JP3146077B2 - プロセッサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、並列実行可能な複数の
演算処理ユニットを有するプロセッサにおける条件分岐
命令の高速処理に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、プロセッサにおける高性能化は、Su
perscalarやVLIWと呼ばれる複数の演算ユニットを用意
し、一度に複数命令を並列に実行する方式が採られるよ
うになってきた。これらの方式で商用化されたものに
は、MOTOROLA社のマイクロプロセッサMC88100等が知ら
れている（MOTOROLA社の「MC88100 MICROPROCESSOR U
SER'S MANUAL SECOND EDITION」に示されている）。
これらの方式を用いると、従来シーケンシャルに実行さ
れていた命令列が、複数の命令を一度に実行することが
可能となる。

【０００３】また、命令の実行順序に関して、命令列の
並ぶ順に実行するのではなく、データの依存関係がない
命令については実行可能なものから実行する、すなわち
out-of-order実行という高速化方法も知られている。こ
れらの高速化技法については信学技報CPSY-90-54（'90.
7）「SIMP（単一命令流／多重命令パイプライン）方式
に基づくスーパースカラ・プロセッサの改良方針」
（「An Extended Superscalar Processor Prototype Ba
sed on the SIMP （Sngle Instruction stream/Multipl
e instruction Pipelining） Architecture」）に示さ
れている。

【０００４】上記従来技術のプロセッサは、条件分岐命
令の分岐が確定していなくても、どちらに分岐するかを
予測して、先行的に命令を実行（投機的実行と呼ぶ）す
ることにより、高速化を図っていた。予測の方法は、例
えば、以前出現したものと同じ条件分岐命令は前回と同
じ側に分岐すると予測する、などがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術によれば、以下のような問題点を有して
いた。一般に、複数の命令が同時に実行されるようにな
ると、処理サイクルあたりの分岐命令の出現頻度が増え
る。条件分岐命令の場合には、条件が確定（通常はＰＳ
Ｒ：Program Status Registerの変更）するまで分岐す
るか否かは決定できない。このため条件分岐命令毎に命
令流がインターロックされてしまい、性能が頭打ちの状
態になる。（これら分岐による依存関係を制御依存と呼
ぶ） また、分岐するかしないかを予測して、先行的に命令を
処理（投機的実行と呼ぶ）する方法では、個々の条件分
岐命令に関しては、予測が当たった場合は高速化が達成
されるが、予測が外れた場合はもう一方の命令列に戻っ
て命令の実行をやり直すことになり、その代償が大き
い。さらに、プログラム全体の実行に関しては、必ずし
も高速化が達成されるとは限らない。

【０００６】本発明の目的は、条件分岐命令に対応する
条件が確定していなくても投機的に命令を処理し、イン
タ−ロックが少なく、プログラムを高速に実行するプロ
セッサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のプロセッサは、複数の実行ユニットを有
し、メモリから取り出された複数の命令を複数の実行ユ
ニットにおいて並列に実行するプロセッサであって、メ
モリから取り出された複数の命令に含まれ、条件が他の
命令の実行結果に依存する条件分岐命令の種類を判別す
る命令種別判別手段と、分岐の成否が決定されるまでの
間、条件分岐命令の種類に応じて、（ａ）分岐先の命令
列、（ｂ）分岐先の命令列及び後続する命令列の両方、
（ｃ）後続する命令列の何れかから、複数の命令を複数
の実行ユニットに対して並列発行する命令並列発行手段
と、前記条件分岐が依存する他の命令が実行されたと
き、命令種別判別手段により判別された条件分岐命令の
分岐の成否を判定する分岐判定手段と、条件分岐命令の
分岐の成否の判定結果に整合するよう複数の実行ユニッ
トによる実行結果の有効無効を識別する実行結果管理手
段とを備え、前記条件分岐命令の種類の１つはループ系
の条件分岐命令である。

【０００８】前記命令種別判別手段は、イフ・ゼン・エ
ルス系の条件分岐である第１の種類の命令と、それ以外
の条件分岐命令とを判別し、前記命令並列発行手段は、
条件分岐命令が第１の種類の命令であった場合、分岐先
の命令列と条件分岐命令に後続する命令列の双方から複
数の命令を複数の実行ユニットに対して並列発行し、条
件分岐命令が第１の種類の命令以外の命令であった場
合、どちらか一方から複数の命令を複数の実行ユニット
に対して並列発行し、前記実行結果管理手段は、条件分
岐命令が第１の種類の命令であった場合、分岐の成否の
判定結果によって、一方の命令列の実行結果を有効に
し、他方を無効にする一方、条件分岐命令が第１の種類
の命令以外の場合、分岐の成否の判定結果に応じて命令
列の実行結果の全てを有効又は無効にし、前記それ以外
の分岐命令は前記ループ系の条件分岐命令を含む。

【０００９】前記命令種別判別手段は、第１の種類の分
岐命令以外の命令を、前記ループ系の条件分岐命令であ
る第２の種類の命令と、第１の分岐命令より分岐しない
確率が高い条件分岐命令である第３の種類の命令とに判
別し、前記命令並列発行手段は、第２の種類の命令の場
合、分岐先の命令列の命令を実行ユニットに対して並列
発行し、第３の種類の命令の場合、条件分岐命令に後続
する命令列の命令を実行ユニットに並列発行し、前記第
２種の命令は前記ループ系の条件分岐命令である構成と
してもよい。

【００１０】前記のプロセッサは、さらに条件分岐命令
に後続する命令列の命令を一時的に記憶するための第１
の命令フェッチバッファと、条件分岐命令の分岐先の命
令列の命令を一時的に記憶するための第２の命令フェッ
チバッファと、メモリに格納された命令を読み出し、条
件分岐命令に後続する命令列の命令を第１の命令フェッ
チバッファに、条件分岐命令の分岐先の命令列の命令を
第２の命令フェッチバッファに格納する命令フェッチ手
段とを備えていてもよい。

【００１１】前記命令フェッチ手段は、メモリに読み出
しアドレスを出力し、その内容をインクリメントするプ
ログラムカウンタと、前記読み出しアドレスに応じてメ
モリから読みだされた命令から条件分岐命令を検出する
条件分岐命令検出手段と、条件分岐命令検出手段で検出
された条件分岐命令に基づいて、分岐先のアドレスを計
算する演算手段と、メモリから命令が読みだされるごと
にプログラムカウンタの内容をインクリメントしていき
第１の命令フェッチバッファに命令を格納し、条件分岐
命令が検出された場合、後続する命令列の命令を第１の
命令フェッチバッファに格納し、演算手段で求められた
分岐先アドレスをプログラムカウンタに書き込み、分岐
先の命令列の命令を第２の命令フェッチバッファに格納
するフェッチ制御手段とを有していてもよい。

【００１２】前記命令並列発行手段は、命令を解読して
実行ユニットへの制御信号を生成する複数の解読手段
と、第１又は、第２の命令フェッチバッファから全ての
解読手段に命令を１つずつ転送する転送制御手段と、転
送制御手段により転送されるそれぞれの命令に、その命
令がどの命令列に属するかを示すモ−ド情報を付加する
モ−ド付加手段とを有し、 前記実行結果管理手段は、モ
ード情報により命令の実行結果が、条件分岐命令に後続
する命令列に属するか分岐先の命令列に属するのかを識
別する。

【００１３】前記モ−ド付加手段が付加するモ−ド情報
は、２ビットの情報であり、条件分岐命令に後続する命
令列のモ−ド情報は条件分岐命令自身のモ−ド情報に対
して第１の値を加算した値、分岐先の命令列のモ−ド情
報は第２の値を加算した値であってもよい。前記条件分
岐命令が依存する他の命令は、プロセッサ内部のＰＳＲ
（ProgramStatus Register）を実行結果に応じて変更す
る命令であり、前記分岐判定手段は、前記他の命令が実
行されたことを検出しＰＳＲを参照することにより分岐
の成否を判定するような構成であってもよい。

【００１４】前記プロセッサは、さらに、解読手段で解
読された複数の解読結果を参照して、解読された複数の
命令間のデ−タ依存関係を判定するデ−タ依存関係判定
手段と、実行ユニットで実行中の命令が使用しているレ
ジスタがどれであるかを管理するスコアボ−ド管理手段
と、実行ユニットの空き状態を検知する空き状態検知手
段と、解読手段で解読された各命令について、デ−タ依
存関係判定手段の判定結果、スコアボ−ド管理手段、空
き状態検知手段の検知結果に基づいて、発行可能な命令
を命令並列発行手段から実行ユニットへの発行を許可
し、また、解読手段で解読された命令が条件分岐命令で
ある場合には、命令並列発行手段から分岐判定手段への
発行を許可する命令発行許可手段とを有していてもよ
い。

【００１５】前記命令発行許可手段は、複数の解読手段
の解読結果にそれぞれについて、データ依存関係検出手
段の検出結果から前の命令とデ−タ依存関係がなく、ス
コアボ−ド管理手段の情報からその命令のオペランドで
指定されているレジスタが実行ユニットで実行中の命令
に使用されていなく、かつ、空き状態検知手段の検知結
果からその命令を実行しうる実行ユニットが空いている
こと、を満たす命令を発行可能と判定することを特徴と
する請求項９記載のプロセッサ。

【００１６】前記プロセッサはさらに、実行ユニット毎
に命令を実行中であるか否かを示す情報を保持し、空き
状態検知手段によって参照される実行ユニット管理テ−
ブルと、実行ユニットで実行中の命令が使用しているレ
ジスタがどれであるかを示す情報を保持し、スコアボ−
ド管理手段によって参照されるスコアボ−ドとを備えて
いてもよい。

【００１７】前記実行結果管理手段は、命令並列発行手
段によって発行された条件分岐命令のモ−ド情報を初期
モ−ド情報として保持する初期モ−ド保持手段と、命令
並列発行手段によって発行された条件分岐命令の種類を
保持する投機実行種類保持手段と、命令並列発行手段に
よって発行された条件分岐命令の条件判断が未だ確定し
ていないことを示すフラグを保持する投機実行状態指示
手段とを有し、前記命令並列発行手段は、条件分岐命令
を分岐判定手段に発行すると同時に、その条件分岐命令
のモ−ド情報を初期モ−ド保持手段に、その条件分岐命
令の種類を投機実行種類保持手段に出力し、投機実行状
態指示手段のフラグをセットするような構成であっても
よい。

