JPH11306038A - 並列演算処理装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のタスクを発生した場合の同期待ちを高
速かつ柔軟に解決できる並列演算処理装置を提供する。 【解決手段】 プロセッサエレメントＰＥ１２がＰＥ１
３〜１５に対して複数のタスクを呼び出し、同期待ち命
令で必要に応じて同期待ちを行う。アービタ５６は、タ
スク呼び出しが発生するとカウント値を増加し、そのタ
スクが終了するとカウント値を減少させる。プロセッサ
エレメントＰＥ１２は、同期待ち命令を実行したとき
に、同期待ち命令に含まれるカウント値と、アービタ５
６のカウント値とを比較し、一致した場合に同期待ちを
解除し、一致しない場合に同期待ちとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のタスクを発
生した場合の同期待ちを高速かつ柔軟に解決できる並列
演算処理装置およびその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、複数のプロセッサエレメント
（Processor Element:ＰＥ）が独立したプログラムカウ
ンタを持ち、共通バスを介して相互に通信を行いながら
処理を実行するＭＩＭＤ(Multiple Instruction Multip
le Datastream)型のマルチプロセッサシステムが知られ
ている。このようなマルチプロセッサシステムは、コン
カレント（並行）マルチタスクを行うことを前提として
おり、タスクを生成しようとしているメインプログラム
を実行しているプロセッサエレメントと、新たなタスク
が生成されるプロセッサエレメントとの間で通信を行
う。このとき、タスクを呼んだ（生成した）プログラム
が、呼ばれた（生成された）タスクが終了するまで同期
待ちを行う場合がある。

【０００３】図９は、一般的なマルチプロセッサシステ
ム１の全体構成図である。図９に示すように、マルチプ
ロセッサシステム１は、４つのプロセッサエレメントＰ
Ｅ１２，ＰＥ１３，ＰＥ１４，ＰＥ１５と、タスクの同
期を管理するアービタ１６とが共通バス１１を介して接
続されている。共通バス１１は、プロセッサエレメント
ＰＥ１２〜１５の相互間でコマンドなどの制御信号を送
受信するための制御線として機能する。

【０００４】また、マルチプロセッサシステム１では、
プロセッサエレメントＰＥ１２，ＰＥ１３，ＰＥ１４，
ＰＥ１５と共有メモリ１７とがメインバス１９を介して
接続されている。共有メモリ１７は、外部端子１８を介
して、外部メモリ（メインメモリ）に接続されている。
なお、マルチタスクの同期を実現するマルチプロセッサ
システムの構成としては、図９に示す構成以外にも種々
のものがある。例えば、図９に示す例では、アービタ１
６でタスクの同期が集中管理される場合を示したが、例
えば、アービタ１６を設けずに、個々のプロセッサエレ
メントＰＥ１２〜１５にタスクの同期を管理する機能を
持たせてもよい。

【０００５】図１０は、タスクを生成するプログラム
（メインプログラム２５）が同期待ちを行う手法を説明
するための図である。図１０に示す例では、プロセッサ
エレメントＰＥ１２上で動作するメインプログラム２５
が、プロセッサエレメントＰＥ１３上にタスク２６を生
成している。プロセッサエレメントＰＥ１２および１３
は、個々のプロセッサ固有のマシン語（機械語）で記述
された命令を実行して動作する。なお、タスクの生成な
らびに同期の解決は、ハードウエアによる順序回路を用
いても可能である。なお、本明細書では、命令によって
同期機能の実現する場合を主に説明する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のマル
チプロセッサシステムでは、以下に示す理由により、図
１０に示すメインプログラム２５から複数のタスクを任
意の数だけ生成することが困難であった。すなわち、マ
ルチプロセッサシステムは、コンカレントマルチタスク
を実行するが、このマルチタスク方式では、複数のプロ
グラム（タスク）を複数のプロセッサエレメントＰＥに
割り当てる必要がある。ここで、シングルプロセッサを
前提としたマルチタスクでは、ＴＳＳ（Time Sharing S
ystem ）方式のように、一つのプロセッサエレメントＰ
Ｅに対して時分割で複数のタスクを割り当てることが最
も一般的である。従って、一つのプロセッサエレメント
ＰＥを中心としてタスク管理テーブルを一組だけ用意す
ればよい。このＴＳＳ方式を採用する多くの場合、それ
らタスクの切り替え機構を持つＵｎｉｘ（商標名）など
のＯＳ(Operating System)を用いることになる。

【０００７】通常、プロセッサエレメントＰＥは、マル
チタスクを特に意識した同期命令を用意していないこと
が多い。同期命令を用いるよりも、タイマなどの外部割
り込みイベントを通じて例外処理を発生させ、その結
果、タスクの切り替えを行う方式を採用することが多
い。また、タスクの切り替えをより高速に実行するため
に、プロセッサエレメントＰＥ内でハードウエアによる
サポートを行っていることが多いが、基本的にはソフト
ウエアによってタスク切り替え機能が実現される。

