JPH0798661A - 並列命令実行方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】既存計算機との互換性を維持しながら、並列命
令実行可能な計算機を実現する。 【構成】並列命令実行解析コンパイラは、コンパイル時
の解析結果に従って、後続の何命令の並列実行が可能で
あるという情報およびその並列実行可能な複数の命令の
中に含まれている条件分岐命令の条件不成立時に複数の
並列実行可能な命令の内のどの命令の実行結果をキャン
セルするのかを指定する情報を、既存計算機では未定義
とされている命令語の中に定義する。並列情報デコード
ユニット２は、未定義命令語を解読して並列命令実行に
対する二種類の制御情報をデコードし、その結果を並列
命令発行信号５および命令キャンセル信号６として出力
する。命令デコード発行ユーニット３は、並列命令発行
信号５に従って単一或いは複数の命令を命令実行ユニッ
ト８，９，１０に発行する。命令実行ユニット８，９，
１０は、命令キャンセル信号６及び条件分岐命令の実行
結果に従って演算結果をキャンセルする。 【効果】デコード部のハードウェア量を増やすことな
く、目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計算機の並列命令実行
方式に関し、特に、複数命令を複数の命令実行ユニット
に対して発行して実行させる並列命令実行方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の並列実行方式は、既存計算機との
互換性を維持しながら、複数の命令を並列に実行する計
算機で、命令実行時にハードウェア資源の競合を意識し
ながら、複数命令の実行の可否についての判断を行って
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の並列命
令実行方式は、複数命令を並列実行可能がどうかを命令
実行時にハードウェアで判断していたために、命令デコ
ードや命令ディスパッチを行う制御部のハードウェア量
が多くなって、その部分の回路ディレイが大きくなり、
基本クロック周期を短くする上で支障をきたすという欠
点を有している。例えば、整数演算ユニットと浮動少数
点演算ユニットとをひとつづつ有する計算機では、連続
する二つの命令が整数演算命令と浮動少数点演算命令と
であれば、その二つの命令を並列に実行可能であるが、
連続する二つの命令がともに整数命令であったり、浮動
少数点命令であれば、演算ユニット上の競合が起こり、
ひとつの命令しか同時には実行できないこととなる。ま
た、このような判断を命令実行時にハードウェアで行う
には、その制御部が複雑となってしまうので、演算ユニ
ットの数や種類が増えた場合には、ハードウェアで十分
に並列命令実行の可能性を判断できなくなることがあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の並列命令実行方
式は、複数の命令実行ユニットを有して複数の命令を並
列に実行するとともに、既存計算機の命令セットに互換
性を有する計算機の並列命令実行方式において、コンパ
イル時の解析結果に従って、後続の何命令の並列実行が
可能であるという情報およびその並列実行可能な複数の
命令の中に含まれている条件分岐命令の条件不成立時に
複数の並列実行可能な命令の内のどの命令の実行結果を
キャンセルするのかを指定する情報を、既存計算機では
未定義とされていた命令語の中に定義する並列命令実行
解析コンパイラと、前記未定義命令語を解読して並列命
令実行に対する二種類の制御情報をデコードし、その結
果を並列命令発行信号および命令キャンセル信号として
出力する並列情報デコードユニットと、前記並列命令発
行信号に従って単一或いは複数の命令を前記命令実行ユ
ニットに発行する命令デコード発行ユニットと、前記命
令キャンセル信号及び条件分岐命令の実行結果に従って
演算結果をキャンセルする命令実行ユニットと、を具備
して構成されている。

【０００５】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【０００６】図１は、本発明の並列命令実行方式の一実
施例を示すブロック図である。本実施例では、説明を簡
単にするために、一つの分岐命令実行ユニットと一つの
整数演算ユニットと一つの浮動少数点演算ユニットとを
持つ計算機を例にとって説明する。

【０００７】図１に示すように、１は命令バッファ、２
は並列情報デコードユニット、３は命令デコード発行ユ
ニット、４は１から２及び３に対して命令語を出力する
命令伝達信号である。また、並列情報デコードユニット
２は、命令伝達信号４から入力される命令語が既存計算
機の未定義命令であると、そのなかから後続の並列実行
可能命令数及び命令実行キャンセル指定情報を取り出し
て、並列実行可能命令数を並列命令発行信号５にて、命
令デコード発行ユニット３に伝え、命令実行キャンセル
指定を命令キャンセル信号６にて、各種の命令実行ユニ
ット８，９，１０に伝える。