【００１８】前記実行結果管理手段は、実行ユニットで
の命令の実行結果と、その命令のモ−ド情報と、その実
行結果の格納先を示す情報と対応させて記憶する一時記
憶手段を有し、 前記実行結果管理手段は、分岐判定手段
の判定結果に基づいて、初期モ−ド保持手段、投機実行
種類保持手段を参照して一時記憶手段の実行結果の有効
無効を識別し、実行結果の格納先を示す情報に従って実
行結果を一時記憶手段から格納先に転送し、無効な実行
結果をクリアするようにしてもよい。前記一時記憶手段
は、格納先の情報として、本来の格納先がレジスタであ
る場合には、レジスタ番号を、本来の格納先がメモリで
ある場合には、メモリアドレスを記憶するような構成で
あってもよい。

【００１９】また、本発明のプロセッサは、複数の実行
ユニットを有し、メモリから取り出された複数の命令を
複数の実行ユニットにおいて並列に実行するプロセッサ
であって、メモリから取り出された複数の命令に含ま
れ、条件が他の命令の実行結果に依存する条件分岐命令
の種類を判別する命令種別判別手段と、分岐の成否が決
定されるまでの間、条件分岐命令の種類に応じて、
（ａ）分岐先の命令列、（ｂ）分岐先の命令列及び後続
する命令列の両方、（ｃ）後続する命令列の何れかか
ら、複数の命令を複数の実行ユニットに対して並列発行
する命令並列発行手段と、前記条件分岐が依存する他の
命令が実行されたとき、命令種別判別手段により判別さ
れた条件分岐命令の分岐の成否を判定する分岐判定手段
と、条件分岐命令の分岐の成否の判定結果に整合するよ
う複数の実行ユニットによる実行結果の有効無効を識別
する実行結果管理手段とを備え、前記命令並列発行手段
は、命令を解読して実行ユニットへの制御信号を生成す
る複数の解読手段と、第１又は、第２の命令フェッチバ
ッファから全ての解読手段に命令を１つずつ転送する転
送制御手段と、転送制御手段により転送されるそれぞれ
の命令に、その命令がどの命令列に属するかを示すモ−
ド情報を付加するモ−ド付加手段とを有し、 前記実行結
果管理手段は、モード情報により命令の実行結果が、条
件分岐命令に後続する命令列に属するか分岐先の命令列
に属するのかを識別する。

【００２０】

【作用】上記の手段により本発明のプロセッサは、命令
種別判別手段が実行前の命令列に含まれる条件分岐命令
の種類を判別する。ここで、条件分岐命令の種類にはル
ープ系の条件分岐命令を含む。この判別された命令の種
類に応じて、命令並列発行手段は、実行ユニットに対し
て、分岐先の命令列及び／又は後続する命令列の命令を
実行ユニットに対して並列発行する。分岐判定手段によ
って、条件分岐命令の分岐の成否が判定されると、実行
結果管理手段は、命令列の実行結果の有効無効を識別す
る。

【００２１】さらに、命令種別管理手段は、イフ・ゼン
・エルス系の条件分岐を含む第１の種類の命令と、前記
ループ系の条件分岐命令を含む第２の種類の分岐命令
と、それ以外の条件分岐命令を含む第３の種類の分岐命
令とを判別する。命令フェッチ手段は、通常メモリから
第１の命令フェッチ手段に命令を格納していき、条件分
岐命令検出手段によって条件分岐命令が検出された場
合、条件分岐命令に後続する命令列の命令を第１の命令
フェッチバッファに、分岐先の命令列の命令を第２の命
令フェッチバッファに格納する。これらの命令フェッチ
バッファに格納された命令について、命令並列発行手段
は、モ−ド付加手段によりモ−ドを付加しつつ、転送制
御手段によって２つの命令フェッチバッファから複数の
解読手段に対して命令を取り込む。

【００２２】さらに、命令発行許可手段は、複数の解読
手段で解読された各命令について、デ−タ依存関係判定
手段の判定結果、スコアボ−ド管理手段、空き状態検知
手段の検知結果に基づいて、発行可能な命令を命令並列
発行手段から実行ユニットへの発行を許可し、また、解
読手段で解読された命令が条件分岐命令である場合に
は、命令並列発行手段から分岐判定手段への発行を許可
する。このとき、命令発行許可手段は、条件分岐命令が
第１の種類の命令であった場合、分岐先の命令列と条件
分岐命令に後続する命令列の双方を実行ユニットに対し
て並列発行を許可し、第２の種類の命令の場合、分岐先
の命令列の命令を実行ユニットに対して並列発行し、第
３の種類の命令の場合、条件分岐命令に後続する命令列
の命令を実行ユニットに並列発行を許可する。

【００２３】前記命令並列発行手段は、条件分岐命令を
分岐判定手段に発行すると同時に、その条件分岐命令の
モ−ドを初期モ−ド保持手段に、その条件分岐命令の種
類を投機実行種類保持手段に出力し、投機実行状態指示
手段のフラグをセットする。分岐判定手段により分岐す
る否かが判定されると、実行結果管理手段は、その判定
結果に基づいて、初期モ−ド保持手段、投機実行種類保
持手段を参照して一時記憶手段の実行結果の有効無効を
識別し、有効な実行結果を本来の格納先に転送し、無効
な実行結果をクリアする。

【００２４】

【実施例】図１は本発明のプロセッサの構成図である。
図１において、１はメモリであり、プログラムを構成す
る命令列やオペランドデータを記憶する。２は命令フェ
ッチ部であり、メモリ１から命令をプリフェッチし、命
令フェッチバッファＡ３または命令フェッチバッファＢ
４に書き込む。この命令フェッチ部２は、フェッチした
命令が条件分岐命令であるかどうかを検出し、検出結果
に応じて書き込み先の命令フェッチバッファを切り替え
る。

【００２５】この命令フェッチ部２によって検出される
分岐命令について説明する。例えば、プログラム言語Ｃ
の場合、一般的には、分岐するかしないかが不確定なif
-then-else系の場合と、分岐する確率が高いループの場
合と、分岐しない確率が高い場合の分岐動作がある。
switch文の場合には実装方法によるが一般的にif-then-
elseと同様に考えてよい。そこで、本実施例では、あら
かじめ分岐の確率に応じて、分岐の確率が高い場合に高
速に動作するル−プ系の分岐命令と、分岐の確率が不明
な場合に高速に動作するif-then-else系の分岐命令と、
分岐しない確率が高い場合に高速に動作する分岐命令の
三種類を機械語命令の中に設けている。ル−プ系の分岐
命令は、ル−プ向きの分岐命令で分岐する確率が高い命
令（以後、Bcc_lと省略）であり、if-then-else系の分
岐命令は分岐するかしないかが不確定な分岐命令（以
後、Bcc_iと省略）である。このほかに、分岐しない確
率が高い命令（以後、Bcc_nと省略）がある。

【００２６】分岐命令が命令フェッチ部２により検出さ
れると、分岐命令に後続する命令列（分岐しないときに
実行される命令列）と分岐先の命令列（分岐したときに
実行される命令列）の両方を読み出し、分岐命令に後続
する命令列をそれまでと同じ命令フェッチバッファに、
分岐先の命令列をもう１つの命令フェッチバッファに格
納する。この読み出し動作は、命令の解読や実行とは非
同期に、命令フェッチバッファＡ３または命令フェッチ
バッファＢ４を常に一杯にする。

【００２７】命令フェッチバッファＡ３は、命令フェッ
チ部２により読み出された命令をＦＩＦＯ（First In F
irst Out）メモリである。命令フェッチバッファＢ４
は、３と同様、ＦＩＦＯメモリである。５はセレクタで
あり、２つの命令フェッチバッファから出力される命令
を切り替える。切り替えの指示は命令解読部７によって
行われる。

【００２８】６は命令解読バッファであり、命令解読の
対象となる命令を記憶し、本実施例では、６命令分の記
憶容量を持つ。記憶容量については、少なくとも演算ユ
ニット８〜１１と同数以上が望ましい。命令解読部７
は、命令フェッチバッファから命令解読バッファ６への
命令の転送制御、命令解読バッファの命令解読、及び演
算ユニットへの命令発行を行う。

【００２９】８は演算ユニットＡであり、ロード命令と
ストア命令を実行し、このうちロード命令の実行は、説
明の便宜上２サイクルかかるとしている。９は演算ユニ
ットＢであり、整数演算を処理する。１０は演算ユニッ
トＣであり、整数演算を処理する。１１は演算ユニット
Ｄであり、浮動小数点演算を処理する。演算ユニットＡ
８〜Ｄ１１は本実施例では説明を簡単化するため１サイ
クル（ロード命令は２サイクル）で命令の実行が完了す
るとしている。また、ユニットのパイプライン段数も本
発明の主旨とは関係無いのでここでは定義しない。

【００３０】１２は演算ユニット管理テーブルであり、
演算ユニットごとに、使用中であることを示す情報（ビ
ット）を記憶する。このビットは、各演算ユニットによ
って、演算ユニットの命令実行開始時にセットされ、演
算ユニットの命令実行終了時にクリアされる。１３は実
行順序管理バッファであり、投機的に実行された命令の
演算結果と、その結果が本来格納されるべきレジスタの
番号と、その命令のモ−ドと記憶する。実行順序管理バ
ッファ１３の記憶形式は、図７に示すようにモ−ド、レ
ジスタ番号、演算結果を記憶する領域を有している。

【００３１】１４は初期モード保持回路であり、命令解
読部が処理した分岐命令に付加されているモードを初期
モ−ドとして保持する。１５は投機実行種類保持回路で
あり、現在実行している分岐命令の種類（Bcc-lである
かBcc-iであるか）を保持する。１６は投機実行状態指
示回路であり、現在投機実行中の状態か否かを示すフラ
グを保持する。

