JPH076037A

JPH076037A - 命令解読装置

Info

Publication number: JPH076037A
Application number: JP14460693A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hirata; 博章平田; Kozo Kimura; 浩三木村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】多重スレッド・プロセッサにおいて、割り込
みに関係しないスレッドの実行を妨げることなく割り込
み応答時間を短縮する命令解読装置を提供する。【構成】命令の解読結果を保持することができ、割り
込みが発生した場合にはその保持している命令を無効化
する発行命令出力部１５と、解読中の命令のアドレスを
記憶するプログラム・カウンタ（ＰＣ）１６と、発行命
令出力部１５に保持されている命令のアドレスを記憶す
るＩＰＣ１７と、割り込み発生時に発行命令出力部１５
の命令保持状況に応じてこれらのいずれかのＰＣの内容
を選択して入力する退避用のＳＰＣ１８とを有する命令
系列管理部１４とを備えた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は演算装置を共有して複数
の独立な命令流の命令を並列実行するプロセッサ内にあ
って、割り込み処理を効率良く行なう命令解読装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロプロセッサなどの情報処
理装置では、割り込みに対する処理機構は最も重要かつ
複雑な構成要素となっており、割り込み応答時間を短縮
しながら、その一方では、割り込みによって実行を中断
されたプログラムを正しく実行再開できることを保証す
るために、マイクロプロセッサなどの情報処理装置内に
あって割り込み処理の重要な部分を分担する命令解読装
置には、様々な工夫が施されている。

【０００３】割り込み処理はプロセッサ全体の制御に関
わるものであり、問題（割り込み処理に対する要求事
項）は命令解読装置のみに限定されない。以下では、本
発明に関連する（１）割り込み処発生時のプログラム・
カウンタの退避、（２）割り込み処理発生時点で実行中
（実行未終了）の命令の処理、の２点について、従来の
割り込み処理機構の例について説明する。なお、ここで
用いる「割り込み」には、外部割り込みのみならず、例
外や割り出し（内部割り込み）も含まれるものとする。

【０００４】（１）プログラム・カウンタの退避通常のＲＩＳＣプロセッサでは、その分岐命令実行方式
に遅延分岐方式を採用していることから、少なくとも２
つのプログラム・カウンタを用いて命令実行のシーケン
ス制御を行なっている。ここでは、現時点で命令解読装
置内で解読中の命令の命令アドレスを保持するプログラ
ム・カウンタをＰＣ、次のサイクルで解読される予定
（現サイクルでフェッチ中）の命令の命令アドレスを保
持するプログラム・カウンタをＮＰＣと呼ぶことにす
る。また、さらにもう１つのプログラム・カウンタを加
え、前サイクルで発行された（現サイクルで実行開始さ
れた）命令の命令アドレスを保持するプログラム・カウ
ンタをＩＰＣと呼ぶことにする。

【０００５】例えば、米サイプレス社のＳＰＡＲＣプロ
セッサＣＹ７Ｃ６０１では、ＩＰＣおよびＰＣの２つの
プログラム・カウンタを用い、割り込みが発生した場合
には、これら２つのプログラム・カウンタの内容を汎用
レジスタに退避する機構を備えている（ＳＰＡＲＣＲ
ＩＳＣＵＳＥＲ’ＳＧＵＩＤＥ、サイプレス・セミ
コンダクタ社）。これによって、分岐命令と遅延命令
（分岐命令の遅延スロットに置かれる命令）との間で割
り込みを受け付けることが可能である。

【０００６】また、米モトローラ社のＲＩＳＣプロセッ
サＭＣ８８１００では、上記ＰＣ、ＮＰＣ、ＩＰＣに相
当する３つのプログラム・カウンタを用い、割り込みが
発生した場合には、これら３つのプログラム・カウンタ
の内容を退避するための専用レジスタをさらに設けてい
る（ＭＣ８８１００：ＲＩＳＣＭＩＣＲＯＰＲＯＣ
ＥＳＳＯＲＵＳＥＲ’ＳＭＡＮＵＡＬ、モトローラ
社）。ＰＣ、ＮＰＣの２つの内容が退避されているから
分岐命令と遅延命令との間で割り込みが発生しても正し
くプログラムを再開できる。ＩＰＣを設けるのは、割り
込み（例外）を発生させた命令を特定するための助けと
して使用するためである。

【０００７】また、上記の３つのプログラム・カウンタ
の他に、命令パイプラインの各実行ステージで処理され
る命令に対応してさらに多くのプログラム・カウンタを
設け（これをＰＣチェイン方式と呼ぶ）ているものもあ
る。例えば、米インテル社のｉ８６０はこのようなＰＣ
チェイン方式を採用しているものと思われる。そして、
割り込み（例外）要因に対応して、それら複数のプログ
ラム・カウンタのうちの１つを選択して専用レジスタに
退避する。

【０００８】また、米ミップス社のＲＩＳＣプロセッサ
Ｒ４０００も同様のＰＣチェイン方式を採用しているも
のと思われる。Ｒ４０００では、分岐命令と遅延命令と
の間で割り込み（例外）が発生した場合には分岐命令の
アドレスを専用レジスタに退避することになっている
（ＭＩＰＳＲ４０００ＭＩＣＲＯＰＲＯＣＥＳＳＯ
ＲＵＳＥＲ’ＳＭＡＮＵＡＬ、ミップス・テクノロ
ジズ社）が、これは、遅延命令を発行する際に、ＰＣの
値をＩＰＣにコピーするのを抑止することで比較的簡単
に実現できる。

【０００９】いずれにしても、これら従来の技術は割り
込み（例外）を発生した命令の特定（一般にはその命令
が再開点となる）や遅延分岐方式を採用している点から
複数のプログラム・カウンタを持ち、その値の退避機構
に関して種々の工夫を凝らしている。

【００１０】しかし、本発明は、割り込み（例外）を発
生した命令の特定や遅延分岐方式とは全く独立の背景・
目的をもつものであり、また、これら従来例で用いられ
ている技術をそのまま転用しても本発明の目的を満たす
ことは不可能な内容を有するものである。

【００１１】（２）実行未終了の命令の処理従来のプロセッサは、基本的に、割り込みが発生すると
実行パイプラインをフラッシュし、実行中（実行未終
了）の命令をすべて破棄する。遅延分岐方式に起因する
問題を除けば、以下の条件を満たすことができれば正確
な割り込み処理が可能となる。

