない。この実
施例のマイクロプロセッサにあっては、上記命令のうち
短縮形命令はパイプ０のデコーダ１２またはパイプ１の
デコーダ１３に供給されて１つのパイプラインによって
処理される。一方、一般形命令の第１オペコードＯＰ，
ＯＰ１はパイプ０とパイプ１の両方のデコーダ１２，１
３のいずれによってもデコードされるが、図１７に示さ
れているような第２オペコードＯＰ２はパイプ０のデコ
ーダ１２によってのみデコードされる。

【００４２】図１８は命令デコーダ１２、１３の内部構
成図を示す。この実施例では、パイプ０のデコーダ１２
は第１オペコードデコーダＩＤ０１と第２オペコードデ
コーダＩＤ０２とより構成される。そして、１６ビット
長のオペコードを２つ持つ３２ビット長の命令（図１７
参照）の第２オペコードは第２オペコードデコーダＩＤ
０２でのみデコード可能となっている。パイプ１のデコ
ーダ１３はパイプ０の第１オペコードデコーダＩＤ０１
と同一構成になっている。命令キューＩＱから３２ビッ
ト（２命令）一度に送られた命令コードは１６ビットず
つに分けられて最初の１６ビットがパイプ０のデコーダ
１２に、次の１６ビットがパイプ１のデコーダ１３に入
力される。

【００４３】第１オペコードがパイプ０のデコーダ１２
に、また第２オペレコードがパイプ１のデコーダ１３に
入力されたとすると、第１オペコードは第１オペコード
デコーダＩＤ０１でデコードされ、その出力によりその
時のパイプ１のデコーダ１３のデコード結果はキャンセ
ルされ、実行不能されるようになっている。また、デコ
ーダ１２による第１オペコードデコード結果は制御情報
バッファ１８に保持される。そして、パイプ０のフェッ
チ命令が第１オペコードであることが分かると制御部１
１は命令キューＩＱに対して第２オペコードの先頭アド
レスを示すポインタを送る。命令キューＩＱは次のＩス
テージで第２オペコードから始まる３２ビットのコード
を制御部１１に転送する。

【００４４】これにより第２オペコードはパイプ０のデ
コーダ１２内の第２オペコードデコーダＩＤ０２によっ
てデコードされ、実行される。これは一見性能低下をま
ねくように見えるが、もともとオペコードを２つ持つ命
令はアドレッシングモードの汎用性を高める目的で作ら
れており、性能面では期待されていない。むしろ、パイ
プ１のデコーダ１３から第２オペコード用デコーダを１
つ省略したことによる面積減少の効果がある。

【００４５】第１オペコードがパイプ０でデコードさ
れ、次のＩステージで第２オペコードがデコーダ１２に
供給されるときそのオペコードは第１オペコードデコー
ダＩＤ０１と第２オペコードデコーダＩＤ０２の両方に
入るが、第２オペコードデコーダＩＤ０２のデコード結
果がセレクタ１６によって選択され、第１オペコードデ
コーダＩＤ０１のデコード結果は阻止されることにより
無効とされる。このとき、次の命令が単純命令であれ
ば、次の命令もパイプ１のデコーダ１３でデコードされ
てパイプ１で実行される。一方、最初の第１オペコード
がパイプ１のデコーダ１３に、また第２オペレコードが
パイプ０のデコーダ１２に入力されたとすると、第１オ
ペコードはパイプ１のデコーダ１３で、また第２オペレ
コードは第１オペコードデコーダ１２Ａでそれぞれ同時
にデコードされ、実行される。

【００４６】図２２は、本発明に係るセレクタ制御部１
５の構成例を示すブロック図である。セレクタ制御部１
５は、デコード部ＤＥＣおよびラッチ部ＬＴを有する。
デコード部ＤＥＣには、前記デコーダ１２から制御信号
ｓｔｄ０およびｉｔｙｐ０が、またデコーダ１３から制
御信号ｓｔｄ１が、さらにマイクロＲＯＭ１４から制御
信号ｓｔｒが供給され、上記各制御信号がデコードされ
て、制御信号ｓｔおよびｖｓが発生される。ラッチ部Ｌ
Ｔは、次のサイクルでセレクタ１６と１７がデコーダ１
２と１３の出力とマイクロＲＯＭ１４の出力のどちらを
選択するかを示す上記制御信号ｓｔを１サイクルの間保
持した後、出力する。上記制御信号ｓｔは、現在のデコ
ードサイクル（最初のデコードサイクル）でセレクタ１
６と１７の出力が、デコーダ１２と１３からの制御信号
とマイクロＲＯＭ１４からの制御信号のどちらを選択し
ているか示す。制御信号ｖｓが“１”を示しているとき
は、制御情報バッファ１９で保持されている制御信号は
所定のタイミングで演算部３０に出力される。制御信号
ｖｓが“０”を示しているときは、制御情報バッファ１
９に保持されている制御信号は演算部３０に出力されな
い。

