JPS63303431A - 指令語中間記憶回路 - Google Patents

指令語中間記憶回路

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JPS63303431A
JPS63303431A JP63011803A JP1180388A JPS63303431A JP S63303431 A JPS63303431 A JP S63303431A JP 63011803 A JP63011803 A JP 63011803A JP 1180388 A JP1180388 A JP 1180388A JP S63303431 A JPS63303431 A JP S63303431A
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JP63011803A
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ペーター シュテーレ
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Wincor Nixdorf International GmbH
Nixdorf Computer AG
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Wincor Nixdorf International GmbH
Nixdorf Computer AG
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F5/00Methods or arrangements for data conversion without changing the order or content of the data handled
    • G06F5/06Methods or arrangements for data conversion without changing the order or content of the data handled for changing the speed of data flow, i.e. speed regularising or timing, e.g. delay lines, FIFO buffers; over- or underrun control therefor
    • G06F5/10Methods or arrangements for data conversion without changing the order or content of the data handled for changing the speed of data flow, i.e. speed regularising or timing, e.g. delay lines, FIFO buffers; over- or underrun control therefor having a sequence of storage locations each being individually accessible for both enqueue and dequeue operations, e.g. using random access memory
    • G06F5/12Means for monitoring the fill level; Means for resolving contention, i.e. conflicts between simultaneous enqueue and dequeue operations
    • G06F5/14Means for monitoring the fill level; Means for resolving contention, i.e. conflicts between simultaneous enqueue and dequeue operations for overflow or underflow handling, e.g. full or empty flags
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F9/06Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/30Arrangements for executing machine instructions, e.g. instruction decode