【００３２】１７は実行順序管理回路であり、上記１４
〜１６から得られる情報に応じて、演算ユニット８〜１
１の演算結果をレジスタファイル１９又は実行順序管理
バッファ１３に格納する。具体的には、投機実行中でな
いときは、演算結果をレジスタファイルに書き込み、投
機実行中のときは、投機実行中の命令について、モー
ド、演算結果（オペランド）の書き込み先のレジスタ番
号を対応づけて実行順序管理バッファ１３に格納する。
また、投機実行が終了したときは、実行順序管理バッフ
ァに格納された演算結果及びレジスタ番号に基づいてレ
ジスタファイルに演算結果を転送する。

【００３３】１８は命令実行整合性維持回路であり、Ｐ
ＳＲの確定結果から条件分岐命令の条件の成否を判定
し、その結果によって、命令解読部７に命令実行のやり
直しの指示、実行順序管理バッファ１３内部の無効化、
実行順序管理回路１７の転送指示を行う。より具体的に
は、条件分岐命令の種類によって、次の場合に分けられ
る。

【００３４】（１）Bcc-l命令について投機実行が行わ
れている場合には、分岐先の命令のみ実行されているの
で、確定の結果から分岐しないことが判明したときには
先行して実行した命令の結果を実行順序管理バッファ内
から消去し、再度分岐しない側の命令を実行するように
命令解読部に指示する。 （２）Bcc-i命令について投機実行が行われている場合
には、分岐先の命令と後続する命令が実行されているの
で、分岐方向が確定したときには、それに応じて、後続
命令または分岐先命令の結果を実行順序管理バッファ内
から消去する。

【００３５】（３）Bcc-n命令について投機実行が行わ
れている場合には、分岐命令に後続する命令のみ実行さ
れているので、確定の結果から分岐することが判明した
ときには先行して実行した命令の結果を実行順序管理バ
ッファ内から消去し、再度分岐する側の命令を実行する
ように命令解読部に指示する。１９はレジスタファイル
であり、３２個のレジスタ及びＰＳＲを有し、命令の実
行結果が格納される。

【００３６】２０はスコアボ−ドであり、レジスタファ
イル１９の各レジスタごとに２ビットのフラグを有す。
１つは、投機実行でない実行中の命令が、対応するレジ
スタを使用（リ−ド又はライト）していることを示す。
もう１つは、投機実行で実行中の命令が、対応するレジ
スタを使用していることを示す。図２は、図１の命令フ
ェッチ部２の詳細な構成を示すブロック図である。同図
において、２１はプログラムカウンタであり、メモリ１
から読み出すべき命令のアドレスを出力し、命令が読み
出されるごとにその内容をインクリメントする。

【００３７】２２は分岐命令検出回路であり、メモリ１
から読み出された命令から条件分岐命令を検出する。２
３は演算回路であり、検出された条件分岐命令に基づい
て分岐先アドレスを算出する。２４はセレクタであり、
プログラムカウンタ２１と演算回路２３の出力を選択し
てメモリ１に出力する。

【００３８】２５はフェッチ制御部であり、メモリ１か
らの命令読み出し、および、命令フェッチバッファＡ３
または命令フェッチバッファＢ４への命令書き込みを制
御する。詳しく言うと、通常は、プログラムカウンタ２
１がインクリメントしながらアドレスを順に出力するよ
うに制御し、一方の命令フェッチバッファに命令を格納
する。分岐命令検出回路２２により条件分岐命令が検出
されると、その条件分岐命令が有する分岐先アドレスの
情報を演算回路２３に入力して分岐先アドレスを算出さ
せ、分岐先の命令も読み出しうるように制御し、他方の
命令フェッチバッファに命令を格納する。

【００３９】図３は、図１の命令解読部７の詳細な構成
を示すブロック図である。同図において、３１は分岐命
令検出回路であり、図１のセレクタ５の出力から分岐命
令（Bcc_l命令及びBcc_i命令を検出する。３２は転送制
御回路であり、命令フェッチバッファＡ３または命令フ
ェッチバッファＢ４の命令を、セレクタ５を介して命令
解読バッファ６に転送する。この転送は、分岐命令検出
回路３１の検出結果によってその動作が異なる。

【００４０】第１に、分岐命令が検出されていない場
合、転送制御回路３２は、命令フェッチバッファＡ３又
は命令フェッチバッファＢ４のうちどちらか命令が入っ
ている方の出力ををセレクタ５に選択させて命令解読バ
ッファ６に命令を転送させる。第２に、Bcc_l系命令
（ループ向きの分岐命令で、分岐の確率が高い）が検出
された場合、現在命令を読み出している命令フェッチバ
ッファから、他方の命令フェッチバッファに切り替え
て、命令解読バッファに命令を転送する。命令解読バッ
ファ６には分岐先の命令ばかりが転送されることにな
る。

【００４１】第３に、Bcc_i系命令（if-then-else系の
分岐命令で、分岐の確率が不確定）が検出された場合、
命令の読み込みを現在使用している命令フェッチバッフ
ァと他方の命令フェッチバッファから交互に転送する。
命令フェッチバッファには後続する命令（分岐しない時
に実行される命令）と分岐先の命令とが混合して（交互
に）転送されることになる。

【００４２】第４に、Bcc_n系命令（分岐しない確率が
高い）が検出された場合、現在命令を読み出している命
令フェッチバッファから、引き続き命令解読バッファに
命令を転送する。命令解読バッファ６には分岐しない側
の命令ばかりが転送されることになる。３３はモ−ド付
加回路であり、転送制御回路３２による上記の転送に際
して、分岐命令による命令の制御フローが判るように各
命令にモードを付加して、命令解読バッファ６に格納す
る。

【００４３】このモ−ド設定ル−ルは、 （１）分岐命令に後続する命令列のモ−ドは、現在のモ
−ドに”+０１”を加算する。 （２）分岐先の命令列のモ−ドは、現在のモ−ドに”+
１０”を加算する。 の２つである。

【００４４】モードと命令のフローの一例を示したモー
ド説明図を図４に示す。同図において、実線の矢印
（↓）は命令列を、丸印（○）は条件分岐命令を、破線
の矢印（）はル−プの戻り先（Bcc_l命令の分岐先）
を、” ”内の数字はモ−ドを示す。また、丸付き数字
（、、）はル−プの繰り返し回数である（図２で
は３回繰り返す）。

【００４５】例えば、現在の命令列のモードが”００”
とすると、分岐命令に後続する命令列のモードは”+０
１”を加算して”０１”、分岐先の命令列のモードは”
+１０”を加算して”１０”として設定される。また、
ル−プ処理において、ル−プを繰り返すごとにモ−ドが
変化するのは、モ−ドが相対的に設定されているからで
ある。

【００４６】このモード設定ルールを使用すれば分岐命
令までの命令列と後続する命令列と分岐先の命令列を容
易に判別でき、分岐先命令列に新たな分岐が存在し、木
のように枝別れする場合でも制御フロ−を判別すること
が可能である。３４は命令解読回路であり、デコ−ダ３
４ａ〜３４ｆを備え、図１の命令解読バッファ６から入
力される６つの命令を同時に解読する。ＤＥＣの数は、
ここでは命令解読バッファ６の段数と同数であり、演算
ユニット８〜１１と同数以上が望ましい。

【００４７】３５はＰＳＲ変更命令検出回路であり、デ
コ−ダ３４ａ〜３４ｆの解読結果が入力され、それぞれ
の命令がＰＳＲ（Program Status Register）の内容を
変更するかどうかを検出する。ＰＳＲ内容が確定すると
条件分岐命令の条件の成否が決定するので、この検出結
果は、命令実行整合性維持回路１８に通知される。３６
はデータ依存関係検出回路であり、デコ−ダ３４ａ〜３
４ｆから入力される解読結果に基づいて、１つの命令の
実行結果を他の命令が利用するというデ−タ依存関係あ
るかどうかを検出する。具体的には、データ依存関係検
出回路３６は、解読された６つの命令について、解読結
果のレジスタフィ−ルドを比較して、実行アドレスが前
の命令のディスティネ−ション・レジスタが後の命令の
ソ−ス・レジスタになっている場合、デ−タ依存関係が
あると判定する。

【００４８】デ−タ依存関係を調べる範囲については、
命令解読バッファ６の命令と、命令解読バッファ６にま
だ取り込まれていない命令との間のデ−タ依存関係は、
調べる必要がない。というのは、前者と後者の命令は同
時に実行されることがないからである。命令解読バッフ
ァ６内にある命令についてのみデ−タ依存関係を調べれ
ばよい。同時に実行されうるからである。ただし、命令
解読バッファ６内の命令であっても、表１に示すよう
に、分岐先の命令列における命令（Ｂ）と、分岐命令に
後続する命令列における命令（ｃ）との間のデ−タ依存
関係は、チェックしない。なぜなら、（Ｂ）と（Ｃ）は
排他的な関係にあるからである。表１に本発明の実施例
における命令列のデ−タ依存関係のチェックの有無を示
す

【００４９】

【表１】

【００５０】３７はスコアボ−ド管理回路であり、スコ
アボ−ド２０を参照して命令の実行で使用されているレ
ジスタの状況を判断し、また、デコ−ダ３４ａ〜３４ｆ
の解読結果を見て、レジスタの内容を変更する命令があ
れば、そのレジスタに対応するスコアボ−ド２０のフラ
グをセットする。３８は空き状態検知回路であり、演算
ユニット管理テーブル１２を参照してどの演算ユニット
が空いている（使用中でない）かを判断する。。

【００５１】３９は命令発行回路であり、セレクタ３９
ａ〜３９ｄを有し、命令発行制御回路４０の指示に従っ
て、命令解読回路３４によって解読された命令のうち発
行可能な命令を選択して演算ユニット８〜１１に並列に
発行する。これと同時に、命令発行回路３９は、発行す
る命令ごとに、投機実行であるかどうかを示す識別子を
演算ユニットに格納する。この識別子は、本実施例で
は、”０”で投機実行でないことを、”１”で投機実行
中であることを示す。