【００１２】（ａ）退避されたプログラム・カウンタに
指し示される命令よりも以前に発行された命令の実行は
すべて完了している。

【００１３】（ｂ）退避されたプログラム・カウンタに
指し示される命令以降の命令で既に実行が完了されたも
のが存在しない。

【００１４】前記のＰＣチェイン方式は上記（ａ）、
（ｂ）で基準となる命令（のアドレス）を特定するのに
も役立つことができる。実行パイプラインをフラッシュ
するのは最も容易な手段であると考えられるが、プロセ
ッサの性能を向上させるのと引き替えに、プロセッサが
上記（ａ）、（ｂ）の条件を満たすことができない構造
となっている場合には、プログラムの再開を可能とする
ためにより複雑な機構が必要となる。

【００１５】例えば、米モトローラ社のＭＣ８８１００
では、浮動小数点例外が発生した場合には、浮動小数点
演算器の動作を凍結し、割り込み処理ルーチンで浮動小
数点演算器内の状態を調べ、また、ＰＣ以前の未終了命
令についてはすべてソフトウェア・エミュレーションに
よって実行することにしている。

【００１６】本発明の命令解読装置は、上記のようなプ
ロセッサで使用されることを想定したものではなく、例
えば、特開平４−３６０２３４号公報に開示されたプロ
セッサで使用されることを想定している。以下、図面を
参照しながら、このプロセッサについて説明する。

【００１７】図４は上記開示されたプロセッサの構成を
示すものである。図４において、４１ａ、４１ｂは命令
解読装置、４２ａ、４２ｂは発行命令レジスタ、４３は
命令スケジュール装置、４４ｘ、４４ｙ、４４ｚは実行
命令レジスタ、４５ｘ、４５ｙ、４５ｚは実行命令装
置、４６は実行終了調停装置である。４５ｘ、４５ｙ、
４５ｚは同一の機能を有する実行命令装置であってもよ
いが、ここでは、４５ｘ、４５ｙ、４５ｚはそれぞれ異
なった機能を有する実行命令装置であるものとする。

【００１８】以上のように構成されたプロセッサについ
て、以下その動作について説明する。まず、命令解読装
置４１ａは、入力した命令を解読し、解読結果を発行命
令レジスタに設定する。命令解読装置４１ａと命令解読
装置４１ｂとは全く同一構成のものであり、それぞれが
個々のプログラム・カウンタ（またはそれに代わる機
構）を有して命令シーケンスを制御する。つまり、命令
解読装置４１ａと命令解読装置４１ｂとはそれぞれ異な
った命令流を処理する。

【００１９】発行命令レジスタ４２ａ、４２ｂはそれぞ
れ命令解読装置４１ａ、４１ｂから出力された命令を一
時的に蓄えておくバッファ装置として動作する。命令ス
ケジュール装置４３は、発行命令レジスタ４２ａ、４２
ｂ内の命令を、それらの命令が実行されるべき実行命令
装置に配送する。例えば、発行命令レジスタ４２ａ内の
命令が実行命令装置４５ｚで実行されるべきものであ
り、一方、発行命令レジスタ４２ｂ内の命令が実行命令
装置４５ｙで実行されるべきものであったとすると、命
令スケジュール装置４３は発行命令レジスタ４２ａ内の
命令を実行命令レジスタ４４ｚに、また、発行命令レジ
スタ４２ｂ内の命令を実行命令レジスタ４４ｙに移す。

【００２０】ただし、発行命令レジスタ４２ｂ内の命令
も実行命令装置４５ｚで実行されるべきものである場合
には、いずれか一方の命令のみが実行命令レジスタ４４
ｚに移され、他方の命令は発行命令レジスタ内に残され
ることになる。命令解読装置４１ａ、４１ｂに発行命令
レジスタ内の命令の受け付け状態を知らせるため、命令
スケジュール装置４３は命令解読装置４１ａ、４１ｂに
それぞれ命令受付信号を出力する。命令解読装置４１
ａ、４１ｂは、命令スケジュール装置４３から出力され
た命令受付信号を参照することで、次の命令の解読結果
をそれぞれ発行命令レジスタ４２ａ、４２ｂに書き込ん
で良いかどうかを判断する。

【００２１】実行命令装置４５ｘ、４５ｙ、４５ｚは、
それぞれ実行命令レジスタ４４ｘ、４４ｙ、４４ｚに一
時的に記憶されている命令の実行を行なう。そして、命
令実行時には実行終了信号を実行終了調停装置４６に出
力する。

【００２２】実行終了調停装置４６は実行命令装置４５
ｘ、４５ｙ、４５ｚから入力した実行終了信号間の調停
を行ない、依存関係解消信号として命令解読装置４１
ａ、４１ｂに出力する。命令間に依存関係が存在する場
合には、この依存関係解消信号を参照することで、命令
解読装置４１ａ、４１ｂは命令間の同期制御を行なう。

【００２３】さて、今、命令解読装置４１ａで処理して
いる命令流に対して割り込みが発生したとする。命令実
行装置４５ｘ、４５ｙ、４５ｚ内には命令解読装置４１
ａと命令解読装置４１ｂとから発行された命令が混在し
ている。従って、命令実行装置内の命令をすべてフラッ
シュしたり、あるいは、命令実行装置の動作を凍結する
といった方法を用いた場合には、命令解読装置４１ｂか
ら発行された命令まで実行中断してしまうことになり、
プロセッサ全体の処理性能を低下させてしまうという問
題があった。

【００２４】このような問題に対して、割り込みに関連
して実行不能な命令のみを選択的に他の場所に保存し、
その他の命令に関しては実行を続行することで解決をは
かることができる。このような技術は、例えば、特願平
３−２８４３８２号に記載されている。本発明の趣旨は
特願平３−２８４３８２号に記載されている発明に対し
て変更や改良を加えるものではなく、特願平３−２８４
３８２号に記載されている発明と併用することで完全な
割り込み処理を実現するものであるため、特願平３−２
８４３８２号の発明内容に関する詳細は省略する。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の構成では、発行命令レジスタ内の命令は必ず
しも即座に命令スケジュール装置に受け付けられるとは
限らないため、割り込みが発生した場合、発行命令レジ
スタ内の命令が終了するまで割り込み処理ルーチンの実
行の開始を待つと割り込み応答時間が増大するという問
題点を有していた。

