JPS61184644A

JPS61184644A - 仮想計算機システム制御方式

Info

Publication number: JPS61184644A
Application number: JP60024630A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Miura; 三浦　明義; Shigechika Tsutsui; 筒井　茂義; Hidenori Umeno; 梅野　英典; Tadahiko Nishimukai; 西向井　忠彦; Ikuya Kawasaki; 川崎　郁也
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
Current assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1985-02-12
Publication date: 1986-08-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、仮想計算機システム制御方式に関し。

特に仮想計算機制御プログラムと仮想計算機上のプログ
ラム間での制御切換え方式に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、仮想計算機システムにおける仮想計算機制御プロ
グラムと仮想計算機上のプログラム間の制御方式として
は、仮想計算機用レジスタと仮想計算機制御プログラム
用レジスタとの２組のレジスタを設けたものが知られて
いる（特開昭５５−５３７４９号公報参照）、シかし、
この方式では。

レジスタの参照・更新を行う計算機の各命令において仮
想計算機制御プログラム実行中か仮想計算機のプログラ
ム実行中かを判定して上記２組のレジスタのうちどちら
のレジスタを用いるのかを判定する必要があった。また
、仮想計算機の切換えを行えるようにするために、本来
、実計算機が持っている命令に加えて、仮想計算機制御
プログラムが仮想計算機用のレジスタを参照・更新する
命令が必要であった。このため、仮想計算機システムを
実現する際、ハードウェアが増加し、命令を実行するマ
イクロプログラムの修正・追加が多くなるという問題が
あった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、仮想
計算機システムを実現する際に、実計算機のハードウェ
アおよび命令を実行するマイクロプログラムの修正・追
加を最小限ですむ仮想計算機システム制御方式を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

第２図は仮想計算機システムの説明図である。

通常の実計算機では、第２図（ａ）に示すように、中央
処理袋Ｈ（ｃｐＵ）３１、主記憶装置（ＭＥＭ）３２、
入出力制御装置（ＩＯＣ）３３および入出力装置系（１
０）３４に対して、ハードウェアとソフトウェアの双方
を制御するオペレーティング・システム（Ｏ８）３５が
存在し、その下に各アプリケーション・プログラム（Ａ
Ｐ）３６が存在している。

これに対して、仮想計算機システム（ＶＭＳ）では第２
図（ｂ）に示すように、中央処理装置３１等に対して、
オペレーティング・システム（Ｏ８）３５に対応する仮
想計算機制御プログラム（ＶＭＣＰ）３７が存在し、こ
れが仮想計算機を制御する。仮想計算機は、主記憶装置
（ＭＥＭ）３２内に各仮想計算機の領域をとり、そこに
中央処理装置（ＣＰＵ）３１等の仮想のハードウェアを
保持し、それぞれが実計算機を時分割で使用することに
より、各オペレーティング・システム（Ｏ８）３５の制
御で各々アプリケーション・プログラム（ＡＰ）３６を
処理する。すなわち、各オペレーティング・システム（
Ｏ８）３５は、各タイム・スロットにおいて、仮想のハ
ードウェア（演算レジスタ、制御レジスタ、命令アドレ
ス・レジスタ、主記憶装置等）を実ハードウェアに設定
することにより、１台の実計算機があたかも別個の計算
機のように動作する。

つまり、１台の実計算機で、複数個のオペレーティング
・システム（Ｏ８）３５が同時に走行できる。

実計算機がマイクロコンロ８０００（ｆｉえば、喜田、
他著、ｒ６８０００マイクロコンピュータ」丸善参照）
のようにサブルーチン呼出し時あるいは割込発生時の戻
りアドレスをスタックポインタが示すスタックエリアに
退避する計算機では、仮想計算機制御プログラムが仮想
計算機のプログラムを起動する時、命令アドレスを示す
プログラムカウンタだけでなくスタックポインタも同時
に値を設定する必要がある。また、仮想計算機のプログ
ラムから仮想計算機制御プログラムに戻るときは、プロ
グラムカウンタに戻り先の命令のアドレスを設定すると
共に、スタックポインタに仮想計算機制御プログラムが
仮想計算機のプログラムを起動する時点のスタックポイ
ンタの値を設定する必要がある。この問題を解決する手
段としては。

先に示した「特開昭５５−５３７４９号公報」に見られ
るように、中央処理装置内に仮想計算機制御プログラム
用レジスタと仮想計算機用レジスタとの２組のレジスタ
および現在どちらの状態で動いているかを示す状態レジ
スタを□置く方法がある。

