JPH10320172A

JPH10320172A - プログラム圧縮方法およびプログラム復号方法ならびにプログラム格納装置

Info

Publication number: JPH10320172A
Application number: JP12598697A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ono; 義之小野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】中央処理装置を制御するためのマシンコード
化されたプログラムの性質がどのようなものであろう
と、一定の圧縮効果を得ること。【解決手段】プログラム格納装置１は、中央処理装置
２と、中央処理装置２を動作させるためのマシンコード
を圧縮する圧縮器グループ４と、圧縮器グループ４で圧
縮されたマシンコード化されたプログラムを格納する記
憶装置３と、記憶装置３内の圧縮されたプログラムを復
号して中央処理装置２用のマシンコードとする復号器グ
ループ５とを備え、命令の性質によって複数のタイプに
区分されたマシンコードに対応して圧縮器グループ４の
いずれか１つまたは複数を取捨選択してマシンコードを
圧縮する。すなわち、中央処理装置２用のマシンコード
を、それが意味する命令の性質によって複数のタイプに
区分し、各タイプ毎に異なる圧縮アルゴリズムを使用し
てマシンコードを圧縮する。なお、復号時は逆のアルゴ
リズムを使用して復号する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロプロセッ
サ等と呼ばれる中央処理装置を動作させるためのマシン
コードからなるプログラムを圧縮する方法および圧縮さ
れたプログラムを復号する方法ならびに圧縮されたプロ
グラムを格納する装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】中央処理装置は、その組み込まれた機器
を制御するために、各種の制御や演算を行う。この制御
等を行うに当たっては、付属して取り付けられる記憶装
置等に格納されたプログラムに従っている。そして、こ
のプログラムは、マシンコードとして作成されると共
に、所定ビット構成に区切られて記憶装置内に格納され
ている。

【０００３】通常、記憶装置がパラレルに入出力できる
ビット数は、４ビット、８ビット、１６ビット等一定の
長さに限定される。この長さは、１つのアドレスに格納
できるデータのビット数に相当している。ところが、一
般に、中央処理装置に対する命令は必ずしもすべて一定
の長さのマシンコードで表現することができない。そこ
で、短いマシンコードは１つのアドレスに格納し、長い
マシンコードは２つ以上のアドレスに振り分けて格納さ
れる。

【０００４】したがって、コード長の長いマシンコード
は、短いものに比べて読み出しに時間がかかり、このよ
うなマシンコードが多いとプログラムの実行速度が低下
してしまう。また、コード長の長い命令が多く含まれる
プログラムは、これを格納するために大容量の記憶装置
を必要とする難点もある。

【０００５】これを解決するために、プログラムをマシ
ンコード化して記憶装置に格納する場合において、プロ
グラムに含まれる命令のうち、マシンコード化したとき
そのコード長が比較的長いものであって、そのプログラ
ム中に比較的多く含まれている特定の命令について、そ
のマシンコードをこれより短い圧縮マシンコードに置換
した後、記憶装置に格納する技術が知られている（特開
昭６１−２０１３３５号公報参照）。

【０００６】また、所定回数連続するマシンコードを検
出し、これを特定形式の圧縮コードに置き換えて記憶装
置に格納するようにし、連続したマシンコードの格納領
域を大幅に低減した装置も知られている（特開平３−１
１０６４５号公報参照）。

【０００７】他方、“０”と“１”からなる２値信号を
圧縮する情報理論の世界では、算術符号化方式と呼ばれ
るものが知られている。この算術符号化方式は、エント
ロピー符号化方式であり、本質的に可逆符号化（ロスレ
ス）の性質を持つものである。そして、その原理は、エ
ライアスの符号化として知られている無記憶情報源に対
する理想的符号化方式を実用可能な形に再編成したもの
となっている。すなわち、算術符号とは、“０”と
“１”の直線上の対応区間を各シンボルの生起確率に応
じて不等長に分割していき、対象シンボル系列を対応す
る部分区間に割り当て、再帰的に分割を繰り返していく
ことにより得られた区間内に含まれる点の座標を、少な
くとも他の区間と区別できる２進小数で表現してそのま
ま符号とするものである。

【０００８】この算術符号化方式は、有限個の情報源シ
ンボルに特定の符号語を対応させるブロック符号に比
べ、符号器の規模が必要メモリ量などのハードウェアが
小さくて済むこと、高い効率を期待できることおよび適
応符号化が容易なこと等の利点がある。このこと等か
ら、２値信号を扱う情報理論の世界では、この算術符号
化方式がその情報の持つエントロピーに最も近いレベル
に圧縮できるとされ、最も効率の良い符号化方式と言わ
れている。なお、この算術符号化方式は、特に、後述す
るマルコフ情報源の符号化に適するものとなっている。

【０００９】この算術符号化方式として、Ｑコーダ、算
術符号型ＭＥＬコード、Ｍｉｎｉ−Ｍａｘコーダ等が提
案されている。そして、これらの算術符号を改善したも
のとして、ＱＭコーダと呼ばれている方式が知られてい
る。このＱＭコーダは、カラー静止画符号化標準（ＪＰ
ＥＧ）および２値画像符号化標準（ＪＢＩＧ）の両標準
において、共通に使用されている。なお、このＱＭコー
ダは、２値情報源用の符号であり、ＪＰＥＧのような多
値情報源の符号化にあたっては、その多値情報源を２値
化するための前処理を必要としている。このような場
合、符号化すべき２値シンボル数は増大するが、多値情
報源としての情報量を増大させることなしに２値系列に
変換することが可能となっている。

【００１０】このＱＭコーダは、ＪＰＥＧおよびＪＢＩ
Ｇの規定の中にその仕組みについて詳細に述べられてい
るが、ここでは後述する本発明を理解する参考として、
その概要を図９に基づき簡単に説明する。なお、算術復
号型のエントロピー復号器の構成は、エントロピー符号
器の構成と実質的に同一であるので、ここではその説明
は省略する。