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    • G06F9/30Arrangements for executing machine instructions, e.g. instruction decode
    • G06F9/38Concurrent instruction execution, e.g. pipeline, look ahead
    • G06F9/3802Instruction prefetching
    • G06F9/3814Implementation provisions of instruction buffers, e.g. prefetch buffer; banks

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】 本発明は、すでに読出された指令語の実行と同時に指令
語を読出すことを可能にする中間メモリ装置を含み、デ
ータ処理装置のメモリから読出されて指令実行中に処理
される指令語の中間記憶回路に係わる。
データ処理装置においては、指令語がプログラムによっ
て予め定められたシーケンスに従って指令メモリから読
出され、次いでその情報内容によって定められたデータ
処理が実行される。データ処理装置の効率は、指令語の
処理時間が指令メモリに対するアクセス時間よりも短い
場合には、主として指令メモリからの指令語読出し速度
によって決定される。多数の指令語が読出されてオペラ
ンドとして処理されるから、指令語の読出しは、データ
処理装置の動作時間の多くを占める。そこで、データ処
理技術の開発において指令アクセスのスピードアップが
試みられ、その結果、大別して2つの方法原理が開発さ
れたが、それぞれに欠点がある。
例えば、指令中間記憶においては、先行の指令を実施し
ながら別の指令語を指令メモリから読出すことのできる
、いわゆるFIFO(先入先出)原理が応用される。こ
の原理は、多重並行の形で利用することもできる。しか
し、実施コストが高くつく一方、プロセッサがFIFO
メモリを迅速にアクセスできるにもかかわらず、実施速
度は比較的低い。FIFOメモリは、シフトレジスタと
同様に、記憶された情報を出力から提供するまでに、こ
の情報を記憶域中でシフトさせねばならないからである
指令アクセスをスピードアップするもう1つの方法は、
指令メモリと指令を実行するコンピュータまたはプロセ
ッサとの間に、極めて迅速なアクセスを可能にし、かつ
小さいブロックとして関連の指令語を記憶することので
きる中間メモリから成る記憶ハイアラーキを設けるとい
うものである。
このような記憶ハイアラーキに必要な回路技術はそのコ
ストが極めて高く、そしてそれは、極めて高速に作動し
従ってそれだけBflな2憶媒体を必要とする。
本発明の目的は、妥当な回路コストで指令アクセスのス
ピードアップを達成し、できるだけ簡単な手んでデータ
処理装置の計算機又はプロセッサにおける持礪時間を回
避することにある。
この目的を本発明では、頭書のような回路において、中
間メモリ2冒として、周IIJ1動作する書込カウンタ
及び周期り」作する読取カウンタにより書込み及び読取
りのためにアドレスされる1又は2以上のバッフ7メモ
リを設け、書込カウンタ及び読取カウンタがモニター回
路にそれぞれ出力信号を供給し、この信号を受けたモニ
ター回路が書込カウンタによる読取カウンタの)ら越し
を防止するように構成することによって達成する。
即ち、本発明では、中間メモリとして、記憶容量が適当
な大きさならば多数の指令語を書込むことのできる比較
的簡単で安価なバッフ7メモリを設ける。指令語のこの
書込み及び読取りはそれぞれ、バッファメモリ装置をア
ドレスするカウンタによって制御される。従って、この
2つのカウンタを書込カウンタ及び読取カウンタと呼称
することができる。これらのカウンタは、アドレス動作
中、カウントごとにモニター回路に出力信号を供給し、
信号を受けたモニター回路は書込カウンタが読取カウン
タを追越すのを防止する。書込カウンタは、指令語の書
込みのため、実行すべき指令語、即ち、コンピュータま
たはプロセッサのために読出すべき指令語が未だ存在す
るバッフアメ王り装置の記憶場所をアドレスする。
このような回路は、FIFOメモリと同様に動作するが
、FIFOメモリよりもはるかに低コストであり、高速
である。なぜなら、書込まれた指令語は出力から取出さ
れるまでにバッファメモリ装置中をシフトしなくてもよ
いからである。指令語は書込みの直後に簡単なアドレス
動作で再び呼出すことができるから、FIFOメモリに
比較して、これよりはるかに安価な構成で動作が著しく
速くなる。このことは、ジャンプ指令の実行にとって極
めて重要である。
本発明の回路では、指令メモリからの指令語読出しと、
