JPH08161168A - データ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数命令流を解読実行するデータ処理装置に
おいてマルチサイクル命令を必要最小限のハードウェア
追加で実行できる。 【構成】 マルチサイクル命令が命令解読回路１に読み
込まれる。命令実行制御回路２はマルチサイクル命令解
読管理回路３からの情報に従ってマルチサイクル命令を
解読する命令流を決定する。マルチサイクル命令解読管
理回路３は命令発行制御回路２からの情報に従って解読
する命令流を選択し、命令解読回路１から解読命令の情
報を得る。この情報に従ってマルチサイクル命令解読管
理回路３は単一の命令であるマルチサイクル命令を複数
の命令に分割する。さらに命令解読回路１はマルチサイ
クル命令解読管理回路３からの情報に従ってレジスタ群
４から読みだすレジスタ番号の情報を解読する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は出現頻度が少なくかつ実
行レイテンシが大きいマルチサイクル命令を、必要最小
限のハードウェア追加で性能劣化を引き起こさずに実装
できる命令発行制御装置とマルチサイクル命令解読管理
装置を備えたデータ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】命令の並列実行を可能とするマイクロプ
ロセッサの制御技術は、命令実行の高速化を可能とする
手法として注目されている。

【０００３】従来、実行に複数サイクル要するマルチサ
イクル命令はマイクロプログラムを解読機構あるいは実
行回路で内蔵しそれらを順次実行することによって実現
されていた。このマルチサイクル命令を複数命令流を有
するマイクロプロセッサにおいて実現する場合、マイク
ロプログラムを複数命令流ごとに設けた場合には、ハー
ドウェアの増加を引き起こす。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】マルチサイクル命令解
読機構が複数存在することによるハードウェア増加、あ
るいはマルチサイクル命令解読機構を共有した場合、資
源競合を引き起こし解読機構を選択するアービトレーシ
ョン処理が必要となり、ハードウェア増加の原因となっ
ていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本願第１の発明のマルチサイクル命令解読管理回路
を備えたデータ処理装置は、複数の命令流を解読する複
数の命令解読回路と、それぞれの命令流に１対１に対応
してデータの読みだし書き込みを行うレジスタ群と、前
記複数の命令解読回路よりマルチサイクル命令を解読中
であることを知らされることによりマルチサイクル命令
の発行制御を行う命令発行制御回路と、前記命令発行制
御回路よりマルチサイクル命令解読を行う命令流を知
り、複数ある命令流から解読する命令を選択しマルチサ
イクル命令の解読管理を行うマルチサイクル命令解読管
理回路を備えることにより、複数命令流に存在するマル
チサイクル命令を命令解読回路に１対１に対応してマル
チサイクル命令解読管理回路を設けることなく解読制御
を行うことを特徴としている。

【０００６】本願第２の発明のデータ処理装置は、マル
チサイクル命令解読管理回路からの指示に従い当該サイ
クルで解読する命令が参照するレジスタ番号を切り出す
ことにより、マルチサイクル命令において使用するレジ
スタ番号を特にマルチサイクル命令解読管理回路中にあ
るマイクロ命令に設けることなく、マルチサイクル命令
を実行することを特徴としている。

【０００７】

【作用】本発明は上記した構成によって、従来の構成で
はマルチサイクル命令の解読機構によって大幅なハード
ウェア増を招く回路構成を防ぐものである。

【０００８】更にこの構成を用いることにより命令流の
排他制御を実行することが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例におけるマルチサイク
ル命令解読管理回路を備えたデータ処理装置について、
図面を参照しながら説明する。

【００１０】（図１）は本発明の実施例における命令発
行制御回路およびマルチサイクル命令解読管理回路を備
えたデータ処理装置の構成図を示すものである。

【００１１】(図１)に置いて１は複数の命令解読回路、
２は命令実行制御回路、３はマルチサイクル命令解読管
理回路、４はレジスタ群、１０は基本演算を行う基本命
令実行回路、１１はデータをメモリから書き込みあるい
は読みだしを行うロードストア命令実行回路、１４複数
の命令流が同一の実行回路での実行を同時に要求した場
合、どの命令流がその実行回路を次のサイクルで使用す
るかを決定する調停回路である。