【０００８】一方、命令デコード発行ユニット３は、命
令伝達信号７にて、命令語を、分岐命令実行ユニット
８、整数演算ユニット９及び浮動少数点演算ユニット１
０に伝える。分岐命令実行ユニット８での条件分岐命令
で判定された条件の成立不成立についての情報は、条件
分岐信号１１にて、各種の命令実行ユニット９，１０に
伝えられて、命令キャンセル信号６及び条件分岐信号１
１の指示にしたがって、必要であれば、演算結果をレジ
スタなどに格納せずに、その実行をキャンセルする。

【０００９】図２は、本実施例のオブジェクトレコード
の一例を示す図である。本実施例の計算機が互換を保と
うとする既存計算機の命令セットでは、命令語の先頭に
命令コードがあって、その最初の４ビットがすべて１の
命令語は未定義命令であったとする。本実施例の並列命
令実行解析コンパイラは、ソースプログラムをコンパイ
ルした結果のオブジェクトコード内に、互いに命令実行
ユニットで競合しない分岐命令、整数演算命令及び浮動
少数点演算命令が連続していないかどうかを捜す。もし
連続していれば、それらの命令を並列に実行させるため
に、図２に示すように、その命令列の前に先頭の４ビッ
トがすべて１の未定義命令を挿入し、さらに、その命令
語の最下位４ビットに００１１を書き込む。この００１
１は、後続の３命令が並列実行可能であることを表して
いる。

【００１０】図３は、並列実行可能な命令によるプログ
ラムの一例を示す図である。もし演算ユニットを競合し
ない命令が連続していない場合に、本実施例のコンパイ
ラは、更に分岐先の命令も含めて並列実行可能な命令を
捜す。例えば図３で、ｎ番地とｎ＋２番地の命令は、共
に整数命令（図ではＩＮＴと表記）で、ｎ＋１番地の命
令は、条件が成立すればｋ番地に分岐するという条件分
岐命令である。ｎ番地とｎ＋２番地は、共に整数命令な
ので、並列実行可能な命令は、ｎ番地の整数命令とｎ＋
１番地の分岐命令との２命令になってしまう。

【００１１】図４は、本実施例の並列実行命令列の一例
を示す図である。

【００１２】ところが、ｋ番地の命令を見ると、浮動少
数点命令で条件分岐が失敗したら、この命令をキャンセ
ルするという指定をすれば、ｋ番地の命令もｎ番地、ｎ
＋１番地の命令と並列に実行することがでるようにな
る。この場合に、図４に示すように、命令語の最上位４
ビットが１１１１で、最下位４ビットが００１１で、最
下位４ビットの上位隣の３ビットが００１という命令語
が生成される。ここでは、後続の３命令が並列実行可能
で、更にその内３番目の命令は、条件分岐失敗時には、
演算結果がキャンセルされることが指定されている。

【００１３】この様に分岐先も含めて、並列実行可能な
命令を捜すことで、ｋ番地の浮動少数点命令をｎ番地お
よびｎ＋１番地の命令と組ませることができ、その結
果、浮動少数点演算ユニット１０の使用効率が上がり、
分岐条件成立時を考えた場合に、ｎ＋１番地の分岐命令
とｋ番地の浮動少数点命令とが同時に実行されるため
に、別々に実行される場合に比べて性能が向上する。

【００１４】以下では、図４の命令列を例にとって、本
実施例の並列命令実行方式によって、命令を実行ユニッ
トに発行する様子を説明する。本実施例では、命令伝達
信号４として、次に実行されるべき命令から始まる連続
する４命令を、並列情報デコードユニット２及び命令デ
コードユニット３に出力する。

【００１５】そこで、並列情報デコードユニット２は、
図４の命令列の先頭の未定義命令Ａをデコードして、
「後続の命令は、並列実行可能であり、並列実行可能な
命令列の長さは３命令（図４でのＢ〜Ｄの３命令）で、
その内３番目の命令は、条件分岐失敗時には、演算結果
がキャンセルされる」旨を並列命令発行信号５及び命令
キャンセル信号６により、命令デコード発行ユニット
３、及び命令実行ユニット９，１０に伝えている。分岐
命令実行ユニット８での命令実行結果は、分岐条件によ
ってキャンセルされることはないので、命令キャンセル
信号６を命令実行ユニット９及び１０にのみ伝える。

