JPH01258031A - データ処理装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、データ処理装置に関し、さらに詳しくは、
命令のパイプライン処理機能を備え、かつ条件分岐命令
の分岐予測機能を有するデータ処理装置の改良に係るも
のである。

〔従来の技術〕

従来例によるこの種の命令のパイプライン処理機能を備
えたデータ処理装置の概要構成を第２図のブロック図に
示し、同上データ処理装置の分岐予測部で使用される予
測テーブルを第３図の説明図に示しである。

１ず、第２図に示す従来例装置の構成おいて、符号ｌは
データバス６を介して、命令をプリフェッチ（先取り制
御）することで待ち行列をつくる命令ブリフェッチキュ
ーを示し、２はこの命令ブリフェッチキューｌから命令
を取り込んでデコード（解読）する命令デコード部、３
はこの命令デコード部２においてデコードされた結果を
実際に実行する命令実行部であり、また、４はのちに詳
述する分岐予測テーブルに従って分岐命令の予測を行な
う分岐命令ｐ　１ｊｌ１１部、５は前記命令デコード部
２のデコート結果により分岐先ア１くレスを生成させる
分岐先アドレス生成回路であり、さらに、Ｓｌは分岐予
測信号、Ｓｌは次にデコードされる命令のアドレス信号
、Ｓ３は現在実行中の命令アドレス信号である。

しかして、この従来例による装置構成の場合には、命令
実行部３で命令が実行されている間に、命令デコート部
２では、次に実行すべき命令がデコードされており、先
の命令実行部３での実行が終！すると、直ちに、この命
令デコード部２で既にデコードされている次の命令が実
行に移されるのである。

また、この場合、命令プリフェッチキュー！では、図示
しない主記憶がアクセスされていない時間を利用して、
予め命令を取り込んでおき、命令デコード部２が、この
命令ブリフェッチキューｌから次にデコードすべき命令
のデータをフェッチ（取り込む）することにより、こ１
では、いわゆる、命令フェッチにかさる時間を短縮させ
ることができる。

つまり、パイプライン処理機能を備えたデータ処理装置
においては、前記各部１ないし３を並列に動作させるこ
とによって、その実効的な処理速度を上げるようにして
いるのである。

しかし、一方、前記処理に際して、命令の流れが乱れた
時には、命令デコード部２のデコード結果、および命令
ブリフェッチキューｌに取り込まれている命令データが
キャンセルされると共に、命令ブリフェッチキューｌで
は、分岐命令によって指定された分岐先アドレスがら、
新たなキューイングを行なうことになる。換言すると、
分岐命令による分岐実行後、始めて実行される命令は、
主記憶から直接、取り込まねばならず、かつその命令が
フェッチされてデコードされるまでの間。

命令実行部３での命令の実行を一時、中断しなければな
らない。

従って、前記した従来例装置の構成では、この点を改善
するために、分岐命令の予測を行なう分岐命令予測部４
を設け、この分岐命令予測部４に対して、第３図に示さ
れている分岐命令アドレスと、その分岐命令が過去に実
行された時の履歴をもとにして、これが次回に実行する
時に分岐されるか否かを予測した分岐予測ビットとのそ
れぞれを組にして記憶させておき、この記憶された分岐
予測テーブルを利用することによって、その分岐や測を
行なわせるようにしており、この予測テーブルの作成手
段の如何によっては、かなり高い確率でプログラムの流
れを予測し得ることが判っている。

次に、この従来例装置の場合での動作をより一層、詳細
に述べる。

１１η記分岐命令チ測部４においては、次に命令デコー
ド部２でデコードされる命令のアドレス信号Ｓ２に基す
いて、この命令デコード部２に分岐予測信号５１を送る
。こ）で、分岐予測信号Ｓｌは、前記第３図に示した分
岐予測ビットの値であって、その命令が最近実行された
分岐命令で、かつ過去の履歴によって、次回実行する時
に分岐されるか否かを予測したものである。