【０００８】これに対して、マルチプロセッサシステム
では、前述したＴＳＳ方式を採用する場合、複数のタス
ク管理テーブルを用意することが必要になる。また、そ
れら複数のタスク管理テーブルを総合的に管理するプロ
グラムを、個々のプロセッサエレメントＰＥを管理する
プログラムの一階層上に用意する必要があり、かなり複
雑なＯＳになる。そのため、従来のマルチプロセッサシ
ステムでは、図１０に示すメインプログラム２５から複
数のタスクを任意の数だけ生成することが困難であっ
た。なお、マルチプロセッサシステムに実装するＯＳ
は、通常、そのマルチプロセッサシステムを使うサイド
（ユーザ）が決定する。

【０００９】ところで、マルチタスクの実現方法は、Ｔ
ＳＳ方式の他にも存在する。例えば、特定のプロセッサ
エレメントＰＥをコプロセッサとして用いるなどのやや
特殊用途への応用が考えられる。その他にも、特定のプ
ロセッサエレメントＰＥをコプロセッサとして固定しな
いまでも、コプロセッサで実行するプログラムを常駐さ
せることも、ある分野では非常に有効である。いずれに
しても、マルチプロセッサシステムには、タスクの同期
機構が必要である。

【００１０】研究試作段階のマルチプロセッサシステム
では、一般的に、個々のプロセッサエレメントＰＥ毎に
シングルプロセッサと同じＯＳを搭載している。そし
て、これらプロセッサエレメントＰＥ間の通信を行うこ
とにより、全体としてマルチタスクを達成していること
が多い。この場合、プロセッサエレメントＰＥ相互の通
信の機能の一部に同期機構が用いられる。あるいは、セ
マフォアなどのメモリを介した同期機構も採用可能であ
る。

【００１１】しかしながら、タスクの生成とそのタスク
の同期待ちに関しては、いずれの場合にも最終的にはソ
フトウエアによる処理を行っているのでレスポンスが悪
く、せいぜい粗粒度並列プログラムを実行する場合に応
用されるのが現状である。また、仮に、複数のタスクを
生成することが十分可能なシステムであっても、それら
のタスクの終了を待つ（同期待ち）方式に決定的な解決
手段がない。

【００１２】メインプログラムから生成された複数のタ
スクのうちどのタスクを待つかなどの条件設定は、ソフ
トウエアによるプログラム記述によれば全ての組み合わ
せが可能であるが、それらの条件判定に費やす時間のオ
ーバーヘッドもかなり大きくなり、高速に同期をとるこ
とができない。一方、このような設定条件を、ハードウ
エアによって決定するものがある。例えば、米国のイン
テル社が開発したマイクロプロセッサ８０８６とそのプ
ロセッサ専用に設計されたコプロセッサ８０８７との間
では、ハンドシェークによる同期待ちシステムが確立さ
れている。プロセッサ８０８６上のメインプログラムの
数値演算用の命令を実行すると、自動的にコプロセッサ
８０８７はその命令を解釈して演算を始める。通常、数
値演算の実行には複数のクロックサイクルが必要とされ
ていた。従って、その間、プロセッサ８０８６では当該
命令の次の命令を順次実行する。

【００１３】メインプログラムには、タスクの発生命令
から適当な命令数を経た後に同期命令が記述される。そ
して、その同期命令が実行される前に当該数値演算が終
了していれば、プロセッサ８０８６は数値演算が同期さ
れているものとみなしそのまま命令実行を進める。ま
た、その同期命令が実行される前に当該数値演算が終了
していなければ、コプロセッサ８０８７の演算が終了す
るまで同期待ちをする。この同期待ちシステムは、簡単
なプロトコルによるハンドシェーク信号を用いており、
きわめて簡単な構成で高速に同期をとることができる。
しかしながら、複数のコプロセッサ８０８７をひとつの
プロセッサ８０８６に接続することができず、複数のタ
スクを生成した場合の同期待ちを解決できないという問
題がある。

【００１４】本発明は上述した従来技術に鑑みてなさ
れ、複数のタスクを発生した場合の同期待ちを高速かつ
柔軟に解決できる並列演算処理装置およびその方法を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
の同期待ち機構に改良を加えて、マルチタスクシステム
の全体的な性能を向上させるものである。先に記述した
マルチプロセッサシステムにおける同期機構において、
メインプログラムから生成されたタスク（以下、子タス
クとも記す）の終了を認識する際に要する時間が長いと
いう問題があったが、これは、従来のマルチプロセッサ
システムが汎用性を重視するあまり、ソフトウエアによ
る解決方法を選択したことに原因がある。