【００１２】(図２)は動作説明を行うための命令シーケ
ンス例である。命令シーケンス中のＲ８ａ、Ｒ１４ａ、
Ｒ１６ａ、Ｒ２４ａ、Ｒ８ｂ、Ｒ１４ｂ、Ｒ１６ｂ、Ｒ
２４ｂはレジスタ名を示している。このうちレジスタ名
の最後尾に付いているａ，ｂは属する命令流を示してい
る。またＳＡＶＥ、ＲＥＳＴＯＲＥ、ＳＴ，ＬＤ，ＭＯ
Ｖは命令を示している。このうちＳＴはレジスタからメ
モリへのストア命令、ＬＤはメモリからレジスタへのロ
ード命令、ＭＯＶはレジスタからレジスタへの移動命令
である。

【００１３】さらに（ａ）に示された命令流にあるＳＡ
ＶＥ，ＲＥＳＴＯＲＥの機能は（ｂ）に示された命令流
と同等の機能を持つマルチサイクル命令である。すなわ
ち（ａ）の命令流を実行すると機能的には（ｂ）の命令
流を全て実行したもの同じ動作を行うことになる。命令
中の最後尾の数字は同一命令流の実行順序を示すもので
ある。命令動作は第１、第２オペランドがソースで、第
３オペランドがディスティネーションであるものとす
る。

【００１４】ここで(図１)では命令解読回路１、レジス
タ群４は命令流の数に対応して３個ずつ記載されてい
る。これら各回路の数は命令流の数と同数用意されてお
り、各命令流に所属する資源は他の命令流から参照され
ることはない。ここでは説明の簡単化のため(図２)の命
令流は２つを表記している。

【００１５】(図３)は動作説明を行うためのパイプライ
ン動作例である。図の中でＤＥＣは命令解読回路１での
動作、ＥＸは基本命令実行回路１０あるいはロードスト
ア命令実行回路１１での動作、ＭＵＬＴＩ-ＡＤＭＩＮ
はマルチサイクル命令解読管理回路３から出力されるマ
ルチサイクル命令のサイクル数である。命令解読回路
１、レジスタ群４は命令流と同数用意されているが(図
３)中のＤＥＣは説明のための命令シーケンス分のみ記
載されている。

【００１６】以下実施例のマルチサイクル命令解読管理
回路を備えたデータ処理装置について、(図１)(図２)
(図３)を用いてその動作を説明する。

【００１７】動作を開始すると命令流ａ、ｂともに命令
解読回路１にＳＡＶＥ、ＲＥＳＴＯＲＥ命令が読み込ま
れる。なおこの命令流の数は前述したように３と規定し
なくても制御可能である。さらにこれら複数の命令流は
複数存在する命令解読回路１に対して１対１の対応で固
定された命令解読回路１に読み込まれるものとする。

【００１８】命令解読回路１では命令を解読し、解読さ
れた命令が基本命令かマルチサイクル命令であるかを判
断し、命令発行制御回路２に通知する。このＳＡＶＥ、
ＲＥＳＴＯＲＥ命令はマルチサイクル命令であるが、ま
ず最初に命令がマルチサイクル命令であるかないかに関
わらない動作に関しての説明を行う。

【００１９】この命令発行制御回路２は現在実行されて
いる基本命令実行回路１０の状態、ロードストア命令実
行回路１１の状態さらにマルチサイクル命令解読管理回
路３により管理されているマルチサイクル命令の実行状
況の情報により命令発行を行う命令流を決定する。命令
発行を妨げる要因は複数存在するがこれらをパイプライ
ンの流れを妨げるということでパイプラインハザードと
呼ぶ。パイプラインハザードには資源の競合により発生
する構造的ハザード、データの依存関係により発生する
データハザード、制御の順に依存して発生する制御ハザ
ードがある。

【００２０】ここでは説明の簡単にするためにデータハ
ザードは発生しないものとする。また制御ハザードは、
発行する命令が命令解読回路１に供給されない等の場合
に関することなので、ここでは命令は既に命令解読回路
１に供給されているものとし扱わない。