【００５２】命令発行制御回路４０は、上記３６〜３８
から得られる情報に基づいて、命令解読回路３４によっ
て解読された命令のうち発行可能な命令を判別して、命
令発行回路３９に発行の指示を出す。発行可能な命令か
どうかは、命令ごとに、次の条件をチェックして全部満
たすものを発行可能と判別する。 ６つの命令間において、前の命令とデ−タ依存関係が
ないこと。（データ依存関係検出回路３６の検出結果に
基づいて、チェックする。） その命令のオペランドで指定されているレジスタが演
算ユニットで実行中の命令に使用されていないこと。
（スコアボ−ド管理回路３７からの情報に基づいて、チ
ェックする。） その命令を実行しうる演算ユニットが空いているこ
と。（空き状態検知回路３８の検知結果に基づいて、チ
ェックする。） また、命令の発行と同時に、命令発行制御回路４０は、
命令解読バッファ６から発行した命令を削除し、演算ユ
ニット管理テーブル１２の対応するビットをセット（使
用中）する。

【００５３】発行可能な命令が条件分岐命令である場合
には、演算ユニットには命令発行せず、初期モード保持
回路１４に分岐命令のモ−ドを、投機実行種類保持回路
１５にBcc-i命令であるかBcc-l命令であるかBcc-nであ
るかを、投機実行状態指示回路１６に投機実行中である
ことを示すフラグを、命令実行整合性維持回路１８にそ
の命令の条件をセットする。この場合、これ以降は投機
実行状態になる。

【００５４】以上のように構成された本発明の実施例に
おける分岐処理装置について、最初にBcc-i命令を含む
場合について、その動作を図５〜図９及び表２を併用し
て説明する。図５は、Bcc-i命令を高速に処理する本実
施例の動作を説明するための命令フローの一例である。
図５において、矢印は命令実行順序を示し、命令Ｎ−３
と命令Ｎ−２の間の矢印はデータの依存関係があること
を、（）内のＬＤはロ−ド命令、ＩＮＴは整数演算命
令、ＦＰＵは浮動小数点演算命令を示す。命令Ｎ−２
は、分岐命令の基になるＰＳＲを変更する命令である。

【００５５】まず、命令フェッチ部２の動作について説
明しておく。命令フェッチ部２は、命令解読以下の処理
とは非同期に動作する。命令フェッチ部２は、プログラ
ムカウンタ２１を用いてメモリ１から命令を読み込み、
命令フェッチバッファＡ３に格納する。メモリ１からの
読み出し時に、分岐命令検出回路２２が分岐命令を検出
すると、その分岐命令に後続する命令を命令フェッチバ
ッファＡ３に格納するとともに、演算回路２３が分岐先
アドレスを計算し、分岐先の命令をもう一つの命令フェ
ッチバッファＢ４に格納する。

【００５６】この命令フェッチ部２の動作は、分岐命令
がない場合にはどちらか一方の命令フェッチバッファが
一杯になるまで、分岐命令がある場合には両方の命令フ
ェッチバッファが一杯になるまで続けられる。命令フェ
ッチバッファＡ３と命令フェッチバッファＢ４は同等で
あり、どちらを先に使用してもかまわない。これ以降の
説明では命令フェッチバッファが常に一杯になっている
として説明を進める。

【００５７】図５において、命令Ｎ−３より以前に実行
された命令については、本発明の説明とは無関係なので
説明を加えない。また、命令フェッチ部２によって、図
３の命令列のうち分岐命令までの命令列と分岐命令に後
続する命令列は順次命令フェッチバッファＡ３に格納さ
れ、分岐先の命令列は命令フェッチバッファＢ４に格納
されている。以下、順を追って説明する。

【００５８】（１）命令解読部７は、命令フェッチバッ
ファＡ３から命令を読みだし、その命令にモードを付加
して命令解読バッファ６に格納する。命令フェッチバッ
ファＡ３に格納されている図６のＮ−３からＮ＋２まで
の命令は、命令解読部７によって読み出されてモード”
００”が付加され、命令解読バッファ６に格納される。
この時点の命令解読バッファ６の保持内容を図６に示
す。

【００５９】（２）命令解読部７において、データ依存
関係検出回路３６は命令間のデータ依存関係をチェック
し、スコアボ−ド管理回路３７は使用中のレジスタをチ
ェックし、空き状態検知回路３８は演算ユニット管理テ
ーブル１２で演算ユニットの空き状況を判断する。これ
らの結果に応じて、命令発行制御回路４０は、発行可能
な命令を判別し、命令発行回路３９に命令を投機実行で
あるか否か示す識別子を付けて発行させるとともに、当
該命令を命令解読バッファ６から削除する。

【００６０】図６において、命令Ｎ−２は、命令Ｎ−３
とデータ依存関係があるので最初は発行されない。Ｎ−
３、Ｎ−１、Ｎ、Ｎ＋１の４つが発行される。投機実行
ではないので各命令の識別子は”０”である。これらの
命令発行後の演算ユニットの状態を表２の１行目に示
す。各演算ユニットは、命令が投入されると、演算ユニ
ット管理テーブル１２の対応するビットをセットする。
表２は図５の命令フローを実行したときの演算ユニット
での命令実行の状況を示す。

【００６１】

【表２】

【００６２】（３）演算ユニットは、命令を実行した
後、演算結果を実行順序管理回路１７に出力する。投機
実行中の命令ではない（識別子が０である）ので、実行
順序管理回路は、演算結果をレジスタファイル１９に直
接書き込む。通常、分岐命令の無い命令列は（１）〜
（３）のように実行される。 （４）命令解読バッファ６は、図６において命令Ｎ−２
と命令Ｎ＋２が残った状態になっている。命令解読部７
の転送制御回路３２は、新たな命令を命令フェッチバッ
ファＡ３から順に読み出し、命令解読バッファ６に格納
する。その際、分岐命令検出回路３１が読み出した命令
がBcc_i命令であることを検出すると、転送制御回路３
２は、セレクタ５を交互に切り替えることによって、命
令フェッチバッファＡ３から分岐命令に後続する命令
（分岐しない場合に続いて実行する命令）と、命令フェ
ッチバッファＢ４から分岐先命令を交互に読み出し、命
令解読バッファに格納する。これと同時に、モ−ド付加
回路３３は、分岐先命令か否かを示すために、現状のモ
ードを”００”とすると、後続する命令には”＋０１”
を加算して”０１”、分岐先の命令には”＋１０”を加
算して”１０”として設定する。すると命令解読バッフ
ァは図７のように命令が格納されることになる。

【００６３】（５）命令解読部７は（２）で述べたのと
同様に、発行可能な命令を判別する。前のサイクルで発
行された命令のうち、演算ユニットＡ８に発行された命
令Ｎ−３は２サイクルかかるロード命令のためまだ実行
が完了していない。そのため、この命令とデータ依存関
係をもつ命令Ｎ−２は、もう１サイクル命令発行が遅ら
される。この処理サイクルでは、命令Ｎ＋２、Bcc_i、
命令Ｎ＋３、命令Ｍが発行可能であると判別される。命
令発行制御回路４０は、命令発行回路３９を介して、命
令Ｎ＋２を演算ユニットＤ１１に、Bcc_i命令を命令実
行整合性維持回路１８に、命令Ｎ＋３を演算ユニットＢ
９に、命令Ｍを演算ユニットＣ１０に、識別子を付加し
て発行するとともに、命令解読バッファ６から削除す
る。これらの命令に付加される識別子は、同順に０、
０、１、１である。命令発行後の各演算ユニットの状態
を表２の２行目に示す。発行された各命令は、次の（６
−１）〜（６−４）のように実行される。

【００６４】（６−１）演算ユニットＤ１１は、命令Ｎ
＋２が発行されると、演算ユニット管理テーブル１２の
対応するビットをセットし、命令を実行する。演算ユニ
ットＤ１１にて命令の実行が終了すると、実行結果が実
行順序管理回路１７に出力される。これと同時に、演算
ユニット管理テーブル１２の対応するビットがクリアさ
れる。

【００６５】実行順序管理回路１７は、命令Ｎ＋２が投
機実行モード下の実行ではない（識別子が０である）の
で、演算結果を実行順序管理バッファ１３へは格納せ
ず、レジスタファイル１９へ書き込む。 （６−２）Bcc-i命令は、演算ユニットには発行されず
に、命令発行制御回路４０によって、初期モード保持回
路１４にこの分岐命令自身のモ−ド”００”が、投機実
行種類保持回路１５にBcc-i命令であることが、投機実
行状態指示回路１６に投機実行中であることを示すフラ
グが、命令実行整合性維持回路１８にその命令の条件が
セットされる。これ以降は投機実行状態に入る。

【００６６】（６−３）演算ユニットＢ９は、命令Ｎ＋
３が発行されると、演算ユニット管理テーブル１２の対
応するビットをセットし、命令を実行する。演算ユニッ
トＢ９にて命令の実行が終了すると、実行結果が実行順
序管理回路１７に出力される。これと同時に、演算ユニ
ット管理テーブル１２の対応するビットがクリアされ
る。

【００６７】実行順序管理回路１７は、この命令が投機
実行下の命令（識別子が１）なので、実行順序管理バッ
ファ１３に書き込み先のレジスタ番号とモード”０１”
を書き込む。 （６−４）演算ユニットＣ１０は、命令Ｍが発行される
と、演算ユニット管理テーブル１２の対応するビットを
セットし、命令を実行する。演算ユニットＢ９にて命令
の実行が終了すると、実行結果が実行順序管理回路１７
に出力される。これと同時に、演算ユニット管理テーブ
ル１２の対応するビットがクリアされる。

【００６８】実行順序管理回路１７は、この命令が投機
実行下の命令（識別子が１）なので、実行順序管理バッ
ファ１３に書き込み先のレジスタ番号とモード”１０”
を書き込む。 （７）この時点で実行順序管理バッファ１３には図９の
２行目まで積まれることになる。