前記メモリに接続しているコンピュータまたはプロセッ
サにおける前記指令語の処理とを完全に分離することが
できる。従って、プログラムによってあらかじめ定めら
れた線形指令サイクルが例えばジャンプ指令またはオペ
ランド・アクセスによって中断された場合には、主コン
ピユータによって同期させねばならない補助コンピュー
タを利用して、指令語の読出しを行なうことができる。
以下に述べる本発明回路の実施例では、それぞれが16
ビツト長の指令語16個を記憶するのに僅か7個の集積
回路があれば足りる。
以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図には、バッファメモリ装置として、入力が指令メ
モリ、例えばデータ処理装置の主メモリの出力バス24
に接続し、出力がデータ処理装置の主コンピユータの指
令入力バス25に接続している4個の85868型集積
スイッチ回路20乃至23を示した。図示実施例の場合
、集積回路20乃至23のそれぞれは、幅が4ビツトの
16個のレジスタから成り、従って、長さ16ビツトの
指令語を記憶させることができる。そこで、集積回路2
0乃至23への入力線に参照番号O〜15を付した。ア
ドレスされる各レジスタのアドレス入力AO〜A3にお
ける集積回路20〜23のアドレスに従って、対応の参
照番号を有する出力が作動する。
読取カウンタ27及び書込カウンタ26は、それぞれの
入力CKに供給されるクロック信号CKBに呼応してバ
ッファメモリ装置の集積回路20〜23のアドレス線を
順次起動する。
読取カウンタ27は、信号CKBの前半(CKB=1)
に、それぞれ読取るべきレジスタをアドレスする。後半
(CKB=O)において、読取°られたレジスタ内容が
集積回路20乃至23中に設けられた中間メモリに記憶
される。この記憶には、クロックCKBと同じ信号O8
Nが関与する。これと  ′同時に、書込カウンタ26
はクロック信号後半(CKB=0)において、カウンタ
の状態に応じて集積回路20乃至23中の他のレジスタ
をアドレスし、これに新しい指令語を書込む。この関係
は、第3図の第7行目にも図示されている。両カウンタ
26゜27は、同期して動作する。即ち、これらのカウ
ンタ26.27は、常時クロックパルスを供給されるが
、後述のようなリリーズ信号が各人力CENに現われた
時にだけカウント動作が進行する。
カウンタ26.27は、RESET入力をも具備し、こ
のRESET入力によりこれらカウンタをクリアするこ
とができる。
上記の動作を行なわせるため、両カウンタ26゜27の
各出力10A、108.IOC及びIODを第1図に示
すようにまとめ、バッファメモリ装置を構成する集積回
路20乃至23のアドレス入力AO乃至A3に接続する
。各人力OENを介し、信号CKBにより両カウンタ2
G、 27のカウント出力を切換えることができる。
両カウンタ2G、 27は、プログラマブルな固定値メ
モリ又は読出専用メモリ(FROM)28の入力A1乃
至A9に個々に接続するカウント出力Q^乃至Qoをも
具備する。この読出専用メモリ28はモニター回路とし
て作用し、モジュロ16の原理に従って両カウンタ2B
、 270カウンタ状態を評価することができる。書込
カウンタ26のカウンタ状態、例えばカウント記録が読
取カウンタ27のカウンタ状態以下である場合には、P
ROM28は、データ処理装置の主メモリと連携するメ
モリプロセッサ(第1図には図示せず。)に信号PUV
OLを供給する。この信号は、論理状態1なら、バッフ
7メモリ装置が完全に充填状態であることを示す。
PROM28はまた、信号FREIGをも形成すること
ができ、この信号は、指令の完遂に必要な最少指令l 
fiがバッファメモリ装置に収納されていることを主メ
モリに知らせる。PROM2Bの入力A9には、この必
要最少指令語量を2つの異なる11TIに調定すること
ができる信号IFLO’Kをメモリプロセッサから供給
することかできる。
PROM28のブOグラミングについては、第5図を参
照してさらに詳しくtriホする。
第2図には、本発明の応用に関与するデータ処理装置の
関連部分または関連作用ユニットを相互接続関係と共に
示した。第1図図示の回路を第2図で一括して参照番号
30で示してあり、出力バス24を介してデータ処理装
置の主メモリ31に接続している。主メモリ31が指令
メモリをも含む場合もある。主メモリ31には、信号路
30′を介してこれと公知の態様で交信するメモリブD
 t=ッサ32を連携させる。メモリプロセッサ32は
、モニター回路としてのFROM28から上述の信MP
UVOLをIIる。メモリプロセッサ32は、信号IF
LOC及びクリア信号CLと共に、書込リリーズ信号W