【００１６】本発明は、タスクの生成とその同期に伴う
汎用性をある程度制限している。タスクの生成はほぼ自
由に任意の数分を許すものとし、それら子タスクの稼動
状況／終了を自動的に数値（カウント値）に換算する。
メインプログラムでは、同期命令の実行条件（成立条
件）にその数値を含める。そして、子タスクの数値化さ
れた稼動状況と同期命令を組み合わせて用いる。これ
は、複数のタスクの生成を可能とする。また、同期命令
は、子タスクの終了をハードウエアによって認識させる
方法を採用し、レスポンスの高速化を図る。

【００１７】ここで、本発明を実現する手段として、子
タスクを生成する毎にメインプログラムを実行している
プロセッサエレメントは、生成した子タスクの数を記憶
しておくことを提案する。これは、単にレジスタと加減
算器とを組み合わせてもよいし、カウンタを用意するだ
けでもよい。カウンタを例にとると、初期値として０を
セットしておき、子タスクを生成する毎に１だけインク
リメント（増加）させていく。そして、子タスクが終了
すると、しかるべき手続きを経てメインプログラムを実
行しているプロセッサエレメントＰＥにその旨を通知し
て、先のカウント値を１だけ減ずる。

【００１８】メインプログラムのなかの同期命令を実行
するプロセッサエレメントは、同期命令の実行時に前述
したカウント値とその同期命令に付加された引数の値と
を比較する。比較の結果、カウント値のほうが小さいか
あるいは同じ値であれば同期条件が成立したものとみな
し、メインプログラムはその同期命令以降の命令実行に
進む。もし、そうでなければ（カウント値のほうが大き
ければ）、同期条件を満たすまで同期待ちする。

【００１９】同期命令実行後は、次に子タスクの生成に
備えて０に初期化をすることにしてもよい。また、そう
しなくてもよい。これはそのシステムを使用する利用者
の課題である。また、カウンタを設ける位置は特に限定
されない。例えば、メインプログラムを実行するプロセ
ッサエレメント内に存在させるか、あるいは、アービタ
モジュール内に存在させてもよい。

【００２０】従来の同期機構では、仮に複数の子タスク
を生成したときには、ソフトウエアによりすべての詳細
な同期条件を記述するか、あるいは、ハードウエアによ
りすべての子タスクの終了を待つかの方法を採用してい
た。これに対して、本発明は、子タスクの終了をハード
ウエアによって認識させるわけであるが、同期待ち命令
に伴う同期条件に制限を付加して、単に同期させるべき
子タスクの数のみを設定する。これにより、同期機構に
ある程度の柔軟性を持たせながら論理回路の規模削減を
図ることができる。

【００２１】すなわち、本発明の並列演算処理装置は、
単数または複数のタスク呼び出し命令を実行した後に、
同期待ち命令で必要に応じて同期待ちを行う第１の演算
処理手段と、前記第１の演算処理手段から呼び出された
タスクを実行し、当該呼び出されたタスクが終了したと
きにタスク終了命令を実行する単数または複数の第２の
演算処理手段と、前記第１の演算処理手段による前記タ
スク呼び出し命令の実行に応じてカウント値を増加し、
前記第２の演算処理手段の前記タスク終了命令の実行に
応じてカウント値を減少するカウント手段とを有し、前
記第１の演算処理手段は、前記同期待ち命令に含まれる
カウント値と、前記カウント手段のカウント値とを比較
し、当該比較の結果に応じて同期待ちを解除するか否か
を決定する。

【００２２】また、本発明の並列演算処理装置は、好ま
しくは、前記第１の演算処理手段は、前記同期待ち命令
に含まれるカウント値と、前記カウント手段のカウント
値とが一致したときに、同期待ちを解除する。

【００２３】また、本発明の並列演算処理装置は、好ま
しくは、前記同期待ち命令に含まれるカウント値は、前
記第１の演算処理手段から呼び出されているタスクの数
に比べて小さい。

【００２４】さらに、本発明の並列演算処理方法は、第
１の演算処理において、単数または複数のタスク呼び出
し命令を実行し、単数または複数の第２の演算処理にお
いて、前記第１の演算処理から呼び出されたタスクを実
行し、当該呼び出されたタスクが終了したときにタスク
終了命令を実行し、前記第１の演算処理による前記タス
ク呼び出し命令の実行に応じて第１のカウント値を増加
し、前記第２の演算処理の前記タスク終了命令の実行に
応じて前記第１のカウント値を減少し、前記第１の演算
処理において、同期待ち命令が実行されたときに、前記
同期待ち命令に含まれる第２のカウント値と、前記第１
のカウント値とを比較し、当該比較の結果に応じて同期
待ちを解除するか否かを決定する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係わる
マルチプロセッサシステムを説明する。図１は、本実施
形態のマルチプロセッサシステム５１の構成図である。
図１に示すように、マルチプロセッサシステム５１は、
４つのプロセッサエレメントＰＥ１２，ＰＥ１３，ＰＥ
１４，ＰＥ１５と、タスクの同期を管理するアービタ５
６とが共通バス１１を介して接続されている。また、マ
ルチプロセッサシステム５１では、プロセッサエレメン
トＰＥ１２，ＰＥ１３，ＰＥ１４，ＰＥ１５と共有メモ
リ１７とがメインバス１９を介して接続されている。共
有メモリ１７は、外部端子１８を介して、外部メモリ
（メインメモリ）に接続されている。