【００６９】（８）また、命令解読バッファは図８のよ
うになる。次のサイクルでは命令Ｎ−３が完了している
ので、命令解読部７は一連の処理を行ない命令Ｎ−２、
Ｎ＋４、Ｍ＋１を発行する。命令発行後の各演算ユニッ
トの状態を表２の３行目に示す。これらの命令実行が終
了した時点で、実行順序管理バッファ１３は図９の４行
目まで積まれることになる。

【００７０】（９）上記のように演算ユニットは投入さ
れた命令を実行し、新たな命令を処理可能になれば演算
ユニット管理テーブル１２の対応するビットをクリアす
る。命令解読部７は、新たな命令を処理できるようにな
れば、命令の発行処理を再開する。 （１０）PSRを変更する命令Ｎ−２は、表２の３行目に
示すように演算ユニットＢで実行される。命令Ｎ−２が
完了しPSRが確定すると、演算ユニットＢは投機実行状
態指示回路１６のフラグをクリアする。命令Ｎ−２が完
了しても、投機実行は、表２の４行目まで実行され、実
行順序管理バッファ１３には図９の６行目まで投機実行
中の命令が登録される。

【００７１】（１１）命令実行整合性維持回路１８は、
投機実行状態指示回路１６のフラグがクリアされたこと
から、投機実行種類保持回路１５よりBcc_i命令である
ことと、PSRの値に基づいて、分岐するか否かを判断す
る。この例では分岐すると仮定する。命令実行整合性維
持回路１８は、Bcc_i命令であることから実行順序管理
バッファ１３内部の後続する命令列（分岐しない側の命
令列）の演算結果はもう必要がないので、初期モード保
持回路１４の初期モード”００”に”＋０１”を加算し
て、モードが”０１”である命令の演算結果を無効化す
る。図９において命令Ｎ＋３,Ｎ＋４,Ｎ＋５は無効化
（クリア）される。また、命令解読部７に対して分岐す
ることを通知し、以降分岐先の命令のみを命令解読バッ
ファ６に取り込むようにさせる。

【００７２】（１２）実行順序管理回路１７は、命令実
行整合性維持回路１８より、分岐が確定し、投機実行モ
ードが終了したことを通知される。そして、実行順序管
理バッファ１３内に存在する分岐先の命令列（モード
が”１０”の命令）に対しては、演算結果を対応するレ
ジスタファイル１９のレジスタに格納する。 以上のように、条件分岐命令Bcc_iの場合の投機実行で
なされた処理は、分岐することが確定した後の処理と、
連続性を維持している。しかも、およそ半分の投機実行
結果は有効になるから、その分高速に処理されることに
なる。

【００７３】続いて、Bcc-l命令を含む場合について、
その動作を図１０〜図１４及び表３を併用して説明す
る。図１０はBcc_l命令高速に処理する本実施例の動作
を説明するための命令フローの一例である。命令実行順
序は矢印の通りである。また、命令Ｎ＋４と命令Ｎ＋７
とはデータの依存関係があるとする。命令Ｎ＋７は条件
分岐命令の分岐判定の基になるPSRを変更する命令であ
る。同図において、命令Ｎまでに実行されている命令が
あるが本発明の説明には関係しないので説明を加えな
い。また、命令フェッチ部２によって、図１０の命令列
のうち分岐命令までの命令列と後続する命令列は順次命
令フェッチバッファＡ３に格納されており、分岐先命令
列は命令フェッチバッファＢ４に格納されている。以
後、順を追って説明する。

【００７４】（１）命令解読部７は命令フェッチバッフ
ァＡ３より命令を読みだし、その命令にモ−ドを付加し
て命令解読バッファ６に格納する。格納される命令のモ
ードは”０１”とする。今、命令解読バッファ６は図１
１の状態になっているとする。 （２）命令解読部７において、データ依存関係検出回路
３６は命令間のデータ依存関係をチェックし、スコアボ
−ド管理回路３７は使用中のレジスタをチェックし、空
き状態検知回路３８は演算ユニット管理テーブル１２で
演算ユニットの空き状況を判断する。これらの結果に応
じて、命令発行制御回路４０は、発行可能な命令を判別
し、命令発行回路３９に命令を投機実行であるか否か示
す識別子を付けて発行させるとともに、当該命令を命令
解読バッファ６から削除する。

【００７５】図１１において、命令Ｎ＋７は、命令Ｎ＋
４とデータ依存関係があるので最初は発行されない。Ｎ
＋４，Ｎ＋５，Ｎ＋６，Ｎ＋８の４つが発行される。投
機実行ではないので各命令の識別子は”０”である。こ
れらの命令発行後の演算ユニットの状態を表３の１行目
に示す。表３は同実施例における図８の命令フローを実
行したときの演算ユニットでの命令実行の状況を示す。

【００７６】

【表３】

【００７７】各演算ユニットは、命令が投入されると、
演算ユニット管理テーブル１２の対応するビットをセッ
トする。演算ユニットは、命令を実行した後、演算結果
を実行順序管理回路１７に出力する。投機実行中の命令
ではない（識別子が０である）ので、実行順序管理回路
１７は、演算結果をレジスタファイル１９に直接書き込
む。

【００７８】（３）命令解読バッファ６は、図１１にお
いて命令Ｎ＋７と命令Bcc_lが残った状態になってい
る。命令解読部７の転送制御回路３２は、新たな命令列
を命令フェッチバッファＡ３から読みだす。読みだした
命令がBcc_l命令であることを検出すると、セレクタ５
を切り替えて命令フェッチバッファＢ４から分岐先の命
令のみを読み出し、命令解読バッファ６に格納する。こ
れと同時に、モ−ド付加回路３３は、分岐先の命令か否
かを示すために、現状のモードを”０１”とすると、分
岐先の命令には”＋１０”を加算して”１１”として設
定する。すると命令解読バッファは図１２のように格納
されたことになる。

【００７９】（４）命令解読部７は（２）で述べたのと
同様に、発行可能な命令を判別する。前のサイクルで発
行された命令のうち、演算ユニットＡ８に発行された命
令Ｎ＋４は２サイクルかかるロード命令であり、まだ実
行が完了しない。そのため、この命令とデ−タ依存関係
を持つ命令Ｎ＋７は、もう１サイクル命令発行が遅らさ
れる。この処理サイクルでは、Bcc_l、命令Ｎ、命令Ｎ
＋１、命令Ｎ＋３が発行可能であると判別される。命令
発行制御回路４０は、命令発行回路３９を介して、Bcc_
l命令を命令実行整合性維持回路１８に、命令Ｎを演算
ユニットＢ９に、命令Ｎ＋１を演算ユニットＣ１０に、
命令Ｎ＋３を演算ユニットＤ１１に、識別子を付加して
発行するとともに、命令解読バッファ６から削除する。
これらの命令に付加される識別子は、同順に０、１、
１、１である。

【００８０】命令発行後の各演算ユニットの状態を表３
の２行目に示す。発行された各命令は、次の（５−１）
〜（５−４）のように実行される。 （５−１）Bcc-l命令は、演算ユニットには発行されず
に、命令発行制御回路４０によって、初期モード保持回
路１４にこの分岐命令自身のモ−ド”０１”が、投機実
行種類保持回路１５にBcc-l命令であることが、投機実
行状態指示回路１６に投機実行中であることを示すフラ
グが、命令実行整合性維持回路１８にその命令の条件が
セットされる。これ以降は投機実行状態に入る。

【００８１】（５−２）演算ユニットＢ９は、命令Ｎが
発行されると、演算ユニット管理テーブル１２の対応す
るビットをセットし、命令を実行する。演算ユニットＢ
９にて命令の実行が終了すると、実行結果が実行順序管
理回路１７に出力される。これと同時に、演算ユニット
管理テーブル１２の対応するビットがクリアされる。実
行順序管理回路１７は、この命令が投機実行下の命令
（識別子が１）なので、実行順序管理バッファ１３に書
き込み先のレジスタ番号とモード”１１”を書き込む。

【００８２】（５−３）演算ユニットＣ１０は、命令Ｎ
＋１が発行されると、演算ユニット管理テーブル１２の
対応するビットをセットし、命令を実行する。演算ユニ
ットＢ９にて命令の実行が終了すると、実行結果が実行
順序管理回路１７に出力される。これと同時に、演算ユ
ニット管理テーブル１２の対応するビットがクリアされ
る。

【００８３】実行順序管理回路１７は、この命令が投機
実行下の命令（識別子が１）なので、実行順序管理バッ
ファ１３に書き込み先のレジスタ番号とモード”１１”
を書き込む。 （５−４）演算ユニットＤ１１は、命令Ｎ＋３が発行さ
れると、演算ユニット管理テーブル１２の対応するビッ
トをセットし、命令を実行する。演算ユニットＤ１１に
て命令の実行が終了すると、実行結果が実行順序管理回
路１７に出力される。これと同時に、演算ユニット管理
テーブル１２の対応するビットがクリアされる。

【００８４】実行順序管理回路１７は、命令Ｎ＋２が投
機実行下の実行である（識別子が１である）ので、演算
結果をレジスタファイル１９には書き込まず、実行順序
管理バッファ１３へは格納する。 （６）この時点で、実行順序管理バッファ１３には図１
４の３行目まで積まれることになる。

【００８５】（７）また、命令解読バッファ６は図１３
のようになる。次のサイクルでは命令Ｎ＋４が完了して
いるので、命令解読部７は一連の処理を行ない命令Ｎ＋
７,Ｎ＋２を発行する。命令発行後の演算ユニットの状
態を表３の３行目に示す。これらの命令実行が終了した
時点で、実行順序管理バッファには図１４の４行目まで
積まれることになる。

【００８６】（８）上記のように演算ユニットは投入さ
れた命令を実行し、新たな命令を処理可能になれば演算
ユニット管理テーブル１２の対応するビットをクリアす
る。命令解読部７は、新たな命令を処理できるようにな
れば、命令の発行処理を再開する。 （９）PSRを変更する命令Ｎ＋７は、表３の３行目に示
すように演算ユニットＢで実行される。命令Ｎ＋７が完
了しPSRが確定すると、演算ユニットＢは投機実行状態
指示回路１６のフラグをクリアする。命令Ｎ＋７が完了
しても、投機実行は、表３の４行目まで実行される。

