JPH0764857A

JPH0764857A - データ記憶装置

Info

Publication number: JPH0764857A
Application number: JP5209315A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yamamoto; 裕明山本; Jiro Miyake; 二郎三宅
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-08-24
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【目的】ウインドウ構成のレジスタファイルと演算器
の間に第２のレジスタファイルを設けることにより、レ
ジスタファイル全体の回路規模を縮小する。【構成】ウインドウ構成のレジスタファイル１０は読
み出しポートと書き込みポートを各１つずつ備えたレジ
スタを備え、１ウインドウ分のレジスタファイル１１と
の間でデータ・アクセスを行なうことができる。ウイン
ドウ・ポインタの値に応じて、レジスタファイル１０の
選択された部分をレジスタファイル１１に置き換える。
レジスタファイル１１の置き換えはウインドウ・ポイン
タの値が変化したときに行なう。演算器からレジスタへ
のアクセスは、レジスタファイル１１へのアクセスとし
て処理する。レジスタファイル１１を構成するレジスタ
は、演算器の数に応じた数の読み出しポートと書き込み
ポートの他に、レジスタファイル１０とのデータアクセ
スのための読み出しポートと書き込みポートを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウインドウ構成のレジ
スタファイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロプロセッサにおける高速処理を
実現するため、大規模なレジスタファイル、すなわち多
数のレジスタを備えたアーキテクチャが提案され、実用
化されている（例えば、「ＲＩＳＣプロセッサ入門」
（大貫徹、１９９１ＣＱ出版）参照）。例えばＳＰＡ
ＲＣアーキテクチャの場合、オーバーラップした領域を
持つウインドウ構成のレジスタファイルを採用してお
り、ウインドウポインタの減少／増加をサブルーチンの
呼び出し／サブルーチンからの復帰に対応させることに
より、サブルーチンとのデータ受渡しの高速化を実現し
ている。しかし大規模なレジスタファイルを構成する場
合、アクセス速度やチップ面積の点で不利になる。

【０００３】以下図面を参照しながら、ウインドウ構成
の大規模なレジスタファイルを実現する場合の従来技術
について説明する。図６は従来技術の一例で、３個のＡ
ＬＵ（演算装置）を備えたプロセッサのデータ記憶装置
の構成図である。ここで用いるプロセッサは、３個のＡ
ＬＵ１〜３と１２８本／８ウインドウ構成の３２ビット
レジスタ１２を備え、スーパスケーラ方式による命令並
列実行を行なうものとし、各ALU１〜３は２個の入力デ
ータ（オペランド）を要し、１２８本のレジスタのうち
アクセスできるレジスタはＰＳＲ（プロセッサ状態レジ
スタ）のＣＷＰ（カレントウインドウポインタ）フィー
ルドで指定されたウインドウ内にある２４本だけとす
る。

【０００４】ＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３はそれぞれ
独立し並列に動作可能な演算器を表し、１２は１２８本
の３２ビットレジスタからなる８ウインドウ構成のレジ
スタファイル、２０はＰＳＲ、２１は命令解読・実行制
御装置、２２はレジスタアドレス解読装置、１００は命
令、１０１はＣＷＰ信号、１１１、１１２、１１３はそ
れぞれＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３の第1オペランド
として読み出したデータ、１２１、１２２、１２３はそ
れぞれＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３の第２オペランド
として読み出したデータ、１３１、１３２、１３３はそ
れぞれＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３の演算結果、１４
１、１４２、１４３はそれぞれＡＬＵ１、ＡＬＵ２、Ａ
ＬＵ３の第１オペランドレジスタアドレス、１４４、１
４５、１４６はそれぞれＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３
の第２オペランドレジスタアドレス、１４７、１４８、
１４９はそれぞれＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３の書き
込みオペランドレジスタアドレス、１５１、１５２、１
５３はそれぞれＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３の第１オ
ペランド読み出し選択信号、１５４、１５５、１５６は
それぞれＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３の第2オペラン
ド読み出し選択信号、１５７、１５８、１５９はそれぞ
れＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３の演算結果書き込み選
択信号をそれぞれ表す。

【０００５】以上のように構成されたレジスタファイル
について、以下その動作について説明する。図６におい
て、命令解読・実行制御装置２１は命令１００を解読
し、解読した命令の演算処理内容やデータ依存関係など
に応じて演算処理を各演算器に割り当て、各演算器でア
クセスすべきレジスタアドレス１４１〜１４９を出力す
る。レジスタアドレス解読装置２２はレジスタアドレス
１４１〜１４９とＣＷＰ信号１０１を入力とし、これら
を解読してオペランド選択信号１５１〜１５９をレジス
タファイル１２を構成する各メモリセルへ出力する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、レジスタファイルの各メモリセルは各演
算器毎に読み出しポートおよび書き込みポートを備える
必要があるため、メモリセル部の回路構成がポート数の
増加により複雑かつ大規模なものになるという問題点を
有する。例えば図６の場合、メモリセル１個あたり必要
なトランジスタ数は１９（１メモリセルあたりのトラン
ジスタ数は、４＋（ＡＬＵの数）Ｘ５となる）なので、
メモリセル部全体で必要なトランジスタ数は７７８２４
（＝１メモリセル当たりのトランジスタ数（１９）Ｘレ
ジスタのビット数（３２）Ｘレジスタの本数（１２
８））となる。この場合演算器の数が１つ増える毎に、
トランジスタ数は２０４８０（＝５Ｘ３２Ｘ１２８）ず
つ増加する。またポート数の増加によりワード線・ビッ
ト線の数も増加し、配線領域も増大する。この場合、演
算器毎にワード線・ビット線は３本ずつ必要であり、レ
ジスタの本数は１２８本なのでワード線は全体で３８４
本（＝１２８Ｘ３）増加し、レジスタのビット数は３２
なのでビット線は９６本（＝３２Ｘ３）増加する。従来
の構成では以上で示した要因により回路規模が増大す
る。