【００２６】また、割り込み処理ルーチンの実行を開始
するときには発行したすべての命令が終了していなけれ
ばならないが、命令解読装置がこれを確認する方法が明
らかでなかった。

【００２７】本発明は上記問題点に鑑み、命令実行装置
を共有して複数の命令流の命令を並列処理するプロセッ
サにあって割り込みが発生しても他の命令流の実行を阻
害することなく、また、割り込み応答時間を短縮する命
令解読装置を提供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するために
本発明の命令解読装置は、命令入力部と、割り込み信号
入力部と、発行命令出力部と、命令系列管理部と、前記
命令入力部から入力した命令を解読して前記発行命令出
力部から入力した発行状態信号に基づいて解読結果を前
記発行命令出力部に出力するとともに前記命令系列管理
部に指示信号を出力する命令解読部とを具備し、前記発
行命令出力部は、前記命令解読部から入力した解読結果
を保持している状態で前記割り込み信号入力部から割り
込み信号を入力した場合には保持している前記解読結果
を無効化し、また、前記命令系列管理部は、第１、第２
および第３の少なくとも３つのプログラム・カウンタを
有し、前記命令解読部から入力した指示信号に基づいて
前記第１のプログラム・カウンタの内容を前記第２のプ
ログラム・カウンタに移し、また、割り込み信号入力部
から割り込み信号を入力した場合には前記発行命令出力
部から入力した命令保持状態信号に基づいて前記第１の
プログラム・カウンタあるいは前記第２のプログラム・
カウンタのいずれかの内容を選択して前記第３のプログ
ラム・カウンタに複写するという構成を備えたものであ
る。

【００２９】また、命令間の依存情報を記憶する手段と
依存情報の追加および削除を行なう手段とを有する依存
情報管理部と、命令入力部から入力した命令を解読して
発行命令出力部および前記依存情報管理部からそれぞれ
入力した発行状態信号および依存情報に基づいて解読結
果を前記発行命令出力部に出力するとともに命令系列管
理部および前記依存情報管理部にそれぞれ指示信号およ
び依存情報追加信号を出力する命令解読部と、依存解消
信号入力部から入力した第１の依存解消信号と前記発行
命令出力部から入力した第２の依存解消信号のいずれか
を選択して前記依存情報管理部に出力する依存解消信号
選択部と、前記命令解読部から入力した指示信号に基づ
いて第１のプログラム・カウンタの内容を第２のプログ
ラム・カウンタに移し、また、割り込み信号入力部から
割り込み信号を入力した場合には前記発行命令出力部か
ら入力した命令保持状態信号に基づいて前記第１のプロ
グラム・カウンタあるいは前記第２のプログラム・カウ
ンタのいずれかの内容を選択して第３のプログラム・カ
ウンタに複写する命令系列管理部と、前記割り込み信号
入力部から割り込み信号を入力した場合、前記依存情報
管理部に記憶されている依存情報を参照して、命令間の
依存関係が全く存在していなければ割り込み応答信号を
出力する割り込み応答部とを具備し、前記発行命令出力
部は、前記命令解読部から入力した解読結果を保持して
いる状態で前記割り込み信号入力部から割り込み信号を
入力した場合には保持している前記解読結果を基に前記
第２の依存解消信号を生成し、前記依存解消信号選択部
に選択されるまで前記第２の依存解消信号を前記依存解
消信号選択部に出力し、保持している前記解読結果を無
効化するという構成を備えたものである。

【００３０】また、命令間の依存情報を記憶する手段と
依存情報の追加および削除を行なう手段とを有する依存
情報管理部と、依存解消信号を入力して前記依存情報管
理部に出力する依存解消信号入力部と、命令入力部から
入力した命令を解読して発行命令出力部から入力した発
行状態信号と最新依存情報および前記依存情報管理部か
ら入力した依存情報に基づいて解読結果を前記発行命令
出力部に出力するとともに命令系列管理部に指示信号を
出力する命令解読部と、前記命令解読部から入力した指
示信号に基づいて第１のプログラム・カウンタの内容を
第２のプログラム・カウンタに移し、また、割り込み信
号入力部から割り込み信号を入力した場合には前記発行
命令出力部から入力した命令保持状態信号に基づいて前
記第１のプログラム・カウンタあるいは前記第２のプロ
グラム・カウンタのいずれかの内容を選択して第３のプ
ログラム・カウンタに複写する命令系列管理部と、前記
割り込み信号入力部から割り込み信号を入力した場合、
前記依存情報管理部に記憶されている依存情報を参照し
て、命令間の依存関係が全く存在していなければ割り込
み応答信号を出力する割り込み応答部とを具備し、前記
発行命令出力部は、前記命令解読部から入力した解読結
果を外部に出力する時点で前記解読結果を基に依存情報
追加信号を生成して前記依存情報管理部に出力し、ま
た、前記命令解読部から入力した解読結果を保持してい
る状態で前記割り込み信号入力部から割り込み信号を入
力した場合には保持している前記解読結果を無効化する
という構成を備えたものである。

【００３１】

【作用】本発明は上記した構成によって発行命令出力部
が命令解読部から入力した解読結果を保持している状態
で割り込み信号入力部から割り込み信号を入力した場合
には保持している前記解読結果を無効化し、また、命令
系列管理部が第１、第２および第３の少なくとも３つの
プログラム・カウンタを有し、割り込み信号入力部から
割り込み信号を入力した場合には発行命令出力部から入
力した命令保持状態信号に基づいて第１のプログラム・
カウンタあるいは第２のプログラム・カウンタのいずれ
かの内容を選択して第３のプログラム・カウンタに複写
するため、割り込みが発生したときに発行命令出力部が
命令解読部から入力した解読結果を保持している場合に
は、その命令の実行が中止されるとともにその命令のア
ドレスがプログラムの再開点として第３のプログラム・
カウンタに記憶されることとなる。