【００４７】表１は、上記セレクタ制御部１５に入出力
される上記各制御信号とそれによって指定される制御内
容との関係を示す。

【表１】

【００４８】表１において、符号Ｄは、セレクタ１６と
１７がデコーダ１２と１３からの制御信号を選択するこ
とを表わし、符号Ｒは、セレクタ１６と１７がマイクロ
ＲＯＭ１４からの制御信号を選択することを表わす。ま
た、符号ＯＰ１は、デコーダ１２が第１オペコードをデ
コードしたことを表わし、符号ＯＰ２は、デコーダ１２
が第２オペコードをデコードしたことを表わす。符号ｓ
ｔｄ０，ｓｔｄ１，ｓｔｒおよびｉｔｙｐ０は図２２の
デコード部ＤＥＣに供給される制御信号、また符号ｎｓ
は上記デコード部ＤＥＣからラッチ部ＬＴに供給される
信号で、次のデコードサイクル（最初のデコードサイク
ルから１サイクル遅れたデコードサイクル）でセレクタ
１６と１７の出力が、デコーダ１２と１３からの制御信
号とマイクロＲＯＭ１４からの制御信号のどちらを選択
するか（“ｎｅｘｔｓｔａｔｅ”）を示している。ま
た、符号ｓｔおよびｖｓはセレクタ制御部１５から出力
される制御信号である。

【００４９】表１中の制御状態（１）は、セレクタ制御
部１５にセレクタ１６と１７に対してそれらがデコーダ
１２と１３からの制御信号を選択するよう指令する制御
信号ｓｔｄ０（Ｄ）およびｓｔｄ１（Ｄ）が供給されて
いることを表わしている。これとともに、表１中の制御
状態（１）より、セレクタ制御部１５には、デコーダ１
２が第１オペコードをデコードしたことを示す制御信号
ｉｔｙｐ０（ＯＰ１）が供給されていることが分かる。
また、現在のデコードサイクルにおいて、セレクタ１６
と１７にデコーダ１２と１３からの制御信号を選択させ
るため、セレクタ制御部１５がセレクタ１６と１７に対
して制御信号ｓｔ（Ｄ）を出力している。さらに、セレ
クタ制御部１５から出力される制御信号ｖｓが“１”を
示しているので、制御情報バッファ１９に保持されてい
る制御信号が所定のタイミングで演算部３０に出力され
ることが分かる。また、次のサイクルにおいてもセレク
タ１６と１７がデコーダ１２と１３からの制御信号を選
択させるため、ラッチ部ＬＴに“ｎｅｘｔｓｔａｔ
ｅ”として“Ｄ”がセットされている。従って、次のサ
イクルにおいても制御情報バッファ１８および１９に
は、デコーダ１２と１３からの制御信号が供給される。

【００５０】表１中の制御状態（２）は、セレクタ制御
部１５にセレクタ１６に対してそれがマイクロＲＯＭ１
４からの制御信号を選択するよう指令する制御信号ｓｔ
ｄ０（Ｒ）が供給されていることを表わしている。これ
とともに、表１中の制御状態（２）より、現在のデコー
ドサイクルにおいて、セレクタ１６にデコーダ１２から
の制御信号を選択させるため、セレクタ制御部１５がセ
レクタ１６に対して制御信号ｓｔ（Ｄ）を出力している
ことが分かる。しかし、次のサイクルにおいてセレクタ
１６にマイクロＲＯＭ１４からの制御信号を選択させる
ため、ラッチ部ＬＴに“ｎｅｘｔｓｔａｔｅ”として
“Ｒ”がセットされている。従って、次のサイクルから
は制御情報バッファ１８および１９には、マイクロＲＯ
Ｍ１４からの制御信号が供給される。さらに、セレクタ
制御部１５から出力される制御信号ｖｓが“０”を示し
ているときは、演算器３２，レジスタ３３やメモリアク
セス部３４にその０（ロウレベル）の制御信号が供給さ
れ、演算器３２，レジスタ３３やメモリアクセス部３４
はそれらに供給される各種制御信号に従って動作しない
よう無効化される。