【０００７】本発明は上記問題点を解決するもので、少
ないペナルティでレジスタファイルの回路規模を縮小す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のデータ記憶装置
は、ウインドウ構成の第１のレジスタファイルと、前記
第１のレジスタファイルの内容の一部を保持する第２の
レジスタファイルと、前記第１のレジスタファイルおよ
び前記第２のレジスタファイルの内容更新を行なうレジ
スタファイル更新制御装置を備えたものである。

【０００９】

【作用】本発明のデータ記憶装置は、上記構成で演算器
とレジスタの間のデータ転送を第２のレジスタファイル
を介して行なうことにより第１のレジスタファイルのメ
モリセル部のポート数を削減してトランジスタ数および
ワード線・ビット線の配線本数を減少させることにより
レジスタファイルの回路規模縮小を実現するものであ
る。

【００１０】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。なお本実施例の構成図面において、図
６で示した従来の装置と同一構成部分には同一番号を付
して詳細な説明を省略する。

【００１１】本実施例のデータ処理装置は、３個の演算
器（ＡＬＵ）と１２８本／８ウインドウ構成の３２ビッ
トレジスタファイルを備え、スーパスケーラ方式による
命令並列実行を行なうものとする。なお３個のＡＬＵは
並列動作させることができ、各ＡＬＵは２個の入力デー
タを要し、１２８本のレジスタのうちアクセスできるレ
ジスタはＣＷＰで指定されたウインドウ内にある２４本
だけとする。

【００１２】図１は３個のＡＬＵを備えたデータ処理装
置の構成図である。図１に示すように、本実施例はそれ
ぞれ独立した並列動作可能なＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬ
Ｕ３、８ウインドウ構成のレジスタファイル１０、ＣＷ
Ｐで指定されたウインドウ内のレジスタの内容を保持す
るレジスタファイル１１、レジスタファイル更新制御装
置２３、ＰＳＲ２０、命令解読・実行制御装置２１、レ
ジスタアドレス解読装置２２を備えている。１６１はレ
ジスタファイル１０からレジスタファイル１１へ書き込
むデータ、１６２はレジスタファイル１１からレジスタ
ファイル１０へ書き込むデータ、１６３はレジスタファ
イル１１からの読み出し選択信号、１６４はレジスタフ
ァイル１１への書き込み選択信号、１６５はレジスタフ
ァイル１０からの読み出し選択信号、１６６はレジスタ
ファイル１０への書き込み選択信号をそれぞれ表す。

【００１３】以上のように構成されたレジスタファイル
について、図１を参照しながらその動作を説明する。図
１に示すように、レジスタファイル１０は３個の演算器
ＡＬＵ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３とは直接データアクセス
せず、レジスタファイル１１を介してデータアクセスを
行なう。レジスタファイル１１はＣＷＰ信号１０１で指
定されたウインドウ内のレジスタの内容を保持し、ＡＬ
Ｕ１、ＡＬＵ２、ＡＬＵ３と直接データアクセスを行な
うことができ、またレジスタファイル１０ともデータア
クセス可能になっている。そのためレジスタファイル１
１を構成するメモリセルは各演算器毎に２つの読み出し
ポートと１つの書き込みポートを備え、さらにレジスタ
ファイル１０とデータアクセスするための読み出しポー
トと書き込みポートを備える必要があるが、レジスタフ
ァイル１０を構成するメモリセルには、レジスタファイ
ル１１とデータアクセスするための読み出しポートと書
き込みポートがあれば十分である。

【００１４】レジスタファイル１１とレジスタファイル
１０の間のデータアクセスはレジスタファイル更新制御
装置２３で制御される。レジスタファイル更新制御装置
２３はＰＳＲ２０から読み出したＣＷＰ信号１０１の値
の変化を検出し、ＣＷＰ信号１０１の内容がｉからｊに
変化したとき、ｉに対応したウインドウへのデータ書き
込み信号１６５をレジスタファイル１０へ出力し、レジ
スタファイル１１へはデータ読み出し信号１６３を出力
して、レジスタファイル１１の内容をレジスタファイル
１０へ書き込む。その後、レジスタファイル１０中のｊ
で指定されるウインドウ内のレジスタの内容を読み出し
レジスタファイル１１へ書き込むために、ｊの値に対応
したウインドウからのデータ読み出し選択信号１６５を
レジスタファイル１０へ出力し、レジスタファイル１１
へはデータ書き込み選択信号１６４を出力する。