【００１１】この算術符号型のエントロピー符号器とな
るＱＭコーダ１０１は、算術演算部１０２と、状態記憶
器として機能する発生確率生成手段１０３とを含んで構
成される。この発生確率生成手段１０３内には、符号化
に必要なシンボル発数確率を決定するために必要な状態
パラメータテーブルが書き込まれている。上記の状態パ
ラメータは、入力される状態信号１０６によって特定さ
れる。そして、この状態信号１０６によって特定された
状態パラメータのテーブルに対し、発生確率手段１０３
の発生確率演算パラメータが算術演算部１０２へ向け出
力される。

【００１２】算術演算部１０２は、このようにして入力
される発生確率に基づき、エントロピー符号化を行い、
入力されるデータ１０４を符号化データ１０５に圧縮
し、符号化して出力する。そして、符号化されるデータ
１０４の値により、状態信号に対する発生確率を再計算
し、演算パラメータ更新値が、発生確率生成手段１０３
へ入力する。この更新結果が次データの発生確率として
テーブルに記憶されることで、ＱＭコーダ１０１の圧縮
効率が向上することとなる。なお、入力されるデータは
２値化された信号であるが、その信号としては、文字情
報や画像データや順位コード変換により変換された色順
位データ（特開平６−２７６０４１号参照）等が代表例
である。図１０に、このような技術を多値情報源の代表
例である画像データに用いた従来の符号化システム１５
０および復号化システム１６０を示す。この符号化シス
テム１５０は、ラインバッファ１５１と、エントロピー
符号器１５２とを含むものである。入力されるインデッ
クスの画素データ１００Ａは、ラインバッファ１５１お
よびエントロピー符号器１５２へ入力される。この画素
データ１００Ａは、図１１に示すように、いずれもラス
タースキャンされ水平走査順に順次画素データとして入
力される。

【００１３】符号化システム１５０中のラインバッファ
１５１は、参照画素生成手段として、既に入力された画
素データ１００Ａから、符号化対象画素Ｘに対する参照
画素データＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを作成する。すなわち、ライ
ンバッファ１５１は、画像をスキャンするときにｎライ
ン（１〜５ライン程度が多い）分の履歴を記憶してお
く。そして、符号化対象画素Ｘの画素データ１００Ａが
入力されるごとに、この直前の画素Ａと、周辺の画素
Ｂ，Ｃ，Ｄとからなる一連の画素データを参照画素デー
タ１１０としてエントロピー符号器１５２へ向けて出力
する。

【００１４】このエントロピー符号器１５２は、ＱＭコ
ーダ１０１が使用されているが、ハフマン符号化などの
手法を用いて形成したものとしても良い。そして、参照
画素データ１１０（一種のコンテキスト）を状態信号と
して用い、対象画素データ１００Ａを符号化データ２０
０に変換出力する。

【００１５】一方、復号化システム１６０は、ラインバ
ッファ１６１とエントロピー復号器１６２を含んで構成
される。ここにおいて、ラインバッファ１６１とエント
ロピー復号器１６２は、入力される符号化データ２００
を符号化システム１５０のラインバッファ１５１、エン
トロピー符号器１５２とは全く逆の手順で復号化出力す
るように形成されている。

【００１６】このようにして、符号化システム１５０
と、復号化システム１６０とは、互いに全く逆のアルゴ
リズムを用いて、画素データ１００Ａを符号化データ２
００に符号化し、さらにこの符号化データ２００を画素
データ１００Ｂに復号化して出力することができる。し
たがって、このシステムは、各種用途に幅広く用いられ
ている。

【００１７】しかし、このようなエントロピー符号器１
５２およびエントロピー復号器１６２では、参照画素デ
ータの状態数に対応した数の符号化パラメータテーブル
が必要となる。このため、圧縮率を高めるために参照画
素数を大きくとればとるほど、符号化および復号化のパ
ラメータテーブルが大きくなる。このため、エントロピ
ー符号器１５２およびエントロピー復号器１６２が大型
化かつ高価となってしまうという問題がある。

【００１８】このような問題に対し、エントロピー符号
器１５２およびエントロピー復号器１６２の中に縮退し
た状態数に応じてパラメータテーブルを小さくさせる技
術が知られている。

【００１９】この状態数を縮退するシステムの特徴は、
図１２に示すように、図１０の符号化システム１５０や
復号化システム１６０と同様にエントロピー符号器１５
２およびエントロピー復号器１６２に参照画素データ１
１０を状態信号として入力するわけであるが、その入力
に際し、その状態信号１４０を、ラインバッファ１５
１，１６１から出力される参照画素データ１１０を縮退
する状態縮退器１５３，１６３によって生成する点にあ
る。

【００２０】この状態縮退器１５３、１６３は、入力さ
れる参照画素データ１１０を、より少ないビット数の状
態信号１４０に縮退し、対応するエントロピー符号器１
５２およびエントロピー復号器１６２へ向け出力するよ
うに構成されている。なお、予測器１５４，１６４は、
処理する画素がカラーである場合、それぞれカラーシン
ボルの出現頻度に基づいてカラー画素データを色順位に
変換するためおよびその逆を行うための色順位テーブル
をそのメモリーに保有しているものである。

【００２１】なお、縮退とは、縮退後の状態数に、元の
状態を分類する操作である。この分類は、分類後のエン
トロピー（１つのシンボルを表示するための平均情報
量）が最少となるように、その組み合わせを選択して行
う。そして、縮退後の状態数、すなわち、分類された後
の状態数に対して識別ビットを付加する。これが状態信
号１４０である。

【００２２】なお、入力されてくるデータ、色順位デー
タ１２０を生成するために、予測器１５４，１６４内に
色順位テーブルが配置されている。この色順位テーブル
の一例として、図１３に示されるものが知られている
（特開平６ー２７６０４１号公報参照）。この例では、
符号化対象画素Ｘに対しての色順位テーブルを決める
際、２次元的な周辺画素データＲ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３
を上位の色順位データとして使用し、符号化対象画素Ｘ
と同一ラインの１次元テーブルを下位の色順位データと
して使用するものである。このとき、１次元テーブルか
ら周辺画素データＲ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のカラーシン
ボルを除去した後、上位と下位の色順位データをドッキ
ングさせ符号化対象画素Ｘの色順位テーブルとしてい
る。