【００２６】図１において、図９と同じ符号を付したプ
ロセッサエレメントＰＥ１２，ＰＥ１３，ＰＥ１４，Ｐ
Ｅ１５、共通バス１１、メインバス１９、共有メモリ１
７および外部端子１８は、前述した図９に示す構成要素
と同じである。すなわち、マルチプロセッサシステム５
１は、アービタ５６におけるタスク同期の管理方法に特
徴を有する。アービタ５６は、カウンタを備え、例え
ば、プロセッサエレメントＰＥ１２が子タスクの生成を
伴う命令を実行したときに、カウンタのカウント値を１
だけ増加し、子タスクが終了したときにカウントのカウ
ント値を１だけ減少させる。

【００２７】マルチプロセッサシステム５１は、プロセ
ッサエレメントＰＥ１２〜１５が、他のプロセッサエレ
メントＰＥに対して任意に子タスクを生成することがで
きる。子タスクはそのプログラムの終了時に、当該子タ
スクを呼び出した親のプログラムに対して、子タスクの
終了を示すメッセージを送信する。このメッセージは、
図１の共通バス１１を用いて行われるものとするが、そ
の形態はいかなるものであってもよい。プロセッサ間通
信を厳密に規定してもよいし、単に信号線を通じて知ら
せてもよい。

【００２８】なお、説明の都合上、子タスクとして生成
されるプログラムのアドレス（メインメモリ上の番地）
は予めメインプログラムの記述のなかで設定されている
ものとする。また、子タスクは、プロセッサエレメント
ＰＥ１２以外のプロセッサエレメントＰＥ１３〜１５上
に生成されるものとする。具体的にどのプロセッサエレ
メントＰＥに生成するかは図１に示すアービタ５６が自
動的に決定する。本実施形態では、子タスクの割り当て
方法について触れない。

【００２９】子タスクを生成する命令としては、例え
ば、「ｇｅｎ」命令を用いるが、その名前は任意であ
る。従って、「ｇｅｎ」命令がプリミティブなマシン語
ではなく、アセンブラ言語のマクロ命令であっても良
い。子タスクのプログラムの中で、タスク生成やその同
期、終了に関するもの以外の通常の命令を「ｉｎｓｔ
１」、「ｉｎｓｔ２」と記述する。これも前記と同様
に、それら命令の名前や構成方法は任意である。また、
子タスクの終了命令を「ｅｎｄ」とする。この命令によ
って、子タスクを呼んだプロセッサエレメントＰＥに対
して、タスクの終了を示すメッセージを自動的に送る。
子タスクで作成したデータその他の情報は、適当に処理
するものとする。また、メインプログラムにおいて、同
期待ちのための命令を「ｗａｉｔ」とする。後述する
が、この「ｗａｉｔ」命令には引数を設定する事ができ
る。

【００３０】以下、マルチプロセッサシステム５１の動
作を説明する。単数の子タスクのみを生成する場合図２
はマルチプロセッサシステム５１において一つの子タス
クを生成する場合のプロセッサエレメントＰＥ上で動作
するプログラムを説明するための図、図３は図２に示す
場合におけるタスク発生および同期待ち解除のタイミン
グを説明するための図である。ここで、メインプログラ
ム２５の「ｗａｉｔ」命令は、アービタ５６のカウンタ
のカウント値が「０」になることを同期解除条件として
いる。例えば、図３に示すタイミング「ｒ１」で、プロ
セッサエレメントＰＥ１２において、図２に示すメイン
プログラム２５に含まれる「ｇｅｎ」命令が実行され、
タイミング「ｎ１」でプロセッサエレメントＰＥ１３上
にタスク２６が生成される。このとき、アービタ５６の
カウント値が「１」に設定される。そして、プロセッサ
エレメントＰＥ１３において、タスク２６の「ｉｎｓｔ
１」および「ｉｎｓｔ２」などの命令が実行される。ま
た、プロセッサエレメントＰＥ１２において、メインプ
ログラム２５の「ｇｅｎ」命令以降の命令が実行され
る。そして、図３に示すタイミング「ｓ１」で、プロセ
ッサエレメントＰＥ１２において、図２に示す「ｗａｉ
ｔ」命令が実行される。このとき、アービタ５６のカウ
ント値が「１」であるため、プロセッサエレメントＰＥ
１２は、同期条件が満たされていないと判断し、同期待
ち状態になる。

