JPH11259297A

JPH11259297A - 命令割り当て方法及び命令割り当て装置

Info

Publication number: JPH11259297A
Application number: JP10063322A
Authority: JP
Inventors: Toru Imai; 徹今井; Hiroko Fujii; 寛子藤井; Yoshio Masubuchi; 美生増渕
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: US6367076B1; JP3595158B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プレディケート実行を行なうＣＰＵでプログ
ラムを高速に実行するための命令割り当て方法を提供す
ること。【解決手段】命令コードに動作モードを示すフィール
ドを持ち、該命令コードの該フィールドの値とＣＰＵが
管理するレジスタの特定フィールドの値とが一定の関係
にあるときのみ該命令を実行する機能を持つＣＰＵに対
し、各サイクルで実行される命令の割り当てを行なう命
令割り当て方法であって、動作モードを設定する命令を
割り当て、命令コードのフィールドの値が一致する一連
の命令列の最後の命令同士の実行されるサイクルを比較
し、命令コードのフィールドの値が一致する一連の命令
列の最後の命令の実行サイクルが他よりも早い場合に、
該命令コードと同じフィールド値を持つ分岐命令を該命
令と同じサイクルまたは後のサイクルで実行するように
割り当てることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレディケート実
行をサポートするＣＰＵに対する命令スケジューリング
を行う命令割り当て方法及び命令割り当て装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子計算機において実行されるプログラ
ムは条件分岐命令を含んでいる。条件分岐命令とは、あ
る条件が成立するか否かで次に実行する命令番地が異な
る命令である。通常、条件分岐命令においては、条件が
成立した状態を、「分岐が起こる（ｔａｋｅｎ）」と呼
ぶ。このとき、条件分岐命令の次に実行される命令は該
条件分岐命令に相続く番地にある命令ではなく、該条件
分岐命令のオペランドにより指定された番地の命令であ
る。一方、条件が成立しない状態を、「分岐が起こらな
い」と呼ぶ。このとき、条件分岐命令の次に実行される
命令は該条件分岐命令に相続く番地にある命令である。

【０００３】パイプライン処理を行なうＣＰＵにおいて
は、命令は実行される数クロック前にメモリまたはキャ
ッシュからＣＰＵにフェッチされる。このため、条件分
岐命令の条件が成立するか否かを判別してから条件分岐
命令の次に実行される命令をフェッチするのでは、条件
分岐命令の次のサイクルで次の命令を実行することがで
きず、何も実行できないサイクルが入ることになる。こ
れはパイプライン・ハザードと呼ばれるが、高速実行を
損なう一因となる。

【０００４】これを回避する方法の一つとして、プレデ
ィケート実行が提案されている（参考文献１；Ｓｃｏｔ
ｔＭａｈｌｋｅ，ＡＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆ
ＦｕｌｌａｎｄＰａｒｔｉａｌＰｒｅｄｉｃａ
ｔｅｄＥｘｅｃｕｔｉｏｎＳｕｐｐｏｒｔｆｏｒ
ＩＬＰＰｒｏｃｅｓｓｏｒｓ，Ｐｒｏｃ．ｏｆＩＳ
ＣＡ´９５，ｐｐ．１３８−１４９．）。

【０００５】プレディケート実行をサポートするＣＰＵ
は、次の二点で通常のＣＰＵと異なる。・ＣＰＵが管理するプレディケート・モードがあり、こ
のモードを設定する命令がサポートされている。・命令コードの中にはプレディケート・フィールドがあ
る。このフィールドの値とＣＰＵが管理するプレディケ
ート・モードが一致するときのみ該命令は実行される。

【０００６】これを利用すると、通常のＣＰＵでの条件
分岐命令および条件の成立の如何により実行される命令
は次のように変更することができる。・条件分岐命令を動作モード設定命令に変更する。この
命令は、条件が成立するならＣＰＵのモードをａに、条
件が不成立ならＣＰＵのモードをｂに設定する。・分岐が起こったときに実行される一連の命令Ａはプレ
ディケート・フィールドの値をａに、分岐が起こらない
ときに実行される一連の命令Ｂはプレディケート・フィ
ールドの値をｂに指定しておき、動作モード設定命令の
後に配置する。プレディケート・フィールドがａの命令
とｂの命令は混在して良い。ここで、ａ、ｂは何らかの
数値として実現される。このようにすると条件分岐命令
がなくなるので、パイプライン・ハザードをなくすこと
ができる。

【０００７】プレディケート実行は、特にＶＬＩＷ構成
のＣＰＵにおいてより大きな効果が期待できる。ＶＬＩ
ＷはＣＰＵ内に複数の並行に動作する演算器を持つアー
キテクチャである（参考文献２；Ｅｌｌｉｓ，Ｊ．
Ｒ．，Ｂｕｌｌｄｏｇ：ＡＣｏｍｐｉｌｅｒｆｏ
ｒＶＬＩＷＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ，Ｔｈｅ
ＭＩＴＰｒｅｓｓ．）。ＶＬＩＷにおいては同時に複
数の命令を実行する能力を持つため、多くの演算器に命
令を割り当てることができれば、プログラムを高速に実
行できる。プレディケート実行では、先に述べたＡとＢ
の双方から命令を配置することができるため、演算器が
命令で埋まり易い。従って、特にＶＬＩＷにおいてプレ
ディケート実行は有望な高速化の手段である。

【０００８】しかしどの程度の効果が上がるかは、Ａと
Ｂを構成する命令をどのように演算器に割り当てるかに
依存する。より高速性を発揮するための命令割り当て方
法の確立が課題である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、プ
レディケート実行においては条件分岐を行なわないため
パイプライン・ハザードがおこらず、プログラムをより
高速に実行する可能性がある。しかしながら、より高速
性を発揮させることのできる命令割り当て方法がなかっ
た。