また、一方、前記命令ブリフェッチキュー■から命令デ
コード部２に命令データが取り込まれると、この命令デ
コード部２では、命令デコードが開始され、そして、こ
の命令デコードの結果、デコードされた命令が、分岐命
令であって、しかも分岐予測部４からの分岐予測信号Ｓ
ｌが、分岐の発生を予測しているときには、命令ブリフ
ェッチキュー１に取り込まれた命令データがクリアされ
、かつ命令デコード部２でのデコード結果に基すいて、
分岐先アドレス生成回路５では、分岐先アドレスが生成
されると共に、この分岐先アドレスが命令ブリフェッチ
キューｌに受は渡され、また、同命令プリフェッチキュ
ーｌにおいては、その分岐先アドレスに従って命令のキ
ューイングを行ない、取り込まれた命令データを命令デ
コード部２に受は渡す。

そして、前記分岐予測が的中した時、命令実行部３にお
いては、次に実行すべき命令が、より早期に主記憶から
取り込まれて、その結果９次の命令実行までの待ち時間
を短縮することができ、また、前記分岐予測が外れた時
には、現在実行中の命令のアドレスＳ３によって、１前
記第３図に示す分岐予１ｊｊｌｌテーブルでのアドレス
、分岐予測ビットの背ＳＪ（分岐発’Ｃと、予測しなか
ったにもか）わらず分岐し７た時）、および抹消（分岐
発生と、予測したにもか＼わらず分岐しなかった時）の
各操作を行なうもので、このような分岐命令予１１１１
１部４の付加により、分岐命令実行後の分岐によるバイ
ブライン処理の乱打を抑制し、これによって、データ処
理時での実効的な計算処理速度を向上させるようにして
いるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来例での命令のバイブライン処理機能を備えたデータ
処理装置の場合には、前記したように、分岐命令予測部
４を付加させることによって、条件分岐命令における分
岐の発生の予測を行ない、これによってバイブラインの
乱れを抑制させるようにしているのであるが、このよう
な装置構成の場合、また一方で、マルチ・タスク処理な
どを行なうオペレーティング・システム（以下、Ｏ５と
略称する）トにおいて、複数のユーザ・プログラムが走
っているときには、このユーザ・プログラムを切り換え
る度毎に、同ユーザ・プログラムで使用されている分岐
命令予測部での分岐−ｒ測テーブルが、ＯＳ領域中での
条件分岐命令を予測するときにも使用されることになっ
て、この分岐予測テーブルが書き換えられ、その結果、
Ｏ３領域中における条件分岐命令が、ユーザ・プログラ
ムの分岐予１ｉ１１１を狂わせて了つと云う可能性かあ
るなどの問題点があった。

この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたもので、その目的とするところは、マスク・レ
ジスタ、およびアドレス・レジスタを設けて、これらの
各レジスタの偵を適切に：設定することにより、任意の
アドレス空間については、その分岐命令予測部での動作
がなされないよう、にした、この種のデータ処理装置を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

前記ｌ」的を達成するために、この発明に係るデータ処
理装置は、命令のパイプライン処理機能を備える構成に
おいて、分岐命令予測部を動作させる場合、命令デコー
ド部からのアドレスにマスクをかけた値と、アドレス・
レジスタの値とを比較し、これらの外植が一致するとき
には、分岐予測部を動作させない制御信号を出力させる
ようにしたものである。

すなわち、この発明は、命令のパイプライン処理機能、
ならびに条件分岐命令の分岐予測機能を有するデータ処
理装置であって、次に実行すべき命令をデコードする命
令デコード部と、この命令デコード部でデコードされた
結果を実行する命令実行部と、前記命令デコード部でデ
コードされる分岐命令の分岐予測信号を、この命令デコ
ード部に与える分岐命令予測部と、前記命令デコード部
からの命令アドレスにマスクをかけるマスク・レジスタ
、および任意のアドレスを設定し得るアドレス・レジス
タと、前記マスク・レジスタでマスクされた前記命令デ
コード部からのアドレス、および前記アドレス・レジス
タの値を比較して、餌記分岐命令予測部に動作制御信号
を出力する比較器とを備えたことを特徴とするデータ処
理装置である。

〔作　　　用〕

従って、この発明の場合、任意のアドレスによる分岐命
令予測部における判断が、Ｏ８領域中における条件分岐
命令によっては動作しないようにできて、分岐命令予測
の信頼性をより一層、向上し得るのである。

〔実　施　例〕

以下、この発明に係るデータ処理装置の一実施例につき
、第１図を参照して詳細に説明する。

第１図はこの実施例による命令のパイプライン処理機能
と、条件分岐命令の分岐予１１！１機能とを備えたデー
タ処理装置の概要構成を示すブロック図であり、この第
１図実施例構成において、前記第２図従来例構成と同一
符号は同一または相当部分を表わしている。