【００２３】具体的にどのように色順位テーブルができ
あがるかを図１３に基づき説明する。符号化されるカラ
ーシンボルが１６色の場合を考える。仮に、色順位を図
１３（Ａ）に示すように、各画素の位置Ｒ０，Ｒ１，Ｒ
２…Ｒ８… で固定したとき、それぞれのカラーシンボ
ルが図１３（Ｂ）に示すように、Ｃ４，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ
５，Ｃ２，Ｃ２…のとき、できあがる最新出現表となる
色順位テーブルは、図１３（Ｃ）に示すようになる。す
なわち、最上位はＲ０のＣ４，２番目はＲ１のＣ３，３
番目はＲ２のＣ６，４番目はＲ３のＣ５，５番目はＲ４
のＣ２，６番目はＲ５にあるＣ２となるが、Ｃ２は既に
発生しており、さらにＲ６のＣ４も既に発生しているの
で、第６番目はＲ７のＣ０となる。このようにして既に
上位にある色すなわち、Ｒ０〜Ｒ３に出現するカラーシ
ンボルを除いた色順位データがＲ０〜Ｒ３のデータに加
わり、１６色のカラーシンボルの第１番目から１６番目
までが決められる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】このように、中央処理
装置を制御するマシンコードを圧縮するには、特開昭６
１−２０１３３５号公報や特開平３−１１０６４５号公
報に開示されるように、プログラムの特徴を検出して、
圧縮する方法がある。また、その圧縮に利用する技術と
しては、上述したように、ＱＭコーダ１０１等のエント
ロピー符号器、複数のレジスタからなるＦＩＦＯを利用
した、いわゆる先頭移動処理（Move to Front)の最新出
現表利用の技術、色順位変換等の順位コード変換技術、
マルコフモデル等の状態縮退技術等が採用される。

【００２５】しかしながら、本発明者の実験によれば、
ＱＭコーダ１０１や最新出現表や順位コード変換等の各
方式のみでは、中央処理装置のマシンコードは十分圧縮
されないことが判明した。これは、その性質を無視し
て、単に８ビット等の単位で圧縮しているためである。
この１バイト単位の圧縮は、ＬＨＡ等のＬＺ系の圧縮の
際にも行われている。

【００２６】また、特開昭６１−２０１３３５で開示さ
れる技術は、マシンコードのコード長の長い命令が多く
含まれる特殊なプログラムには十分な効果があるもの
の、通常のプログラムに対しては圧縮効果はほとんど生
じない。また、特開平３−１１０６４５の技術は、特定
回数連続するコードを多く含むものに対しては、かなり
効果があるものの、連続するコードがそれ程ないものに
ついては、やはり圧縮の効果は出てこない。

【００２７】本発明は、中央処理装置を制御するための
マシンコード化されたプログラムの性質がどのようなも
のであろうと、一定の圧縮効果を得ることができる新規
なプログラム圧縮方法およびプログラム復号方法ならび
にプログラム格納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】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載のプログラム圧縮方法では、中央処理
装置が制御する記憶装置に、マシンコード化されたプロ
グラムを圧縮して格納するプログラム圧縮方法におい
て、中央処理装置用のマシンコードを、それが意味する
命令の性質によって複数のタイプに区分し、各タイプ毎
に異なる圧縮アルゴリズムを使用してマシンコードを圧
縮している。

【００２９】このように、中央処理装置を動作させる各
コードが意味する命令の性質によって、複数のタイプに
マシンコードを区分して、異なるアルゴリズムで圧縮す
るようにしているので、命令の性質に合った最適な圧縮
が可能となる。このため、圧縮率が向上し、必要な記憶
容量を低減させることができる。

【００３０】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載のプログラム圧縮方法において、各命令タイプ毎
に、そのマシンコードから少なくとも、レジスタフィー
ルドおよび定数フィールドの２種類のデータを分離し、
分離された各データをそれぞれ異なる符号化工程を使用
して圧縮している。

【００３１】このため、マシンコードのタイプ毎の区分
に加え、各フィールド毎に専用の圧縮器で符号化するの
で、一層、圧縮率が高いものとなる。そして、特に、ビ
ット数が多くなるレジスタフィールドと定数フィールド
をそれぞれ専用の符号化工程によって処理できるので他
のフィールドの専用化に比べ圧縮率の面で有利となる。

【００３２】また、請求項３記載のプログラム復号方法
では、中央処理装置が制御する記憶装置から、圧縮され
たマシンコードのプログラムを復号するプログラム復号
方法において、圧縮されたマシンコードを、それが意味
する命令の性質によって複数のタイプに区分し、各タイ
プ毎に異なる復号アルゴリズムを使用して、圧縮された
マシンコードを復号している。

【００３３】このように復号に際し、その命令の性質に
合った復号アルゴリズムを使用できるので、復号効率が
向上する。また、圧縮されたマシンコードが保存される
記憶装置の容量を低減させることができる。

【００３４】さらに、請求項４記載の発明では、中央処
理装置と、この中央処理装置を動作させるためのマシン
コードを圧縮する圧縮器と、この圧縮器で圧縮されたマ
シンコード化されたプログラムを格納する記憶装置と、
この記憶装置内の圧縮されたプログラムを復号して中央
処理装置用のマシンコードとする復号器とを備えたプロ
グラム格納装置において、圧縮器を複数設け、命令の性
質によって複数のタイプに区分されたマシンコードに対
応して複数の圧縮器のいずれか１つまたはいずれかの複
数を取捨選択して、マシンコードを圧縮するようにして
いる。

【００３５】このように、中央処理装置を動作させる各
マシンコードが意味する命令の性質によって複数のタイ
プにマシンコードを区分して、各タイプ毎に対応する圧
縮器を使用しているので、命令の性質に合った最適な圧
縮が可能となる。このため、この装置を使用すると、プ
ログラムの性質に拘わらず、圧縮率が向上する。また、
記憶容量も減少させることができ、この装置の高機能化
も達成し易くなる。