この方法では、レジスタの内容を参照あるいは更新する
各命令にて上記状態レジスタを参照し、２組のレジスタ
のうちどちらのレジスタを用いるのか判定しなくてはな
らない。また、仮想計算機制御プログラムから仮想計算
機用レジスタを参照および更新する命令が仮想計算機シ
ステムを実現するのに必要となる。すなわち、上記方式
では仮想計算機システムを実現するために、実計算機に
付加しなければならないレジスタが多く、さらに変更し
なければならない命令が多かった。

本発明は、上記問題を解決するため、仮想計算機制御プ
ログラムから仮想計算機のプログラムを起動する命令に
て、仮想計算機制御プログラムが用いていたレジスタの
値を退避用レジスタに退避すると共に、該仮想計算機用
のレジスタ値を該レジスタにロードする。さらに、実行
中の仮想計算機のプログラムから仮想計算機制御プログ
ラムに戻る時、上記退避用レジスタに退避していた値を
該レジスタに戻すことにより、仮想計算機制御プログラ
ムと仮想計算機のプログラム間の制御切換えを行うこと
に特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の実施例を図面により説明する。

第３図は１本発明における中央処理装置内のレジスタ構
成図である。

第３図において、演算レジスタ１〜８はデータの演算を
行うためのレジスタ、アドレスレジスタ９〜１５はアド
レス間接でデータを参照するためのレジスタ、プログラ
ムカウンタ１６は実行する命令のアドレスを示すレジス
タ、ステータスレジスタ１７は割込マスク、スーパバイ
ザ／ユーザのモード等の中央処理装置の状態を示すレジ
スタ。

スタックポインタ１８はサブルーチン呼出しあるいは割
込時の戻りアドレスを退避するスタックエリアのアドレ
スを示すレジスタ、ベクタベースレジスタ１９は割込あ
るいはプログラム割込発生時の飛び先アドレスを示すベ
クタテーブルの先頭アドレスを示すレジスタ、状態レジ
スタ２０は仮想計算機制御プログラム実行中か仮想計算
機のプログラム実行中かを示すレジスタ、ＶＭブロック
ポインタ２１は仮想計算機のプログラム起動命令で設定
するレジスタ値を含むＶＭブロックテーブル（後述第７
図参照）のアドレスを示すレジスタである。セーブルジ
スタ２２およびセーブ２レジスタ２３は、それぞれベク
タベースレジスタ１９およびスタックポインタ１８の内
容をセーブするためのレジスタである。

第１図は本発明の一実施例を示す仮想計算機システム制
御方式の全体の制御フローチャートであるにこでは、仮
想計算機制御プログラムの処理と、中央処理装置（ＣＰ
　Ｕ）の処理と、仮想計算機の処理に分けである（仮想
計算機制御プログラムにある７Ｍブロックテーブル７０
については後述第７図参照、ＣＰＵ内の各レジスタにつ
いては前述第３図参照）。

以下、第１図の制御フローチャートを説明する。

■仮想計算機制御プログラムから仮想計算機のプログラ
ムを起動するＥＸＶＭ命令を発行したときには、ＣＰＵ
でそれに対応する処理を行う。

■ＣＰＵ内のＥＸＶＭ命令処理では、制御レジスタのス
タックポインタ１８およびベクタベースレジスタ１９の
内容をそれぞれセーブルジスタ２２、セーブ２レジスタ
２３に退避する。次に。

ＶＭブロックポインタ２１が示すメモリ上の７Ｍブロッ
クテーブル７０からスタックポインタ１８およびベクタ
ベースレジスタ１９に値をロードし。

仮想計算機のプログラムに制御を移す。

■仮想計算機のプログラム実行中に割込みが発生したと
きには１次の■の処理をＣＰＵ内で行う。

■ＣＰＵ内の割込処理では、スタックポインタ１８およ
びベクタベースレジスタ１９の内容を７Ｍブロックテー
ブル７０に退避する。次に、セーブルジスタ２２および
セーブ２レジスタ２３に退避していた値をそれぞれスタ
ックポインタ１８、ベクタベースレジスタ１９にロード
し、仮想計算機制御プログラムの割込処理に制御を移す
。