【００１０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、プレディケート実行を行なうＣＰＵでプログラム
を高速に実行するための命令割り当て方法及び命令割り
当て装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１）は、
命令コードに動作モードを示すフィールドを持ち、該命
令コードの該フィールドの値とＣＰＵが管理するレジス
タの特定フィールドの値とが一定の関係にあるときのみ
該命令を実行する機能を持つＣＰＵに対し、各サイクル
で実行される命令の割り当てを行なう命令割り当て方法
であって、動作モードを設定する命令を割り当てるステ
ップと、命令コードのフィールドの値が一致する一連の
命令列の最後の命令同士の実行されるサイクルを比較す
るステップと、命令コードのフィールドの値が一致する
一連の命令列の最後の命令の実行サイクルが他よりも早
い場合に、該命令コードと同じフィールド値を持つ分岐
命令を該命令と同じサイクルまたは後のサイクルで実行
するように割り当てるステップとを有することを特徴と
する。

【００１２】好ましくは、動作モードのうち実行頻度の
高い値を判別するステップをさらに有し、実行頻度が高
いと判別された動作モードに対応する命令を早いサイク
ルに優先的に割当てるようにしてもよい。

【００１３】本発明（請求項３）は、命令コードに動作
モードを示すフィールドを持ち、該命令コードの該フィ
ールドの値とＣＰＵが管理するレジスタの特定フィール
ドの値が一定の関係にあるときのみ該命令を実行する機
能を持つＣＰＵに対し、各サイクルで実行される命令の
割り当てを行なう命令割り当て方法であって、動作モー
ドを設定する命令を割り当てるステップと、ある動作モ
ードのときのみ実行される命令が動作モード設定命令よ
りも前で実行されるように割り当て可能かを判別するス
テップと、割り当て可能と判別された前記命令を動作モ
ードに依らず実行される命令として割り当てるステップ
とを有することを特徴とする。

【００１４】本発明（請求項４）は、命令コードに動作
モードを示すフィールドを持ち、該命令コードの該フィ
ールドの値とＣＰＵが管理するレジスタの特定フィール
ドの値が一定の関係にあるときのみ該命令を実行する機
能を持つＣＰＵに対し、各サイクルで実行される命令の
割り当てを行なう命令割り当て方法であって、動作モー
ドを設定する命令を割り当てるステップと、命令コード
のフィールドの値が一致する一連の命令列同士を比較す
るステップと、前記比較の結果、同等の命令がある場合
には該命令を動作モードにかかわらず実行される命令に
変換するステップとを有することを特徴とする。

【００１５】本発明（請求項５）は、命令コードに動作
モードを示すフィールドを持ち、該命令コードの該フィ
ールドの値とＣＰＵが管理するレジスタの特定フィール
ドの値が一定の関係にあるときのみ該命令を実行する機
能を持つＣＰＵに対し、各サイクルで実行される命令の
割り当てを行なう命令割り当て行方法であって、特定の
動作モードでのみ実行される命令を生成するよりも、動
作モードによらずに動作する命令を生成した方が実行速
度が大きい場合には、動作モードによらずに動作する命
令を生成することを特徴とする。

【００１６】本発明（請求項６）は、命令コードに動作
モードを示すフィールドを持ち、該命令コードの該フィ
ールドの値とＣＰＵが管理するレジスタの特定フィール
ドの値が一定の関係にあるときのみ該命令を実行する機
能を持つＣＰＵに対し、各サイクルで実行される命令の
割り当てを行なう命令割り当て方法であって、動作モー
ドを設定する命令を割り当てるステップと、動作モード
のうち実行頻度の高い値を判別するステップとを有し、
実行頻度が高いと判別された動作モードに対応する命令
は分岐なしに実行されるように割り当てるとともに、必
要に応じて他の動作モードに対応する命令は、前記実行
頻度が高いと判別された動作モードに対応する命令とは
別のサイクルで実行されるように割り当てることを特徴
とする。

【００１７】好ましくは、動作モードに依存する実行を
する必要がなくなっても、動作モードを戻す命令を割り
当てないようにしてもよい。

【００１８】好ましくは、前記ＣＰＵは、並行に実行で
きる演算器を複数持つものである。

【００１９】本発明（請求項９）は、命令コードに動作
モードを示すフィールドを持ち、該命令コードの該フィ
ールドの値とＣＰＵが管理するレジスタの特定フィール
ドの値とが一定の関係にあるときのみ該命令を実行する
機能を持つＣＰＵに対し、各サイクルで実行される命令
の割り当てを行なう命令割り当て装置であって、動作モ
ードを設定する命令を割り当てる手段と、命令コードの
フィールドの値が一致する一連の命令列の最後の命令同
士の実行されるサイクルを比較する手段と、命令コード
のフィールドの値が一致する一連の命令列の最後の命令
の実行サイクルが他よりも早い場合に、該命令コードと
同じフィールド値を持つ分岐命令を該命令と同じサイク
ルまたは後のサイクルで実行するように割り当てる手段
とを備えたことを特徴とする。

【００２０】なお、装置に係る本発明は方法に係る発明
としても成立し、方法に係る本発明は装置に係る発明と
しても成立する。

【００２１】また、装置または方法に係る本発明は、コ
ンピュータに当該発明に相当する手順を実行させるため
の（あるいはコンピュータを当該発明に相当する手段と
して機能させるための、あるいはコンピュータに当該発
明に相当する機能を実現させるための）プログラムを記
録したコンピュータ読取り可能な記録媒体としても成立
する。

【００２２】本発明によれば、プレディケート実行を行
なうＣＰＵでプログラムを高速に実行させることができ
る。すなわち、高速実行可能なプログラムを生成するこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施の形態を説明する。

【００２４】図１に、本発明の第１の実施形態に係るコ
ンパイラの構成例を示す。

【００２５】図１に示すように、本コンパイラ３０は、
高級言語で記述されたソースプログラム（１０）を入力
し、命令割り当てを行い、対象とするＣＰＵもしくは計
算機で実行可能なオブジェクト・プログラム（２０）に
変換する。

【００２６】本コンパイラ３０は、字句解析部３１、構
文解析部３２、フロー解析部３４、データ依存解析部３
５、命令割り当て部３６、レジスタ割り当て部３７を有
する。