【００３２】また、発行命令出力部が命令解読部から入
力した解読結果を保持している状態で割り込み信号を入
力した場合には保持している前記解読結果を基に依存解
消信号を生成し、依存解消信号選択部に選択されるまで
依存解消信号を出力し、また、依存解消信号選択部が依
存解消信号入力部から入力した依存解消信号と発行命令
出力部から入力した依存解消信号のいずれかを選択して
依存情報管理部に出力するため、発行命令出力部が命令
解読部から入力した解読結果を無効化する際に、無効化
する命令に関する依存情報の取り消しを外部からの依存
解消信号が存在しないタイミングで行なうこととなる。

【００３３】また、発行命令出力部が命令解読部から入
力した解読結果を外部に出力する時点で解読結果を基に
依存情報追加信号を生成して依存情報管理部に出力する
ため、依存情報管理部における新たな依存情報の追加は
解読結果が外部に出力される時点で確定することとな
る。

【００３４】また、割り込み応答部が依存情報管理部に
記憶されている依存情報を参照して、命令間の依存関係
が全く存在していなければ割り込み応答信号を出力する
ため、命令解読装置から発行されたすべての命令の実行
が終了するまで割り込み応答信号の出力を待つこととな
る。

【００３５】

【実施例】以下本発明の命令解読装置の実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１
の実施例における命令解読装置の構成を示すものであ
る。

【００３６】図１において、１１は命令入力部、１２は
割り込み信号入力部、１３は命令解読部、１４は命令系
列管理部、１５は発行命令出力部、１６は解読用プログ
ラム・カウンタ（ＰＣ）、１７は発行命令用プログラム
・カウンタ（ＩＰＣ）、１８は退避用プログラム・カウ
ンタ（ＳＰＣ）である。

【００３７】以上のように構成された命令解読装置につ
いて、以下図面を用いてその動作を説明する。まず、命
令解読部１３は命令入力部１１から入力した命令を解読
し、発行命令出力部１５に解読結果を出力する。発行命
令出力部１５は命令解読部１３から入力した命令解読結
果を保持する手段を有し、この手段は図４における発行
命令レジスタ４２に相当する。発行命令出力部１５が保
持する内容は命令の解読結果の他に命令保持状態Ｋがあ
り、発行命令出力部１５中に解読結果を保持している場
合にはＫ＝１、保持していない場合にはＫ＝０となるよ
うに制御する。より具体的には、（表１）に示すように
制御される。

【００３８】

【表１】

【００３９】（表１）において、発行受付信号Ｒは外部
（図４における命令スケジュール装置４３）から入力さ
れる信号であり、Ｒ＝１のときは保持している命令がそ
のサイクルで受け付けられたことを表し、Ｒ＝０のとき
はそのサイクルで受け付けられなかったことを表す。ま
た、発行状態信号Ｓは出力信号であり、Ｓ＝１のときは
命令解読装置１３から出力される解読結果を発行命令出
力部１５が入力できることを表し、Ｓ＝０のときは保持
している命令解読結果が命令スケジュール装置４３に受
け付けられないために新たな命令解読結果を入力できな
いことを表す。

【００４０】解読結果出力信号Ｉは命令解読装置１３か
ら命令解読結果に付随して入力する信号であり、Ｉ＝１
のときは命令解読装置１３から出力される命令が有意な
ものであることを表し、Ｉ＝０のときは命令解読装置１
３から出力される命令が有意でないことを表す。命令解
読装置１３はＳの値を参照して命令解読結果を出力する
ので、Ｓ＝０のときはＩ＝１とならない。また、命令保
持状態Ｋは現サイクルの命令保持状態を、Ｋ’は次サイ
クルでの命令保持状態の値を表す。命令系列管理部に出
力される命令保持状態信号には、Ｋの値をそのまま用い
る。

【００４１】Ｋ＝１の状態で割り込み信号が入力された
場合には、次のサイクルでＫ’＝０とすることで、意味
的に保持している命令解読結果を無効化することにな
る。もちろん、命令スケジュール装置４３に命令解読結
果の有意性を出力する信号は、割り込み信号を用いてマ
スクする。命令系列管理部１４には３つのプログラム・
カウンタが存在する。ＰＣ１６は、命令入力部１１から
入力されて命令解読部１３で解読されている命令のアド
レスを保持する。ＩＰＣ１７は、命令解読部１３で解読
を終えて発行命令出力部１５に出力された命令のアドレ
スを保持する。命令解読部１３は命令解読結果を発行命
令出力部１５に出力すると同時に命令系列管理部１４に
対して指示信号を出力するので、この指示信号を契機に
ＰＣ１６の内容をＩＰＣ１７に移す。

【００４２】ＳＰＣ１８は、割り込みが発生した場合
に、プログラム再開点のアドレスを退避するためのプロ
グラム・カウンタである。割り込みが発生したとき、命
令保持状態信号Ｋが０であればＰＣ１６の内容をＳＰＣ
１８に退避する。また、発行命令出力部１５内に保持さ
れている命令が無効化される場合はその命令から実行を
再開しなければならないので、命令保持状態信号Ｋが１
であればＩＰＣ１７の内容をＳＰＣ１８に退避する。

【００４３】以上のように本実施例によれば、命令入力
部１１から入力した命令を解読して発行命令出力部１５
から入力した発行状態信号に基づいて解読結果を発行命
令出力部１５に出力するとともに命令系列管理部１４に
指示信号を出力する命令解読部１３を具備し、発行命令
出力部１５は、命令解読部１３から入力した解読結果を
保持している状態で割り込み信号入力部１２から割り込
み信号を入力した場合には保持している前記解読結果を
無効化し、また、命令系列管理部１４は、命令解読部１
３から入力した指示信号に基づいてＰＣ１６の内容をＩ
ＰＣ１７に移し、また、割り込み信号入力部１２から割
り込み信号を入力した場合には発行命令出力部１５から
入力した命令保持状態信号に基づいてＰＣ１６あるいは
ＩＰＣ１７のいずれかの内容を選択してＳＰＣ１８に複
写することにより、割り込みが発生したときに、命令解
読は行なわれたが実行が開始されていない命令（発行命
令出力部に保持している命令）を無効化して割り込み応
答時間を短縮でき、また、プログラム再開点のアドレス
をＳＰＣに正しく退避することができる。

【００４４】以下本発明の命令解読装置の第２の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図２は本発明
の第２の実施例における命令解読装置の構成を示すもの
である。