【００１６】命令デコード発行ユニット３では、命令伝
達信号４にて入力された命令列からＢ〜Ｄの３命令を取
り出してデコードし、デコード結果を命令伝達信号７に
て、命令実行ユニット８，〜１０に出力する。図４のＢ
の分岐命令が分岐命令実行ユニット８に、Ｃの整数命令
が整数演算ユニット９に、Ｄの浮動少数点命令が浮動少
数点演算ユニット１０に出力される。このように三個の
命令が同時に命令実行ユニット８，９，１０に発行され
て並列に実行される。

【００１７】分岐命令実行ユニット８では、条件分岐命
令の条件を判定して、その結果を条件分岐信号１１にて
命令実行ユニット９及び１０に伝える。整数演算ユニッ
ト１０では、命令キャンセル信号６にて条件不成立時に
は、Ｄの命令演算結果をキャンセルするように指示され
ているので、もし条件分岐信号１１が条件の不成立を示
していれば、演算結果はレジスタに格納される。Ｃの整
数命令を実行している整数演算ユニット９は、条件判定
結果に無関係に演算を実行する。なお、並列情報デコー
ドユニット２及び命令デコード発行ユニット３に入力さ
れた命令に未定義命令が含まれていない場合には、命令
は逐次に１命令づつ実行される。

【００１８】

【発明の効果】本発明の並列命令実行方式は、後続する
命令列が並列実行可能かどうか、可能であれば何命令が
並列実行可能かをコンパイラが判断して、その結果を命
令列の中に格納することができるので、命令デコードユ
ニットのハードウェアを複雑にすることなく、並列実行
可能な命令を複数個演算ユニットに発行することができ
ることにより、分岐先の命令語までを含めて並列実行可
能な命令を捜すことができるので、演算ユニットの使用
効率を向上させ、計算機全体の命令実行性能を向上させ
ることができるという効果を有している。

【００１９】また、本発明の並列命令実行方式は、既存
計算機の未定義命令語を使って並列命令実行情報を定義
できるので、既存計算機との互換性を保ちながら、並列
に命令の実行を可能にすることができるとともに、命令
列の並列実行の可能性をコンパイラが判断するので、例
えば、並列実行可能な命令数や命令実行ユニットの種類
が多い、より複雑な条件の並列実行の可能性を判断しな
ければならない構成の計算機でも、応用することができ
るという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の並列命令実行方式の一実施例を示すブ
ロック図である。

【図２】本実施例のオブジェクトコードの一例を示す図
である。

【図３】並列実行可能な命令によるプログラムの一例を
示す図である。

【図４】本実施例の並列実行命令列の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 命令バッファ ２ 並列情報デコードユニット ３ 命令デコード発行ユニット ４ 命令伝達信号 ５ 並列命令発行信号 ６ 命令キャンセル信号 ７ 命令伝達信号 ８ 分岐命令実行ユニット ９ 整数演算ユニット １０ 浮動少数点演算ユニット １１ 条件分岐信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の命令実行ユニットを有して複数の
   命令を並列に実行するとともに、既存計算機の命令セッ
   トに互換性を有する計算機の並列命令実行方式におい
   て、 コンパイル時の解析結果に従って、後続の何命令の並列
   実行が可能であるという情報およびその並列実行可能な
   複数の命令の中に含まれている条件分岐命令の条件不成
   立時に複数の並列実行可能な命令の内のどの命令の実行
   結果をキャンセルするのかを指定する情報を、既存計算
   機では未定義とされていた命令語の中に定義する並列命
   令実行解析コンパイラと、 前記未定義命令語を解読して並列命令実行に対する二種
   類の制御情報をデコードし、その結果を並列命令発行信
   号および命令キャンセル信号として出力する並列情報デ
   コードユニットと、 前記並列命令発行信号に従って単一或いは複数の命令を
   前記命令実行ユニットに発行する命令デコード発行ユニ
   ットと、 前記命令キャンセル信号及び条件分岐命令の実行結果に
   従って演算結果をキャンセルする命令実行ユニットと、
   を具備することを特徴とする並列命令実行方式。