【００３６】加えて、請求項５記載の発明では、請求項
４記載のプログラム格納装置において、少なくとも、マ
シンコードの命令フィールドを圧縮する第１の圧縮器
と、マシンコードのレジスターフィールドを圧縮する第
２の圧縮器と、マシンコードの定数フィールドを圧縮す
る第３の圧縮器とを設けている。

【００３７】このため、マシンコードのタイプ毎の区分
に加え、各マシンコードのフィールド毎に専用の圧縮器
で符号化するので、一層、圧縮率が高いものとなる。

【００３８】また、請求項６記載の発明では、中央処理
装置と、この中央処理装置を動作させるためのマシンコ
ードが圧縮されて格納された記憶装置と、この記憶装置
内の圧縮されたプログラムを復号して中央処理装置用の
マシンコードとする復号器とを備えたプログラム格納装
置において、復号器を複数設け、命令の性質によって複
数のタイプに区分されかつ圧縮されたマシンコードに対
応して、複数の復号器のいずれか１つまたはいずれか複
数を取捨選択して圧縮されたマシンコードを復号してい
る。

【００３９】このように、中央処理装置を動作させる圧
縮された各マシンコードが意味する命令の性質によって
複数のタイプにその圧縮されたマシンコードを区分して
各タイプ毎に対応する復号器を使用しているので、命令
の性質に合った最適な復号が可能となる。このため、こ
の装置を使用すると、プログラムの性質に拘わらず復号
効率が向上する。

【００４０】本発明のプログラム圧縮方法およびプログ
ラム復号方法ならびにプログラム格納装置では、中央処
理装置が使用するマシンコードのくせを利用して、その
マシンコードを圧縮したり、復号したりしている。すな
わち、中央処理装置の命令タイプによって、命令コード
（一般にオペコードと呼ばれる）の後の部分の使われ方
が違ってくるので、その命令タイプを判断して、命令タ
イプ毎に最適な圧縮方法や復号方法を採用している。よ
って、処理されるプログラムがどのような性質をもって
いたとしても、一定の圧縮効果が発生し、復号効率も向
上する。しかも、その圧縮率は、実験結果によると、Ｌ
Ｚ系の圧縮方式と同等レベルないしはそれ以上の圧縮率
を得ることが出来るものとなっている。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のプロ
グラム格納装置１ならびにプログラム圧縮方法およびプ
ログラム復号方法の第１の実施の形態について、図１か
ら図６に基づき説明する。

【００４２】このプログラム格納装置１は、中央処理装
置（以下、ＣＰＵという）２と、記憶装置３と、ＣＰＵ
２を制御するプログラムを圧縮して記憶装置３に記憶さ
せる複数の圧縮器からなる圧縮器グループ４と、記憶装
置３に書き込まれた圧縮データを読み出して復号する複
数の復号器からなる復号器グループ５とから主に構成さ
れる。ここで、記憶装置３は、リード・オンリ・メモリ
（以下ＲＯＭという）６およびランダム・アクセス・メ
モリ（以下ＲＡＭという）７からなる主記憶装置８と、
大量の情報を蓄える補助記憶装置９とからなる。

【００４３】なお、このプログラム格納装置１には、Ｃ
ＰＵ２が、図示しないキーボードや外部記憶装置等と信
号をやり取りするためのインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１
１と、ＣＲＴや液晶パネル等で構成されＣＰＵ２の制御
演算結果を表示する出力装置１２等が接続されている。
また、圧縮器グループ４は、ハードではなく、いわゆる
エンコードプログラムとして形成しても良く、復号器グ
ループ５も同様に、デコードプログラムとして形成して
も良い。

【００４４】ここで使われているＣＰＵ２の命令は、１
６ビット・フォーマットと３２ビット・フォーマットの
２種類となっている。そして、１６ビット命令には、２
項演算、制御、条件分岐などがあり、３２ビット命令に
はロード／ストア、Ｉ／Ｏ操作、１６ビット・イミーデ
ィエトを扱う命令、ジャンプ・アンド・リンクなどがあ
る。なお、一部の命令では、未使用フィールドが発生す
るが、それらは将来の拡張用で「０」に固定される。実
際に命令がメモリに格納されるときは、次のように配置
される。すなわち、各命令形式の下位部分（ビット０を
含む）は、下位アドレス側に、各命令形式の上位部分
（ビット１５またはビット３１を含む）は、上位アドレ
ス側に配置される。

【００４５】そして、各命令は、その性質によって図２
に示すように、９種類のフォーマットでかつ計１６種類
のタイプに区分される。第１番目のＡグループに属する
ものは、図２（Ａ）に示すように、いわゆるreg-reg命
令形式となっている。このタイプのものは、６ビットの
オペコード・フィールド（＝命令フィールド）とオペラ
ンド指定に２つの汎用レジスタ指定フィールド（＝レジ
スタフィールド）をもつ命令形式となっており、１６ビ
ット長命令となっている。第２番目のＢグループに属す
るものは、図２（Ｂ）に示すように、いわゆるimm-reg
命令形式となっている。このタイプのものは、６ビット
のオペコード・フィールドと、５ビットのイミーディエ
ト・フィールド（＝定数フィールド）と、１つの汎用レ
ジスタ指定フィールドをもつ命令形式となっており、１
６ビット長命令となっている。なお、この実施の形態で
は、定数フィールドとは、命令フィールド、レジスタフ
ィールドおよび後述する条件フィールドの計３つのフィ
ールド以外のフィールドを指すものとしている。