【００４５】図２において、２１は命令入力部、２２は
割り込み信号入力部、２３は命令解読部、２４は命令系
列管理部、２５は発行命令出力部、２６は割り込み応答
部、２７は依存情報管理部、２８は依存解消信号入力
部、２９は依存解消信号選択部である。図２に示した構
成は、命令間の依存解析を実行時に動的に行なうプロセ
ッサの命令解読装置として用いられる場合の一例であ
る。

【００４６】以上のように構成された命令解読装置につ
いて、以下図面を用いてその動作を説明する。ただし、
命令系列管理部２４の構成・動作・機能は図１における
命令系列管理部１４と同一であるので、説明を省略す
る。

【００４７】まず、命令解読部２３は、命令入力部２１
から入力した命令の発行可能性を検査するのに依存情報
管理部２７内に記憶されている情報を参照する。この結
果、発行不可能と判定された場合には命令解読結果を発
行命令出力部２５に出力するのを見送り、次のサイクル
で再び発行可能性を検査する。一方、発行可能と判定さ
れた場合には命令解読結果を発行命令出力部２５に出力
するが、この場合の命令解読部２３と発行命令出力部２
５との間の動作は第１の実施例で説明した命令解読部１
３と発行命令出力部１５との間の動作に同じである。

【００４８】ただし、命令解読結果が発行命令出力部２
５に受け付けられる際に、命令解読部２３はその命令解
読結果に関連する依存情報を追加するよう、依存情報管
理部２７に依存情報追加信号を出力する。依存情報管理
部２７に記憶された依存情報は、その命令が実行命令装
置（例えば図４の４５ｘ）で実行を終了する時点で順次
消去される。図４では、各実行命令装置４５ｘ４５ｙ、
４５ｚからの実行終了信号を実行終了調停装置４６で振
り分け、その命令を出力した命令解読装置４１ａまたは
４１ｂに依存関係解消信号として送り出す。この依存関
係解消信号は命令解読装置４１ａ、４１ｂ内の依存解消
信号入力部２８から入力され（依存解消信号Ａ）、依存
解消信号選択部２９を経て最終的には依存情報管理部２
７に入力される。

【００４９】割り込み信号が割り込み信号入力部２２か
ら入力さたときに依存解消信号Ｂを出力する以外は、発
行命令出力部２５の動作は、第１の実施例で説明した発
行命令出力部１５の動作と全く同一である。発行命令出
力部２５内に命令解読結果を保持している場合、その命
令に関する依存情報は、その命令の解読結果が命令解読
部２３から出力される際に依存情報追加信号によって依
存情報管理部２７内に既に記憶されている。従って、割
り込み信号を入力して発行命令出力部２５内に保持して
いる命令解読結果を無効化するときにはその命令に関す
る依存情報を消去しなければならない。これを指示する
のが依存解消信号Ｂである。

【００５０】依存解消信号Ｂの出力を制御するために、
発行命令出力部２５内に１ビットのフリップフロップＥ
を設ける。命令保持状態Ｋが１で、かつ割り込み信号を
入力したときのみ、Ｅ＝１に設定する。そして、Ｅ＝１
の間は依存解消信号Ｂを出力し続ける。依存解消信号選
択部２９に依存解消信号Ｂが受け付けられた時点でＥ＝
０とする。依存解消信号Ｂは発行命令出力部２５内に保
持されている命令解読結果の一部を切り出して作り出す
ことができ、その出力はフリップフロップＥを用いて上
記のように制御される。

【００５１】割り込み応答部２６は依存情報管理部２７
内に依存情報が残っているかを調べる。依存情報管理部
２７内に依存情報が全く記憶されていない場合、実行命
令装置４５ｘ、４５ｙ、４５ｚに送られた命令はすべて
終了していると判断できるので、割り込み信号が入力さ
れた場合には、記憶されている依存情報がすべて消去さ
れた時点で割り込み応答信号を出力する。

【００５２】依存解消信号選択部２９は発行命令出力部
２５と依存解消信号入力部２８とから入力される依存解
消信号を選択して依存情報管理部２７に出力する。発行
命令出力部２５と依存解消信号入力部２８の両方から同
時に依存解消信号が入力された場合、依存解消信号選択
部２９は依存解消信号入力部２８から入力された依存解
消信号Ａを優先的に選択する。外部から依存解消信号入
力部２８を経て入力される依存解消信号Ａを待たせるこ
とにすると、その依存解消信号Ａの発信源である命令実
行装置の動作に影響し、複雑な制御が必要となるのに対
して、発行命令出力部２５からの依存解消信号Ｂを待た
せる場合には、発行命令出力部２５内のフリップフロッ
プＥを用いて容易に制御できるからである。

【００５３】依存情報管理部２７の詳細な構成に関して
は種々のものが考えられる。本発明は、依存情報管理部
２７の内部に言及するものではないが、本発明の命令解
読装置を説明する上で重要であるため、以下に、依存情
報管理部２７の構成例を簡単に説明する。

【００５４】一般に、命令を発行する際、その命令が書
き込みを行なう演算用レジスタを予約し、これを依存情
報として用いる。既に予約されている演算用レジスタを
使用する命令は依存関係があるとして、命令解読部２３
はその予約が依存解消信号によって取り消されるまで命
令の発行を待つ。ここでは、各演算用レジスタにそれぞ
れ対応して予約状況を示す１ビットのフリップフロップ
を設けた構成例について説明する（この他、予約されて
いる演算用レジスタの番号をそのまま記憶する構成例も
考えられる）。これらのビットをスコアボード・ビット
（ＳＣＢビット）と呼び、ＳＣＢビットの集まりをスコ
アボード・レジスタ（ＳＣＢレジスタ）と呼ぶ。

【００５５】図５に依存情報管理部の構成例を示す。図
５において、５１はＳＣＢレジスタ、５２は解読器、５
３はＮＯＴ回路、５４はＡＮＤ回路、５５はＯＲ回路、
５６は選択器である。以下、３２本の演算用レジスタが
存在するものとして説明する。まず、予約状況は３２ビ
ット長のＳＣＢレジスタ５１に記憶する。解読器５２は
５入力３２出力の解読器で、２進数で表現された演算用
レジスタの番号を入力して、その番号に対応したビット
のみを１とする３２ビットのデータを出力する。ＮＯＴ
回路５３、ＡＮＤ回路５４、ＯＲ回路５５は３２ビット
のデータに対してビット毎の論理演算（それぞれＮＯ
Ｔ、ＡＮＤ、ＯＲ）を行なう。

