JPH1124941A - 命令実行制御方法ならびに装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、少量のハードウェアを追加するこ
とにより、短い時間間隔で入出力を行う必要がある計算
機システムにおいてもシステム性能を低下させることな
く効率的に入出力処理を実行しうるプロセッサの命令実
行制御方法ならびに装置を構築することを主な特徴とす
る。 【解決手段】 本発明は、個々の処理を行うべき時刻情
報とその処理を行う命令とを組にエントリを構成して命
令バッファ１１もしくは主記憶装置２に格納し、中央制
御部４にて、上記時刻情報と現在時刻とを比較すること
により有意となったときに、対応して格納される命令を
実行中のプログラムに挿入し命令処理部５へ渡す。命令
処理部では、直前に実行していた命令の処理終了を待っ
てその挿入された命令を実行する。挿入される命令は入
出力命令であって、他のプログラム処理と入出力処理と
を並行して行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、入出力処理
が頻発する計算機システムに用いて好適な命令実行制御
方法ならびに装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】計算機システムにおける入出力動作と
は、計算機システムと計算機システムに接続される入出
力装置間の情報転送を意味する。入出力処理は、計算機
システムと入出力装置との間でプログラムの実行とは非
同期に発生する。

【０００３】ところで、上述した入出力処理要求は一過
性のものでなく、適当なタイミングで系列的に発生する
ことが多い。この場合、個々の入出力の適切なタイミン
グをはかる手段として、タイマによるタイミング生成
や、外部信号による割り込み、ポーリング、必要な時間
経過を待つアイドルループが使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したポーリングや
アイドルループによる方式では、その間、他の処理を行
うことができず、プロセッサの処理能力を無駄にする。
従って、通常はタイマや外部信号によって入出力処理の
必要なタイミングで割り込みを発生させてプログラムの
実行を中断し、割り込み処理で入出力を行った後に元の
処理に戻るという方式を採って処理効率を向上させるこ
とが多い。また、より大規模な計算機システムでは、入
出力専用のプロセッサを使用し、プログラム実行用のプ
ロセッサとは独立して動作させることで問題を回避して
いるが、ハードウェア量が多くなるといった問題が残
る。

【０００５】一方、上述した割り込みを用いる場合、そ
れまで実行していたプログラムの状態を保存してから割
り込みの種類に対応した処理を行い、それが終了した時
点で保存してあったプログラムの状態を復帰させる必要
がある。プログラムの状態の保存、復帰の操作は、レジ
スタ類の内容のメモリへの書き込み、メモリからの読み
出し動作が伴う。この場合、特に、頻繁に入出力処理が
なされた場合には、プログラム状態の保存、復帰にかか
るオーバヘッドが大きくなり、システム性能が大幅に低
下する。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、少量のハードウェアを追加することにより、短い
時間間隔で入出力を行う必要がある計算機システムにお
いてもシステム性能を低下させることなく効率的に入出
力処理を実行しうるプロセッサの命令実行制御方法なら
びに装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の命令実行制御方
法は、個々の処理を行うべき時刻情報とその処理を行う
命令とを組にエントリを構成し、これを複数記憶装置に
格納し、上記時刻情報と現在時刻とを比較することによ
り有意となったときに、対応して格納される命令を実行
中のプログラムに挿入し、直前に実行していた命令の処
理終了を待って実行することを特徴とする。挿入する命
令は入出力命令であって、他のプログラム処理と入出力
処理とを並行して行うことができる。

【０００８】本発明の命令実行制御装置は、経過時間を
カウントする計時回路と、命令語とカウント値を組にし
てエントリが構成され、これが複数格納される命令バッ
ファと、命令バッファの各エントリの内容を取り出し、
計時回路によりカウントされる値がエントリ内に格納さ
れたカウント値に達したとき、対応して格納される命令
語を実行中のプログラムに挿入し、その命令を実行する
制御回路とを具備することを特徴とする。