【００５１】表１中の制御状態（３）は、セレクタ制御
部１５にセレクタ１６に対してそれがデコーダ１２から
の制御信号を選択するよう指令する制御信号ｓｔｄ０
（Ｄ）およびセレクタ１７に対してそれがマイクロＲＯ
Ｍ１４からの制御信号を選択するよう指令する制御信号
ｓｔｄ１（Ｒ）が供給されていることを表わしている。
これとともに、表１中の制御状態（３）より、セレクタ
制御部１５には、デコーダ１２が第１オペコードをデコ
ードしたことを示す制御信号ｉｔｙｐ０（ＯＰ１）が供
給されていることが分かる。現在のデコードサイクルに
おいて、セレクタ１６および１７にデコーダ１２および
１３からの制御信号を選択させるため、セレクタ制御部
１５がセレクタ１６に対して制御信号ｓｔ（Ｄ）を出力
していることが分かる。さらに、セレクタ制御部１５か
ら出力される制御信号ｖｓが“１”を示しているので、
制御情報バッファ１９に保持されている制御信号は所定
のタイミングで演算部３０に出力される。また、次のサ
イクルにおいてセレクタ１６および１７にマイクロＲＯ
Ｍ１４からの制御信号を選択させるため、ラッチ部ＬＴ
に“ｎｅｘｔｓｔａｔｅ”として“Ｒ”がセットされ
ている。従って、次のサイクルからは制御情報バッファ
１８および１９には、マイクロＲＯＭ１４からの制御信
号が供給されることが分かる。

【００５２】表１中の制御状態（４）は、セレクタ制御
部１５にセレクタ１６に対してそれがデコーダ１２から
の制御信号を選択するよう指令する制御信号ｓｔｄ０
（Ｄ）およびデコーダ１２が第２オペコードをデコード
したことを示す制御信号ｉｔｙｐ０（ＯＰ２）が供給さ
れていることを表わしている。表１中の制御状態（４）
より、現在のデコードサイクルにおいて、セレクタ１６
および１７にデコーダ１２および１３からの制御信号を
選択させるため、セレクタ制御部１５がセレクタ１６に
対して制御信号ｓｔ（Ｄ）を出力していることが分か
る。また、次のサイクルにおいてもセレクタ１６がデコ
ーダ１２からの制御信号を選択させるため、ラッチ部Ｌ
Ｔに“ｎｅｘｔｓｔａｔｅ”として“Ｄ”がセットさ
れている。従って、次のサイクルにおいても制御情報バ
ッファ１８および１９には、デコーダ１２と１３からの
制御信号が供給される。さらに、セレクタ制御部１５か
ら出力される制御信号ｖｓが“０”を示しているので、
制御情報バッファ１９に保持されている制御信号が演算
部３０に出力されないことが分かる。

【００５３】表１中の制御状態（５）は、セレクタ制御
部１５にセレクタ１６と１７に対してそれらがデコーダ
１２と１３からの制御信号を選択するよう指令する制御
信号ｓｔｒ（Ｄ）が供給されていることを表わしてい
る。これとともに、表１中の制御状態（５）より、現在
のデコードサイクルにおいて、セレクタ１６と１７にマ
イクロＲＯＭ１４からの制御信号を選択させるため、セ
レクタ制御部１５がセレクタ１６と１７に対して制御信
号ｓｔ（Ｒ）を出力していることが分かる。さらに、セ
レクタ制御部１５から出力される制御信号ｖｓが“１”
を示しているので、制御情報バッファ１９に保持されて
いる制御信号が所定のタイミングで演算部３０に出力さ
れることが分かる。また、次のサイクルにおいてもセレ
クタ１６と１７がデコーダ１２と１３からの制御信号を
選択させるため、ラッチ部ＬＴに“ｎｅｘｔｓｔａｔ
ｅ”として“Ｄ”がセットされている。従って、次のサ
イクルにおいては制御情報バッファ１８および１９に
は、デコーダ１２と１３からの制御信号が供給される。