【００５６】これらの論理演算器５３、５４、５５はＳ
ＣＢレジスタ５１に記憶された値に対して、依存情報追
加信号として入力された番号に対応するビットを１と
し、依存解消信号として入力された番号に対応するビッ
トを０とするように働く。選択器５６は、命令解読部２
３が命令解読結果を発行命令出力部２５に出力する際に
はｂ側の値を出力し、そうでない場合にはａ側の値を選
択してＳＣＢレジスタ５１に出力する。従って、依存解
消信号によるＳＣＢレジスタ５１の更新は毎サイクル行
なわれ、依存情報追加信号による更新は命令解読部２３
が命令解読結果を発行命令出力部２５に出力するときの
み行なわれる。

【００５７】また、命令解読部２３は、依存情報として
図５のポイントａの値を入力し、依存解析を行なう。Ｓ
ＣＢレジスタ５１の内容そのままではなく、依存情報追
加信号を反映した情報を用いることで、依存関係にある
命令の発行に余分な待ちが生じることを防いでいる。

【００５８】以上のように本実施例によれば、命令間の
依存情報を記憶する手段と依存情報の追加および削除を
行なう手段とを有する依存情報管理部２７と、命令入力
部２１から入力した命令を解読して発行命令出力部２５
および依存情報管理部２７からそれぞれ入力した発行状
態信号および依存情報に基づいて解読結果を発行命令出
力部２５に出力するとともに命令系列管理部２４および
依存情報管理部２７にそれぞれ指示信号および依存情報
追加信号を出力する命令解読部２３と、依存解消信号入
力部２８から入力した第１の依存解消信号と発行命令出
力部２５から入力した第２の依存解消信号のいずれかを
選択して依存情報管理部２７に出力する依存解消信号選
択部２９と、命令解読部２３から入力した指示信号に基
づいてＰＣの内容をＩＰＣに移し、また、割り込み信号
入力部２２から割り込み信号を入力した場合には発行命
令出力部２５から入力した命令保持状態信号に基づいて
ＰＣあるいはＩＰＣのいずれかの内容を選択してＳＰＣ
に複写する命令系列管理部２４と、割り込み信号入力部
２２から割り込み信号を入力した場合、依存情報管理部
２７に記憶されている依存情報を参照して、命令間の依
存関係が全く存在していなければ割り込み応答信号を出
力する割り込み応答部２６とを具備し、発行命令出力部
２５は、命令解読部２３から入力した解読結果を保持し
ている状態で割り込み信号入力部２２から割り込み信号
を入力した場合には保持している前記解読結果を基に前
記第２の依存解消信号を生成し、依存解消信号選択部２
９に選択されるまで前記第２の依存解消信号を依存解消
信号選択部２９に出力し、保持している前記解読結果を
無効化することにより、発行命令出力部２５に保持して
いる命令を無効化する際にその命令によって追加されて
いる依存情報を取り消す作業を効率良く行なうことがで
き、また、割り込みが生じた際にＳＣＢレジスタをフラ
ッシュするのではなく継続して命令の実行状態の管理に
使用することで、複雑な制御機構を追加することなく、
割り込みによるコンテクスト・スイッチが可能となるタ
イミングを知ることができる。

【００５９】以下本発明の命令解読装置の第３の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図３は本発明
の第３の実施例における命令解読装置の構成を示すもの
である。

【００６０】図３において、３１は命令入力部、３２は
割り込み信号入力部、３３は命令解読部、３４は命令系
列管理部、３５は発行命令出力部、３６は割り込み応答
部、３７は依存情報管理部、３８は依存解消信号入力部
である。

【００６１】以上のように構成された命令解読装置につ
いて、以下図面を用いてその動作を説明する。ただし、
命令入力部３１、割り込み信号入力部３２、命令系列管
理部３４、割り込み応答部３６、依存解消信号入力部３
８については、それぞれ図２における命令入力部２１、
割り込み信号入力部２２、命令系列管理部２４、割り込
み応答部２６、依存解消信号入力部２８と同一構成であ
るので説明を省略する。命令解読部３３、発行命令出力
部３５、依存情報管理部３７についても、第２の実施例
で説明したものと似ているので、以下では先の実施例と
異なる部分についてのみ説明する。

【００６２】まず、発行する命令に関する依存情報追加
信号は、その命令が命令解読部３３から出力される時点
ではなく、その命令が発行命令出力部３５から外部に出
力される時点で依存情報管理部３７に出力される。つま
り、命令解読部３３から出力した命令に関する依存情報
は、その命令が発行命令出力部３５から外部に出力され
る時点で依存情報管理部３７から命令解読部３３に出力
される依存情報に反映される。このように依存情報の追
加を遅らせたことにより、命令解読部３３は、依存情報
管理部３７からの依存情報のみを用いるのではなく、発
行命令出力部３５から出力される最新依存情報も用いて
解読中の命令の依存解析を行なう。

【００６３】発行命令出力部３５は、発行命令出力部３
５内に保持している命令解読結果の一部から最新依存情
報および依存情報追加信号を生成する。先の実施例同
様、最新依存情報および依存情報追加信号はその命令が
書き込みを行なう演算レジスタの番号を主要構成要素と
しており、両者の内容はほぼ同じものである。依存情報
追加信号には、依存情報管理部３７に依存情報の更新を
指示する制御信号（後述するが、この制御信号は図５に
おける選択器５６に入力される選択信号に使用する）が
付加される点が最新依存情報と異なる。前述したよう
に、発行命令出力部３５内に保持している命令が外部に
出力されるまで、その命令に関する依存情報は依存情報
管理部３７内に記憶している内容に反映されない。

【００６４】従って、発行命令出力部３５内に命令解読
結果を保持している状態で割り込みが発生しても、その
命令解読結果を無効化するだけで、依存情報管理部３７
に依存解消を知らせる信号を送る必要はない。依存情報
管理部３７と、最新依存情報、依存情報追加信号の扱い
については、図５を用いて説明することができる。依存
情報管理部３７には、図２における依存情報管理部２７
をほとんど変更することなく使用することができる。