【００４６】第３番目のＣグループに属するものは、図
２（Ｃ）に示すように、いわゆる条件分岐命令形式とな
っている。このタイプのものは、３ビットのオペコード
・フィールド（＝命令フィールド）と、４ビットの条件
コードフィールド（＝条件フィールド）と、９ビットの
分岐ディスプレースメント・フィールド（＝定数フィー
ルド）と、１ビットのサブオペコートフィールド（＝定
数フィールド）をもつ命令形式となっており、１６ビッ
ト長命令となっている。なお、９ビットの分岐ディスプ
レースメント・フィールドでは、ビット”０”は「０」
とみなし、指定しないようになっている。また、第４番
目のＤグループに属するものは、図２（Ｄ）に示すよう
に、いわゆる中距離ジャンプ命令形式となっている。こ
のタイプのものは、６ビットのオペコード・フィールド
と、２６ビットのディスプレーメント・フィールドをも
つ中距離分岐命令形式となっており、３２ビット長命令
となっている。

【００４７】第５番目のＥグループに属するものは、図
２（Ｅ）に示すように、いわゆる３オペランド命令形式
となっている。このタイプのものは、６ビットのオペコ
ード・フィールドと、２つの汎用レジスタ指定フィール
ドと、１６ビット・イミーディエト・フィールドをもつ
命令形式となっており、３２ビット長命令となってい
る。さらに、第６番目のＦグループに属するものは、図
２（Ｆ）に示すように、いわゆるロード／ストア命令形
式となっている。このタイプのものは、６ビットのオペ
コード・フィールドと、２つの汎用レジスタ指定フィー
ルドと、１６ビット・ディスプレースメント・フィール
ドをもつ命令形式となっており、３２ビット長命令とな
っている。

【００４８】さらに、第７番目のＧグループに属するも
のは、図２（Ｇ）に示すように、いわゆる拡張命令形式
となっている。このタイプのものは、６ビットのオペコ
ード・フィールドと、２つの汎用レジスタ指定フィール
ドと、６ビットのサブオペコード・フィールド（＝定数
フィールド）をもつ命令形式となっており、３２ビット
長命令となっている。また、第８番目のＨグループに属
するものは、図２（Ｈ）に示すように、いわゆる３レジ
スタ・オペランド命令形式となっている。このタイプの
ものは、６ビットのオペコード・フィールドと、３つの
汎用レジスタ指定フィールドと、６ビットのサブオペコ
ード・フィールドをもつ命令形式となっており、３２ビ
ット長命令となっている。なお、図２（Ｇ）中で示され
る「ＲＦＵ」は、「Reserved for Future Use」の略
で、本実施の形態では、未使用部分とみなして圧縮およ
び記憶せずに捨ててしまっている。

【００４９】第９番目のＩグループに属するものは、図
２（Ｉ）に示すように、いわゆるオペランドなし命令形
式となっている。このタイプのものは、６ビットのオペ
コード・フィールドと、１ビットのサブオペコード・フ
ィールドをもつ命令形式となっており、１６ビット長命
令となっている。その後のＪグループからＰグループの
ものは、それぞれ前述の９種類のフォーマットのいずれ
かと同様であるが、その命令の性質によって違うグルー
プに区分されるものである。

【００５０】以上のように、ＣＰＵ２の命令がその性質
によって複数のタイプに区分される。そして、その各タ
イプによって使用される圧縮器が異なるものとなる。す
なわち、圧縮器グループ４は、第１の圧縮器となる命令
フィールド（オペコード・フィールド）用の圧縮器と、
第２の圧縮器となるレジスタフィールド（汎用レジスタ
指定フィールド）用の圧縮器と、第３の圧縮器となる条
件フィールド（条件コード・フィールド）用の圧縮器
と、第４の圧縮器となる定数フィールド用の圧縮器の計
４つの圧縮器から構成され、命令タイプによって使用す
る圧縮器を図３に示すように異ならせている。

【００５１】なお、各圧縮器としては、ここでは、算術
符号式のエントロピー符号器、具体的には図９で示した
ようなＱＭコーダを使用しているが、他の圧縮器を使用
しても良い。同様に各復号器は算術復号型のエントロピ
ー復号器を使用しているが、他の復号器を使用しても良
い。なお、第１の圧縮器および第１の復号器は、命令フ
ィールドが６ビットとなっているが、命令タイプとして
は１６種類に区分されているため、４ビットで全タイプ
を現すことができ、４ビット幅を有するＱＭコーダとし
ている。また、第２の圧縮器および第２の復号器は、レ
ジスタフィールドが５ビットとなっているので、５ビッ
ト幅を有するＱＭコーダとしている。同様に条件フィー
ルド用の第３の圧縮器および第３の復号器は、４ビット
幅のＱＭコーダで、定数フィールド用の第４の圧縮器お
よび第４の復号器は、１ビット幅のＱＭコーダとしてい
る。

【００５２】次に、このように構成されるプログラム格
納装置１の圧縮格納動作について、図４等に基づき説明
する。

【００５３】まずは、ＣＰＵ２がインターフェイス１１
を介してまたは補助記憶装置９内に取り込まれていた格
納すべきプログラムを読み出す。インターフェイス１１
を介する場合の例としては、通信等により特定のプログ
ラムをダウンロードする場合やキーボードによって直接
プログラムを生成する場合等がある。そして、そのプロ
グラムを記憶装置３の一部を構成する補助記憶装置９に
保存するとき、この圧縮処理がスタート（ステップＳ
１）する。

【００５４】最初、プログラムに書かれたＣＰＵ２の命
令タイプがＡグループに属するものか否か判断する（ス
テップＳ２）。そして、Ａグループに属するものである
ときは、Ａグループの圧縮器、具体的には図３に示すよ
うに、命令フィールド用の第１の圧縮器と、レジスタフ
ィールド用の第２の圧縮器とを使用して圧縮する（ステ
ップＳ３）する。

【００５５】この圧縮の際、過去のデータの情報を各Ｑ
Ｍコーダにコンテキスト（＝状態信号）として入力す
る。これによって圧縮率をさらに高めている。なお、こ
のコンテキスト入力は、各圧縮の際、すべてのＱＭコー
ダに入力するようにしている。ただし、後述するよう
に、コンテキストを入力しない場合でも相当な圧縮率を
得ることができる。