【００２７】本コンパイラ３０は、ソフトウェアで実現
可能であり、この場合、上記の各ブロックは、ソフトウ
ェアの各モジュールに相当する。

【００２８】字句解析部３１は、入力されたソースプロ
グラムを形成する文字列を解析し、語句に分割する。

【００２９】構文解析部３２は、上記解析により得た語
句を文法に照合して正しいか否かを判別し、誤りがあれ
ばこれを通知し実行を止める。正しければ、その解析結
果を中間コード（３３）として生成する。生成された中
間コードは、主記憶やディスク等の記憶装置に格納され
る。

【００３０】中間コード（３３）は、通常はコンパイラ
内部で管理され、外部からは見えない。

【００３１】フロー解析部３４は、中間コードが生成さ
れると、これをもとにプログラムの流れの解析を行な
う。

【００３２】データ依存解析部３５は、プログラムの流
れの解析が行われると、さらに、中間コードを構成する
各単位のデータ依存解析を行ない、どの順番に割当を行
なわなければならないかの制約を明らかにする。

【００３３】命令割り当て部３６は、詳しくは後述する
が、動作モード設定命令を生成する動作モード設定命令
生成部３６１と、実行される動作モード毎の命令列を作
りその最後の命令のサイクルを比較する命令比較部３６
２と、この比較結果をもとに分岐命令を生成する分岐命
令生成部３６３から構成される。

【００３４】レジスタ割り当て部３７は、仮に割り当て
られていたレジスタを、対象となるＣＰＵの持つ真のレ
ジスタに割り当て直す、レジスタ割り当てを行う。

【００３５】図２に、割り当てを行なう命令のフォーマ
ットの一例を示す。

【００３６】図２に示されるように、この命令は、「ｏ
ｐｃｏｄｅ」、「ｏｐｅｒａｎｄ１」、「ｏｐｅｒａｎ
ｄ２」、「ｏｐｅｒａｎｄ３」、「プレディケート・フ
ィールド」からなる。

【００３７】ｏｐｃｏｄｅは、命令の種類を表すコード
である。数ビットが割り当てられ、その値により命令の
種類が定まる。

【００３８】ｏｐｅｒａｎｄ１、ｏｐｅｒａｎｄ２、ｏ
ｐｅｒａｎｄ３は、それぞれ第１のオペランド、第２の
オペランド、第３のオペランドである。これらはレジス
タの番号や即値を示す。オペランドは全てのｏｐｃｏｄ
ｅに対して第１〜第３まであるとは限らず、ｏｐｃｏｄ
ｅの値によりオペランドの個数が定まる。また、それぞ
れのオペランドがレジスタであるか即値であるかもｏｐ
ｃｏｄｅの値により定まる。また、それぞれのオペラン
ドの占めるビット数もｏｐｃｏｄｅの値により定まる。

【００３９】プレディケート・フィールドは、該命令が
実行されるべき動作モードを示すフィールドである。数
ビットからなり、全てが０のときは動作モードに関わら
ず実行される。０でないビットがあるときは、そのフィ
ールドの値とＣＰＵが管理する動作モードレジスタの値
とが一致するときのみ該命令は実行される。

【００４０】図３に、命令割り当ての対象とするＣＰＵ
の構成例を示す。このＣＰＵは、プレディケート実行を
行なうものである。

【００４１】図３中、２００はＣＰＵ、２０１は命令解
析器、２０２は分岐器（Ｂｒａｎｃｈ）、２０３は第１
の整数演算器（ＡＬＵ１）、２０４は第２の整数演算器
（ＡＬＵ２）、２０５は第１のメモリアクセス器（ＭＥ
Ｍ１）、２０６は第２のメモリアクセス器（ＭＥＭ
２）、２０７はレジスタ（群）、２０８は動作モードレ
ジスタ、２０９はプログラムカウンタ（ＰＣ）、２１０
は命令キャッシュ、２１１はデータキャッシュである。
また、３００は主記憶である。

【００４２】オブジェクト・プログラムは主記憶３００
にロードされ、ＣＰＵ２００がこのオブジェクト・プロ
グラムを実行する。

【００４３】さて、このＣＰＵ２００は、ＶＬＩＷ構成
である。すなわち、１つの分岐器２０２と２つの整数演
算器２０３，２０４と２つのメモリアクセス器２０５，
２０６を持ち、これらは同時に動作可能である。

【００４４】ＣＰＵ２００は、プログラムカウンタ２０
９が示す番地の命令をキャッシュ２１０からフェッチす
る。キャッシュ２１０になければ主記憶３００からキャ
ッシュ２１０に転送される。キャッシュ２１０から命令
解析器２０１に各サイクルで同時に４命令が発行され
る。つまり、５つの演算器（２０２〜２０６）を持つが
同時に発行できる命令は４命令である。命令解析器２０
１は、４命令の各々をデコードし、ｏｐｃｏｄｅを知る
ことにより各々をどの演算器（２０２〜２０６）で実行
するかを決定する。命令のプレディケート・フィールド
が０でない場合は、動作モードレジスタ２０８を読みこ
の値と一致した命令のみ実行する。

【００４５】次に、図４〜図６を参照しながら、図３に
例示したようなプレディケート実行をサポートするＣＰ
Ｕに対する命令割り当てを、プレディケート実行をサポ
ートしないＣＰＵに対する命令割り当てとの比較を通じ
て説明する。

【００４６】図４に、条件分岐を含む簡単なソースプロ
グラムの例を示す。このプログラムは、Ｂ１で示される
条件が成立しているか否かを調べ、条件が成立していれ
ばＢ２を、不成立ならＢ３を実行する、というものであ
る。

【００４７】図５に、従来の命令割り当て方法を適用し
て命令を生成した例を示す。まず、Ｂ１に対応する命令
列が、次にＢ２に対応する命令列が、次にＢ３に対応す
る命令列が生成される。また、Ｂ１の最後で条件分岐命
令が生成されるが、ソースプログラムでの条件と、生成
した命令レベルでの条件とは判定が逆となる。条件が成
立すればＬ２に飛びＢ３に対応する命令列が実行され、
不成立なら分岐は起こらずＢ２に対応する命令列が実行
される。なお、Ｂ２の最後に、Ｂ３をスキップするため
の無条件分岐命令が生成される。