【００６５】前述のように最新依存情報と依存情報追加
信号とを同一視すると、命令解読部３３が依存情報管理
部３７から入力すべき依存情報と発行命令出力部３５か
ら入力すべき最新依存情報とを合成した情報が図５のポ
イントｂに生成されている。従って、実際には、命令解
読部３３はこの図５のポイントｂの値を参照して依存解
析を行なう。図５における選択器５６は、発行命令出力
部３５が外部に命令解読結果を出力するときにはｂ側の
値を、それ以外のときにはａ側の値を選択してＳＣＢレ
ジスタ５１に出力する。

【００６６】以上のように本実施例によれば、命令間の
依存情報を記憶する手段と依存情報の追加および削除を
行なう手段とを有する依存情報管理部３７と、依存解消
信号を入力して依存情報管理部３７に出力する依存解消
信号入力部３８と、命令入力部３１から入力した命令を
解読して発行命令出力部３５から入力した発行状態信号
と最新依存情報および依存情報管理部３７から入力した
依存情報に基づいて解読結果を発行命令出力部３５に出
力するとともに命令系列管理部３４に指示信号を出力す
る命令解読部３３と、命令解読部３３から入力した指示
信号に基づいてＰＣの内容をＩＰＣに移し、また、割り
込み信号入力部３２から割り込み信号を入力した場合に
は発行命令出力部３５から入力した命令保持状態信号に
基づいてＰＣあるいはＩＰＣのいずれかの内容を選択し
てＳＰＣに複写する命令系列管理部３４と、割り込み信
号入力部３２から割り込み信号を入力した場合、依存情
報管理部３７に記憶されている依存情報を参照して、命
令間の依存関係が全く存在していなければ割り込み応答
信号を出力する割り込み応答部３６とを具備し、発行命
令出力部３５は、命令解読部３３から入力した解読結果
を外部に出力する時点で前記解読結果を基に依存情報追
加信号を生成して依存情報管理部３７に出力し、また、
命令解読部３３から入力した解読結果を保持している状
態で割り込み信号入力部３２から割り込み信号を入力し
た場合には保持している前記解読結果を無効化すること
により、少ないハードウェア量で発行命令出力部３５に
保持している命令を無効化する際の依存情報の整合性を
保つことができ、結果として、省コストで割り込み応答
時間を短縮することができる。

【００６７】尚、本発明は上記各実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明は、命令入力部から
入力した命令を解読して発行命令出力部から入力した発
行状態信号に基づいて解読結果を前記発行命令出力部に
出力するとともに前記命令系列管理部に指示信号を出力
する命令解読部を具備し、前記発行命令出力部は、前記
命令解読部から入力した解読結果を保持している状態で
前記割り込み信号入力部から割り込み信号を入力した場
合には保持している前記解読結果を無効化し、また、前
記命令系列管理部は、前記指示信号に基づいて第１のプ
ログラム・カウンタの内容を第２のプログラム・カウン
タに移し、また、前記割り込み信号を入力した場合には
前記発行命令出力部から入力した命令保持状態信号に基
づいて前記第１のプログラム・カウンタあるいは前記第
２のプログラム・カウンタのいずれかの内容を選択して
第３のプログラム・カウンタに複写することにより、割
り込みが発生したときに発行命令出力部に解読結果が残
っていればそれを無効化して割り込み応答時間を短縮
し、プログラム再開点を正しく保存することができる。

【００６９】また、依存解消信号入力部と、命令間の依
存情報を記憶する手段と依存情報の追加および削除を行
なう手段とを有する依存情報管理部と、命令入力部から
入力した命令を解読して発行命令出力部および前記依存
情報管理部からそれぞれ入力した発行状態信号および依
存情報に基づいて解読結果を前記発行命令出力部に出力
するとともに命令系列管理部および前記依存情報管理部
にそれぞれ指示信号および依存情報追加信号を出力する
命令解読部と、前記依存解消信号入力部から入力した第
１の依存解消信号と前記発行命令出力部から入力した第
２の依存解消信号のいずれかを選択して前記依存情報管
理部に出力する依存解消信号選択部と、前記指示信号に
基づいて第１のプログラム・カウンタの内容を第２のプ
ログラム・カウンタに移し、また、割り込み信号入力部
から割り込み信号を入力した場合には前記発行命令出力
部から入力した命令保持状態信号に基づいて前記第１の
プログラム・カウンタあるいは前記第２のプログラム・
カウンタのいずれかの内容を選択して第３のプログラム
・カウンタに複写する命令系列管理部と、前記割り込み
信号を入力した場合、前記依存情報管理部に記憶されて
いる依存情報を参照して、命令間の依存関係が全く存在
していなければ割り込み応答信号を出力する割り込み応
答部とを具備し、前記発行命令出力部は、前記命令解読
部から入力した解読結果を保持している状態で前記割り
込み信号を入力した場合には保持している前記解読結果
を基に前記第２の依存解消信号を生成し、前記依存解消
信号選択部に選択されるまで前記第２の依存解消信号を
前記依存解消信号選択部に出力し、保持している前記解
読結果を無効化することにより、無効化する発行命令出
力部内の命令解読結果に関する依存情報の取り消しを外
部からの依存情報の取り消し要求を阻害せずに行なうこ
とができ、また、無効化する命令に関する依存情報の取
り消しを依存情報管理部で記憶している内容に反映させ
ることで、依存情報管理部に記憶している内容のみを参
照するだけで割り込み受け付けの時期を確定することが
できる。