すなわち、この第１図実施例構成においても、符号１は
データバス６を介し命令をプリフェッチして待ち行列を
つくる命令プリフェッチキュー、２はこの命令プリフェ
ッチキューｌから命令を取り込んでデコードする命令デ
コード部、３はこの命令デコード部２でデコードされた
結果を実際に実行する命令実行部、４は分岐命令アドレ
スと分岐予測ビットとを組にした分岐予測テーブルに従
って分岐命令の予測を行なう分岐命令予測部、５は命令
デコード部２のデコード結果によって分岐先アドレスを
生成させる分岐先アドレス生成回路であり、Ｓｔは分岐
予測信号、Ｓ２は次にデコードされる命令のアドレス信
号、Ｓ３は現在実行中の命令アドレス信号である。

また、７は首記命令デコード部２からの命令のアドレス
信号Ｓ２にマスクをかけるマスク・レジスタ、８はある
任意のアドレスを入れておくアドレス・レジスタを示し
、９は前記マスク・レジスタ７の値と、アドレス・レジ
スタ８の値とを比較する比較器であり、Ｓ４は首記分岐
予測部４に対する）円陣イ３号である。

しかして、前記実施例構成においては、命令デコードの
結果、デコードされた命令が、分岐命令であって、しか
も分岐予測部４からの分岐予測１３号Ｓｌにより、分岐
の発生が予測されると、命令プリフェッチキュー■に取
り込まれている命令データがクリアされ、かつ命令デコ
ード部２でのデコード結果に基ずいて、分岐先アドレス
生成回路５から出力される分岐先アドレスが命令ブリフ
ェッチキューｌに受は渡され、同命令プリフェッチキュ
ー１においては、この分岐先アドレスに従って命令のキ
ューイングを行ない、取り込まれた命令データを命令デ
コード部２に受は渡す。

そして、この場合１分岐命令予測部４での分岐予測が的
中した時には、命令実行部３にあって、次に実行すべき
命令を、主記憶からより早期に取り込み得るために、次
の命令実行までの待ち時間を効果的に短縮することがで
きる。

また１条件分岐命令が命令実行部３で実行された際１例
えば、その命令が始めて実行された時などのように、分
岐命令予測部４に登録（記憶）されていなかったり、分
岐命令予測部４による予測が外れている場合には、命令
実行部３から分岐命令予測部４に現在実行されている命
令アドレス信号Ｓ３を送ることで、前記第３図に示した
分岐予測テーブルにおける分岐命令アドレス、分岐予測
ビットのセットもしくはリセットの各操作を行なうので
ある。

つまり、命令デコード部２においては、現在。

デコード中の命令のアドレス信号Ｓ２を、分岐命令子ｉ
ｉ＋１１部４とマスク・レジスタ７とに送り、このマス
ク・レジスタ７では、送られてきた命令のアドレス信号
Ｓ２にマスクをかけて、このマスクをかけた命令アドレ
スを比較器９に送ると共に、アドレス・レジスタ８に入
わらでいる任意のアドレスもまた比較器９に送られ、こ
の比較器９では、これらのマスク・レジスタ７から送ら
れてきた値と、アドレス・レジスタ８から送られてきた
値とを比較して、その比較結果により、制御信号Ｓ４を
分岐命令予測部４に送って、これが動作しないようにす
るのである。

こ工で、この場合、メモリ中でのＯ５領域とユーザ・プ
ログラム領域とは、そのアドレスの最上位ビットによっ
てそれぞれに区別されており、この最上位ビットが“１
”の領域は、Ｏ３＠域を示し、“０”の領域はユーザ・
プログラム領域を示している。

しかして、萌記ＯＳ領域中の条件分岐命令が実行される
時に分岐予測を行なわないようにするのには、マスク・
レジスタ７でアドレスの最上位ビット以外をマスクして
おき、また、アドレス・レジスタ８での最上位ビットを
“１”にし、それ以外をすべて“０”にしておく。