【００１５】次にレジスタの選択方法を説明する。命令
解読・実行制御装置２１は命令１００を解読し、解読し
た命令の演算処理内容やデータ依存関係などに応じて演
算処理を各演算器に割り当て、各演算器でアクセスすべ
きレジスタアドレス１４１〜１４９を出力する。レジス
タアドレス１４１〜１４９はレジスタアドレス解読装置
２２で解読され、オペランド選択信号１５１〜１５９に
変換され、ＡＬＵとアクセスするレジスタが選択され
る。このレジスタアドレスの解読の際ＣＷＰ信号は不要
である。従来例の場合レジスタアドレス解読装置２２は
レジスタファイル１０の全てのレジスタ（１２８本）に
必要であるが、図１の例の場合はレジスタファイル１１
内のレジスタ（２４本）に対応する分だけで十分であ
る。

【００１６】図６の従来例の場合、メモリセル部で必要
なトランジスタ数は７７８２４であったのが、図１の例
の場合は５３７６０に減少する。演算器の数が１つ増え
るごとに図６の従来例では２０４８０トランジスタずつ
増加していたのが、図１の例では３８４０トランジスタ
ずつの増加にとどまり、ワード線は３８４本ずつ増えて
いたのが７２本ずつの増加にとどまることになり、従っ
て演算器の数が多くなるほど効果は大きくなる。さらに
図１の例では、レジスタアドレス解読装置でＣＷＰ信号
を解読する必要がないため、図６の場合に比べてレジス
タアドレスの解読速度も向上し、しかもレジスタアドレ
ス解読装置自体の数も従来例では１２８本分必要であっ
たのが、１ウインドウ分の２４本で済むことになる。

【００１７】以上のように図１の例によれば、ウインド
ウ構成の第１のレジスタファイルと、前記第１のレジス
タファイルの内容の一部を保持する第２のレジスタファ
イルと、前記第１のレジスタファイルおよび前記第２の
レジスタファイルの内容更新を行なうレジスタファイル
更新制御装置を設けることにより、レジスタファイルの
回路規模削減を実現することができる。

【００１８】図１で示した構成では、ウインドウ変化時
に必要なレジスタファイル間のデータ（１６１および１
６２）転送に要する時間がシステム性能向上の面で大き
な障害になる。データ転送によるロスを低減させるため
にレジスタファイル１１とレジスタファイル１０の間の
データバス幅を大きくとると、バス配線領域が増加して
しまい不都合である。この問題点を解決した例を以下に
示す。

【００１９】図２は、図１の例でレジスタファイル１１
を２ウインドウ構成にしたものである。図２において、
１３は２ウインドウ分のレジスタから構成されるレジス
タファイル、２４はウインドウ選択装置、１６７はウイ
ンドウ選択信号、１７１〜１７９はオペランド選択信号
（ｉウインドウ）、１８１〜１８９はオペランド選択信
号（（ｉ−１）ウインドウ）をそれぞれ表す。

【００２０】以上のように構成されたレジスタファイル
について、図２を参照しながらその動作を説明する。図
２において、ＣＷＰ信号１０１の値がｉの場合レジスタ
ファイル１３はウインドウポインタがｉ−１、ｉで表さ
れる隣接する２ウインドウ分の内容を保持する。ＡＬＵ
１〜ＡＬＵ３はレジスタファイル１３のｉウインドウに
アクセスする。レジスタファイル更新制御装置２３はウ
インドウ選択信号１６７を出力し、アクセス対象となる
ｉウインドウをレジスタファイル１３から選択する。レ
ジスタファイル更新制御装置２３はＰＳＲ２０から読み
出したＣＷＰ信号１０１の値の変化を検出する。例えば
ＳＰＡＲＣアーキテクチャの場合、ＣＷＰの減少はサブ
ルーチンの呼び出しに、ＣＷＰの増加はサブルーチンか
らの復帰に対応づけられる（例えば、「ＲＩＳＣプロセ
ッサ入門」（大貫徹、１９９１ＣＱ出版）参照）。ＣＷ
Ｐの値が１つ減少した場合、レジスタファイル更新制御
装置２３はウインドウ選択信号１６７の値を切替えてＡ
ＬＵ１〜ＡＬＵ３のアクセス対象をレジスタファイル１
３の（ｉ−１）ウインドウに変更し、演算器からのアク
セスを受け付ける。図１の例の場合とは異なり、演算器
はレジスタファイルの更新終了まで待つ必要はなく直ち
に次の処理を進めることができる。その後次のウインド
ウ切替えが発生するまでの間に以下の手順でレジスタフ
ァイルの更新を進める。レジスタファイル更新装置２３
はレジスタファイル１０のｉウインドウのレジスタへの
データ書き込み信号１６６およびレジスタファイル１３
からのデータ読み出し信号１６３を出力し、レジスタフ
ァイル１３のｉウインドウの内容をレジスタファイル１
０内のｉウインドウ内のレジスタへ書き込む。その後、
データ読み出し選択信号１６５およびレジスタファイル
１３へのデータ書き込み信号１６４を出力し、レジスタ
ファイル１０中の（ｉ−２）ウインドウのレジスタの内
容をレジスタファイル１３へ書き込む。