【００７０】また、命令間の依存情報を記憶する手段と
依存情報の追加および削除を行なう手段とを有する依存
情報管理部と、依存解消信号を入力して前記依存情報管
理部に出力する依存解消信号入力部と、命令入力部から
入力した命令を解読して発行命令出力部から入力した発
行状態信号と最新依存情報および前記依存情報管理部か
ら入力した依存情報に基づいて解読結果を前記発行命令
出力部に出力するとともに命令系列管理部に指示信号を
出力する命令解読部と、前記指示信号に基づいて第１の
プログラム・カウンタの内容を第２のプログラム・カウ
ンタに移し、また、割り込み信号入力部から割り込み信
号を入力した場合には前記発行命令出力部から入力した
命令保持状態信号に基づいて前記第１のプログラム・カ
ウンタあるいは前記第２のプログラム・カウンタのいず
れかの内容を選択して第３のプログラム・カウンタに複
写する命令系列管理部と、前記割り込み信号を入力した
場合、前記依存情報管理部に記憶されている依存情報を
参照して、命令間の依存関係が全く存在していなければ
割り込み応答信号を出力する割り込み応答部とを具備
し、前記発行命令出力部は、前記命令解読部から入力し
た解読結果を外部に出力する時点で前記解読結果を基に
依存情報追加信号を生成して前記依存情報管理部に出力
し、また、前記命令解読部から入力した解読結果を保持
している状態で前記割り込み信号を入力した場合には保
持している前記解読結果を無効化することにより、無効
化する命令に関する依存情報の取り消し処理を省くこと
ができ、また、依存情報管理部に記憶している内容のみ
を参照するだけで割り込み受け付けの時期を確定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における命令解読装置の
構成図

【図２】本発明の第２実施例における命令解読装置の構
成図

【図３】本発明の第３の実施例における命令解読装置の
構成図

【図４】本発明の命令解読装置が使用されることを想定
したプロセッサの構成図

【図５】本実施例における依存情報管理部の構成図

【符号の説明】

１１命令入力部１２割り込み信号入力部１３命令解読部１４命令系列管理部１５発行命令出力部１６解読用プログラム・カウンタ（ＰＣ）１７発行命令用プログラム・カウンタ（ＩＰＣ）１８退避用プログラム・カウンタ（ＳＰＣ）２１命令入力部２２割り込み信号入力部２３命令解読部２４命令系列管理部２５発行命令出力部２６割り込み応答部２７依存情報管理部２８依存解消信号入力部２９依存解消信号選択部３１命令入力部３２割り込み信号入力部３３命令解読部３４命令系列管理部３５発行命令出力部３６割り込み応答部３７依存情報管理部３８依存解消信号入力部５１スコアボード（ＳＣＢ）・レジスタ５２解読器５３ＮＯＴ回路５４ＡＮＤ回路５５ＯＲ回路５６選択器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】命令入力部と、割り込み信号入力部と、発
行命令出力部と、命令系列管理部と、前記命令入力部か
ら入力した命令を解読して前記発行命令出力部から入力
した発行状態信号に基づいて解読結果を前記発行命令出
力部に出力するとともに前記命令系列管理部に指示信号
を出力する命令解読部とを具備し、前記発行命令出力部
は、前記命令解読部から入力した解読結果を保持してい
る状態で前記割り込み信号入力部から割り込み信号を入
力した場合には保持している前記解読結果を無効化し、
また、前記命令系列管理部は、第１、第２および第３の
少なくとも３つのプログラム・カウンタを有し、前記命
令解読部から入力した指示信号に基づいて前記第１のプ
ログラム・カウンタの内容を前記第２のプログラム・カ
ウンタに移し、また、前記割り込み信号入力部から割り
込み信号を入力した場合には前記発行命令出力部から入
力した命令保持状態信号に基づいて前記第１のプログラ
ム・カウンタあるいは前記第２のプログラム・カウンタ
のいずれかの内容を選択して前記第３のプログラム・カ
ウンタに複写することを特徴とする命令解読装置。
【請求項２】命令入力部と、割り込み信号入力部と、依
存解消信号入力部と、発行命令出力部と、請求項１記載
の命令系列管理部と、命令間の依存情報を記憶する手段
と依存情報の追加および削除を行なう手段とを有する依
存情報管理部と、前記命令入力部から入力した命令を解
読して前記発行命令出力部および前記依存情報管理部か
らそれぞれ入力した発行状態信号および依存情報に基づ
いて解読結果を前記発行命令出力部に出力するとともに
前記命令系列管理部および前記依存情報管理部にそれぞ
れ指示信号および依存情報追加信号を出力する命令解読
部と、前記依存解消信号入力部から入力した第１の依存
解消信号と前記発行命令出力部から入力した第２の依存
解消信号のいずれかを選択して前記依存情報管理部に出
力する依存解消信号選択部とを具備し、前記発行命令出
力部は、前記命令解読部から入力した解読結果を保持し
ている状態で前記割り込み信号入力部から割り込み信号
を入力した場合には保持している前記解読結果を基に前
記第２の依存解消信号を生成し、前記依存解消信号選択
部に選択されるまで前記第２の依存解消信号を前記依存
解消信号選択部に出力し、保持している前記解読結果を
無効化することを特徴とする命令解読装置。
【請求項３】割り込み信号入力部から割り込み信号を入
力した場合、依存情報管理部に記憶されている依存情報
を参照して、命令間の依存関係が全く存在していなけれ
ば割り込み応答信号を出力する割り込み応答部を具備す
ることを特徴とする請求項２記載の命令解読装置。
【請求項４】命令入力部と、割り込み信号入力部と、発
行命令出力部と、請求項１記載の命令系列管理部と、命
令間の依存情報を記憶する手段と依存情報の追加および
削除を行なう手段とを有する依存情報管理部と、依存解
消信号を入力して前記依存情報管理部に出力する依存解
消信号入力部と、前記命令入力部から入力した命令を解
読して前記発行命令出力部から入力した発行状態信号と
最新依存情報および前記依存情報管理部から入力した依
存情報に基づいて解読結果を前記発行命令出力部に出力
するとともに前記命令系列管理部に指示信号を出力する
命令解読部と、を具備し、前記発行命令出力部は、前記
命令解読部から入力した解読結果を外部に出力する時点
で前記解読結果を基に依存情報追加信号を生成して前記
依存情報管理部に出力し、また、前記命令解読部から入
力した解読結果を保持している状態で前記割り込み信号
入力部から割り込み信号を入力した場合には保持してい
る前記解読結果を無効化することを特徴とする命令解読
装置。
【請求項５】割り込み信号入力部から割り込み信号を入
力した場合、依存情報管理部に記憶されている依存情報
を参照して、命令間の依存関係が全く存在していなけれ
ば割り込み応答信号を出力する割り込み応答部を具備す
ることを特徴とする請求項４記載の命令解読装置。