【００３１】そして、図３に示すタイミング「ｓ２」
で、プロセッサエレメントＰＥ１３においてタスク２６
の「ｅｎｄ」命令が実行されると、タスク２６が終了す
ると共に、アービタ５６がカウント値が１だけ減算され
て「０」になる。これにより、同期条件が成立し、プロ
セッサエレメントＰＥ１２は、メインプログラム２５の
「ｗａｉｔ」命令以降の命令を実行する。なお、図２お
よび図３に示す場合において、プロセッサエレメントＰ
Ｅ１２が、メインプログラム２５に含まれる「ｗａｉ
ｔ」命令が実行される前に、プロセッサエレメントＰＥ
がタスク２６の「ｅｎｄ」命令を実行した場合には、プ
ロセッサエレメントＰＥ１２は同期待ち状態にならな
い。

【００３２】複数の子タスクを生成する場合（その１） 図４はマルチプロセッサシステム５１において複数のタ
スクを生成し、全てのタスクの終了を同期待ちの条件と
した場合の各プロセッサエレメントＰＥ上で動作するプ
ログラムを説明するための図、図５は図４に示す場合に
おけるタスク発生および同期待ち解除のタイミングを説
明するための図である。図４および図５に示す例では、
図４に示すメインプログラム７５の「ｗａｉｔ」命令が
示す同期待ち解除条件がカウント値「０」となってい
る。この場合には、図５に示すタイミング「ｒ１」で、
プロセッサエレメントＰＥ１２において、図４に示すメ
インプログラム７５に含まれる「ｇｅｎ１」命令が実行
され、タイミング「ｒ２」でプロセッサエレメントＰＥ
１３上にタスク７６が生成される。このとき、アービタ
５６のカウント値が「１」に設定される。また、図５に
示すタイミング「ｒ２」で、プロセッサエレメントＰＥ
１２において、図４に示すメインプログラム７５に含ま
れる「ｇｅｎ２」命令が実行され、タイミング「ｒ３」
でプロセッサエレメントＰＥ１４上にタスク７７が生成
される。このとき、アービタ５６のカウント値が「２」
に設定される。また、図５に示すタイミング「ｒ３」
で、プロセッサエレメントＰＥ１２において、図４に示
すメインプログラム７５に含まれる「ｇｅｎ３」命令が
実行され、タイミング「ｎ１」でプロセッサエレメント
ＰＥ１５上にタスク７８が生成される。このとき、アー
ビタ５６のカウント値が「３」に設定される。

【００３３】そして、プロセッサエレメントＰＥ１３に
おいて、タイミング「ｒ２」から、タスク７６に含まれ
る「ｉｎｓｔ１」および「ｉｎｓｔ２」などの命令が実
行される。また、プロセッサエレメントＰＥ１４におい
て、タイミング「ｒ３」から、タスク７７に含まれる
「ｉｎｓｔ１」および「ｉｎｓｔ２」などの命令が実行
される。また、プロセッサエレメントＰＥ１５におい
て、タイミング「ｎ１」から、タスク７８に含まれる
「ｉｎｓｔ１」および「ｉｎｓｔ２」などの命令が実行
される。

【００３４】そして、図５に示すタイミング「ｅ１」
で、プロセッサエレメントＰＥ１３においてタスク７６
の「ｅｎｄ」命令が実行されると、タスク７６が終了す
ると共に、アービタ５６のカウント値が１だけ減算され
て「２」になる次に、図５に示すタイミング「ｓ１」
で、プロセッサエレメントＰＥ１２において、図４に示
す「ｗａｉｔ」命令が実行される。このとき、アービタ
５６のカウント値が「２」であることから、同期待ち解
除条件を満たさず、プロセッサエレメントＰＥ１２は同
期待ち状態になる。

【００３５】次に、図５に示すタイミング「ｅ２」で、
プロセッサエレメントＰＥ１５においてタスク７８の
「ｅｎｄ」命令が実行されると、タスク７８が終了する
と共に、アービタ５６がカウント値が１だけ減算されて
「１」になる次に、図５に示すタイミング「ｓ２」で、
プロセッサエレメントＰＥ１４においてタスク７７の
「ｅｎｄ」命令が実行されると、タスク７７が終了する
と共に、アービタ５６がカウント値が１だけ減算されて
「０」になるこれにより、メインプログラム７５の「ｗ
ａｉｔ」命令が示す同期待ち解除条件が満たされ、プロ
セッサエレメントＰＥ１２の同期待ちが解除される。