【００２１】以上のように、レジスタファイル更新制御
装置２３はウインドウ切り替え後にレジスタファイル１
３が保持する切り替え前のウインドウ（ｉ）の内容をレ
ジスタファイル１０の切り替え前のウインドウ（ｉ）へ
書き込むことによりレジスタファイル１０の更新を行
い、レジスタファイル１０の切り替え後のウインドウ
（ｉ−１）の次のウインドウ（ｉ−２）の内容をレジス
タファイル１３に書き込むことによりレジスタファイル
１３の更新を行う。以後ＣＷＰ信号１０１の値が減少す
る度に、上記の方法でレジスタファイルの切替えと更新
を行なう。なおＣＷＰ信号が増加する場合のレジスタフ
ァイル切替え方法は、図１の例の場合と同様の方法で行
う。

【００２２】図２の例ではＣＷＰ減少によるレジスタフ
ァイル間のデータ転送を次のウインドウ切替までの間に
行なえばよいため、ＣＷＰ減少によるウインドウ切替の
時間を短縮することが可能である。

【００２３】なおレジスタファイル１３で保持するウイ
ンドウをｉウインドウと（ｉ＋１）ウインドウにしてお
き、ＣＷＰの値がｉから（ｉ＋１）に増加する場合にＡ
ＬＵのアクセスするウインドウをレジスタファイル１３
の（ｉ＋１）ウインドウに切替え、次のウインドウ切替
えまでの間にレジスタファイル１３の内容をレジスタフ
ァイル１０のｉウインドウへ書き込みその後レジスタフ
ァイル１０の（ｉ＋２）ウインドウの内容をレジスタフ
ァイル１３へ書き込むようにしてもよい。また図３の例
はレジスタファイル１３が３ウインドウ以上のウインド
ウ構成であっても有効である。

【００２４】以上のように図２の例によれば、ウインド
ウ構成の第１のレジスタファイルと、前記第１のレジス
タファイルの任意の隣接する２ウインドウ分の内容を保
持する第２のレジスタファイルと、前記第１のレジスタ
ファイルおよび前記第２のレジスタファイルの内容更新
を行なうレジスタファイル更新制御装置と、ウインドウ
切替時にアクセスするウインドウの切替えを行ない演算
器で使用するレジスタを前記第２のレジスタファイルか
ら選択するウインドウ選択装置を設けることにより、レ
ジスタファイルの回路規模削減を実現することができ
る。

【００２５】図２の例では、ＣＷＰが減少する場合また
は増加する場合のどちらかの場合にしかその効果が現れ
ない。この問題点を解決した例を次に示す。

【００２６】図３は図１の例でレジスタファイル１１を
３ウインドウ構成にした例である。図３において、１４
は３ウインドウ分のレジスタから構成されるレジスタフ
ァイル、１７１〜１７９はオペランド選択信号（（ｉ−
１）ウインドウ）、１８１〜１８９はオペランド選択信
号（ｉウインドウ）、１９１〜１９９はオペランド選択
信号（（ｉ＋１）ウインドウ）をそれぞれ表す。

【００２７】以上のように構成されたレジスタファイル
について、図３を参照しながらその動作を説明する。図
３において、ＣＷＰ信号１０１の値がｉの場合レジスタ
ファイル１４はウインドウポインタがｉ−１、ｉ、ｉ＋
１で表される隣接する３ウインドウ分の内容を保持す
る。ＡＬＵ１〜ＡＬＵ３はレジスタファイル１４のｉウ
インドウにアクセスする。レジスタファイル更新制御装
置２３はウインドウ選択信号１６７を出力し、アクセス
対象となるウインドウをレジスタファイル１４から選択
する。レジスタファイル更新制御装置２３はＰＳＲ２０
から読み出したＣＷＰ信号１０１の値の変化を検出す
る。ＣＷＰの値が１つ減少した場合、レジスタファイル
更新制御装置２３はウインドウ選択信号１６７の値を切
替えてＡＬＵ１〜ＡＬＵ３のアクセス対象をレジスタフ
ァイル１４の（ｉ−１）ウインドウに変更し、演算器か
らのアクセスを受け付ける。その後次のウインドウ切替
えが発生するまでの間に以下の手順でレジスタファイル
の更新を進める。レジスタファイル更新装置２３はレジ
スタファイル１０へのデータ書き込み信号１６６および
レジスタファイル１４からのデータ読み出し信号１６３
を出力し、レジスタファイル１４の（ｉ＋１）ウインド
ウの内容をレジスタファイル１０内の（ｉ＋１）ウイン
ドウ内のレジスタへ書き込む。その後、データ読み出し
選択信号１６５およびレジスタファイル１４へのデータ
書き込み信号１６４を出力し、レジスタファイル１０中
の（ｉ−２）ウインドウ内のレジスタの内容をレジスタ
ファイル１４へ書き込む。