【００４８】図６に、本実施形態に係る命令割り当て方
法を適用して命令を生成した例を示す。

【００４９】まず、Ｂ１に対応する命令列が生成される
が、図５の例とは異なりＢ１の最後で条件分岐命令を生
成せず、その代わりに動作モード設定命令を生成する。
これは条件の判定結果に応じた動作モードを動作モード
レジスタ（図３の２０８）に設定するための命令であ
る。ソースプログラムのＢ１に対応する条件が成立する
なら動作モードｂ２を、不成立なら動作モードｂ３を設
定する。ｂ２、ｂ３はそれぞれ命令のプレディケート・
フィールドに等しいビット数を持つ０でない値であり、
ｂ２とｂ３の値は相異なる。

【００５０】次に、Ｂ２、Ｂ３に対応する命令列を生成
する。図５の例とは異なり、Ｂ２、Ｂ３に対応する命令
は混在して構わない。Ｂ２に対応する命令はプレディケ
ート・フィールドの欄にｂ２を、Ｂ３に対応する命令は
プレディケート・フィールドの欄にｂ３を記載する。

【００５１】前述したように、ＣＰＵでは、命令のプレ
ディケート・フィールドが０でない場合は、動作モード
レジスタを読みこの値と一致した命令のみ実行するの
で、条件が成立したら動作モードレジスタがｂ２に設定
され、プレディケート・フィールドにｂ２を持つＢ２に
対応する命令が実行され、一方、不成立なら動作モード
レジスタがｂ３に設定され、プレディケート・フィール
ドにｂ３を持つＢ３に対応する命令が実行されることに
なる。

【００５２】以下では、本実施形態についてさらに詳し
く説明する。

【００５３】図７に、より詳しいソースプログラムの例
を示す。このプログラムは、条件ｉ＜ｊが成立すればｋ
に配列ａ［ｉ］の値を代入し、不成立ならｋに−１を代
入する、というものである。なお、図４のＢ１が図７の
（５−４）行目に、Ｂ２が（５−６）行目に、Ｂ３が
（５−８）行目に相当する。

【００５４】ソースプログラムが入力されると、字句解
析部３１および構文解析部３２の働きにより、中間コー
ドが生成される。

【００５５】図８に、図７のソースプログラムをもとに
本実施形態に係るコンパイラにおいて生成される中間コ
ードの例を示す。

【００５６】中間コードを形成する各々をノードと呼
ぶ。図７のソースプログラムの行番号（５−ｘ）と中間
コードのノード（６−ｙ）との対応は次のようになる
（矢印の左側のものが矢印の右側のものに対応する）。（５−１） → （６−２）（５−２） → （６−３）（６−４）（６−５）（５−４） → （６−７）（６−８）（６−９）（６−１０）（５−５） → （６−１１）（５−６） → (6-12) (6-13) (6-14) (6-15) (6-16) （５−７） → （６−１７）（５−８） → （６−１８）（６−１９）図８のノードのうち、図７の行番号と対応のとれないノ
ードについて説明する。図８のノード（６−１）はブロ
ック０（Ｂ０）が開始されることを示すノードである。
ブロックは後続のフロー解析で使用される。（６−６）
はブロック０（Ｂ０）が終了することを示すノードであ
る。（６−２０）は図７の行番号（５−８）までが終了
した後に続くブロックである。

【００５７】次に、中間コードが生成されると、フロー
解析部３４は中間コードを基にブロックの流れを解析す
る。

【００５８】図９に、図８の中間コードに対するフロー
解析部３４による解析結果例を示す。図９に示すよう
に、この中間コードのフローは、Ｂ０から始まりＢ１が
続き、Ｂ２とＢ３に分岐し、Ｂ４に併合されることがわ
かる。

【００５９】続いて、データ依存解析部３５は、データ
の依存関係を解析して、中間コードのノード間の前後関
係を明らかにする。このデータ依存解析では実際に命令
生成に対応するノードのみが対象となる。

【００６０】本実施形態では、命令割り当て部３６は同
一ブロック内の命令は同一ブロック内に配置するとの方
針で割り当てる。従って、データ依存関係部３５は各ブ
ロック内でのみ依存関係の解析を行なう。

【００６１】図１０に、図８の中間コードに対するデー
タ依存解析部３５による解析結果例を示す。解析結果に
おけるＡ→ＢはＡがＢよりも先に実行されなければなら
ないことを示す。例えば、図１０の場合、（６−８）が
（６−９）よりも先に実行されなければならないことが
示される。

【００６２】次に、命令割り当て部３６による命令割り
当て処理の手順について説明する。

【００６３】図１１に、本実施形態に係る命令割り当て
処理のアルゴリズムの一例を示す。

【００６４】また、図１２に、図８に例示した中間コー
ドに対して図１１に示すアルゴリズムを適用して生成さ
れたコードの例を示す。図１２の例では、横に並んだ４
命令（例えば先頭行のｃｍｐと３つのｎｏｐ）が同時に
命令キャッシュ２１０からフェッチされ命令解析器２０
１により５つの演算器（２０２〜２０６）のいずれかに
割り当てられる。その各々のサイクルを（１０−１）〜
（１０−５）がそれぞれ表している。

【００６５】さて、図１１の手順では、まず、未解析の
中間ノードが残っている限り次の中間ノードを読み、読
み込んだ中間ノードが条件分岐ノードであるかどうかを
確かめる（ステップＳ９−１，Ｓ９−２）。

【００６６】条件分岐でない部分については従来と同様
の方法で命令生成をすればよい（ステップＳ９−３，Ｓ
９−４）。例えば先に挙げた参考文献２で示される方法
により命令を生成すれば良い。

【００６７】読み込んだ中間ノードが条件分岐（図８で
は（６−９））である場合、動作モード設定命令を生成
する（ステップＳ９−５）。

【００６８】図１２では、（１０−２）の「ｓｅｔｇ
ｔ，１，２」がこの動作モード設定命令に相当する。ｓ
ｅｔは、ｏｐｃｏｄｅを示すニーモニックで、動作モー
ドレジスタに値を設定する命令である。ｇｔとは、ｇｒ
ｅａｔｅｒｔｈａｎの略である。本命令は、実行時点
での条件として、ｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎが成立して
いれば動作モードレジスタに１を、不成立なら動作モー
ドレジスタに２を設定する。