【００３６】複数の子タスクを生成する場合（その２） 図６はマルチプロセッサシステム５１において複数のタ
スクを生成し、２つのタスクの終了を同期待ちの条件と
した場合の各プロセッサエレメントＰＥ上で動作するプ
ログラムを説明するための図、図７は図６に示す場合に
おけるタスク発生および同期待ち解除のタイミングを説
明するための図である。図６および図７に示す例では、
図６に示すメインプログラム８５の「ｗａｉｔ」命令が
示す同期待ち解除条件がカウント値「１」となってい
る。この場合には、図７に示すタイミング「ｒ１」で、
プロセッサエレメントＰＥ１２において、図６に示すメ
インプログラム８５に含まれる「ｇｅｎ１」命令が実行
され、タイミング「ｒ２」でプロセッサエレメントＰＥ
１３上にタスク８６が生成される。このとき、アービタ
５６のカウント値が「１」に設定される。また、図７に
示すタイミング「ｒ２」で、プロセッサエレメントＰＥ
１２において、図６に示すメインプログラム８５に含ま
れる「ｇｅｎ２」命令が実行され、タイミング「ｒ３」
でプロセッサエレメントＰＥ１４上にタスク８７が生成
される。このとき、アービタ５６のカウント値が「２」
に設定される。また、図７に示すタイミング「ｒ３」
で、プロセッサエレメントＰＥ１２において、図６に示
すメインプログラム８５に含まれる「ｇｅｎ３」命令が
実行され、タイミング「ｎ１」でプロセッサエレメント
ＰＥ１５上にタスク８８が生成される。このとき、アー
ビタ５６のカウント値が「３」に設定される。

【００３７】そして、プロセッサエレメントＰＥ１３に
おいて、タイミング「ｒ２」から、タスク８６に含まれ
る「ｉｎｓｔ１」および「ｉｎｓｔ２」などの命令が実
行される。また、プロセッサエレメントＰＥ１４におい
て、タイミング「ｒ３」から、タスク８７に含まれる
「ｉｎｓｔ１」および「ｉｎｓｔ２」などの命令が実行
される。また、プロセッサエレメントＰＥ１４におい
て、タイミング「ｎ１」から、タスク８８に含まれる
「ｉｎｓｔ１」および「ｉｎｓｔ２」などの命令が実行
される。

【００３８】そして、図７に示すタイミング「ｅ１」
で、プロセッサエレメントＰＥ１３においてタスク８６
の「ｅｎｄ」命令が実行されると、タスク８６が終了す
ると共に、アービタ５６のカウント値が１だけ減算され
て「２」になる次に、図７に示すタイミング「ｓ１」
で、プロセッサエレメントＰＥ１２において、図６に示
す「ｗａｉｔ」命令が実行される。このとき、アービタ
５６のカウント値が「２」であることから、同期待ち解
除条件を満たさず、プロセッサエレメントＰＥ１２は同
期待ち状態になる。

【００３９】次に、図５に示すタイミング「ｅ２」で、
プロセッサエレメントＰＥ１５においてタスク８８の
「ｅｎｄ」命令が実行されると、タスク８８が終了する
と共に、アービタ５６がカウント値が１だけ減算されて
「１」になる。これにより、メインプログラム７５の
「ｗａｉｔ」命令が示す同期待ち解除条件が満たされ、
プロセッサエレメントＰＥ１２の同期待ちが解除され
る。

【００４０】このように、図６および図７に示す例で
は、図６に示すメインプログラム８５が生成した３つの
子タスク８６，８７，８８のうち２つの子タスクの終了
を「ｗａｉｔ」命令の引数に記述する。その結果、タス
ク８６および８８が終了すると、タスク８７の終了を待
たずに同期待ち状態が解除できる。ここで、タスク８７
としては、例えば、仮想記憶をサポートするタスクなど
の長期的に存在するタスクが適用される。

【００４１】以上説明したように、マルチプロセッサシ
ステム５１によれば、マルチタスクを実現する場合で
も、ＯＳなどによる複雑な管理を行うことなく、複数の
タスクを発生したプログラムの同期待ちを解決すること
ができる。マルチプロセッサシステム５１によるタスク
管理は、ソフトウエアによるタスクの管理と比べてやや
汎用性に制限が付くものの、同期待ち機構をハードウエ
アで実現することがきわめて容易になる。これは、タス
ク終了の事実を高速に知るための方法として有効であ
り、また、回路規模が小さく実現できるなどの効果があ
る。