【００２８】またＣＷＰが１増加する場合、レジスタフ
ァイル更新制御装置２３はウインドウ選択信号１６７の
値を切替えてＡＬＵ１〜ＡＬＵ３のアクセス対象をレジ
スタファイル１４の（ｉ＋１）ウインドウに変更し、レ
ジスタファイル更新装置２３はレジスタファイル１０へ
のデータ書き込み信号１６６およびレジスタファイル１
４からのデータ読み出し信号１６３を出力し、レジスタ
ファイル１４の（ｉ−１）ウインドウの内容をレジスタ
ファイル１０内の（ｉ−１）ウインドウ内のレジスタへ
書き込む。その後、データ読み出し選択信号１６５およ
びレジスタファイル１４へのデータ書き込み信号１６４
を出力し、レジスタファイル１０中の（ｉ＋２）ウイン
ドウ内のレジスタの内容をレジスタファイル１４へ書き
込む。

【００２９】以上のように、レジスタファイル更新制御
装置２３はウインドウポインタ減少時にはレジスタファ
イル１４が保持している切り替え前のウインドウ（ｉ）
の前のウインドウ（ｉ＋１）の内容をレジスタファイル
１０の切り替え前のウインドウ（ｉ）の前のウインドウ
（ｉ＋１）へ書き込むことによりレジスタファイル１０
の更新を行い、レジスタファイル１０の切り替え後のウ
インドウ（ｉ−１）の次のウインドウ（ｉ−２）の内容
をレジスタファイル１４へ書き込むことによりレジスタ
ファイル１４の更新を行い、ウインドウポインタ増加時
にはレジスタファイル１４が保持している切り替え前の
ウインドウ（ｉ）の前のウインドウ（ｉ−１）の内容を
レジスタファイル１０の切り替え前のウインドウ（ｉ）
の前のウインドウ（ｉ−１）へ書き込むことによりレジ
スタファイル１０の更新を行い、レジスタファイル１０
の切り替え後のウインドウ（ｉ＋１）の次のウインドウ
（ｉ＋２）の内容をレジスタファイル１４へ書き込むこ
とによりレジスタファイル１４の更新を行う。以後ＣＷ
Ｐ信号１０１が変化する度に、ＣＷＰの変化に応じて上
記の方法でアクセスするレジスタファイルを切替えおよ
び更新を行なう。

【００３０】また図３の例ではウインドウポインタが減
少する場合であっても増加する場合であっても、ウイン
ドウ切替によるレジスタファイル間のデータ転送を次の
ウインドウ切替までの間に行なえばよいため、図２の例
に比べてウインドウ切替の時間をさらに短縮することが
可能である。

【００３１】なお、図３の例はレジスタファイル１４が
４ウインドウ以上のウインドウ構成であっても有効であ
る。

【００３２】以上のように図３の例によれば、ウインド
ウ構成の第１のレジスタファイルと、前記第１のレジス
タファイルの任意の隣接する３ウインドウ分の内容を保
持する第２のレジスタファイルと、前記第１のレジスタ
ファイルおよび前記第２のレジスタファイルの内容更新
を行なうレジスタファイル更新制御装置と、ウインドウ
切替時にアクセスするウインドウの切替えを行ない演算
器で使用するレジスタを前記第２のレジスタファイルか
ら選択するウインドウ選択装置を設けることにより、レ
ジスタファイルの回路規模削減を実現することができ
る。

【００３３】例えばＳＰＡＲＣアーキテクチャの場合、
サブルーチンとのデータ受渡しを高速化するためにオー
バーラップしたウインドウ構成のレジスタファイルを採
用している。ＳＰＡＲＣアーキテクチャの場合、１ウイ
ンドウ内のレジスタはｏｕｔ、ｌｏｃａｌ、ｉｎと呼ば
れる３種類のブロックに分類されており、ウインドウポ
インタがｉのウインドウのｏｕｔブロックのレジスタは
ウインドウポインタが（ｉ−１）のウインドウのｉｎブ
ロックのレジスタに対応する（例えば、「ＲＩＳＣプロ
セッサ入門」（大貫徹、１９９１ＣＱ出版）参照）。
ＳＰＡＲＣアーキテクチャで採用されているようなオー
バーラップしたウインドウ構成のレジスタファイルに図
１の構成を適用した場合、ウインドウが変化してもオー
バーラップした部分のレジスタ（ｉｎまたはｏｕｔレジ
スタ）についてはレジスタアドレスが変わるものの、新
しいウインドウ内にも存在することになるため、オーバ
ーラップした部分をレジスタファイル１０に書き戻す必
要はない。またサブルーチンからの復帰によりＣＷＰが
ｉから（ｉ＋１）へ増加した場合、ｉウインドウに残っ
ているｌｏｃａｌおよびｏｕｔレジスタの内容は通常使
われない。そこで図１の例において、ｏｕｔ、ｌｏｃａ
ｌ、ｉｎのブロック毎にレジスタの内容更新動作実行の
有無を選択する手段を備えた構成例を図４に示す。図４
は図１の例でレジスタファイル１１への読み出し選択信
号１６３および書き込み選択信号１６４をｉｎ、ｌｏｃ
ａｌ、ｏｕｔの3種類のブロックそれぞれに設けた構成
である。図４において、７０はレジスタファイル１０の
内容更新ブロックを指定する制御レジスタ、７０６はレ
ジスタファイル１１のｉｎレジスタからレジスタファイ
ル１０へ書き込むデータ、７０３はレジスタファイル１
０からレジスタファイル１１のｉｎレジスタへ書き込む
データ、７０５はレジスタファイル１１のｌｏｃａｌレ
ジスタからレジスタファイル１０へ書き込むデータ、７
０２はレジスタファイル１０からレジスタファイル１１
のｌｏｃａｌレジスタへ書き込むデータ、７０４はレジ
スタファイル１１のｏｕｔレジスタからレジスタファイ
ル１０へ書き込むデータ、７０１はレジスタファイル１
０からレジスタファイル１１のｏｕｔレジスタへ書き込
むデータ、７１３はレジスタファイル１１のｉｎレジス
タからの読み出し選択信号、７１６はレジスタファイル
１１のｉｎレジスタへの書き込み選択信号、７１２はレ
ジスタファイル１１のｌｏｃａｌレジスタからの読み出
し選択信号、７１５はレジスタファイル１１のｌｏｃａ
ｌレジスタへの書き込み選択信号、７１１はレジスタフ
ァイル１１のｏｕｔレジスタからの読み出し選択信号、
７１４はレジスタファイル１１のｏｕｔレジスタへの書
き込み選択信号、をそれぞれ表す。