RENを書込カウンタ26に送る。
バッフ7メモリ装賀20乃至23から読取られる指令語
は指令デコーダ33に達し、マイクロプログラム34に
よって解読され、マイクロプログラム34は、その出力
から公知の態様で制matを提供する。マイクロプログ
ラム34は、信号線35を介してメモリプロセッサ32
と交信すると共に、読取カウンタ27に読取リリーズ信
号RDENを供給する。即ち、バッファメモリ装置20
乃至23からの読取は、マイクロプログラム34の制御
下に行なわれ、バッファメモリ装置20乃至23への書
込は、マイクロブグラム34に従い、メモリプロセッサ
32によって制御される。
マイクロプログラム34は、その推移に従って、信号路
36を介して第2図に機能ユニット37として示した演
口回路及びレジスタ群を制@する。マイクロプログラム
34の動作に応じて、このユニット37は、アドレス・
バス38及びアドレスレジスタ39を介して主メモリ3
1をアドレスし、ここでは重要ではないその他のデータ
処理を行なわせることができる。
以上データ処理装置への第1図図示回路の組込を第2図
を参照して説明したが、次に第3図及び第4図を参照し
て、データ処理装置の関連動作態様を2つの異なる場合
について説明する。このため、第3図及び第4図には、
データ処理装置内の、特に第1図図示回路における信号
変化を示した。
第3図には、信号変化に従ってバッフ7メモリi 12
07’J¥23及び連携のカウンタ2B、 27及びモ
ニター回路(PROM)28の動作を経時的に詳細に図
解した。ただし、主メモリ31は、簡単なオーバーラツ
プ・モードで動作するものと仮定する。第3図に示す信
号変化は、ジャンプ指令の実行後のバッファ動作開始に
該当する。時間好適は、クロック信号CKBの周期に対
応する単位ステップ1〜12に分割してあり、このクロ
ック信号CKBの発生は公知であるから図面には示さな
い。
バッファ動作を開始させるためには、書込カウンタ26
及び読取カウンタ27をクリアして初期状態としなけれ
ばならない。これは、ステップ1においてカウンタ26
.27のリセット入力に供給されるクリア信号CLの論
理状態1によって行なわれる。
この信号を第3図ではCに示した。この信号CLは、メ
モリプロセッサ32において形成され、この信号の発生
と同時に、信号路30−を介してメモリプロセッサ32
による主メモリ31中の最初の指令語に対するアクセス
も行なわれる。このアクセスは、第3図のBに相当し、
ステップ2で始まる。アクセスはステップ2及び3に亘
って進行し、最初のアクセスを図では参照番号Oで示し
た。ステップ3及び4において、2番目の指令語に対す
るオーバーラツプ・アクセスが続き、ステップ4及び5
において3番目の指令語に対するアクセスが行なわれる
。順次オーバラップするこのアクセス動作は、ステップ
8まで続き、このステップ8で6個の指令p Q乃至5
に対する一連のアクセスが終了する。
指令語0に対するアクセスの結果、ステップ3において
この指令語が主メモリ31から読出される。
メモリプロセッサ32がこの動作をモニターし、その結
果、メモリプロセッサ32は、第3図のDに対応しステ
ップ3の中間点で始まる信号W RE Nを発生する。
この信号WRENは、ステップ3の終了時において第3
図中へに示すクロック信号CKBの立上がりエツジで書
込カウンタ26を1カウントだけ進める。カウンタ状態
Oからカウンタ状態1へのこの移行を第3図Eに示した
。この移行に伴い1番目の指令語がバッファメモリ装置
20乃至23の行Oに書込まれる。同様に、ステップ4
の終了時に2番目の指令語1がバッフ7メモリ装置20
乃至23行の行1に、3番目の指令語がステップ5の終
了時に行2にそれぞれ書込まれる。R債に、ステップ8
の終了時に6番目の指令語がバッファメモリ装置20乃
至23の行5に書込まれる。この動作を第3図Iに示し
た。
第3図のHは、ステップ3の終了時に発生し、第2図に
示したように指令デコーダ33を作動させる信号F[≧
EIGである。読取カウンタ27はいぜんとしてカウン
タ状90のままであるから、バッファメモリ装置20乃
至23の行Oに記憶されている1番目の指令語がデコー
ドされる。これを第3図Gで示した。デコーディングは
ステップ4に行なわれるが、第3図にのDOは、指令語
Oのデコーディングを意味する。これと同時に、マイク
ロプログラム34から読取カウンタ27に信号RDEN
が送られ、これにより読取カウンタ27は、ステップ4
の終了時にカウントOからカウント1に切換わる。第3
図のしは、デコードされた指令語によって起動されるマ
イクロ・アクセスである。次いで、マイクロプログラム
34は、第3図Mに示すように指令の実行を達成する。
従って、例えば、デコードされた指令語Doがマイクロ