【００５６】そして、圧縮されたそのマシンコードを記
憶装置３、この実施の形態では、補助記憶装置９に書き
込む（ステップＳ４）。その後、そのプログラムが終了
か否か判断して（ステップＳ５）、終了の場合はストッ
プする（ステップＳ６）。終了でないときは、次のマシ
ンコードを処理するためステップＳ２に戻る。

【００５７】一方、最初の命令タイプがＡグループに属
さないときは、Ｂグループに属するか否か判断して（ス
テップＳ７）、Ｂグループに属するときは、Ｂグループ
の圧縮器によってそのマシンコードを圧縮する（ステッ
プＳ８）。具体的には、図３に示すように、命令フィー
ルド用の第１の圧縮器と、レジスタフィールド用の第２
の圧縮器と、定数フィールド用の第４の圧縮器とを使用
して圧縮する。そして、圧縮されたマシンコードを同様
に記憶装置３に書き込む（ステップＳ９）。この後、プ
ログラムが終了か否か判断して（ステップＳ５）、終了
であればストップし（ステップＳ６）、終了しない場合
は、次のマシンコードを処理するためステップＳ２に戻
る。

【００５８】最初の命令タイプがＡグループにもＢグル
ープにも属さない場合、Ｃグループに属するか否か判断
して（ステップＳ１０）、Ｃグループに属するときは、
Ｃグループの圧縮器によってそのマシンコードを圧縮す
る（ステップＳ１１）。具体的には、図３に示すよう
に、命令フィールド用の第１の圧縮器と、条件フィール
ド用の第３の圧縮器と、定数フィールド用の第４の圧縮
器とを使用して圧縮する。そして、圧縮されたマシンコ
ードを同様に記憶装置３内の補助記憶装置９に書き込む
（ステップＳ１２）。以下、上述したステップと同様な
ステップを繰り返して圧縮し格納していく。

【００５９】なお、この圧縮においては、特に、レジス
タフィールドに書かれるレジスタ番号や定数フィールド
に書かれる分岐命令の圧縮の際に効果が大となる。これ
は、レジスタ番号や分岐命令部分がビットを多く必要と
する部分であるためである。特に、レジスタ番号は、同
じものがたびたび現れることが多いため、一度現れてき
たものを複数個、具体的にはこの実施の形態では２個残
しておき、コンテキストとして入力させることにより圧
縮率が高まることとなる。なお、２個ではなく、３個以
上としても良く、また、このコンテキストとしての入力
の際、図１３に示すような最新出現表を作成し、利用す
ると一層、圧縮率が向上する。

【００６０】また、分岐命令の場合、現在位置から現し
た相対位置、例えば「現在位置から２０番地前の位置へ
移れ」等の相対位置で表現されることが多い。このよう
な場合、プログラムが進んで、現在位置がどんどん進ん
でいくと、戻る番地は同じであっても表現は異なるもの
となる。例えば、先の例で言えば、プログラムが３番地
進んでいると、「現在位置から２３番地前の位置へ移
れ」という表現となる。これは数字が変わることになり
圧縮にとって不利な表現である。よって、この実施の形
態では行っていないが、プログラムが進むごとに現在位
置を覚えておいて、すなわちプログラムが進むごとに現
在地を補正して、元のアドレスを常に圧縮するようにす
るのが好ましい。

【００６１】なお、この分岐命令の場合においても、過
去の履歴を覚えておいて、その情報をコンテキストとし
て入力するようにしても良い。この際、相対番地として
覚えておくか、絶対番地として覚えておくかは、適宜選
択することができる。また、過去の履歴としては、先程
のように先頭移動処理を行うようにしても良い。

【００６２】また、オペコード（ｏｐｃｏｄｅ）の部分
は６ビットで表現されるが、６ビットすなわち２^６＝６
４種類の命令があるかというとそうではなく、６４種類
未満の命令となっている。通常の圧縮であると、このあ
り得ない命令も通常の処理によって圧縮するが、この実
施の形態では命令タイプの性質によって区分しているの
で、あり得ない命令が出てくると、ストップさせるか通
常の圧縮を行うようにできる。

【００６３】さらに、未定義命令が発生するような場
合、その命令を認識すると、その後のビットは切り捨て
てしまうようなこともできる。さらには命令タイプによ
っては、その後に生ずるビットが確定しているものを生
ずることがある。このような場合、例えば、テーブルを
持っておいて、対応するその旨の符号のみを記憶させて
おき、復号するときに、そのテーブルから該当する確定
ビットを持ってくるようにすることもできる。

【００６４】この実施の形態のプログラム格納装置１に
おける圧縮率は、図５に示すとおりとなっている。すな
わち、コンテキストを利用せず、単に分類したときでも
約７５．０％の圧縮率を示している。その値は、ＬＺ系
の基本アルゴリズムを使用したときの値よりは６％程度
悪くなっているが、それでもかなりの圧縮率となってい
る。

【００６５】一方、コンテキストを図６に示すような形
で利用したときは６９．６％となり、ＬＺ系とほとんど
同じとなっている。このコンテキスト利用は、単純に直
前の過去のデータの情報を利用するだけのもので、しか
も図６に示すように、レジスタフィールドと定数フィー
ルドのみしか利用していない。このような利用程度でも
かなりの圧縮率となっている。よって、ＱＭコーダにマ
シンコードを入れる前に、先に示した先頭移動処理や相
対位置の記憶等、各種の改善策によって処理すれば、さ
らに一層良い圧縮率が得られることが想定される。

【００６６】なお、命令フィールドは、今回、その性質
に併せて１６種類に人手によって分けたが、統計をとっ
てかつ自動的に分けるようにすることが好ましい。ま
た、レジスタフィールドは、先頭移動処理を行ってから
ＱＭコーダに入れるようにするのが好ましい。さらに、
条件フィールドは、オペコードの条件とからめて予測す
るのが好ましい。定数フィールドのアドレスに対して
は、相対番地を絶対番地に変えて、それを記憶させ一種
の先頭移動処理をやらせるようにしたり、ハフマンコー
ドのような処理の仕方を行うようにしても良い。