【００３４】以上のように構成されたレジスタファイル
について、図４を参照しながらその動作を説明する。図
４において、ＡＬＵからレジスタファイル１１へのアク
セスに関しては図１の例の場合と同じである。ウインド
ウ切替によりレジスタファイル１０の保持内容を更新す
るさい、更新を行なうブロック（ｉｎ）を制御レジスタ
７０により指定しておく。ＣＷＰの値がｉからｉ−１へ
変化した場合、レジスタファイル更新制御装置２３はレ
ジスタファイル１０へのデータ書き込み信号１６６をレ
ジスタファイル１０へ出力するとともに、レジスタファ
イル１１からの読み出し選択信号７１２、７１３を出力
し、ｌｏｃａｌおよびｉｎレジスタについてのみその内
容をレジスタファイル１０へ書き込み、レジスタファイ
ル１０の保持内容を更新する。その後レジスタファイル
１０からの読み出し選択信号１６５およびレジスタファ
イル１１へのデータ書き込み選択信号７１４、７１５を
出力し、ｉ−１ウインドウのｏｕｔおよびｌｏｃａｌレ
ジスタの内容をレジスタファイル１１に内容を書き込
む。一方、ＣＷＰの値がｉからｉ＋１へ変化した場合に
は、レジスタファイル更新制御装置２３は制御レジスタ
７０で指定した内容に従い、レジスタファイル１０への
データ書き込み信号１６６、レジスタファイル１１から
の読み出し選択信号７１１、７１２を出力し、レジスタ
ファイル１０の保持内容更新を行なう。制御レジスタ７
０で更新を指定していればレジスタファイル１１のｏｕ
ｔおよびｌｏｃａｌレジスタの内容をレジスタファイル
１０へ書き込み、レジスタファイル１０の保持内容を更
新する。この時制御レジスタ７０で更新を指定していな
ければレジスタファイル１０の保持内容は変化しない。
その後レジスタファイル１０からの読み出し選択信号１
６５およびレジスタファイル１１へのデータ書き込み選
択信号７１５、７１６を出力し、ｉ＋１ウインドウのｌ
ｏｃａｌおよびｉｎレジスタの内容をレジスタファイル
１１に書き込む。

【００３５】図４の例ではオーバーラップしているレジ
スタ（ｏｕｔまたはｉｎ）のデータ転送が不要であり、
またレジスタファイル１０の保持内容更新動作の省略が
可能であるため、ウインドウ切替によるレジスタファイ
ル間のデータ転送時間が短くなる。

【００３６】なお、図４の例はレジスタファイル１１が
２ウインドウ以上のウインドウ構成であっても有効であ
る。また制御レジスタを用いてオーバーラップしていな
いレジスタの更新動作実行の有無を指定する代わりに、
オーバーラップしていないレジスタの更新動作実行の有
無を指定する命令を用いてもよい。

【００３７】以上のように図４の例によれば、オーバー
ラップしたウインドウ構成の第１のレジスタファイル
と、前記第１のレジスタファイルの内容の一部を保持す
る第２のレジスタファイルと、前記第１のレジスタファ
イルおよび前記第２のレジスタファイルの内容更新を特
定のブロック（ｏｕｔ、ｌｏｃａｌ、ｉｎ）のレジスタ
についてのみ行なうレジスタファイル更新制御装置を設
けることにより、レジスタファイルの回路規模縮小を実
現するとともに、レジスタファイル間のデータ転送に要
する時間を削減することができる。

【００３８】ＳＰＡＲＣアーキテクチャで採用されてい
るようなオーバーラップしたウインドウ構成のレジスタ
ファイルにおいて、サブルーチン呼び出しによりＣＷＰ
がｉから（ｉ−１）へ減少した場合、それ以前に（ｉ−
１）ウインドウを使用した結果として残っている（ｉ−
１）ウインドウのｌｏｃａｌおよびｏｕｔレジスタの内
容は通常使われない。そこで、ＣＷＰ減少時にレジスタ
ファイル１１のオーバーラップしていないレジスタの内
容を初期化する手段を備えた構成例を図５に示す。図５
において、９０は初期化装置、９１１,９１２,９１３は
初期化装置からレジスタファイル１１へ書き込むデータ
（それぞれｏｕｔ、ｌｏｃａｌ、ｉｎに対応）、９０１
〜９０３はレジスタファイル１０から読み出したデータ
（それぞれｏｕｔ、ｌｏｃａｌ、ｉｎに対応）、９１は
制御レジスタ、９２は初期値レジスタ、９２１は制御信
号、９２２は初期値をそれぞれ表す。