【００４２】また、同期待ち命令である「ｗａｉｔ」命
令に引数を記述することにより、メインプログラムと、
当該メインプログラムが生成した子タスクとの間の同期
条件を柔軟に設定できる。例えば、マルチプロセッサシ
ステム５１は、図６において、プロセッサエレメントＰ
Ｅ１４上に生成される子タスク８７が他の子タスク８
６，８８に比べてプログラムが終了するまでの時間が極
めて大きくなることが事前に知ることができていて、な
おかつ、プロセッサエレメントＰＥ１２上の同じメイン
プログラム８５で子タスクを生成する必要性にせまられ
たときなどは特に有効である。

【００４３】本実施形態では、意図的に極端な場合を想
定している。しかし、タスクの処理時間に大小の差が存
在することは一般的にいえることである。マルチプロセ
ッサシステム上でマルチタスクを実現するためには、何
らかの方法でプロセッサ資源と各々のスレッド（ＯＳ上
の概念でタスクの断片のこと）とを対応づけすることが
求められる。プロセッサ資源を有効に使用するために
は、システム上のプロセッサ稼動状況を的確に把握する
必要があり、また、ある特定のプロセッサの動作状況に
よってシステム全体が影響を受けることはあまり望まし
くはない。従来の技術を用いてマルチプロセッサシステ
ム上にマルチタスクを実現する場合には、前述したよう
に、プロセッサ資源を有効に使用することが困難にな
る。つまり、ソフトウェアによる制御では稼動していな
いプロセッサに対して新たなタスクを割り当てることが
可能であるが、その判断を下すまでに多くの時間を費や
すことになる。結果的に、システム全体が遅く動作する
ことになる。

【００４４】これに対して、マルチプロセッサシステム
５１によれば、同期待ちの解決手段として、カウンタを
用いるのみで、複雑なソフトウェアを用いたないため、
同期待ちを高速に解決でき、リアルタイム性を向上でき
る。また、ハードウエアによる従来の技術では、子タス
クの生成とその同期機構を高速にかつ簡単に構成するこ
とができる一方で、複数のタスクを生成することが困難
になっている。仮に、複数のタスクが生成できたとして
も、それまでに生成したタスクをすべて待つことにな
る。これに対して、マルチプロセッサシステム５１によ
れば、「ｗａｉｔ」命令に同期待ちを行うタスクの数を
引数として設定することで、多様かつ柔軟な同期待ちを
実現できる。

【００４５】ＯＳを実装する上で、新たなタスクを生成
する際にはそれまで生成されているタスクのうちいくつ
までが終了しているかなどを把握し、かつ、それらのタ
スクがどのプロセッサエレメントＰＥに割り当てられて
いるかを知る必要がある。裏を返せば、すべてのタスク
の終了を待っていては、新たなタスクのプロセッサエレ
メントＰＥへの割り当てができないことになるか、ある
いは、相当の困難を伴うことになるだろう。従って、上
述したマルチプロセッサシステム５１のように、タスク
を生成するべきメインプログラム内でタスクの終了状態
を監視しておきその値を同期機構に反映させることがで
きれば、マルチプロセッサのシステムを向上させること
ができる。

【００４６】本発明は上述した実施形態には限定されな
い。上述した実施形態では、図１に示すプロセッサエレ
メントＰＥ１２がタスク生成命令である「ｇｅｎ」命令
を実行する場合を例示したが、その他のプロセッサエレ
メントＰＥ１３〜１５が「ｇｅｎ」命令を実行してもよ
い。また、図１に示す例では、４個のプロセッサエレメ
ントＰＥ１２〜１５を設けた場合を例示したが、２以上
であればプロセッサエレメントＰＥの数は任意である。

【００４７】上述した実施形態では、アービタ５６にタ
スク同期機能を持たせた場合を例示したが、タスク同期
機能をその他の構成要素に持たせてもよい。

【００４８】また、本発明は、例えば、図８に示すよう
に、コンピュータ１０２，１０３，１０４，１０５をネ
ットワーク１０１を介して接続して分散処理を行う並列
分散処理システムにも適用できる。この場合に、例え
ば、コンピュータ１０２がメインプログラムを実行する
場合には、コンピュータ１０２内にアービタ１０６が設
けられる。アービタ１０６の機能は、前述した図１に示
すアービタ５６と同じである。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の並列演算
処理装置によれば、第１の演算処理手段が複数のタスク
を呼び出した場合の同期待ちを高速かつ柔軟に解決でき
る。また、本発明の並列演算処理方法によれば、第１の
演算処理が複数のタスクを呼び出した場合の同期待ちを
高速かつ柔軟に解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のマルチプロセッサシステムの
構成図である。

【図２】図２は、図１に示すマルチプロセッサシステム
において一つの子タスクを生成する場合のプロセッサエ
レメントＰＥ上で動作するプログラムを説明するための
図である。