【００２１】そこで問題となるのは構造ハザードのみと
なる。(図１)の構造を例に取ると命令解読回路１、レジ
スタ群４は命令流の数だけ資源が存在するので構造的ハ
ザードは発生しないが、基本命令実行回路１０、ロード
ストア命令実行回路１１は(図１)の仮定ではそれぞれ１
個しか存在しないので複数命令流で同一回路を使用しよ
うとした場合、資源の競合が発生し構造的ハザードとな
る。

【００２２】命令発行制御回路２は、これら構造的ハザ
ードが発生する場合に、資源の競合を解決するために調
停回路を持ち調停を行う。例えば命令流ａ、ｂともに同
一サイクルで基本命令実行回路１０への使用要求が機能
ユニット使用要求線５を使って命令解読回路１から出さ
れたとする。この場合、命令発行制御回路２は基本命令
実行回路１０が次サイクルで使用可能かどうかを基本命
令状態線１３を用いて知り、使用可能な場合には命令発
行制御回路２にある調停回路１４を用いて命令流ａ、ｂ
のどちらの命令を発行するかを決定する。

【００２３】この調停回路１４は元来、複数命令流を実
行するデータ処理装置において実行回路が命令流の数と
同数かそれ以上用意されていない場合には必ず存在し、
複数命令流からの使用要求の調停を行う。次にマルチサ
イクル命令の場合の動作を説明する。命令解読回路１で
解読された命令がマルチサイクル命令であった場合、こ
の命令が発行可能かどうかはマルチサイクル命令解読管
理回路３が管理しており、そのサイクルでマルチサイク
ル命令が解読中でさらに次サイクルで継続して解読する
か否かを命令発行制御回路２に伝える。

【００２４】命令発行制御回路２はこの情報と命令解読
回路１から送られる情報をもとにその命令が発行可能か
どうかを判断する。単一の命令流のみがマルチサイクル
命令の解読を行う場合、命令発行制御回路２はマルチサ
イクル命令解読管理回路３からの情報により次サイクル
でマルチサイクル命令の解読が行われない場合には、そ
のマルチサイクル命令を発行することを命令解読回路１
に伝える。

【００２５】またマルチサイクル命令解読管理回路３で
既にマルチサイクル命令の解読が行われている状態の場
合には、その命令発行及び解読を停止する。複数の命令
流がマルチサイクル命令の解読を要求した場合、マルチ
サイクル命令解読管理回路３からの情報に従い、次サイ
クルでそれら命令の発行が可能であった場合、命令発行
制御回路２は命令を発行する命令流を決めるために調停
回路１４を使用する。

【００２６】この調停回路１４によりマルチサイクル命
令を発行する命令流が決まると、発行を行う命令流の命
令解読回路１にのみそのことを伝える。(図２)(図３)の
例の場合、命令流ａ，ｂでは１サイクル目で同時にマル
チサイクル命令の解読要求が命令発行制御回路２へ出さ
れる。このときマルチサクル命令解読管理回路３では、
それ以前のサイクルでマルチサイクル命令の解読が行わ
れていないので、命令発行制御回路２は調停回路１４を
使用して調停を行う。

【００２７】この例の場合、命令流ａのＳＡＶＥ命令が
調停により選択され次サイクルで命令発行が行われる。
またこのＳＡＶＥ命令は(図２ｂ)で示されるように第１
サイクルはストア命令、第２サイクルはＭＯＶ命令の機
能を持つ命令であるので、(図３)のサイクル２ではスト
ア命令がロードストア命令実行回路１１に発行すること
になる。

【００２８】一方、命令流ｂのＲＥＳＴＯＲＥ命令は調
停により発行権を得られなかったのでストール(発行延
期)することになる。ここでこの時のマルチサイクル命
令解読管理回路３と命令解読回路１の動作について説明
する。

【００２９】マルチサイクル命令解読管理回路３の機能
はマルチサイクル命令を現在解読中でありかつ現在マル
チサイクルの何サイクル目を解読しているかという状態
保持の機能と、実際に特定のマルチサイクル命令のある
サイクルでどのような機能の基本命令が動作するかとい
うことを記憶装置から取り出し命令実行回路へ指示を送
るという機能がある。