【００３９】以上のように構成されたレジスタファイル
について、図５を参照しながらその動作を説明する。図
５に示すように、レジスタファイル１１の保持内容の初
期化は初期化装置９０を通じて行なう。初期化装置９０
は、制御レジスタ９１の内容に従い、ＣＷＰ減少時のレ
ジスタファイル１１のオーバーラップしていないレジス
タの初期化の有無を選択する。オーバーラップしていな
いレジスタの初期化の有無は制御レジスタ９１が出力す
る制御信号９２１により決定し、初期化を指定した場
合、ＣＷＰ減少時に初期値レジスタ９２の内容９２２を
レジスタファイル１１のオーバーラップしていないレジ
スタ（ｏｕｔおよびｌｏｃａｌ）にセットする。制御レ
ジスタ９１による初期化を指定しない場合、レジスタフ
ァイル１０から読み出したデータ９０１〜９０３がレジ
スタファイル11へ書き込まれる。

【００４０】オーバーラップしていないレジスタの初期
化を指定する場合、ウインドウ切替後のオーバーラップ
していないレジスタは初期値レジスタで設定した値を保
持しているため、レジスタがより利用しやすくなる。

【００４１】なお、初期化を指定しない場合図５の例で
はレジスタファイル１０の内容をレジスタファイル１１
へ書き込むが、レジスタファイル１１への書き込みを省
略できる場合もある。この場合、具体的には図４におい
て、制御レジスタ７０にさらにオーバーラップしていな
いレジスタの内容の転送の有無を指定する値を設定し、
レジスタファイル更新制御装置２３は、そのレジスタの
内容の転送の有無を指定する値を参照して、レジスタフ
ァイル１１への書き込み信号７１４〜７１６の値を切り
替えてレジスタファイル１１への書き込みを省略する方
法を用いれば良い。

【００４２】また制御レジスタを用いて初期化を指定す
る代わりに、初期化を指定する命令を用いてもよい。ま
た、図５の例はレジスタファイル１１が２ウインドウ以
上のウインドウ構成であっても有効である。

【００４３】以上のように図５の例によれば、オーバー
ラップしたウインドウ構成の第１のレジスタファイル
と、前記第１のレジスタファイルの内容の一部を保持す
る第２のレジスタファイルと、前記第１のレジスタファ
イルおよび前記第２のレジスタファイルの内容更新をオ
ーバーラップしていないレジスタについてのみ行なうレ
ジスタファイル更新制御装置と、前記第２のレジスタフ
ァイルの保持内容を初期化する初期化装置を設けること
により、レジスタファイルの回路規模縮小を実現すると
ともに、レジスタファイル間のデータ転送に要する時間
を削減することができる。

【００４４】なお実施例では示していないが、本発明は
レジスタのビット数、ウインドウ数、ウインドウ内のレ
ジスタの本数、演算器の数、演算器で必要なオペランド
の数が実施例と違っている場合でも有効である。レジス
タファイル１０のウインドウ数が実施例の場合と異なっ
ている場合でも有効である。第１レジスタファイルと第
２のレジスタファイルの間のデータ転送用バス幅に制限
はない。第２のレジスタファイルから第１レジスタファ
イルへのデータ転送および第１レジスタファイルから第
２のレジスタファイルへのデータ転送にそれぞれ独立し
たバスを使用する代わりに、１本の双方向バスで代用し
ても構わない。またレジスタファイル更新制御装置で
は、ＣＷＰ信号の変化を検出する代わりにＣＷＰ値を変
更する命令を検出してもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明のデータ記憶装置に
よれば、ウインドウ構成の第１のレジスタファイルと、
前記第１のレジスタファイルの内容の一部を保持する第
２のレジスタファイルと、前記第１のレジスタファイル
および前記第２のレジスタファイルの内容更新を行なう
レジスタファイル更新制御装置を備えることにより、レ
ジスタファイルの回路規模が縮小する。これにより、配
線容量・ゲート容量・接合容量の増加によるデータアク
セス速度の低下、ビット線・ワード線の増加による消費
電力の増加、チップ面積の増加によるチップの高価格
化、回路設計工数の増加といった問題点が解消され、高
速アクセス・低消費電力・低コスト・設計工数低減を実
現することができる。また従来の構成ではレジスタアク
セスの際ＣＷＰで指定されるウインドウ内のレジスタの
みがアクセスの対象であるにもかかわらず、アクセス毎
にＣＷＰとレジスタアドレスの両方のデータを解読する
必要があるため、アクセスレジスタ選択装置の回路構成
が複雑かつ大規模なものになっていたが、本発明ではウ
インドウ切替えが生じるとき以外はＣＷＰを解読する必
要がないため、アクセスレジスタ選択装置の回路構成が
簡単になり、レジスタアドレスの解読時間も短縮され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のデータ記憶装置の構成図