【００６９】動作モードレジスタに１が設定された場
合、その値が変更されない限りプレディケート・フィー
ルドが１である命令か０である命令しか実行されない。
一方、動作モードレジスタに２が設定された場合、その
値が変更されない限りプレディケート・フィールドが２
である命令か０である命令しか実行されない。なお、プ
レディケート・フィールドが０である命令は、動作モー
ドレジスタの値によらず常に実行されるものとする。

【００７０】次に、ステップＳ９−６にて、フロー解析
の結果に基づき条件分岐により到達し得るブロックＢを
求める。それらの集合をＢＩ＝｛Ｂ_i1，Ｂ_i2，…｝とす
る。

【００７１】図９の例を参照すると、この場合、ＢＩ＝
｛Ｂ２，Ｂ３｝と判明する。

【００７２】次に、ステップＳ９−７にて、図１０に例
示するようなデータ依存関係を保つように各サイクル毎
の各演算器（図３では２０２〜２０６）への命令の割り
当てを行なう。なお、ＢＩに属する各ブロック毎の実行
頻度等のデータがあれば、これに基づき、頻度の多いブ
ロックのノードに対する命令を早いサイクルに優先的に
割り当てるようにすると好ましい。

【００７３】ＢＩに含まれるブロックの全ての中間コー
ドが無くなるまで順次割り当てを繰り返す。

【００７４】図１２ではＢ２の命令を優先的に割り当て
た例を示している。すなわち、最初のサイクルである
（１０−３）で「ｌｄｉ（２）Ｒｔ３，−１」を割り
当てている。このｌｄｉに続く（２）はプレディケート
・フィールドの値が２であることを示している。

【００７５】なお、ここでは、Ｂ２に含まれる命令はプ
レディケート・フィールドを１に、Ｂ３に含まれる命令
はプレディケート・フィールドを２にして生成するもの
としている。

【００７６】次に、ステップＳ９−８にて、ＢＩに属す
る各ブロックの最後の命令が割り当てられたサイクルを
求める。これらを比較し最終サイクルでないものを求め
る。

【００７７】図１２の場合、各ブロックの最後の命令が
割り当てられたサイクルは（１０−３）と（１０−５）
であり、したがって最終サイクルでないもの（１０−
３）となる。

【００７８】次に、ステップＳ９−９にて、最終サイク
ルでないものについてはその動作モードで実行される無
条件分岐命令を生成して割り当てる。これは、ＢＩの全
て命令が動作を終了するまで空のサイクルを回すのでは
高速化できないからである。

【００７９】図１２では、プレディケート・フィールド
が２である命令は（１０−３）で終了するが、１である
命令は（１０−５）で終了する。動作モードが２のとき
に（１０−４）、（１０−５）を実行すると２サイクル
無駄となる。このため（１０−３）でｂ（２）Ｌ３を実
行する。これは動作モードが２のときだけ実行される無
条件分岐命令である。これにより動作モードが２のとき
に１サイクル高速化される。

【００８０】本実施形態では、同サイクルでは分岐命令
は１つしか実行できないため、もし（１０−３）に分岐
命令があればそれより後で分岐命令のないできるだけ早
いサイクルを探す。見つかったサイクルがＢＩに属する
最後の命令よりも前のサイクルであれば、そこに動作モ
ード２で実行される無条件分岐命令を生成して割り当て
ればよい。

【００８１】以上によって、図１２に例示したようなコ
ードが生成される。なお、この時点では、仮のレジスタ
が割り当てられた状態になっている。

【００８２】さて、命令割り当て部３６による命令割り
当てが終わると、続いてレジスタ割り当て部３７による
レジスタ割り当てを行う。

【００８３】図１３に、図１２に示すプログラムに対し
て、レジスタ割り当て部３７によるレジスタ割り当てを
適用した結果得られるプログラムの例を示す。

【００８４】図１２では仮のレジスタとして割り当てら
れていたＲｐ１，Ｒｐ２，Ｒｔ１，Ｒｔ２，Ｒｔ３が、
図１３ではＣＰＵが所有する真のレジスタＲｉ，Ｒｊ，
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に割り当て直されている。

【００８５】なお、このレジスタ割り当てにおいて、レ
ジスタが不足する場合には、再度命令割り当て部３６に
制御を戻し、命令の一部をレジスタを使用しないように
変更して命令割り当てをし直し、そして再度レジスタ割
り当てを行う。

【００８６】以上のようにして、プレディケート実行を
サポートするＣＰＵに対するオブジェクト・プログラム
が生成される。

【００８７】ここで、生成されたプログラムで実行に必
要なサイクル数を計算すると次のようになる。通常、パ
イプライン制御を行なうＣＰＵでは無条件分岐や条件分
岐で分岐が起こると１サイクル実行が遅延され、条件分
岐で分岐が起こらないときは遅延されない。図１３に例
示するプログラムについてみてみると、Ｂ２が実行され
る場合は、（１１−１）（１１−２）（１１−３）（１
１−４）（１１−５）の各サイクルがそれぞれ１クロッ
クで実行され、計５クロックで実行可能となる。一方、
Ｂ３が実行される場合は、（１１−１）（１１−２）
（１１−３）の各サイクルがそれぞれ１クロックで実行
され、（１１−３）の分岐の遅延１クロックと併せて、
計４クロックで実行可能となる。

【００８８】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。

【００８９】本実施形態は、第１の実施形態の処理手順
に後述する手順を追加したもので、この追加部分以外は
第１の実施形態と同様である。以下では、第１の実施形
態と相違する点を中心に、また、第１の実施形態との比
較を交えながら、本実施形態について説明する。

【００９０】本実施形態は、第１の実施形態において、
ある動作モードのときのみ実行される命令が動作モード
設定命令よりも前で実行されるように割り当て可能かを
判別し、割り当て可能と判別されたときに該命令を動作
モードに依らず実行される命令として割り当てるように
したものである。