第４図〜第６図は第１図の具体的な処理手順を示すフロ
ーチャートである。以下、第４図〜第６図のフローチャ
ートにより説明する。

第４図は、仮想計算機制御プログラムにおける仮想計算
機のプログラム起動時の処理手順を示すフローチャート
である。第５図は、仮想計算機制御プログラムから仮想
計算機のプログラムを起動する命令ＥＸＶＭの内部の処
理手順を示すフローチャートである。第６図は、割込発
生等により実行中の仮想計算機のプログラムから仮想計
算機制御プログラムに戻る時の中央処理装置おける内部
の処理手順を示すフローチャートである。第７図はＶＭ
ブロックテーブルの構成を示している。ここで、７Ｍブ
ロックテーブル７０は仮想計算機ごとに主記憶装置内に
置かれる。また、ＶＭブロックアドレスを第３図に示す
ＶＭブロックポインタ２１に設定するのはＭＯＶＥＣ命
令により行わ九る。第７図に示す７Ｍブロックテーブル
７０にはベクタベースレジスタ１９の値、スタックポイ
ンタ１８の値、演算レジスタ１〜８の値、アドレスレジ
スタ９〜１５の値、ステータスレジスタ１７の値、プロ
グラムカウンタ１６の値などが退避格納される。

仮想計算機制御プログラムが仮想計算機のプログラムを
起動する手順は第４図に示す通りである。

まず、第３図に示すＶＭブロックポインタ２１にＭＯＶ
ＥＣ命令で第７図に示すＶＭブロックテーブル７０のア
ドレスをロードする（ステップ４０１）０次に、ＶＭブ
ロックテーブル７０に退避していた値をそれぞれ第３図
に示す演算レジスタ１〜８およびアドレスレジスタ９〜
１５に再びロードする（ステップ４０２）、そして、Ｖ
Ｍブロックテーブル７０に退避していたプログラムカウ
ンタ１６およびステータスレジスタ１７の値をスタック
ポインタ１８が示すスタックエリアに積む（ステップ４
０３）。　これは、仮想計算機のプログラム起動のため
のＥＸＶＭ命令の仕様がスタックポインタ１８の示すス
タックエリア内のステータスレジスタ１７およびプログ
ラムカウンタ１６の値をそれぞれ該レジスタにロードす
るようになっているからである。最後にＥＸＶＭ命令を
発行して仮想計算機のプログラムを実行する（ステップ
４０４）。　スタックポインタ１８およびベクタベース
レジスタ１９に仮想計算機用の値を設定するのはＥＸＶ
Ｍ命令が行うが、ＥＸＶＭ命令発行以前に該レジスタに
値を設定しないのは次のような理由からである。ＥＸＶ
Ｍ命令発行以前にスタックポインタ■８に仮想計算機用
の値を設定したときには、仮想計算機用のスタックエリ
アに仮想計算機制御プログラムがプログラムカウンタ１
Ｇやステータスレジスタ１７の値を書込むことによりそ
の内容を破壊する恐れがあるからである。また、仮想計
算機のプログラムの初期起動時は、仮想計算機用のスタ
ックポインタ値は不定であるからである。ＥＸＶＭ命令
発行前にベクタベースレジスタ１９に仮想計算機用の値
を設定したときには、設定後からＥＸＶＭ命令発行の間
に割込みが発生した場合、仮想計算機用のベクタテーブ
ルが参照され、仮想計算機制御プロクラム実行中である
にもかかわらず、仮想計算機のプログラムの割込処理に
制御が移ってしまうからである。

次に、ＥＸＶＭ命令の内部処理について第５図を用いて
説明する。

まず、スタックポインタ１８の示すスタックエリアから
データを読み、ステータスレジスタ１７およびプログラ
ムカウンタ１６にロードする（ステップ４０５）。次に
仮想計算機制御プログラムの値が設定された状態になっ
ているベクタベースレジスタ１９およびスタックポイン
タ１８の内容をそれぞれセーブルジスタ２２およびセー
ブ２レジスタ２３に退避する（ステップ４０６）、そし
て、仮想計算機用の値を設定するため、ＶＭブロックポ
インタ２１が示すＶＭブロックテーブル７０のＶＭブロ
ックからデータを読出し、それをそれぞれベクタベース
レジスタ１９およびスタックポインタ１８に設定する（
ステップ４０７）。最後に状態レジスタ２０に仮想計算
機モードであることを設定して、当該命令の処理を終了
し、プログラムカウンタ１６が示す次の命令を処理する
（ステップ４０８）。

以上、仮想計算機制御プログラムから仮想計算機のプロ
グラムを起動する際のレジスタ制御について説明した０
次に仮想計算機のプログラムから仮想計算機制御プログ
ラムに戻る際のレジスタ制御について第６図を用いて説
明する。