【００５４】表１中の制御状態（６）は、セレクタ制御
部１５にセレクタ１６と１７に対してそれがマイクロＲ
ＯＭ１４からの制御信号を選択するよう指令する制御信
号ｓｔｒ（Ｒ）が供給されていることを表わしている。
これとともに、表１中の制御状態（６）より、現在のデ
コードサイクルにおいて、セレクタ１６と１７にデコー
ダ１２からの制御信号を選択させるため、セレクタ制御
部１５がセレクタ１６と１７に対して制御信号ｓｔ
（Ｒ）を出力していることが分かる。さらに、セレクタ
制御部１５から出力される制御信号ｖｓが“１”を示し
ているので、制御情報バッファ１９に保持されている制
御信号が所定のタイミングで演算部３０に出力されるこ
とが分かる。また、次のサイクルにおいてはセレクタ１
６と１７がデコーダ１２と１３からの制御信号を選択さ
せるため、ラッチ部ＬＴに“ｎｅｘｔｓｔａｔｅ”と
して“Ｒ”がセットされている。従って、次のサイクル
においては制御情報バッファ１８および１９には、デコ
ーダ１２と１３からの制御信号が供給される。

【００５５】図２１は本発明の方式によるマイクロプロ
セッサを用いたシステムの構成例を示すブロック図であ
る。このマイクロプロセッサ・システムは、マイクロプ
ロセッサ本体１、主記憶装置２、入出力装置３及びこれ
らを接続するインタフェースバス４より構成される。入
出力装置３にはキーボードのような入力操作装置５とプ
ログラムやデータが格納された２次記憶装置としての磁
気記憶装置６、出力装置としてのプリンタ７およびＣＲ
Ｔ表示装置８等が接続されている。２次記憶装置６内の
プログラムやデータは入出力装置３を介して主記憶装置
２に格納され、マイクロプロセッサ１が主記憶装置２か
らプログラム（マクロ命令）を読み出し実行する。実行
結果は主記憶装置２に格納されるとともに、必要に応じ
て入出力装置３を介してプリンタ７やＣＲＴ表示装置８
に出力される。

【００５６】以上述べたように、複数の命令デコーダと
複数の命令実行部により構成される複数のパイプライン
を持つマイクロプロセッサにおいて、各々のパイプライ
ンを独立に使用して複数命令を並列実行する機能と、複
数のパイプラインを同時に使用して単一命令を実行する
機能を備えることにより、１サイクルで実行可能な単純
な命令は複数のパイプラインを独立に使用して並列実行
できるとともに、大量のデータ処理や複雑な処理を必要
とする高機能命令は複数のパイプラインを同時に使用し
て高速に実行することが可能となる。

【００５７】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上
記実施例ではパイプ０の命令デコーダ１２のみを第１オ
ペコード用デコーダ１２Ａと第２オペコード用デコーダ
１２Ｂとで構成したが、パイプ１の命令デコーダ１３も
第１オペコードと第２オペコードの両方をデコードでき
るように構成しても良い。また、上記実施例において高
機能命令の場合には、制御情報バッファ１９が保持して
いる制御信号を演算部３０に供給しないようにしている
が、その代わりにレクタ１７がデコーダ１３及びマイク
ロＲＯＭ１４からの制御信号を制御情報バッファ１９お
よび演算部３０に出力しないようにしてもよい。以上の
説明では主として本発明者によってなされた発明をその
背景となった利用分野であるＣＩＳＣ型マイクロプロセ
ッサに適用した場合について説明したがこの発明はそれ
に限定されるものでなく、パイプライン処理方式のマイ
クロプロセッサ一般に利用することができる。

【００５８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。すなわち、１サイクルで実行可能な単
純命令は複数のパイプラインを独立に使用して並列実行
できるとともに、大量のデータ処理や複雑な処理を必要
とする高機能命令は複数のパイプラインを同時に使用し
て高速に実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロプロセサの構成例を示す
ブロック図である。