【００９１】本実施形態では、この処理は、命令割り当
て部３６またはレジスタ割り当て部３７にて実行され
る。

【００９２】図１４に、図７に例示するソースプログラ
ムに対して命令割り当てを行って得られたコード（図１
２）をもとにレジスタ割り当て部３７が生成したプログ
ラムの例を示す。第１の実施形態におけるレジスタ割り
当て部３７が生成したプログラムを例示した図１３との
差異は、図１４ではｌｄｉ，ｌｄｕｉの２命令がＬ１の
後からＬ１の前に移動し、プレディケート・フィールド
が０になっていることである。

【００９３】すなわち、Ｒ１は一時レジスタであり、も
しＢ２が実行されずＢ３が実行されるとしても先行実行
して構わないため、ｌｄｉ，ｌｄｕｉの２命令をＬ１の
前に移動する。また、先行実行される命令は動作モード
が設定される前であるので、プレディケート・フィール
ドを０する。

【００９４】これにより、Ｂ２が実行される場合は４ク
ロックと、第１の実施形態に比較して１クロック高速化
される。ただし、Ｂ３が実行される場合はクロック数に
増減はない。

【００９５】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。

【００９６】本実施形態は、第１の実施形態の処理手順
に後述する手順を追加したもので、この追加部分以外は
第１の実施形態と同様である。以下では、第１の実施形
態と相違する点を中心に、また、第１の実施形態との比
較を交えながら、本実施形態について説明する。

【００９７】本実施形態は、第１の実施形態において、
命令コードのフィールドの値が一致する一連の命令列同
士を比較し、比較の結果、同等の命令がある場合に該命
令を動作モードにかかわらず実行される命令に変換する
ようにしたものである。

【００９８】本実施形態では、この処理は、命令割り当
て部３６またはレジスタ割り当て部３７にて実行され
る。

【００９９】図１５に、ソースプログラムの例を示す。
図７のソースプログラムと比べて（５−８）と（１３−
８）が異なる。すなわち、このプログラムは、条件ｉ＜
ｊが成立すればｋに正数配列ａ［ｉ］の値を代入し、不
成立なら正数配列ａ［ｊ］の値を代入する、というもの
である。

【０１００】図１６に、第１の実施形態の処理手順を適
用し、Ｂ３優先による命令割り当てとレジスタ割り当て
を行なって得られたオブジェクト・プログラムの例を示
す。Ｂ２が実行される場合、（１４−１）から（１４−
７）まで７クロックかかり、Ｂ３が実行される場合、
（１４−１）から（１４−５）までと分岐の遅延１クロ
ックで６クロックかかる。

【０１０１】図１７に、本実施形態に係る処理手順を適
用し、Ｂ３優先による命令割り当てとレジスタ割り当て
を行なって得られたオブジェクト・プログラムの例を示
す。本例では、ｌｄｉ，ｌｄｕｉ，ｌｄの３つの命令は
いずれもＢ２とＢ３において共通する命令であるので、
このような命令を動作モード０で実行する命令とするこ
とにより共通化して命令数を減らす。これにより、Ｂ２
とＢ３のいずれが実行される場合でも、（１５−１）か
ら（１５−５）まで５クロックで実行が完了する。

【０１０２】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。

【０１０３】本実施形態は、第１の実施形態の処理手順
に後述する手順を追加したもので、この追加部分以外は
第１の実施形態と同様である。以下では、第１の実施形
態と相違する点を中心に、また、第１の実施形態との比
較を交えながら、本実施形態について説明する。

【０１０４】本実施形態は、第１の実施形態において、
特定の動作モードでのみ実行される命令を生成するより
も、動作モードによらずに動作する命令を生成した方が
実行速度が大きい場合には、動作モードによらずに動作
する命令を生成するようにしたものである。

【０１０５】本実施形態では、この処理は、命令割り当
て部３６にて実行される。

【０１０６】図１８に、ソースプログラムの例を示す。
図７と比べて（５−８）と（１６−８）が異なる。すな
わち、このプログラムは、条件ｉ＜ｊが成立すればｋに
配列ａ［ｉ］の値を代入し、不成立なら配列ｂ［ｊ］の
値を代入する、というものである。

【０１０７】図１９に、第１の実施形態の処理手順を適
用し、Ｂ３優先による命令割り当てとレジスタ割り当て
を行なって得られたオブジェクト・プログラムの例を示
す。Ｂ２が実行される場合、（１７−１）から（１７−
７）まで７クロックかかり、Ｂ３が実行される場合、
（１７−１）から（１７−５）までと分岐の遅延１クロ
ックで６クロックかかる。

【０１０８】図２０に、プレディケート実行を行なわな
い命令割り当てとレジスタ割り当てを行なって得られた
オブジェクト・プログラムの例を示す。Ｂ２が実行され
る場合、（１８−１）から（１８−５）までと（１８−
５）の分岐の遅延で６クロックかかり、Ｂ３が実行され
る場合、（１８−１）、（１８−２）と（１８−６）か
ら（１８−８）までと（１８−２）の分岐の遅延１クロ
ックで計６クロックかかる。つまり、第１の実施形態の
処理手順を適用するとＢ３では同じクロック数がかか
り、Ｂ２では１クロック余計にかかる。

【０１０９】このように、演算器数や共に実行できる命
令数の制限等により、プレディケート実行を行なわない
方が高速になることがある。そこで、命令割り当ての際
に、プレディケート実行を行なわない方が高速になると
判断されたならば、プレディケート実行しないようにす
ると好ましい。

【０１１０】次に、本発明の第５の実施形態について説
明する。

【０１１１】本実施形態は、第１の実施形態の命令割り
当て処理を一部修正したもので、この修正部分以外は第
１の実施形態と同様である。以下では、第１の実施形態
と相違する点を中心に、また、第１の実施形態との比較
を交えながら、本実施形態について説明する。

【０１１２】本実施形態は、概略的には、第１の実施形
態において、動作モードのうち実行頻度の高い値を判別
し、実行頻度が高いと判別された動作モードに対応する
命令は分岐なしに実行されるように割り当て、必要なら
他の動作モードに対応する命令は上記の命令とは別のサ
イクルで実行されるように割り当てるようにしたもので
ある。