【図３】図３は、図２に示す場合におけるタスク発生お
よび同期待ち解除のタイミングを説明するための図であ
る。

【図４】図４は、図１に示すマルチプロセッサシステム
において複数のタスクを生成し、全てのタスクの終了を
同期待ちの条件とした場合の各プロセッサエレメントＰ
Ｅ上で動作するプログラムを説明するための図である。

【図５】図５は、図４に示す場合におけるタスク発生お
よび同期待ち解除のタイミングを説明するための図であ
る。

【図６】図６は、図１に示すマルチプロセッサシステム
において複数のタスクを生成し、２つのタスクの終了を
同期待ちの条件とした場合の各プロセッサエレメントＰ
Ｅ上で動作するプログラムを説明するための図である。

【図７】図７は、図６に示す場合におけるタスク発生お
よび同期待ち解除のタイミングを説明するための図であ
る。

【図８】図８は、本発明を適用した並列分散処理システ
ムの構成図である。

【図９】図９は、一般的なマルチプロセッサシステムの
全体構成図である。

【図１０】図１０は、タスクを生成するプログラムが同
期待ちを行う手法を説明するための図である。

【符号の説明】

１，５１…マルチプロセッサシステム、１１…共通バ
ス、１６，５６，１５６…アービタ、１７…共有メモ
リ、１９…メインバス、１２〜１５…プロセッサエレメ
ントＰＥ、１８…外部端子、１００…並列分散処理シス
テム、１０２〜１０５…コンピュータ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単数または複数のタスク呼び出し命令を実
   行した後に、同期待ち命令で必要に応じて同期待ちを行
   う第１の演算処理手段と、 前記第１の演算処理手段から呼び出されたタスクを実行
   し、当該呼び出されたタスクが終了したときにタスク終
   了命令を実行する単数または複数の第２の演算処理手段
   と、 前記第１の演算処理手段による前記タスク呼び出し命令
   の実行に応じてカウント値を増加し、前記第２の演算処
   理手段の前記タスク終了命令の実行に応じてカウント値
   を減少するカウント手段とを有し、 前記第１の演算処理手段は、前記同期待ち命令に含まれ
   るカウント値と、前記カウント手段のカウント値とを比
   較し、当該比較の結果に応じて同期待ちを解除するか否
   かを決定する並列演算処理装置。
2. 【請求項２】前記第１の演算処理手段は、前記同期待ち
   命令に含まれるカウント値と、前記カウント手段のカウ
   ント値とが一致したときに、同期待ちを解除する請求項
   １に記載の並列演算処理装置。
3. 【請求項３】前記同期待ち命令に含まれるカウント値
   は、前記第１の演算処理手段から呼び出されているタス
   クの数に比べて小さい請求項２に記載の並列演算処理装
   置。
4. 【請求項４】前記第１の演算処理手段における処理およ
   び前記単数または複数の第２の演算処理手段における処
   理とは相互に独立して行われる請求項１に記載の並列演
   算処理装置。
5. 【請求項５】前記同期待ち命令は、前記カウント値を引
   数として持つ請求項１に記載の並列演算処理装置。
6. 【請求項６】前記第１の演算処理手段および前記単数ま
   たは複数の第２の演算処理手段は、共通のバスを介して
   接続されている請求項１に記載の並列演算処理装置。
7. 【請求項７】第１の演算処理において、単数または複数
   のタスク呼び出し命令を実行し、 単数または複数の第２の演算処理において、前記第１の
   演算処理から呼び出されたタスクを実行し、当該呼び出
   されたタスクが終了したときにタスク終了命令を実行
   し、 前記第１の演算処理による前記タスク呼び出し命令の実
   行に応じて第１のカウント値を増加し、前記第２の演算
   処理の前記タスク終了命令の実行に応じて前記第１のカ
   ウント値を減少し、 前記第１の演算処理において、同期待ち命令が実行され
   たときに、前記同期待ち命令に含まれる第２のカウント
   値と、前記第１のカウント値とを比較し、当該比較の結
   果に応じて同期待ちを解除するか否かを決定する並列演
   算処理方法。
8. 【請求項８】前記第１の演算処理は、前記同期待ち命令
   に含まれる第２のカウント値と、前記第１のカウント値
   とが一致したときに、同期待ちを解除する請求項７に記
   載の並列演算処理方法。
9. 【請求項９】前記同期待ち命令に含まれる第２のカウン
   ト値は、前記第１の演算処理から呼び出されているタス
   クの数に比べて小さい請求項８に記載の並列演算処理方
   法。
10. 【請求項１０】前記第１の演算処理における処理および
    前記単数または複数の第２の演算処理における処理とは
    相互に独立して行われる請求項７に記載の並列演算処理
    方法。
11. 【請求項１１】前記同期待ち命令は、前記カウント値を
    引数として持つ請求項７に記載の並列演算処理方法。