プログラムの行200へのマイクロ・アクセスを生じさ
せると、ステップ6において実行EXOOが行なわれる
。ここでマイクロプログラム34が再び信号RDENを
発し、これにより読取カウンタ27のカウンタ状態はス
テップ6の終了時に1から2に進む。指令語Doのあと
、主メモリ31からのオペランド・アクセスは全く行な
われないから、ステップ6においてバッファメモリ装置
20乃〒23の行1から指令1、 −即ち、2番目の指
令のデコーディングが行なわれる。第3図には、この第
2の指令語のデコーディングをKに示した。第2の指令
が2個の語を含み、2番目の語が主メモリ31からのオ
ペランド・アクセスのためのアドレスならば、この第2
の指令はステップ7においてマイクロ・アクセス710
時に認識され、指令の2番目の語がバッフ7メモリ装置
20乃至23の2行目からアドレスレジスタ30に書込
まれる。これと同時に、もう1つの信号RDENが発生
し、ステップ7の終了時に読取カウンタ27が第2のカ
ウントから第3のカウントに進む。
図示しないが、オペランド・アクセスの結果、もはや開
始すべき指令アクセスはないということがメモリプロセ
ッサ32に報知される。
オペランド・アクセスに際しては、主メモリ31をアド
レスしなければならない。このアドレス動作は、ステッ
プ8において行なわれるが、第3図には特に示さなかっ
た。これに続くオペランド・アクセスは、第3図Bに示
すようにステップ9及び10において行なわれる。この
場合、ステップ11において再び上述のようにバッファ
メモリ装M20乃至23に指令語が書込まれる。第3図
全体から明らかなように、オペランド・アクセスの前後
にそれ゛ぞれ2個の指令語がバッファメモリll]j2
0乃至23に用意される。
第4図は第3図と同様の図であるが、ここではオペラン
ド・アクセスなしで遂行しなければならない時開のかか
る指令の実行について図示した。
例えば、乗算の場合がそれである。この進行の間、読取
カウンタ27は、第4図E及びFに示すように不変であ
るが、書込カウンタ26は、第4図G及びDに示すよう
に新しい指令語が書込まれるごとにカウントが進む。そ
の他の経過は、第3図に関連して説明したのと同様であ
る。
バッファメモリ装置20乃至23が例えばステップ5の
ようにいっばいになると、この時点でモニター回路(F
ROM)28から第4図)」に示すように信QPLIV
OLが出力される。主メモリ31からバッファメモリ装
置20乃至23へさらに指令語の読出しを続けようとす
れば、バッファメモリ装置20乃至23があふれ状態と
なる。従って、このような読出しはメモリプロセッサ3
2への信号PUVOLによって阻止され、第17指令語
及び第18指令語へのアクセスが停止される。ステップ
5及び6の終了時に指令語がバッフ7メモリ装置20乃
至23の行1及び2に書込まれ、ステップ6の終了時に
書込カウンタ26は最後のカウントを行ない、バツファ
メモリ装置20乃至23の行3を指示する。この動作は
第3図のC及びDに示しである。
図から明らかなように、読取カウンタ27の内容と書込
カウンタ26の内容との差が1.2または3となった時
に、モニター回路(PROM>28から信号PUVOL
が出力される。信号PUVOLの長さは、これらの状態
のそれぞれの長さに対応する。
第5図には、以上に述べたような回路動作を得るために
モニター回路(PROM)28をいかにプログラムすべ
きかを表の形で示した。モジュロ16の書込カウンタ2
6または読取カウンタ27が16通りの異なる動作をす
るには、256通りのメモリ状態が必要であるから、2
つの異なる値を取る信号IF LOGに対してPROM
28は、合計512通りのメモリ状態を持たねばならな
い。書込カウンタ26または読取カウンタ27の16通
りの動作のうち、第5図には4通りだけを示したが、メ
モリ内容の構造は規則的であるから、動作5〜16を正
確に図示する必要はないだろう。
第5図の表では、信号IFLOCの2つの異なる値につ
いてPROM28の入力信号及び出力信号をそれぞれ示
しである。入力信号は信号IFLOC、書込カウンタ2
6のカウント出力Q^乃至Q。
及び読取カウンタ27のカウント出力Qへ乃至QDによ
って形成される。出力信号は、上述の信号PUVOL及
びFREIGである。
すでに述べたように、信号IFLOCはメモリプロセッ
サ32から出力され、この信号は、指令が実行可能であ
るためにバッフ7メモリ装買20乃〒23中に存在しな
ければならない2つの責なる必要最少指令語量を表わす
ことができる。第5図の表の左側部分は、信号I FL
OGが論理状態Oである場合に該当し、右側部分は、信
号IFLOCが論理状態1である場合に該当する。
第5図の左側部分から明らかなように、論理状態1の信