【図２】本発明の一実施例のデータ記憶装置の構成図

【図３】本発明の一実施例のデータ記憶装置の構成図

【図４】本発明の一実施例のデータ記憶装置の構成図

【図５】本発明の一実施例のデータ記憶装置の構成図

【図６】従来のデータ記憶装置の構成図

【符号の説明】

１０ウインドウ構成の第１のレジスタファイル１１第２のレジスタファイル２３レジスタファイル更新制御装置２４ウインドウ選択装置７０制御レジスタ９０初期化装置９１制御レジスタ９２初期値レジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウインドウ構成の第１のレジスタファイル
と、前記第１のレジスタファイルの内容の一部を保持す
る第２のレジスタファイルと、前記第１のレジスタファ
イルおよび前記第２のレジスタファイルの内容更新を行
なうレジスタファイル更新制御装置を備え、前記レジスタファイル更新制御装置はウインドウ切替時
に前記第２のレジスタファイルから前記第１のレジスタ
ファイルへのデータ書き込みを行なうことにより前記第
１のレジスタファイルの内容更新を行ない、前記第１の
レジスタファイルの切替後のウインドウの内容を前記第
２のレジスタファイルに書き込むことにより前記第２の
レジスタファイルの内容更新を行なうことを特徴とする
データ記憶装置。
【請求項２】前記第２のレジスタファイルは、第１のレ
ジスタファイルの任意の隣接する２ウインドウ分の内容
を保持し、さらにウインドウ切替時にアクセスするウインドウの切
替えを行ない、前記第２のレジスタファイルから演算器
で使用するレジスタを選択するウインドウ選択装置を備
えた請求項１記載のデータ記憶装置。
【請求項３】前記レジスタファイル更新制御装置はウイ
ンドウ切替後に前記第２のレジスタファイルから１ウイ
ンドウ分の内容を前記第１のレジスタファイルへ書き込
むことにより前記第１のレジスタファイルの内容更新を
行ない、前記第１のレジスタファイルの１ウインドウ分
の内容を前記第２のレジスタファイルに書き込むことに
より前記第２のレジスタファイルの内容更新を行なうこ
とを特徴とする請求項２記載のデータ記憶装置。
【請求項４】前記レジスタファイル更新制御装置はウイ
ンドウ切替後に前記第２のレジスタファイルの切替え前
のウインドウの内容を前記第１のレジスタファイルの切
替え前のウインドウへ書き込むことにより前記第１のレ
ジスタファイルの内容更新を行ない、前記第１のレジス
タファイルの切替後のウインドウの次のウインドウの内
容を前記第２のレジスタファイルの切替え前のウインド
ウに書き込むことにより前記第２のレジスタファイルの
内容更新を行ない、前記レジスタ選択装置はウインドウ
切替時にアクセスするウインドウを前記第２のレジスタ
ファイルの切替後のウインドウに切替えることを特徴と
する請求項２記載のデータ記憶装置。
【請求項５】前記レジスタファイル更新制御装置はウイ
ンドウ切替後に前記第２のレジスタファイルの切替え前
のウインドウの１つ前のウインドウの内容を前記第１の
レジスタファイルの切替え前のウインドウの１つ前のウ
インドウへ書き込むことにより前記第１のレジスタファ
イルの内容更新を行ない、前記第１のレジスタファイル
の切替後のウインドウの次のウインドウの内容を前記第
１のレジスタファイルの切替え前のウインドウの１つ前
のウインドウに書き込むことにより前記第２のレジスタ
ファイルの内容更新を行ない、前記レジスタ選択装置は
ウインドウ切替時にアクセスするウインドウを前記第２
のレジスタファイルの切替後のウインドウに切替えるこ
とを特徴とする請求項２記載のデータ記憶装置。
【請求項６】前記第１のレジスタファイルは、オーバー
ラップしたウインドウ構成をとり、前記レジスタファイ
ル更新制御装置は、ウインドウ切替による前記第１のレ
ジスタファイルの内容更新を前記第２のレジスタファイ
ルのオーバーラップしていないレジスタの内容のみを前
記第1のレジスタファイルへ書き込むことにより行な
い、前記第２のレジスタファイルの内容更新を前記第１
のレジスタファイルのオーバーラップしていないレジス
タの内容のみを前記第２のレジスタファイルへ書き込む
ことにより行なうことを特徴とする請求項１記載のデー
タ記憶装置。
【請求項７】さらに前記第２のレジスタファイルの保持
内容を初期化する初期化装置を備え、前記初期化装置
は、ウインドウポインタ減少時に前記第２のレジスタフ
ァイルのオーバーラップしていないレジスタの内容の初
期化を行なうことを特徴とする請求項６記載のデータ記
憶装置。
【請求項８】さらにオーバーラップしていないレジスタ
の内容の転送の有無を指定する手段を備え、前記レジス
タファイル更新制御装置は、前記レジスタの内容の転送
の有無を指定する手段からその指定を受けて、ウインド
ウ切替えによる前記第１のレジスタファイルおよび前記
第２のレジスタファイル更新のためのデータ転送の際、
オーバーラップしていないレジスタの内容転送の実行の
有無を決定することを特徴とする請求項６記載のデータ
記憶装置。