【０００９】このことにより、短い時間間隔で入出力を
行う必要がある計算機システムにおいても、システム性
能を低下させることなく効率的に入出力処理を実行する
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明が適用される計算機
システムの構成例を示すブロック図である。図におい
て、１はプロセッサであり、主記憶装置２とはバス３を
介して接続される。プロセッサ１は、中央制御部４、命
令処理部５、レジスタファイル６等で構成され、プログ
ラム実行に際し、中央制御部４は、プログラムカウンタ
（ＰＣ）で指示されるアドレスの命令を主記憶装置２か
ら読み出して命令処理部５へ供給する。命令処理部５
は、中央制御部４から渡された命令に応じて、レジスタ
ファイル６や主記憶装置２に格納されたデータを処理す
る。

【００１１】７は割り込み制御部である。割り込み制御
部７は、外部から入力される割り込み信号（ライン９）
を監視し、割り込み発生時、中央制御部４に対して割り
込み処理を起動するように指示を出す。

【００１２】図２は本発明の実施例を示すブロック図で
ある。図において、１０は、挿入カウンタであり、経過
する時間に従って一様にカウントアップされるもので、
挿入命令バッファ１１に格納された命令が実行されると
きのタイミングを生成する。挿入命令バッファ１１は、
図3 に示すように、挿入カウンタ値と挿入命令語の組が
エントリとして複数格納される。挿入命令語としては、
プロセッサで処理できる命令のうち、プログラムカウン
タ８やレジスタファイル６にアクセスしないものに限定
することで実行中のプログラムと干渉しないようにす
る。

【００１３】中央制御部４は、挿入命令バッファ１１に
格納されている各エントリの組の中から、命令挿入カウ
ンタ値が現在の挿入カウンタ１０によるカウント値と等
しいものを選択し、その挿入命令語を次に実行する命令
として命令処理部５へ送り実行させる。

【００１４】プログラム実行中に短い時間間隔で繰り返
し入出力を行う必要が生じた場合には、個々の入出力を
行う時刻を指定する挿入カウンタ値と実行すべき入出力
処理を表す命令語を組とし、この組を必要な数だけ命令
挿入バッファ１１に格納する。このとき、挿入カウンタ
値の昇順により格納する組を整列させておく。この後、
プログラム実行と同時に挿入カウンタ１０の値も更新さ
れるが、中央制御部４は挿入命令に関し、図６に示すフ
ローチャートに従う処理を実行する。

【００１５】中央制御部４は、まず、挿入命令バッファ
１１に格納されている組で命令挿入カウンタ値の小さい
ものから順に取り出し（ステップＳ６０２，Ｓ６０
４）、挿入カウンタ１０によるカウント値がその値に達
したら（Ｓ６０６）対応する挿入命令語を命令処理部５
へ送る（ステップＳ６０８）。このことにより、通常実
行しているプログラムの中途に入出力命令が挿入される
が、挿入される命令はレジスタ類にアクセスしないもの
のみを使用するため、実行中のプログラムの処理には干
渉しない。また、挿入される命令が実際に実行されるタ
イミングは、直前に実行されていた命令が終了した後に
なるため、直前の命令の実行時間に依存することになる
かが、この時間は一般的に入出力処理を行うタイミング
の精度に対し充分小さいため問題はない。

【００１６】このような入出力処理を一般的な手法であ
る割り込みにより実行する場合には、最初に入出力する
時刻に割り込みが入るように割り込み制御回路を設定し
て通常のプログラムを実行しておき、割り込みが入った
時点でレジスタ類の値を主記憶装置２に保存したうえで
割り込み処理を開始し、割り込み処理の中で入出力処理
を行うとともに、次に入出力を行う時刻を割り込み制御
回路に設定してから主記憶装置２に保存しておいてレジ
スタの値を復帰して中断していたプログラムの実行を再
開する。このように割り込みによる従来の方式では、単
純な入出力処理を頻繁に繰り返すような場合には、レジ
スタの保存、復帰等の余分な処理に必要な時間の占める
割合が大きくなり、プログラムの処理効率が大幅に低下
し、入出力処理の発生間隔が極端に短くなった場合に
は、通常の処理がほとんど停止してしまう可能性もあ
る。これに対し上述した本発明方式では、あらかじめ挿
入命令列を作成する処理を行わなければならないが、必
要最小限の命令を実行するのみであるため、入出力処理
を行う際の処理効率が大幅に改善される。