仮想計算機のプログラム実行中に割込みが発生したとき
、仮想計算機のプログラムが特権命令を発行したときに
は、中央処理装置は状態レジスタ２０の内容を調べ、仮
想計算機モードかどうか判定する（ステップ４０９）、
仮想計算機モードのときには、状態レジスタ２０の内容
を仮想計算機制御モードとしくステップ４１０）、ＶＭ
ブロックポインタ２１が示すＶＭブロックテーブル７０
にベクタベースレジスタ１９およびスタックポインタ１
８の内容を退避しくステップ４１１）、セーブルジスタ
２２およびセーブ２レジスタ２３の内容をそれぞれベク
タベースレジスタ１９およびスタックポインタ１８にロ
ードする（ステップ４１２）。

次にプログラムカウンタ１６およびステータスレジスタ
１７の内容をスタックポインタ１８が示すスタックエリ
アに退避する（ステップ４１３）、そして、ベクタベー
スレジスタ１９が示すベクタテーブルに設定されている
仮想計算機制御プログラムへの戻りアドレスをプログラ
ムカウンタ１６にロードし、ステータスレジスタ１７の
スーパバイザモードを示すビットをオンとする。これは
、割込処理プログラムはスーパバイザモードで動作しな
くてはならないからである。演算レジスタ１〜８および
アドレスレジスタ９〜１５の値は仮想計算機のプログラ
ムの値が入ったままであるが、制御が戻った時の仮想計
算機制御プログラムの処理では仮想計算機のプログラム
起動時の該レジスタの値を用いることはないので問題は
ない。こうしてプログラムカウンタ１６が示す仮想計算
機制御プログラムへの戻りアドレスの命令が実行され、
仮想計算機制御プログラムに実行の制御が戻る（ステッ
プ４１４）。

以上１本実施例では、仮想計算機システムを実現するの
に、本来の実計算機のハードウェアに２つのセーブレジ
スタ（セーブｌレジスタ２２．セーブ２レジスタ２３）
、　状態レジスタ２ｏおよび実行制御のための若干のマ
イクロプログラム用ハードウェアを追加するだけで済ん
でいる。

なお、上記セーブｌレジスタ２２およびセーブ２レジス
タ２３の代わりにメモリを退避エリアとして使用するこ
とももちろん可能であり、この場合はさらに追加ハード
ウェア量が減る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、仮想計算機シス
テムの実現において、実計算機に若干の退避用レジスタ
、状態レジスタ、制御のための゛マイクロプログラムを
追加するだけで済む。また。

従来のように２組のレジスタを持つことなく実現できる
ので、レジスタを参照・更新する命令を変更する必要も
なくなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す仮想計算機システム制
御方式の全体の制御フローチャート、第２図は実計算機
と仮想計算機システムの比較ブロック図、第３図は本発
明における中央処理装置のレジスタの構成図、第４図は
仮想計算機制御プログラムが仮想計算機のプログラムを
起動する時の処理手順を示す図、第５図は仮想計算機の
プログラムを起動する命令の処理手順を示す図、第６図
は仮想計算機のプログラムから仮想計算機制御プログラ
ムに戻る時の処理手順を示す図、第７図は７Ｍブロック
テーブルの構成を示す図である。１〜８：演算レジスタ、９〜１５ニアドレスレジスタ、
１６：プログラムカウンタ、１７：ステータスレジスタ
、１８ニスタツクポインタ、１９：ベクタベースレジス
タ、２０：状態レジスタ、２１：ＶＭブロックポインタ
、２２：セーブｌレジスタ、２３：セーブ２レジスタ、
７０　：　ＶＭブ０７クテーブル。第　　　　１　　　　図ロココ＝ヨコ）：１９第２図（ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第３図第４図仮想計算機のプログラムに制御が移る第　　　５　　　図プログラムカウンタか示すアドレスの命令を実行する第　　　６　　　図プログラムカウンタが示すアドレスの命令を実行する

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の仮想計算機を１台の計算機上で並行して動
作させる仮想計算機システムにおいて、該複数の仮想計
算機を制御する制御プログラムから仮想計算機のプログ
ラムを起動する命令を有し、該命令にて制御プログラム
が用いていた仮想計算機の実行制御に関するレジスタの
値を退避用レジスタに退避すると共に、主記憶装置上の
該仮想計算機用のＶＭブロックテーブル内のレジスタ値
を該レジスタにロードし、さらに、実行中の仮想計算機
のプログラムから制御プログラムに戻る時、上記レジス
タの内容を上記ＶＭブロックテーブルに退避すると共に
、上記退避用レジスタに退避していた値を上記レジスタ
に戻すことにより上記制御プログラムと上記仮想計算機
のプログラム間との制御切換えを行うことを特徴とする
仮想計算機システム制御方式。