【００６７】また、プログラム中に生のデータがある場
合は、そのプログラム中にフラグを立て、そのフラグを
検知して汎用のアルゴリズムに切り替えるようにするの
が好ましい。この場合、そのデータ部分については、先
頭移動処理や単なるＱＭコーダやＬＺ系の圧縮方法を採
用するようにする。また、コンパイラによってデータ部
分を分離するようにしても良い。

【００６８】なお、ネットワーク中でプログラムを移動
させたり、アップロードや、ダウンロードするときに、
課金がなされるネットワーク部分は圧縮して、小さい容
量にして移動させ、その他の部分は復号して移動させる
ようにしても良い。例えば、フロキシサーバにこの圧縮
復号機能を持たせ、自動的にフィルタリングするように
する技術を採用できる。このようにすることにより、大
容量のプログラムを短時間で送信したり、アップロード
やダウンロードを短時間かつ低費用で行えるようにな
る。しかも、作業者は、圧縮する際、特別な作業を必要
としないので、煩わしさがなくなる。

【００６９】なお、このＣＰＵ２の命令タイプは、図２
のように、１６種類に区分できるが、マシンコードのフ
ォーマットや性質は、各ＣＰＵやコンパイラによって全
く異なるため、ＣＰＵが異なればその区分けの仕方も全
く異なるものとなる。すなわち、各ＣＰＵ毎に異なる処
理工程および異なる圧縮器や復号器が必要となる。

【００７０】次に、本発明の第２の実施の形態のプログ
ラム格納装置２１を図７に基づいて説明する。このプロ
グラム格納装置２１で使用している圧縮方法や好ましい
圧縮方法については、第１の実施の形態のプログラム格
納装置１と同様である。また、説明に当たり、第１の実
施の形態のプログラム格納装置と同一部材には同一符号
を付して、その説明を省略または簡略化することとす
る。

【００７１】この第２の実施の形態のプログラム格納装
置２１では、圧縮器グループ４と復号器グループ５をＣ
ＰＵ２と主記憶装置８との間に配置している。このた
め、ＲＯＭ６に書き込まれる、ＣＰＵ２と密接不可分な
プログラムが圧縮して保存されたり、インターフェイス
１１等から入力され一旦ＲＡＭ７に書かれるマシンコー
ドも圧縮して保存されることとなる。このため、ＲＯＭ
６やＲＡＭ７の容量を小さなものにでき、同じ容量のＲ
ＯＭ６やＲＡＭ７を採用すると、大容量のプログラムの
処理が可能となる。

【００７２】この第２の実施の形態でも、圧縮器グルー
プ４や復号器グループ５をそれぞれハードではなく、エ
ンコードプログラムやデコードプログラムに置き換えて
も良い。この場合、各プログラムを、圧縮されたプログ
ラムが格納されるＲＯＭ６とは別のＲＯＭに書き込んだ
り、ＲＯＭ６を分割して、分割された部分に書き込んで
おくのが好ましい。そして、その別のＲＯＭ内のエンコ
ードプログラムやデコードプログラムを使用して圧縮し
たり復号したりするようにする。また、ＲＯＭ６内に書
き込まれる当初のプログラムは圧縮せず通常の形態と
し、ＲＡＭ７に保存されるマシンコードのみを圧縮する
ようにしても良い。

【００７３】次に、本発明の第３の実施の形態のプログ
ラム格納装置４１を図８に基づいて説明する。このプロ
グラム格納装置４１で使用している圧縮方法や好ましい
圧縮方法についても第１の実施の形態のプログラム格納
装置１と同様である。また、説明に当たっては、第１の
実施の形態のプログラム格納装置と同一部材には同一符
号を付して、その説明を省略または簡略化することとす
る。

【００７４】この第３の実施の形態のプログラム格納装
置４１では、ＣＰＵ２と主記憶装置８との間に復号器グ
ループ５のみを配置している。ＲＯＭ６へのプログラム
の圧縮書き込みは、ＣＰＵ２と同様な動作をするプログ
ラムおよびエンコードプログラムによって図示しない別
ルートで行う。このため、ＲＯＭ６には、この発明の方
法で圧縮されたプログラムが既に格納されている。ＣＰ
Ｕ２は、復号器グループ５によって復号されたプログラ
ムによって動作するようになる。このようなプログラム
格納装置４１は、特定の用途に特化されたＣＰＵ２、例
えば電気炊飯器や電気冷蔵庫等の家庭用電気製品や、ロ
ボット等の工業製品等に使用されるＣＰＵ２に適用して
好適となる。

【００７５】なお、上述の各実施の形態は、本発明の好
適な実施の形態の例であるが、これに限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々
変形実施可能である。例えば、第１の実施の形態のプロ
グラム格納装置１と、第２の実施の形態のプログラム格
納装置２１とを合わせた構成、すなわち圧縮器グループ
４と復号器グループ５を、ＣＰＵ２と補助記憶装置９と
の間およびＣＰＵ２と主記憶装置８との間の両部分に配
置するようにしても良い。

【００７６】また、本発明は、命令の分類分けが１６種
類のようにある程度少ない数に分けることができるもの
に適用して好適であるが、３０種類や６０種類のように
多くの種類に分類分けされるものにも適用できる。

【００７７】また、上述の実施の形態では、４つのＱＭ
コーダを使用したが、４つ以外の数としたり、少なくと
も、ビット数が多くなりがちなレジスタフィールド用お
よび定数フィールド用の２つの圧縮器や復号器を使用す
ることにより、プログラムの圧縮率を相当高めることが
できる。加えて、ＱＭコーダ以外の各種の圧縮や復号の
アルゴリズムを採用することができる。