【００１７】図４は本発明の他の実施例を示すブロック
図である。図４に示す実施例は、図３に示す挿入カウン
タ値と挿入命令語の組を主記憶装置２に格納し、図２に
示す挿入命令バッファ１１の代わりに、次に挿入すべき
挿入命令語が格納されてある主記憶装置２のアドレスが
設定される挿入命令アドレスレジスタ１４を設けたもの
である。この場合、挿入カウンタ値と命令語の組の格納
場所として主記憶装置２を使用するため、図２に示す実
施例と比べて挿入命令バッファ１１の分だけプロセッサ
のハードウェア量を削減することができ、より大容量の
主記憶装置２を使用することで複雑で規模の大きな入出
力プログラムを格納することができる。

【００１８】図５は挿入命令語列の他の格納形式を示す
図である。この例で各エントリに格納される挿入カウン
タ値は、挿入すべき挿入カウンタ値そのものではなく、
直前の挿入命令の挿入を行ったときの挿入カウンタの値
から、次の命令を挿入するまでにカウントアップされる
値を増分として指定する。即ち、挿入カウンタ値増分１
５と挿入命令語１６とを組として格納される。この場
合、中央制御部４は、図７に示すフローチャートに従い
命令を実行する。

【００１９】即ち、挿入エントリの内容を取り出し、そ
の挿入カウンタ値増分と現在の挿入カウンタ１０の値を
加算したものを命令挿入カウンタ値とし、挿入カウンタ
１０によるカウント値がその値に達したときに対応する
挿入命令語を命令処理部５へ送って処理を委ねる。

【００２０】このことにより、個々の挿入命令が実行さ
れるタイミングは、命令挿入処理が起動された時刻から
の相対的な時間によって指定されるようになるため、同
じ挿入エントリの組み合わせについて、任意の時刻から
処理を開始することができる。これによって、あらかじ
め作成しておいた挿入エントリの組み合わせを必要に応
じて繰り返し再利用することが容易になる。

【００２１】図３の１３、図５の１６で示される挿入命
令語は、プロセッサが実行するプログラム中で使用され
るデータ移動や演算等の通常の命令語である。ここで、
図５の１６で使用する挿入命令語としてプロセッサの中
央制御部４の命令挿入処理部を制御するための挿入処理
条件分岐命令を追加する。即ち、入出力するデータの
値、主記憶装置２中のデータに対する演算結果や値等に
関し条件判断を行って、条件が成立しているときには、
次の挿入エントリとして指定した位置のエントリを選択
するというものである。このとき、プロセッサの中央制
御部４は、図８にフローチャートで示す制御（Ｓ８０２
〜Ｓ８１６）を行う。これによって、処理の繰り返しや
選択等実現でき、複雑な入出力処理を行うことが可能と
なる。

【００２２】尚、機械制御等組込み型の計算機システム
では、外部の装置に対してあらかじめ定められた順序と
タイミングでコマンド等入出力して制御することが多
い。このような処理は、通常は割り込みにより実現され
るが、実行中の他のプログラムと割り込み処理とを切り
替える際のオーバヘッドが大きく、制御が高速になるほ
ど計算機システムの処理効率が低下する。本発明は、わ
ずかなハートドウェアを追加することにより、あらかじ
め定められたタイミングで入出力が行われる場合には、
割り込み処理によることなく、効率良く入出力を行うた
めの手段を提供するものであり、組込み型のシステムで
使用される計算機システムに対し広く適用可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明のように本発明は、個々の処理
を行うべき時刻情報とその処理を行う命令とを組にエン
トリを構成し、これを複数記憶装置に格納し、上記時刻
情報と現在時刻とを比較することにより有意となったと
きに、対応して格納される命令を実行中のプログラムに
挿入し、直前に実行していた命令の処理終了を待って実
行するようにしたものであり、このことにより、単一の
プロセッサに少量のハードウェアを付加するだけで入出
力処理と他のプログラム処理とを並列実行可能ととな
り、並列処理を明示的にプログラム中に記述する必要が
ないためプログラムが単純になる。更に、入出力処理と
他のプログラム処理との切替えに伴うオーバヘッドがな
くなるため、効率が良くなる。他、以下に列挙する効果
も得られる。

【００２４】(1) 挿入エントリの格納場所として、より
大容量で安価な主記憶装置を使用することにより、挿入
エントリで記述できる入出力処理の量を増やすことがで
きる。