【図２】本発明に係るマイクロプロセサの制御部と実行
部の構成例を示すブロック図である。

【図３】本発明に係るマイクロプロセッサの全体構成と
パイプラインの流れを示す図である。

【図４】制御部からの制御情報の出力タイミングおよび
演算実行部でのデータ入出力タイミングを示すタイミン
グチャートである。

【図５】単純命令のパイプライン処理の一例を示す図で
ある。

【図６】単純命令のパイプライン処理の他の例を示す図
である。

【図７】単純命令のパイプライン処理の他の例を示す図
である。

【図８】単純命令のパイプライン処理の他の例を示す図
である。

【図９】単純命令のパイプライン処理の他の例を示す図
である。

【図１０】単純命令のパイプライン処理の他の例を示す
図である。

【図１１】高機能単純命令のパイプライン処理の例を示
す図である。

【図１２】ＣＭＰ命令のパイプライン処理を示す図であ
る。

【図１３】高機能命令のパイプライン処理の例を示す図
である。

【図１４】単純命令と高機能命令のパイプライン処理の
例を示す図である。

【図１５】短縮形命令のフィールド構成の一例を示す図
である。

【図１６】短縮形命令のフィールド構成の他の例を示す
図である。

【図１７】一般形命令のフィールド構成の他の例を示す
図である。

【図１８】本発明に係るマイクロプロセッサの命令デコ
ーダ部の構成例を示すブロック図である。

【図１９】命令デコーダの出力のフィールド構成例を示
す図である。

【図２０】マイクロＲＯＭの出力のフィールド構成例を
示す図である。

【図２１】本発明に係るマイクロプロセッサを用いたシ
ステム構成例を示すブロック図である。

【図２２】本発明に係るマイクロプロセッサのセレクタ
制御部の構成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１マイクロプロセッサ２主記憶装置３入出力装置４インタフェースバス１０命令フェッチ部１１制御部１２パイプ０デコーダ１２Ａ第１オペコードデコーダ１２Ｂ第２オペコードデコーダ１３パイプ１デコーダ１４マイクロＲＯＭ１５セレクタ制御部１６パイプ０出力セレクタ１７パイプ１出力セレクタ１８パイプ０制御情報バッファ１９パイプ１制御情報バッファ３１パイプ０演算器３２パイプ１演算器３３レジスタ３４メモリアクセス部３５，３６，３７内部バス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の命令デコーダと複数の命令実行手
段とにより構成される複数のパイプラインを持つマイク
ロプロセッサにおいて、各々のパイプラインを独立に使
用して複数命令を並列実行する機能と、複数のパイプラ
インを同時に使用して単一命令を実行する機能を備えて
いることを特徴とするマイクロプロセッサ。
【請求項２】各々のパイプラインに対応され各パイプ
ラインの制御信号を生成する命令デコーダと、上記複数
のパイプラインの制御信号を一括生成するマイクロプロ
グラムメモリと、このマイクロプログラムメモリまたは
上記命令デコーダの出力を選択するための選択回路とを
有し、該選択回路によりパイプラインの制御信号を構成
するようにしたことを特徴とする請求項１記載のマイク
ロプロセッサ。
【請求項３】上記命令デコーダでのデコード結果に基
づいて、命令が１サイクルで実行可能な場合には、上記
選択回路で命令デコーダ出力を選択して各々の命令デコ
ーダの出力で各々のパイプラインを制御し、デコードし
た命令が実行に２サイクル以上要する場合には、上記選
択回路で最初のサイクルのみ命令デコーダの出力を選択
し、次のサイクル以降処理が終了するまでは上記マイク
ロプログラムメモリの出力を選択し続けて複数のパイプ
ラインを一括制御するようにしたことを特徴とする請求
項２のマイクロプロセッサ。
【請求項４】上記命令デコーダのうち一方は命令の第
１のオペレーションコードのデコード機能と第２のオペ
レーションコードのデコード機能とを備え、他方の命令
デコーダは第１のオペレーションコードのデコード機能
のみを備えていることを特徴とする請求項２または３記
載のマイクロプロセッサ。
【請求項５】供給された命令をデコードする第１と第
２のデコード手段と、上記命令に対応されたマイクロ命
令を格納するマイクロプログラムメモリと、上記第１の
デコード手段でデコードされた第１制御信号および上記
第２のデコード手段でデコードされた第２制御信号を受
け第１切り替え信号と第２切り替え信号の一方を出力す
る制御手段と、上記第１のデコード手段でデコードされ
た第３制御信号および上記マイクロプログラムメモリか
らの第１マイクロ制御信号が供給され上記第１切り替え
信号を受けたとき上記第３制御信号を出力し上記第２切
り替え信号を受けたとき上記第１マイクロ信号を出力す
る第１セレクタと、上記第２のデコード手段でデコード
された第４制御信号および上記マイクロプログラムメモ
リからの第２マイクロ制御信号が供給され上記第１切り
替え信号を受けたとき上記第４制御信号を出力し上記第
２切り替え信号を受けたとき上記第２マイクロ信号を出
力する第２セレクタと、上記第１セレクタから出力され
る第３制御信号または上記第１マイクロ制御信号の一方
の信号に従って所定の演算を実行する第１演算手段と、
上記第２セレクタから出力される第４制御信号または上
記第２マイクロ制御信号の一方の信号に従って所定の演
算を実行する第２演算手段とを備えていることを特徴と
するマイクロプロセッサ。