【００８７】（１０）命令実行整合性維持回路１８は、
投機実行状態指示回路１６がクリアされたことから、投
機実行種類保持回路１５よりBcc_l命令であること、PSR
の値に基づいて、分岐するか否かを判断する。ここでは
分岐すると仮定する。 （１１）実行順序管理回路１７は、命令実行整合性維持
回路１８より、分岐が確定し、投機実行モードが終了し
たことを通知される。そして、実行順序管理バッファ１
３内に存在する分岐先の命令列（モードが”１１”の命
令）に対しては、演算結果を対応するレジスタファイル
１９のレジスタに格納する。

【００８８】以上のように、条件分岐命令Bcc_lの投機
実行および分岐確定後の処理が、投機実行しない場合と
同様に整合性を維持して実行できる。また、（１０）に
て分岐しないと確定した場合には以下のようになる。 （１１）命令実行整合性維持回路は、分岐しないと判断
した後、投機実行種類保持回路１５を参照してBcc_l命
令であることから、実行順序管理バッファ１３内の分岐
先命令の演算結果をすべて無効化する。図１４において
命令Ｎ,Ｎ＋１,Ｎ＋３,Ｎ＋２は無効化（クリア）され
る。また、命令解読部７に対して分岐しないことを通知
し、再度命令フェッチバッファＡに残されている後続す
る命令を命令解読バッファ６に取り込むよう処理をやり
直しさせる。

【００８９】（１２）実行順序管理回路１７は、命令実
行整合性維持回路１８より、分岐しないことが確定し、
投機実行モードが終了したことを通知される。そして、
実行順序管理バッファ内の命令の演算結果はすべて無効
化されているため何もしない。 以上のように、条件分岐命令Bcc_lによる投機実行でな
された処理は、分岐しないことが確定した後の処理に生
かされることはなく、高速化には寄与していない。しか
し、条件分岐命令Bcc_lは分岐しない確率が低いので、
このようなケ−スが起こる確率も低く、１回の投機実行
のみを見るのではなく、プログラム全体の全ての投機実
行を併せて見ると、高速化されることになる。また、こ
のケ−スでも、条件分岐命令より前の処理は、分岐しな
いことが確定した後の処理と連続性を維持している。

【００９０】最後に、Bcc-n命令を含む場合について、
その動作を図１５〜図１９及び表４を併用して説明す
る。図１５はBcc-n命令高速に処理する本実施例の動作
を説明するための命令フローの一例である。先のBcc-l
命令の説明で述べた（１）（２）までは、Bcc_n命令の
場合も同じであるので、ここでは、説明を省略する。

【００９１】（３）命令解読バッファ６は、図１６にお
いて命令Ｎ＋７と命令Bcc-nが残った状態になってい
る。命令解読部７の転送制御回路３２は、新たな命令列
を命令フェッチバッファＡ３から読みだす。読みだした
命令がBcc-n命令であることを検出すると、引き続き命
令フェッチバッファＡ３から分岐命令に後続する（分岐
しない側の）命令のみを読み出し、命令解読バッファ６
に格納する。これと同時に、モ−ド付加回路３３は、分
岐先の命令か否かを示すために、現状のモードを”０
１”とすると、分岐先の命令には”＋０１”を加算し
て”１０”として設定する。すると命令解読バッファは
図１７のように格納されることになる。

【００９２】（４）命令解読部７は、発行可能な命令を
判別する。前のサイクルで発行された命令のうち、演算
ユニットＡ８に発行された命令Ｎ＋４は２サイクルかか
るロード命令であり、まだ実行が完了しない。そのた
め、この命令とデ−タ依存関係を持つ命令Ｎ＋７は、も
う１サイクル命令発行が遅らされる。この処理サイクル
では、Bcc-n、命令Ｎ＋９、命令Ｎ＋１０、命令Ｎ＋１
１が発行可能であると判別される。命令発行制御回路４
０は、命令発行回路３９を介して、Bcc-n命令を命令実
行整合性維持回路１８に、命令Ｎ＋９を演算ユニットＢ
９に、命令Ｎ＋１０を演算ユニットＣ１０に、命令Ｎ＋
１１を演算ユニットＤ１１に、識別子を付加して発行す
るとともに、命令解読バッファ６から削除する。これら
の命令に付加される識別子は、同順に０、１、１、１で
ある。

【００９３】命令発行後の各演算ユニットの状態を表４
の２行目に示す。表４は同実施例における図１５の命令
フローを実行したときの演算ユニットでの命令実行の状
況である。

【００９４】

【表４】

【００９５】発行された各命令は、次の（５−１）〜
（５−４）のように実行される。 （５−１）Bcc-n命令は、演算ユニットには発行されず
に、命令発行制御回路４０によって、初期モード保持回
路１４にこの分岐命令自身のモ−ド”０１”が、投機実
行種類保持回路１５にBcc-n命令であることが、投機実
行状態指示回路１６に投機実行中であることを示すフラ
グが、命令実行整合性維持回路１８にその命令の条件が
セットされる。これ以降は投機実行状態に入る。

【００９６】（５−２）演算ユニットＢ９は、命令Ｎ＋
９が発行されると、演算ユニット管理テーブル１２の対
応するビットをセットし、命令を実行する。演算ユニッ
トＢ９にて命令の実行が終了すると、実行結果が実行順
序管理回路１７に出力される。これと同時に、演算ユニ
ット管理テーブル１２の対応するビットがクリアされ
る。

【００９７】実行順序管理回路１７は、この命令が投機
実行下の命令（識別子が１）なので、実行順序管理バッ
ファ１３に書き込み先のレジスタ番号とモード”１０”
を書き込む。 （５−３）演算ユニットＣ１０は、命令Ｎ＋１０が発行
されると、演算ユニット管理テーブル１２の対応するビ
ットをセットし、命令を実行する。演算ユニットＢ９に
て命令の実行が終了すると、実行結果が実行順序管理回
路１７に出力される。これと同時に、演算ユニット管理
テーブル１２の対応するビットがクリアされる。

【００９８】実行順序管理回路１７は、この命令が投機
実行下の命令（識別子が１）なので、実行順序管理バッ
ファ１３に書き込み先のレジスタ番号とモード”１０”
を書き込む。 （５−４）演算ユニットＤ１１は、命令Ｎ＋１１が発行
されると、演算ユニット管理テーブル１２の対応するビ
ットをセットし、命令を実行する。演算ユニットＤ１１
にて命令の実行が終了すると、実行結果が実行順序管理
回路１７に出力される。これと同時に、演算ユニット管
理テーブル１２の対応するビットがクリアされる。

【００９９】実行順序管理回路１７は、命令Ｎ＋２が投
機実行下の実行である（識別子が１である）ので、演算
結果をレジスタファイル１９には書き込まず、実行順序
管理バッファ１３へ格納する。 （６）この時点で、実行順序管理バッファ１３には図１
９の３行目まで積まれることになる。

【０１００】（７）また、命令解読バッファ６は図１８
のようになる。次のサイクルでは命令Ｎ＋４が完了して
いるので、命令解読部７は一連の処理を行ない命令Ｎ＋
７、Ｎ＋１２、Ｎ＋１３を発行する。命令発行後の演算
ユニットの状態を表４の３行目に示す。これらの命令実
行が終了した時点で、実行順序管理バッファには図１９
の５行目まで積まれることになる。

【０１０１】（８）上記のように演算ユニットは投入さ
れた命令を実行し、新たな命令を処理可能になれば演算
ユニット管理テーブル１２の対応するビットをクリアす
る。命令解読部７は、新たな命令を処理できるようにな
れば、命令の発行処理を再開する。 （９）PSRを変更する命令Ｎ＋７は、表４の３行目に示
すように演算ユニットＢで実行される。命令Ｎ＋７が完
了しPSRが確定すると、演算ユニットＢは投機実行状態
指示回路１６のフラグをクリアする。命令Ｎ＋７が完了
しても、投機実行は、表４の４行目まで実行される。

【０１０２】（１０）命令実行整合性維持回路１８は、
投機実行状態指示回路１６がクリアされたことから、投
機実行種類保持回路１５よりBcc-n命令であること、PSR
の値に基づいて、分岐するか否かを判断する。ここでは
分岐しないと仮定する。 （１１）実行順序管理回路１７は、命令実行整合性維持
回路１８より、分岐しないことが確定し、投機実行モー
ドが終了したことを通知される。そして、実行順序管理
バッファ１３内に存在する分岐命令に後続する命令列
（モードが”１０”の命令）に対しては、演算結果を対
応するレジスタファイル１９のレジスタに格納する。

【０１０３】以上のように、条件分岐命令Bcc_nによる
投機実行でなされた処理は、分岐しないことが確定した
後の処理と、連続性を維持している。しかも、全ての投
機実行結果は有効であるから、最も効率よく高速に処理
されることになる。また、（１０）にて分岐すると確定
した場合には以下のようになる。 （１１）命令実行整合性維持回路は、分岐すると判断し
た後、投機実行種類保持回路１５を参照してBcc-n命令
であることから、実行順序管理バッファ１３内の分岐先
命令の演算結果をすべて無効化する。図１９において命
令Ｎ＋９以降の命令は全て無効化（クリア）される。ま
た、命令解読部７に対して分岐することを通知し、再度
命令フェッチバッファＡに分岐先の命令を命令解読バッ
ファ６に取り込むよう処理をやり直しさせる。

【０１０４】（１２）実行順序管理回路１７は、命令実
行整合性維持回路１８より、分岐しないことが確定し、
投機実行モードが終了したことを通知される。そして、
実行順序管理バッファ内の命令の演算結果はすべて無効
化されているため何もしない。 以上のように、条件分岐命令Bcc_nによる投機実行でな
された処理は、分岐することが確定した後の処理に生か
されることはなく、高速化には寄与していない。しか
し、条件分岐命令Bcc_nは分岐する確率が低いので、こ
のようなケ−スが起こる確率も低く、１回の投機実行の
みを見るのではなく、プログラム全体の全ての投機実行
を併せて見ると、高速化されることになる。また、この
ケ−スでも、条件分岐命令より前の処理は、分岐するこ
とが確定した後の処理と連続性を維持している。