【０１１３】以下、本実施形態において、命令割り当て
部３６による実行される命令割り当て処理の手順につい
て説明する。

【０１１４】図２１に、本実施形態に係る命令割り当て
処理のアルゴリズムの一例を示す。

【０１１５】なお、ここでは、図７に例示するソースプ
ログラムが入力として与えられ、Ｂ３＝｛（５−７），
（５−８）｝のブロックがＢ２＝｛（５−５），（５−
６）｝のブロックよりも実行頻度が高いものとする。

【０１１６】図２１のステップＳ１９−１〜ステップＳ
１９−６までの手順は、図１１のステップＳ９−１〜ス
テップＳ９−６までの手順と同様である。

【０１１７】すなわち、ステップＳ９−１〜Ｓ９−６ま
での実行により、読み込んだ中間ノードが条件分岐であ
る場合に動作モード設定命令が生成し、そしてフロー解
析の結果に基づき条件分岐により到達し得るブロックの
集合としてＢＩが求められる。

【０１１８】本例の場合、ＢＩ＝｛Ｂ２，Ｂ３｝が得ら
れる。

【０１１９】次に、本実施形態では、ステップＳ１９−
７にて、ＢＩに属する各ブロックのうち、実行頻度の最
も多いブロックＢ_jを選択し、このＢ_jの命令を割り当
てる。

【０１２０】本例の場合、ＢＩに属するブロック毎の実
行頻度を基に頻度の多いブロックＢ３が選択され、Ｂ３
の命令がプレディケート・フィールドを２にして割り当
てられる。

【０１２１】次に、本実施形態では、ステップＳ１９−
８にて、Ｂ_jの命令を割り当てたのと同じサイクルで、
プレディケート実行をする分岐命令を割り当てるととも
に、分岐した先でＢ_j以外のブロックの命令を割り当
て、終了したら、Ｂ_jの命令が終了した後のブロックへ
と分岐する。

【０１２２】すなわち、第１の実施形態とは異なり、最
後に分岐命令を割り当てずに終了することとし、Ｂ３の
命令を割り当てたのと同じサイクルでプレディケート・
フィールドが１である無条件分岐命令を割り当てる。分
岐先でＢ２の命令を割り当て、最後にＢ３の命令の後の
ブロックへと分岐する。

【０１２３】これにより、頻度の高いブロックが実行さ
れるときは全く分岐が起こらず高速に実行可能となる。
頻度の小さいブロックが実行される場合は、分岐で飛び
出し、最後に分岐で合流する。

【０１２４】図２２に、図７に例示するソースプログラ
ムに対し図２１のアルゴリズムを適用したときにレジス
タ割り当て部３７が生成するプログラムの例を示す。

【０１２５】本例では、Ｂ３の方が実行頻度が大きいた
め、（２０−１）（２０−２）に引き続いて（２０−
３）ではＢ３の命令が割り当てられる。

【０１２６】「ｌｄｉ（２）Ｒｋ，−１」が該当命令
である。この後分岐命令なしに後のブロックＬ３へと続
く。一方、Ｂ２が実行される場合には、（２０−３）の
「ｂ（１）Ｌ４」によってＬ４に無条件分岐する。こ
こでＢ２が実行された後、Ｌ３に飛ぶ。

【０１２７】Ｂ２が実行される場合、（２０−１）から
（２０−３）で３クロックかかる。一方、Ｂ３が実行さ
れる場合、（２０−１）から（２０−３）と、（２０−
４）から（２０−６）と、（２０−３）の分岐の遅延
と、（２０−６）の分岐の遅延で、計８クロックかか
る。つまり、実行頻度の大きいブロックが判別可能なと
きに本実施形態の命令割り当てを適用すると極めて高速
に実行することができる。

【０１２８】なお、以上の各実施形態では、高級言語で
記述されたプログラムを計算機で実行するオブジェクト
コードに変換するソフトウェアであるコンパイラの中で
命令割り当てをする場合を想定して記述したが、本発明
はターゲットＣＰＵのアーキテクチャを意識しながらア
センプリ言語などを用いて直接プログラミングする場合
にも適用することができる。

【０１２９】また、以上の各実施形態では、ＢＩに相当
する命令を終了した後で動作モードレジスタを初期値０
に戻す命令を生成していない。これはＢＩに相当する命
令を終了した後は、動作モードに依らない命令（プレデ
ィケート・フィールドの値が０の命令）を生成するた
め、動作モードを初期値に戻さなくても全ての命令が実
行されるからである。再びプレディケート実行する場合
は、その直前で動作モード設定命令を実行すれば良い。
動作モードを初期値に戻すためには１命令実行が必要で
あり、実行しないほうが同等かあるいは１サイクル高速
化が可能である。

【０１３０】なお、以上の各機能は、ソフトウェアとし
ても実現可能である。すなわち、本実施形態は、コンピ
ュータに所定の手順を実行させるための（あるいはコン
ピュータを所定の手段として機能させるための、あるい
はコンピュータに所定の機能を実現させるための）プロ
グラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体と
して実施することもできる。

【０１３１】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、その技術的範囲において種々変形して
実施することができる。

【０１３２】

【発明の効果】本発明によれば、プレディケート実行を
行なうＣＰＵでプログラムを高速に実行することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るコンパイラの構成例
を示す図