号PUVOLが出力されるのは、読取カウンタ27の内
容が書込カウンタ26の内容よりも1゜2または3アド
レスだけ大きい場合である。読取カウンタ27及び書込
カウンタ26の内容が等しいとき、信号FREIGは、
論理状態Oを取る。信号FREIGは、その他の場合に
は常に論理状態1を取る。指令語の実行のリリーズ(信
号FREIGの論理状態1)は、少なくとも1つの指令
語がバッファメモリ装置20乃至23中に存在するとき
には、信号IFLOCの論理状態Oに対しても生じる。
第5図の右側部分は、少なくとも2つの指令語がバッフ
ァメモリ装置20乃至23中に存在するときに信号IF
LOCが論理状態1を取る場合に該当する。この場合、
読取カウンタ27の内容が書込カウンタ26の内容より
も1,2または3アドレスだけ大きければ信号PUVO
Lも論理状態1を取る。
書込カウンタ26の内容が読取カウンタ27の内容より
も1アドレスだけ大きい場合及び等しい場合、信号FR
EIGは論理状態0を取る。その他の場合、信号F R
E I Gは常に論理状態1を取る。即ち、少なくとも
2つの指令語がバッファメモリ装置20乃至23中に存
在する場合、指令実行がリリーズされる。。
【図面の簡単な説明】
第1図は、16ビツト長の指令語を対♀とする本発明の
実施例を示す構成図、第2図はデータ処理装置への本発
明回路の組込みを示すブロックダイヤグラム、第3図は
ジャンプ指令実行侵に中間記憶を開始する信号の経時変
化を示す信号図、第4図はオペランド・アクセスなしに
指令を実行する際の信号の経時変化を示す信号図、第5
図はカウント動作中に行なわれるモニター回路からのモ
ニター信号出力を2つの異なる場合について示す表であ
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)すでに読出された指令語の実行と同時に指令語を
    読出すことを可能にする中間メモリ装置を含み、データ
    処理装置の指令メモリから読出され指令実行中に処理さ
    れる指令語を中間記憶する回路であって、中間メモリ装
    置として、同期的にクロック制御されて周期動作する書
    込カウンタ26及び周期動作する読取カウンタ27によ
    り書込み及び読取りのためアドレスされる1又は2以上
    のバッファ・メモリ装置20乃至23を設けたことと、
    書込カウンタ26及び読取カウンタ27がモニター回路
    に対してそれぞれ出力信号を供給し、モニター回路とし
    て、バッファ・メモリ装置20乃至23中に所定の最少
    指令語量が存在する場合に、読出された指令語のデコー
    ディングをリリーズするリリーズ信号FREIGを出力
    するプログラム可能な固定値メモリ28を設けたことと
    、書込カウンタ26及び読取カウンタ27の内容差が所
    定アドレス数に達すると、モニター回路28がメモリプ
    ロセッサ32に対してバッファ・メモリ装置20乃至2
    3がいっぱいであることを表わす信号PUVOLを供給
    することにより、書込カウンタ26による読取カウンタ
    27の追越しを防止することを特徴とする指令語中間記
    憶回路。
  2. (2)書込カウンタ26及び読取カウンタ27が周期的
    にクロック制御されることを特徴とする特許請求の範囲
    第(1)項に記載の指令語中間記憶回路。
  3. (3)モニター回路として、バッファ・メモリ装置20
    乃至23中において指令メモリ31に接続するメモリプ
    ロセッサ32からの信号IFLOCによって異なる値に
    調定自在の最少指令語量が存在するとき、読出された指
    令語のデコーディングをリリーズするリリーズ信号FR
    EIGを指令メモリ31に対し出力するプログラム可能
    な固定値メモリ28を設けたことを特徴とする特許請求
    の範囲第(1)項又は第(2)項に記載の指令語中間記
    憶回路。
  4. (4)書込カウンタ26及び読取カウンタ27の内容差
    が所定の大きさにあるときにだけリリーズ信号FREI
    Gを出力するように固定値メモリ28をプログラムして
    あることを特徴とする特許請求の範囲第(3)項に記載
    の指令語中間記憶回路。
JP63011803A 1983-02-18 1988-01-21 指令語中間記憶回路 Pending JPS63303431A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE3305693.5 1983-02-18
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