【０１０５】なお、本実施例では、演算ユニットのパイ
プラインは説明を簡単にするために１段にしている。複
数段にしても演算ユニット管理テーブル１２などの変更
だけで済むが、本発明の要旨には関係しない。本実施例
では、命令解読バッファ６に積む順番は交互に積んだ
が、この順番は逆でも、また、命令は１つづつ交互にす
る必要はない。また、命令解読バッファ６自身、必ずし
も備える必要はない。その場合、命令フェッチバッファ
Ａ３、Ｂ４からセレクタ５を介して、直接命令解読回路
３４の各デコ−ダに対して命令を転送すればよい。

【０１０６】本実施例では、演算ユニットＡ８〜Ｄ１１
は説明を簡単にするため、それぞれ機能を限定したがす
べて同等の機能をもつユニットの構成でもよい。本実施
例では、演算結果の格納先がレジスタファイル１９であ
るか、実行順序管理バッファ１３であるかを区別するた
めに、命令発行の際に命令に識別子を付加することで実
現したが、識別子の代わりにＰＣ値を使用してもよい。
また、命令解読部７は、命令に識別子を付加せずに、実
行順序管理回路１７に格納先を指示してもよい。

【０１０７】本実施例では、説明を簡単にするため演算
ユニットの演算結果を最終的にレジスタファイル１９の
レジスタに格納する命令（オペランドがレジスタにある
命令）を用いているが、これに限らず、演算結果を最終
的にメモリに格納する命令（オペランドがメモリにある
命令）が用いられていてもよい。その場合例えば、実行
順序管理バッファ１３は、演算結果、それが本来格納さ
れるべきメモリのアドレスを指す情報、モ−ドを一時的
に記憶することになり、かつ、実行順序管理回路１７
は、演算結果をメモリに書き込む機能を持っていればよ
い。

【０１０８】本実施例では投機実行状態保持回路では状
態を１つしか持てないようにしているため、投機実行し
ている分岐命令は１つに限られているだけで、複数投機
実行してもよい。本実施例では命令解読部で命令が発生
する毎に命令の制御フローが判るように、以下のルール
でモードを付加した。例えば、現在の命令列のモード
が”００”とすると、後続する命令列のモードは”＋０
１”を加算して”０１”、分岐先の命令のモードは”＋
１０”を加算して”１０”として設定する。このルール
を使用すれば分岐命令までの命令列と後続する命令列と
分岐先の命令列を容易に判断できる。しかし、これは区
別するための一例であり他の方法でも可能である。

【０１０９】本実施例では投機実行種類保持回路１５で
は状態を１つしか持てないようにしているため、投機実
行の基になる分岐命令は１つに限られている。しかし、
命令列を区別するモードの種類を増加し、初期モード保
持回路１４、投機実行種類保持回路１５、投機実行状態
指示回路１６、命令実行整合性維持回路１８を複数備え
ることにより、PSRを変更する命令と分岐命令の対応関
係が明確になるので、複数の分岐命令に対して投機実行
することが可能になる。

【０１１０】本実施例では、データ依存関係については
解読部は命令発行をout-of-order発行で行なったが、in
-orderでも本発明の主旨には影響しない。以上説明して
きたように本発明の情報処理装置は、Bcc-l、Bcc-i、Bc
c-nの３種類の分岐命令を使い分けることによって、分
岐の確率に合わせて、より高速化が図れる。例えば、プ
ログラミング言語Cで記述されたプログラムにおいて、
コンパイラが、分岐の確率が一般に高いforループに対
してはBcc_l命令を使用し、分岐の確率が不確定なif-th
en-else系の命令に対してはBcc_i命令を使用する。その
上、ループ内の命令列をできるだけ同時実行可能なよう
にスケジューリングすればその効果はより大きくなる。
また、if-then-else系の命令の場合、どちらかに予測し
てもはずれたときの代償が大きいと同時に、分岐をどち
らかに予測して投機実行しても、デ−タ依存関係により
命令を１つずつしか実行できない場合も多くあり、この
ような場合並列実行率が上がらず、結局両方を実行した
場合の方が効果が大きい。

【０１１１】

【発明の効果】本発明のプロセッサによれば、条件分岐
命令の条件が確定していなくても、その条件分岐命令の
種類に応じて、投機的に実行する命令列の命令を変える
ことにより、インタ−ロックが少なく、分岐処理を含む
プログラムを高速に実行することができる。特に、複数
命令の同時実行する場合には分岐の条件を変更する命令
と条件分岐命令間の時間差が少なくなり、この効果は大
きい。

【０１１２】具体的には、つぎの３つ場合を使い分け
る。 第１の種類の条件付き分岐命令の場合には、投機的に
分岐先の命令を複数の演算ユニットに発行し、その演算
結果を一時的に格納しておくとともに、条件が確定し分
岐しないことが判明した場合には、分岐しない側の命令
列を実行することにより、分岐命令の先行処理が可能と
なり、分岐処理が高速化できるという効果がある。この
第１種類の条件付き分岐命令は、分岐する確率が高い場
合に用いられる。

【０１１３】第２の種類の条件付き分岐命令の場合に
は、投機的に分岐先の命令と分岐しない側の命令を複数
の演算ユニットに発行し、その演算結果を一時的に格納
しておくとともに、条件が確定した場合には、確定した
側の演算結果のみを有効とすることにより、分岐命令の
先行処理が可能となり、分岐処理が高速化できるという
効果がある。この第２の種類の条件付き分岐命令は、分
岐する確率が不明な場合に用いられる。

【０１１４】第３の種類の条件付き分岐命令の場合に
は、投機的に分岐しない側の命令を複数の演算ユニット
に発行し、その演算結果を一時的に格納しておくととも
に、条件が確定し分岐することが判明した場合には、分
岐する側の命令列を実行することにより、分岐命令の先
行処理が可能となり、分岐処理が高速化できるという効
果がある。この第３の条件付き分岐命令は、分岐しない
確率が高い場合に用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるプロセッサの構成図、

【図２】同実施例における命令フェッチ部の詳細な構成
を示すブロック図である。

【図３】命令解読部の詳細な構成を示すブロック図であ
る。

【図４】図４は同実施例における命令のフローに付加さ
れたモードを示したモード説明図である。

【図５】同実施例におけるBcc_i命令を含む命令フロー
図である。

【図６】同実施例における図５の命令フローを処理する
ときの命令解読バッファの説明図（その１）である。

【図７】同上（その２）である。

【図８】同上（その３）である。

【図９】同実施例における図５の命令フローを処理する
ときの実行順序管理バッファの説明図、

【図１０】同実施例におけるBcc_l命令を含む命令フロ
ー図である。

【図１１】同実施例における図１０の命令フローを処理
するときの命令解読バッファ６の説明図（その１）であ
る。

【図１２】同上（その２）である。

【図１３】同上（その３）である。

【図１４】同実施例における図１０の命令フローを処理
するときの実行順序管理バッファの説明図、

【図１５】同実施例におけるBcc_n命令を含む命令フロ
ー図である。

【図１６】同実施例における図１５の命令フローを処理
するときの命令解読バッファ６の説明図（その１）であ
る。

【図１７】同上（その２）である。

【図１８】同上（その３）である。

【図１９】同実施例における図１５の命令フローを処理
するときの実行順序管理バッファの説明図である。

【符号の説明】

１ メモリ ２ 命令フェッチ部 ３ 命令フェッチバッファＡ ４ 命令フェッチバッファＢ ５ セレクタ ６ 命令解読バッファ ７ 命令解読部 ８ 演算ユニットＡ ９ 演算ユニットＢ １０ 演算ユニットＣ １１ 演算ユニットＤ １２ 演算ユニット管理テーブル １３ 実行順序管理バッファ １４ 初期モード保持回路 １５ 投機実行種類保持回路 １６ 投機実行状態指示回路 １７ 実行順序管理回路 １８ 命令実行整合性維持回路 １９ レジスタファイル ２０ スコアボ−ド ２１ プログラムカウンタ ２２ 分岐命令検出回路 ２３ 演算回路 ３１ 分岐命令検出回路 ３２ 転送制御回路 ３３ モ−ド付加回路 ３４ 命令解読回路 ３４ａ〜３４ｆ デコ−ダ ３６ データ依存関係検出回路 ３７ スコアボ−ド管理回路 ３８ 状態検知回路 ３９ 命令発行回路 ３９ａ〜３９ｄ セレクタ ４０ 命令発行制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−137048（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−88843（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−247522（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 9/30 - 9/42