【００７８】さらには、圧縮器や復号器を１つとし、命
令タイプの性質によって区分した表をコンテキストとし
て利用するだけでも圧縮率は向上する。また、条件フィ
ールドを圧縮する際、命令フィールドの性質とからませ
て一種の状態縮退器（図１２参照）を形成してその状態
をコンテキストとしてＱＭコーダ等の圧縮器に入力する
ようにしても良い。さらには、分離されたフィールドの
性質によっては、圧縮せず、そのまま記憶させるように
しても良い。また、各圧縮器や各復号器に、特定データ
については、圧縮や復号をせず、入力されてきたデータ
をそのまま素通しさせる、いわゆる素通し機能を持たせ
るようにしても良い。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１および２
記載のプログラム圧縮方法では、ＣＰＵの命令の性質に
よって、その後に続くマシンコードが所定の配置とな
る、いわゆるＣＰＵのくせを利用して圧縮している。こ
のため、プログラムの内容に拘わらずそのプログラムを
高圧縮率なものとすることができる。

【００８０】また、請求項３記載のプログラム復号方法
では、ＣＰＵの命令の性質によって、その後に続く圧縮
されたマシンコードが所定の配置となる、いわゆるＣＰ
Ｕのくせを利用して復号している。このため、圧縮され
たプログラムの内容に拘わらずそのＣＰＵにとって最適
かつ高効率にて復号することができる。

【００８１】さらに、請求項４から６記載のプログラム
格納装置では、ＣＰＵの命令の性質によって、その後に
続くマシンコードが所定の配置となる、いわゆるＣＰＵ
のくせを利用して圧縮したり復号したりしている。この
ため、プログラムをそのＣＰＵにとって最適かつ高効率
で圧縮したり復号したりできる。加えて、記憶装置の容
量が減少し、低価格化が可能となると共に、同じ容量の
記憶装置を使用すると、大容量のプログラムを保存する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のプログラム格納装
置のデータの流れを示すブロック図である。

【図２】図１のプログラム格納装置に使用されるＣＰＵ
の命令タイプを示す図で、（Ａ）から（Ｐ）の計１６種
類のタイプに区分されることを示す図である。

【図３】図１のプログラム格納装置に使用されるＣＰＵ
の命令タイプと、その命令タイプのときに使用する圧縮
器との関係を示す図である。

【図４】図１のプログラム格納装置で使用されるプログ
ラム圧縮方法を説明するためのフローチャートである。

【図５】図１のプログラム格納装置および図４のフロー
チャートによって対象プログラムが圧縮された結果を示
す図で、参考に従来の方法による圧縮率も併せて示した
図である。

【図６】図１のプログラム格納装置および図４のフロー
チャートによって対象プログラムを圧縮する際のコンテ
キストの利用状況を説明するための図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態のプログラム格納装
置のデータの流れを示すブロック図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態のプログラム格納装
置のデータの流れを示すブロック図である。

【図９】従来の算術符号型のエントロピー符号器および
エントロピー復号器の説明図である。

【図１０】従来の符号化システムおよび復号化システム
のブロック図である。

【図１１】従来の状態信号の生成を説明するための図
で、符号化対象画素データに対する参照画素データの説
明図である。

【図１２】状態縮退器を有する従来の符号化システムお
よび復号化システムのブロック図である。

【図１３】従来の最新出現表の使用例を説明するための
図で、（Ａ）は入力されてくる画素と符号化対象画素の
位置関係を示し、（Ｂ）は、各画素のカラーシンボルを
示し、（Ｃ）は最新出現表を示す図である。

【符号の説明】

１プログラム格納装置２ＣＰＵ（中央処理装置）３記憶装置４圧縮器グループ５復号器グループ６ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）７ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）８主記憶装置９補助記憶装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央処理装置が制御する記憶装置に、マ
シンコード化されたプログラムを圧縮して格納するプロ
グラム圧縮方法において、上記中央処理装置用のマシン
コードを、それが意味する命令の性質によって複数のタ
イプに区分し、各タイプ毎に異なる圧縮アルゴリズムを
使用して上記マシンコードを圧縮することを特徴とする
プログラム圧縮方法。
【請求項２】前記各命令タイプ毎に、そのマシンコー
ドから少なくとも、レジスタフィールドおよび定数フィ
ールドの２種類のデータを分離し、分離された各データ
をそれぞれ異なる符号化工程を使用して圧縮するように
したことを特徴とする請求項１記載のプログラム圧縮方
法。
【請求項３】中央処理装置が制御する記憶装置から、
圧縮されたマシンコードのプログラムを復号するプログ
ラム復号方法において、圧縮されたマシンコードを、そ
れが意味する命令の性質によって複数のタイプに区分
し、各タイプ毎に異なる復号アルゴリズムを使用して、
上記圧縮されたマシンコードを復号することを特徴とす
るプログラム復号方法。
【請求項４】中央処理装置と、この中央処理装置を動
作させるためのマシンコードを圧縮する圧縮器と、この
圧縮器で圧縮されたマシンコード化されたプログラムを
格納する記憶装置と、この記憶装置内の圧縮されたプロ
グラムを復号して上記中央処理装置用のマシンコードと
する復号器とを備えたプログラム格納装置において、上
記圧縮器を複数設け、命令の性質によって複数のタイプ
に区分されたマシンコードに対応して上記複数の圧縮器
のいずれか１つまたはいずれか複数を取捨選択してマシ
ンコードを圧縮するようにしたことを特徴とするプログ
ラム格納装置。
【請求項５】少なくとも、前記マシンコードの命令フ
ィールドを圧縮する第１の圧縮器と、前記マシンコード
のレジスターフィールドを圧縮する第２の圧縮器と、前
記マシンコードの定数フィールドを圧縮する第３の圧縮
器とを有することを特徴とする請求項４記載のプログラ
ム格納装置。
【請求項６】中央処理装置と、この中央処理装置を動
作させるためのマシンコードが圧縮されて格納された記
憶装置と、この記憶装置内の圧縮されたプログラムを復
号して上記中央処理装置用のマシンコードとする復号器
とを備えたプログラム格納装置において、上記復号器を
複数設け、命令の性質によって複数のタイプに区分され
かつ圧縮されたマシンコードに対応して、上記複数の復
号器のいずれか１つまたはいずれか複数を取捨選択して
圧縮されたマシンコードを復号するようにしたことを特
徴とするプログラム格納装置。