従ってこ１では、Ｏ８領域中の命令が命令デコード部２
によりデコードされて、そのアドレスがマスク・レジス
タ７でマスクされた結果の値と、アドレス・レジスタ８
の値とが一致するために、この場合、比較器９からは、
分岐命令予測部４の動作を止める制御信号Ｓ４が出力さ
れ、こ）で、この分岐命令予測部４からの分岐予測信号
Ｓｌは、常時、「分岐しない」との予測をなし、また、
命令実行部３で分岐が発生した場合にも、分岐予測テ−
プルの占き換えが行なわれることはない。

すなわち、このようにして、この実施例による装置構成
では、ある一定の領域にある命令については、分岐予測
を行なわないようにすることができるのである。

なお、首記実施例においては、Ｏ８領域中の命令につい
て分岐命令予測部を動作させないようにしたが、マスク
・レジスタ、およびアドレス・レジスタの値を適当に設
定することにより、任意の領域の命令について、同様に
分岐命令予測部を動作させないようにし得ることは勿論
である。

〔発明の効果〕

以に詳述したように、この発明装置によれば、命令のバ
イブライン処理機能、ならびに条件分岐命令の分岐予測
機能を有するデータ処理装置において、命令デコード部
からの命令アドレスにマスクをかけるマスク・レジスタ
、および任意のアドレスを設定し得るアドレス・レジス
タを設けると共に、マスク・レジスタでマスクされた命
令デコード部からのアドレスの値と、アドレス・レジス
タの値とを比較して、分岐命令予測部に動作制御イ計号
を出力する比較器を設け、メモリのある一定領域中にあ
る命令について、分岐命令予測部の動作をｚＬぬるよう
に構成したから、マルチ・タスク処理などのＯ８領域上
で複数のユーザ・プログラムが走っている場合にあって
も、Ｏ５領域中の条件分岐命令の影響によって、ユーザ
・プログラムの条件分岐や測が狂うような惧わが解消さ
れ、こわによって分岐命令予測の信頼性をより一層、向
上し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る命令のバイブライン処理機能、
および条件分岐命令の分岐予測機能を備えたデータ処理
装置の一実施例による概要構成を示すブロック図であり
、また、第２図は従来例による同一トデータ処理装置の
概要構成を示すブロック図、第３図は同上分岐予測部で
使用される予測テーブルを示す説明図である。 ｌ・・・・命令ブリフェッチキュー、２・・・・命令デ
コード部、３・・・・命令実行部、４・・・・分岐命令
予測部、５・・・・分岐先アドレス生成回路、６・・・
・データバス、７・・・・マスク・レジスタ、８・・・
・アドレス・レジスタ、９・・・・比較器。 Ｓｌ・・・・分岐予測信号、Ｓｌ・・・・次にデコード
される命令のアドレス信号、Ｓ３・・・・現在実行中の
命令アドレス信号、Ｓ４・・・・制御信号。 代理人　　　大　　　岩　　増　　雄 第３図 手続補正書（自発） １．１Ｇ件の表示　　　特願昭６３−８６１１１号ｊ３
．補正をする者 １（件との関係　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉 ・１゜代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三
菱電機株式会社内 氏名　（７３７５）弁理士大岩増雄（ （連絡先０３（２１３）３４２１特許部）・　−６、補
正の内容 （１）明細書５頁３行〜４行および１９行の「分岐され
るか」を「分岐するか」と補正する。 （２）同書１３頁７行の「つま９」を「さらに」と補正
する。 （３）同書１３頁２０行の「この場合」を「本実施例の
場合」と補正する。 （４）図面の第１図〜第３図を別紙のとおり補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　命令のパイプライン処理機能、ならびに条件分岐命令
   の分岐予測機能を有するデータ処理装置であつて、次に
   実行すべき命令をデコードする命令デコード部と、この
   命令デコード部でデコードされた結果を実行する命令実
   行部と、前記命令デコード部でデコードされる分岐命令
   の分岐予測信号を、この命令デコード部に与える分岐命
   令予測部と、前記命令デコード部からの命令アドレスに
   マスクをかけるマスク・レジスタ、および任意のアドレ
   スを設定し得るアドレス・レジスタと、前記マスク・レ
   ジスタでマスクされた前記命令デコード部からのアドレ
   ス、および前記アドレス・レジスタの値を比較して、前
   記分岐命令予測部に動作制御信号を出力する比較器とを
   備えたことを特徴とするデータ処理装置。