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の実行ユニットを有し、メモリから取
   り出された複数の命令を複数の実行ユニットにおいて並
   列に実行するプロセッサであって、メモリから取り出された複数の命令 に含まれ、条件が他
   の命令の実行結果に依存する条件分岐命令の種類を判別
   する命令種別判別手段と、 分岐の成否が決定されるまでの間、条件分岐命令の種類
   に応じて、（ａ）分岐先の命令列、（ｂ）分岐先の命令
   列及び後続する命令列の両方、（ｃ）後続する命令列の
   何れかから、複数の命令を複数の実行ユニットに対して
   並列発行する命令並列発行手段と、 前記条件分岐が依存する他の命令が実行されたとき、命
   令種別判別手段により判別された条件分岐命令の分岐の
   成否を判定する分岐判定手段と、 条件分岐命令の分岐の成否の判定結果に整合するよう複
   数の実行ユニットによる実行結果の有効無効を識別する
   実行結果管理手段とを備え、 前記条件分岐命令の種類の１つはループ系の条件分岐命
   令であることを特徴とするプロセッサ。
2. 【請求項２】前記命令種別判別手段は、 イフ・ゼン・エルス系の条件分岐である第１の種類の命
   令と、それ以外の条件分岐命令とを判別し、 前記命令並列発行手段は、 条件分岐命令が第１の種類の命令であった場合、分岐先
   の命令列と条件分岐命令に後続する命令列の双方から複
   数の命令を複数の実行ユニットに対して並列発行し、条
   件分岐命令が第１の種類の命令以外の命令であった場
   合、どちらか一方から複数の命令を複数の実行ユニット
   に対して並列発行し、 前記実行結果管理手段は、 条件分岐命令が第１の種類の命令であった場合、分岐の
   成否の判定結果によって、一方の命令列の実行結果を有
   効にし、他方を無効にする一方、条件分岐命令が第１の
   種類の命令以外の場合、分岐の成否の判定結果に応じて
   命令列の実行結果の全てを有効又は無効にし、 前記それ以外の分岐命令は前記ループ系の条件分岐命令
   を含むことを特徴とする請求項１記載のプロセッサ。
3. 【請求項３】前記命令種別判別手段は、 第１の種類の分岐命令以外の命令を、前記ループ系の条
   件分岐命令である第２の種類の命令と、第１の分岐命令
   より分岐しない確率が高い条件分岐命令である第３の種
   類の命令とに判別し、 前記命令並列発行手段は、 第２の種類の命令の場合、分岐先の命令列の命令を実行
   ユニットに対して並列発行し、第３の種類の命令の場
   合、条件分岐命令に後続する命令列の命令を実行ユニッ
   トに並列発行し、 前記第２種の命令は前記ループ系の条件分岐命令である
   ことを特徴とする請求項２記載のプロセッサ。
4. 【請求項４】前記のプロセッサは、さらに条件分岐命令
   に後続する命令列の命令を一時的に記憶するための第１
   の命令フェッチバッファと、 条件分岐命令の分岐先の命令列の命令を一時的に記憶す
   るための第２の命令フェッチバッファと、 メモリに格納された命令を読み出し、条件分岐命令に後
   続する命令列の命令を第１の命令フェッチバッファに、
   条件分岐命令の分岐先の命令列の命令を第２の命令フェ
   ッチバッファに格納する命令フェッチ手段とを備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載のプロセッサ。
5. 【請求項５】前記命令フェッチ手段は、 メモリに読み出しアドレスを出力し、その内容をインク
   リメントするプログラムカウンタと、前記読み出しアドレスに応じて メモリから読みだされた
   命令から条件分岐命令を検出する条件分岐命令検出手段
   と、 条件分岐命令検出手段で検出された条件分岐命令に基づ
   いて、分岐先のアドレスを計算する演算手段と、メ モリから命令が読みだされるごとにプログラムカウン
   タの内容をインクリメントしていき第１の命令フェッチ
   バッファに命令を格納し、条件分岐命令が検出された場
   合、後続する命令列の命令を第１の命令フェッチバッフ
   ァに格納し、演算手段で求められた分岐先アドレスをプ
   ログラムカウンタに書き込み、分岐先の命令列の命令を
   第２の命令フェッチバッファに格納するフェッチ制御手
   段とを有することを特徴とする請求項４記載のプロセッ
   サ。
6. 【請求項６】前記命令並列発行手段は、 命令を解読して実行ユニットへの制御信号を生成する複
   数の解読手段と、 第１又は、第２の命令フェッチバッファから全ての解読
   手段に命令を１つずつ転送する転送制御手段と、 転送制御手段により転送されるそれぞれの命令に、その
   命令がどの命令列に属するかを示すモ−ド情報を付加す
   るモ−ド付加手段とを有し、 前記実行結果管理手段は、モード情報により命令の実行
   結果が、条件分岐命令に後続する命令列に属するか分岐
   先の命令列に属するのかを識別する ことを特徴とする請
   求項４記載のプロセッサ。
7. 【請求項７】前記モ−ド付加手段が付加するモ−ド情報
   は、２ビットの情報であり、条件分岐命令に後続する命
   令列のモ−ド情報は条件分岐命令自身のモ−ド情報に対
   して第１の値を加算した値、分岐先の命令列のモ−ド情
   報は第２の値を加算した値であることを特徴とする請求
   項６記載のプロセッサ。
8. 【請求項８】前記条件分岐命令が依存する他の命令は、
   プロセッサ内部のＰＳＲ（ProgramStatus Register）を
   実行結果に応じて変更する命令であり、 前記分岐判定手段は、前記他の命令が実行されたことを
   検出しＰＳＲを参照することにより分岐の成否を判定す
   ることを特徴とする請求項６記載のプロセッサ。
9. 【請求項９】前記プロセッサは、さらに、 解読手段で解読された複数の解読結果を参照して、解読
   された複数の命令間のデ−タ依存関係を判定するデ−タ
   依存関係判定手段と、 実行ユニットで実行中の命令が使用しているレジスタが
   どれであるかを管理するスコアボ−ド管理手段と、 実行ユニットの空き状態を検知する空き状態検知手段
   と、 解読手段で解読された各命令について、デ−タ依存関係
   判定手段の判定結果、スコアボ−ド管理手段、空き状態
   検知手段の検知結果に基づいて、発行可能な命令を命令
   並列発行手段から実行ユニットへの発行を許可し、ま
   た、解読手段で解読された命令が条件分岐命令である場
   合には、命令並列発行手段から分岐判定手段への発行を
   許可する命令発行許可手段とを有することを特徴とする
   請求項６記載のプロセッサ。
10. 【請求項１０】前記命令発行許可手段は、 複数の解読手段の解読結果にそれぞれについて、データ
    依存関係検出手段の検出結果から前の命令とデ−タ依存
    関係がなく、スコアボ−ド管理手段の情報からその命令
    のオペランドで指定されているレジスタが実行ユニット
    で実行中の命令に使用されていなく、かつ、空き状態検
    知手段の検知結果からその命令を実行しうる実行ユニッ
    トが空いていること、を満たす命令を発行可能と判定す
    ることを特徴とする請求項９記載のプロセッサ。
11. 【請求項１１】前記プロセッサはさらに、 実行ユニット毎に命令を実行中であるか否かを示す情報
    を保持し、空き状態検知手段によって参照される実行ユ
    ニット管理テ−ブルと、 実行ユニットで実行中の命令が使用しているレジスタが
    どれであるかを示す情報を保持し、スコアボ−ド管理手
    段によって参照されるスコアボ−ドとを備えたことを特
    徴とする請求項９記載のプロセッサ。
12. 【請求項１２】前記実行結果管理手段は、 命令並列発行手段によって発行された条件分岐命令のモ
    −ド情報を初期モ−ド情報として保持する初期モ−ド保
    持手段と、 命令並列発行手段によって発行された条件分岐命令の種
    類を保持する投機実行種類保持手段と、 命令並列発行手段によって発行された条件分岐命令の条
    件判断が未だ確定していないことを示すフラグを保持す
    る投機実行状態指示手段とを有し、 前記命令並列発行手段は、条件分岐命令を分岐判定手段
    に発行すると同時に、その条件分岐命令のモ−ド情報を
    初期モ−ド保持手段に、その条件分岐命令の種類を投機
    実行種類保持手段に出力し、投機実行状態指示手段のフ
    ラグをセットすることを特徴とする請求項９記載のプロ
    セッサ。
13. 【請求項１３】前記実行結果管理手段は、 実行ユニットでの命令の実行結果と、その命令のモ−ド
    情報と、その実行結果の格納先を示す情報と対応させて
    記憶する一時記憶手段を有し、 前記実行結果管理手段は、分岐判定手段の判定結果に基
    づいて、初期モ−ド保持手段、投機実行種類保持手段を
    参照して一時記憶手段の実行結果の有効無効を識別し、
    実行結果の格納先を示す情報に従って実行結果を一時記
    憶手段から格納先に転送し、無効な実行結果をクリアす
    る することを特徴とする請求項１２記載のプロセッサ。
14. 【請求項１４】前記一時記憶手段は、 格納先の情報として、本来の格納先がレジスタである場
    合には、レジスタ番号を、本来の格納先がメモリである
    場合には、メモリアドレスを記憶することを特徴とする
    請求項１３記載のプロセッサ。
15. 【請求項１５】複数の実行ユニットを有し、メモリから
    取り出された複数の命令を複数の実行ユニットにおいて
    並列に実行するプロセッサであって、メモリから取り出された複数の命令に 含まれ、条件が他
    の命令の実行結果に依存する条件分岐命令の種類を判別
    する命令種別判別手段と、 分岐の成否が決定されるまでの間、条件分岐命令の種類
    に応じて、（ａ）分岐先の命令列、（ｂ）分岐先の命令
    列及び後続する命令列の両方、（ｃ）後続する命令列の
    何れかから、複数の命令を複数の実行ユニットに対して
    並列発行する命令並列発行手段と、 前記条件分岐が依存する他の命令が実行されたとき、命
    令種別判別手段により判別された条件分岐命令の分岐の
    成否を判定する分岐判定手段と、 条件分岐命令の分岐の成否の判定結果に整合するよう複
    数の実行ユニットによる実行結果の有効無効を識別する
    実行結果管理手段とを備え、 前記命令並列発行手段は、 命令を解読して実行ユニットへの制御信号を生成する複
    数の解読手段と、 第１又は、第２の命令フェッチバッファから全ての解読
    手段に命令を１つずつ転送する転送制御手段と、 転送制御手段により転送されるそれぞれの命令に、その
    命令がどの命令列に属するかを示すモ−ド情報を付加す
    るモ−ド付加手段とを有し、 前記実行結果管理手段は、モード情報により命令の実行
    結果が、条件分岐命令に後続する命令列に属するか分岐
    先の命令列に属するのかを識別する ことを特徴とするプ
    ロセッサ。
16. 【請求項１６】前記モ−ド付加手段が付加するモ−ド情
    報は、２ビットの情報であり、条件分岐命令に後続する
    命令列のモ−ド情報は条件分岐命令自身のモ−ド情報に
    対して第１の値を加算した値、分岐先の命令列のモ−ド
    情報は第２の値を加算した値であることを特徴とする請
    求項１５記載のプロセッサ。