【図２】命令フォーマットの一例を示す図

【図３】ＣＰＵの一構成例を示す図

【図４】ソースプログラムの例を示す図

【図５】プレディケート実行をサポートしないＣＰＵに
対する命令割り当ての一例を示す図

【図６】プレディケート実行をサポートするＣＰＵに対
する命令割り当ての一例を示す図

【図７】ソースプログラムの例を示す図

【図８】中間コードの一例を示す図

【図９】フロー解析部による解析結果の例を示す図

【図１０】データ依存解析部による解析結果の例を示す
図

【図１１】命令割り当て手順の一例を示すフローチャー
ト

【図１２】命令割り当て部により生成されるプログラム
の例を示す図

【図１３】レジスタ割り当て部により生成されるプログ
ラムの例を示す図

【図１４】レジスタ割り当て部により生成されるプログ
ラムの例を示す図

【図１５】ソースプログラムの例を示す図

【図１６】レジスタ割り当て部により生成されるプログ
ラムの例を示す図

【図１７】レジスタ割り当て部により生成されプログラ
ムの例を示す図

【図１８】ソースプログラムの例を示す図

【図１９】レジスタ割り当て部により生成されるプログ
ラムの例を示す図

【図２０】レジスタ割り当て部により生成されるプログ
ラムの例を示す図

【図２１】命令割り当て手順の他の例を示すフローチャ
ート

【図２２】レジスタ割り当て部により生成されるプログ
ラムの一例を示す図

【符号の説明】

１０…ソースプログラム２０…オブジェクトプログラム３０…コンパイラ３１…字句解析部３２…構文解析部３４…フロー解析部３５…データ依存解析部３６…命令割り当て部３６１…動作モード設定命令生成部３６２…命令比較部３６３…分岐命令生成部３７…レジスタ割り当て部２００…ＣＰＵ２０１…命令解析器２０２…分岐器２０３，２０４…整数演算器２０５，２０６…メモリアクセス器２０７…レジスタ２０８…動作モードレジスタ２０９…プログラムカウンタ２１０…命令キャッシュ２１１…データキャッシュ３００…主記憶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】命令コードに動作モードを示すフィールド
を持ち、該命令コードの該フィールドの値とＣＰＵが管
理するレジスタの特定フィールドの値とが一定の関係に
あるときのみ該命令を実行する機能を持つＣＰＵに対
し、各サイクルで実行される命令の割り当てを行なう命
令割り当て方法であって、動作モードを設定する命令を割り当てるステップと、命令コードのフィールドの値が一致する一連の命令列の
最後の命令同士の実行されるサイクルを比較するステッ
プと、命令コードのフィールドの値が一致する一連の命令列の
最後の命令の実行サイクルが他よりも早い場合に、該命
令コードと同じフィールド値を持つ分岐命令を該命令と
同じサイクルまたは後のサイクルで実行するように割り
当てるステップとを有することを特徴とする命令割り当
て方法。
【請求項２】動作モードのうち実行頻度の高い値を判別
するステップをさらに有し、実行頻度が高いと判別された動作モードに対応する命令
を早いサイクルに優先的に割当てることを特徴とする請
求項１に記載の命令割り当て方法。
【請求項３】命令コードに動作モードを示すフィールド
を持ち、該命令コードの該フィールドの値とＣＰＵが管
理するレジスタの特定フィールドの値が一定の関係にあ
るときのみ該命令を実行する機能を持つＣＰＵに対し、
各サイクルで実行される命令の割り当てを行なう命令割
り当て方法であって、動作モードを設定する命令を割り当てるステップと、ある動作モードのときのみ実行される命令が動作モード
設定命令よりも前で実行されるように割り当て可能かを
判別するステップと、割り当て可能と判別された前記命令を動作モードに依ら
ず実行される命令として割り当てるステップとを有する
ことを特徴とする命令割り当て方法。
【請求項４】命令コードに動作モードを示すフィールド
を持ち、該命令コードの該フィールドの値とＣＰＵが管
理するレジスタの特定フィールドの値が一定の関係にあ
るときのみ該命令を実行する機能を持つＣＰＵに対し、
各サイクルで実行される命令の割り当てを行なう命令割
り当て方法であって、動作モードを設定する命令を割り当てるステップと、命令コードのフィールドの値が一致する一連の命令列同
士を比較するステップと、前記比較の結果、同等の命令がある場合には該命令を動
作モードにかかわらず実行される命令に変換するステッ
プとを有することを特徴とする命令割り当て方法。
【請求項５】命令コードに動作モードを示すフィールド
を持ち、該命令コードの該フィールドの値とＣＰＵが管
理するレジスタの特定フィールドの値が一定の関係にあ
るときのみ該命令を実行する機能を持つＣＰＵに対し、
各サイクルで実行される命令の割り当てを行なう命令割
り当て行方法であって、特定の動作モードでのみ実行される命令を生成するより
も、動作モードによらずに動作する命令を生成した方が
実行速度が大きい場合には、動作モードによらずに動作
する命令を生成することを特徴とする命令割り当て方
法。
【請求項６】命令コードに動作モードを示すフィールド
を持ち、該命令コードの該フィールドの値とＣＰＵが管
理するレジスタの特定フィールドの値が一定の関係にあ
るときのみ該命令を実行する機能を持つＣＰＵに対し、
各サイクルで実行される命令の割り当てを行なう命令割
り当て方法であって、動作モードを設定する命令を割り当てるステップと、動作モードのうち実行頻度の高い値を判別するステップ
とを有し、実行頻度が高いと判別された動作モードに対応する命令
は分岐なしに実行されるように割り当てるとともに、必要に応じて他の動作モードに対応する命令は、前記実
行頻度が高いと判別された動作モードに対応する命令と
は別のサイクルで実行されるように割り当てることを特
徴とする命令割り当て方法。
【請求項７】動作モードに依存する実行をする必要がな
くなっても、動作モードを戻す命令を割り当てないこと
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
命令割り当て方法。
【請求項８】前記ＣＰＵは、並行に実行できる演算器を
複数持つものであることを特徴とする請求項１ないし７
のいずれか１項に記載の命令割り当て方法。
【請求項９】命令コードに動作モードを示すフィールド
を持ち、該命令コードの該フィールドの値とＣＰＵが管
理するレジスタの特定フィールドの値とが一定の関係に
あるときのみ該命令を実行する機能を持つＣＰＵに対
し、各サイクルで実行される命令の割り当てを行なう命
令割り当て装置であって、動作モードを設定する命令を割り当てる手段と、命令コードのフィールドの値が一致する一連の命令列の
最後の命令同士の実行されるサイクルを比較する手段
と、命令コードのフィールドの値が一致する一連の命令列の
最後の命令の実行サイクルが他よりも早い場合に、該命
令コードと同じフィールド値を持つ分岐命令を該命令と
同じサイクルまたは後のサイクルで実行するように割り
当てる手段とを備えたことを特徴とする命令割り当て装
置。