【００３０】マルチサイクル命令解読管理回路３では命
令発行制御回路２からの情報によりサイクル１で命令流
ａの発行が行われることが決定すると、その内部状態が
マルチサイクル命令が実行中という状態に遷移する。こ
のことにより２サイクル目で命令流ｂが引続きマルチサ
イクル命令の解読要求を出した場合でも、先行する命令
流ａのマルチサイクル命令が完了しない限り命令流ｂの
命令発行は行われず引続きストールすることになる。

【００３１】また状態管理部では現在マルチサイクル命
令が何サイクル目で終了するかを管理し次サイクルで終
了する場合には新たなマルチサイクル命令の発行を許可
するように命令発行制御回路２に情報を伝える。

【００３２】さらにこの現在マルチサイクル命令の何サ
イクル目を解読中であるかは情報線６を通して命令解読
回路１に伝えられ、命令解読回路１ではこの情報にした
がってレジスタ群４に対して命令実行に必要なレジスタ
の読みだしを行う。(図２)(図３)の例の場合ではＳＡＶ
Ｅ命令の実行には第１サイクル目でＲ１６とＲ１４の読
みだしが必要なので命令解読回路１はその指示をレジス
タ群４に対して出す。

【００３３】またマルチサイクル命令解読管理回路３で
はＳＡＶＥ命令の第１サイクル目はストア(ＳＴ)命令で
あることを機能記憶部から読みだし情報線８を用いてロ
ードストア命令実行回路１１に伝える。これらの指示及
びレジスタの値を用いて、サイクル２でロードストア命
令実行回路１１においてストア命令の実行を行う。また
ＳＡＶＥ命令の第２サイクルはＭＯＶ命令なので、それ
ぞれ必要なレジスタ値を読みだし基本命令実行回路１０
に伝える。またサイクル２はこのサイクルが命令流ａの
マルチサイクル命令の最終サイクルであるので、次サイ
クルであるサイクル３では状態管理部の状態はマルチサ
イクル命令を解読していない状態に戻る。

【００３４】これら動作によってサイクル３でＭＯＶ命
令が基本命令実行回路１０で実行される。このサイクル
３において既に命令流ａの命令解読が終了しているの
で、次に命令流ｂにあるＲＥＳＯＴＲＥ命令が発行され
ることになる。

【００３５】

【発明の効果】本発明のデータ処理装置はマルチサイク
ル命令の解読において、複数命令流ごとにマルチサイク
ル命令解読管理装置を設けることなく解読が可能で、更
にこれらの機構を用いることにより複数命令流間で共有
している資源に対するアクセスの競合を避けることがで
きる。

【００３６】また命令解読回路とマルチサイクル命令解
読管理回路で命令解読を分担して行うことによりハード
ウェアの増加を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるデータ処理装置の構成
図

【図２】本発明の実施例を説明するために用いる命令シ
ーケンス図

【図３】本発明の実施例を説明するために用いるパイプ
ライン動作説明図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の命令流を解読する複数の命令解読回
   路と、 それぞれの命令流に１対１に対応してデータの読みだし
   書き込みを行うレジスタ群と、 前記複数の命令解読回路よりマルチサイクル命令を解読
   中であることを知らされることによりマルチサイクル命
   令の発行制御を行う命令発行制御回路と、 前記命令発行制御回路よりマルチサイクル命令解読を行
   う命令流を知り、 複数ある命令流から解読する命令を選択しマルチサイク
   ル命令の解読管理を行うマルチサイクル命令解読管理回
   路を備えることにより、 複数命令流に存在するマルチサイクル命令を命令解読回
   路に１対１に対応してマルチサイクル命令解読管理回路
   を設けることなく解読制御を行うことを特徴とするデー
   タ処理装置。
2. 【請求項２】マルチサイクル命令解読管理回路からの情
   報により解読する命令が使用するレジスタ番号の情報を
   変更することが出来る命令解読装置を備えたことを特徴
   とする請求項１記載のデータ処理装置。