【００２５】(2) 挿入エントリにおける挿入カウンタ値
の代わりに、その命令の挿入を行うまでの挿入カウンタ
の増分を格納することにより、命令の挿入を行う時刻の
指定が、直前の挿入が行われた時刻に対する相対的な指
定になるため、あらかじめ作成された挿入エントリによ
る入出力処理を任意の時刻から開始することが可能とな
り、入出力処理を実行する毎に挿入エントリに設定され
る命令挿入カウンタ値を調整する必要がなくなり、同じ
記述の入出力処理を繰り返し利用することができる。

【００２６】(3) 挿入処理分岐命令を付加することによ
り、処理の反復や条件による選択が可能となり、より高
度で複雑な入出力処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される計算機システムの構成例を
示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図３】図２において使用される命令バッファのエント
リ構成例を示す図。

【図４】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図５】図５において使用される命令バッファのエント
リ構成例を示す図。

【図６】本発明一実施例の動作を示すフローチャート。

【図７】本発明の他の実施例の動作を示すフローチャー
ト。

【図８】挿入処理条件分岐命令による図２、図５に示す
実施例の動作を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…プロセッサ、２…主記憶装置、３…バス、４…中央
制御部、５…命令処理部、６…レジスタファイル、７…
割り込み制御部、８…プログラムカウンタ、９…割り込
み信号ライン、１０…挿入カウンタ、１１…挿入命令バ
ッファ、１２…挿入カウンタ値、１３、１６…挿入命令
語、１４…挿入命令アドレスレジスタ、１５…挿入カウ
ンタ値増分、１７、１８…挿入エントリ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 個々の処理を行うべき時刻情報とその処
   理を行う命令とを組にエントリを構成し、これを複数記
   憶装置に格納し、上記時刻情報と現在時刻とを比較する
   ことにより有意となったときに、対応して格納される命
   令を実行中のプログラムに挿入し、直前に実行していた
   命令の処理終了を待って実行することを特徴とする命令
   実行制御方法。
2. 【請求項２】 挿入する命令は入出力命令であって、他
   のプログラム処理と入出力処理とを並行して行うことを
   特徴とする請求項１記載の命令実行制御方法。
3. 【請求項３】 命令語とカウント値の組を主記憶装置に
   格納し、主記憶装置における上記エントリのアドレスを
   指定し、順次現在時刻と比較しながら挿入すべき入出力
   命令を取り出すことを特徴とする請求項１記載の命令実
   行制御方法。
4. 【請求項４】 エントリに格納されるカウント値の代わ
   りに、その入出力命令の挿入を行うまでの増分を格納す
   ることを特徴とする請求項１記載の命令実行制御方法。
5. 【請求項５】 挿入する命令は、条件分岐を行うための
   条件と次に処理を行うべきエントリ位置を指定する条件
   分岐命令であって、条件が成立したときに命令中で指定
   されたエントリを次の処理対象とし、不成立の場合、引
   き続くエントリの処理を行うことを特徴とする請求項１
   記載の命令実行制御方法。
6. 【請求項６】 経過時間をカウントする計時回路と、命
   令語とカウント値を組にしてエントリが構成され、これ
   が複数格納される命令バッファと、命令バッファの各エ
   ントリの内容を取り出し、計時回路によりカウントされ
   る値がエントリ内に格納されたカウント値に達したと
   き、対応して格納される命令語を実行中のプログラムに
   挿入し、その命令を実行する制御回路とを具備すること
   を特徴とする命令実行制御装置。
7. 【請求項７】 命令バッファの代わりに、命令語とカウ
   ント値の組を主記憶装置に格納し、アドレスレジスタを
   介して主記憶装置における上記エントリのアドレスを指
   定し、順次現在時刻と比較しながら挿入すべき命令を取
   り出すことを特徴とする請求項６記載の命令実行制御装
   置。
8. 【請求項８】 エントリに格納されるカウンタ値の代わ
   りに、その命令の挿入を行うまでの増分を格納し、その
   増分と現在におけるカウンタ値を加算したものを比較対
   象とするカウント値とする演算回路を具備することを特
   徴とする請求項６記載の命令実行制御装置。