JPH01258067A - ベクトル逐次演算方式 - 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】 〔概　要〕 演算パイプラインを有するベクトル演算処理装置の演算
方式に関し、 逐次式の演算において、演算パイプラインを有効に利用
できるようにしたベクトル逐次演算方式を目的とし、 路次の変数の値を、該変数の次数より指定の次数前の該
変数の値の所定関数として表す原逐次式の演算を、演算
パイプラインを有するベクトル演算処理装置によって実
行するに際し、該原逐次代を、前記指定次数に応じて定
めた該演算結果の変数の次数より所定次数以前の該変数
の値の関数として表す、展開逐次式に展開する手段を設
け、該原逐次式の演算を、該手段によって展開された該
展開逐次式の演算に置き換えて、該演算パイプラインに
よって実行するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、演算パイプラインを有するベクトル演算処理
装置において逐次式を演算するためのベクトル逐次演算
方式に関する。

公知のパイプライン制御方式のベクトル演算処理装置は
、配列データに関する演算を演算パイプラインによって
連続的に処理することにより高速化される処理装置であ
る。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕第４図は
、ベクトル演算処理装置の一構成例を示すブロック図で
ある。

ベクトル演算処理装置では、主記憶装置にある配列デー
タの所要部分を、アクセス制御部６を経てベクトルレジ
スタ３に読み出し、ベクトルレジスタ３圭のデータを演
算パイプライン４によって処理し、処理結果のデータは
ベクトルレジスタ３から主記憶装置へ出力される。

ベクトル演算処理装置で実行されるベクトル命令は、例
えば中央処理装置から制御部５に渡されるので、制御部
５はその命令に従う所要の制御情報をベクトルレジスタ
３及び演算パイプライン４へ送って、命令に指定された
ベクトルレジスタ３−Ｌの被演算データ群を順次演算パ
イプライン４へ送り、指定の演算を実行するように制御
する。

又、主記憶装置に対するアクセス命令の場合には、制御
情報をアクセス制御部６へ送って、主記憶装置とベクト
ルレジスタ３との間のデータ転送を実行させる。

演算パイプライン４は公知のように、例えば−定の制御
時間（この時間をτで表す）で処理される制御段が複数
段からなる演算機構に所要のデータを通して、複数τで
各１組の演算を完了するようにし、各制御段は並列に実
行できるように構成したものである。従って、各制御段
がそれぞれ異なる組の演算を並行して扱うように所要の
データを連続的に入力して演算パイプライン４をフルに
稼動させた場合には、τごとに１組の演算の結果データ
を出力できる。

第５図はこのようにして演算パイプライン４で演算が進
行する状態を概念的に示すタイムチャートであり、上か
ら下方に前記制御段の進行を、左から右に時間の進行を
示し、ｅｌｓ　８２等として示す幅τの各平行四辺形で
１組の演算の進行状態を表している。

第５図（ａ）は制御段１０段（従って１０τ）を経て１
組の演算が完了する例で、ベクトルレジスタ３又は演算
結果の出力から被演算データを中断無く演算パイプライ
ン４に供給できる場合であり、その場合には図示のよう
に、各制御段が休み無くｅいｅ２、−・〜　の演算の一
部を連続して実行でき、１０番目の最終制御段からはτ
ごとに演算結果のデータが出力されることを示している
。

こ＼で、繰り返し型の演算の典型的な型として、一般に
次の逐次式 ％式％（） で表される逐次演算は、変数データＡのｉ次の値Ａ（ｉ
）がそのｎ次前の値Ａ（ｉ−ｎ）の関数として定義され
る。従って、この逐次演算を演算パイプライン４で実行
した場合に、例えばｒ１＝１即ち１次前の結果が次の演
算に使用されるとすると、第５図（ｂ）の例のように１
０τで終わる演算１３ｉ−１によって得られるＡ（ｉ−
１）を、直ちに第１制御段にバイパスＬ７て演算ｅ、を
開始するようにしても、相続（演算に１０τの間隔が置
かれてしまうので、１０τごとに１演算の結果しか得ら
れない。

同様の演算を演算パイプライン４で行った場合の、ｎの
各値に対する１０τ当たりの演算結果出力数を示すと第
１表の通りである。

表に示すように、ｎ−１０以上では演算パイプラインを
フルに稼動さセて毎τごとに演算結果を出力できるが、
ｎの数が９以下に減少するに伴って稼動率が減少する。

特に、比較的出現頻度の多いｎの小さい範囲において処
理効率が低下するので、改善が必要である。

本発明は前記逐次式の演算においても、演算パイプライ
ンを有効に利用できるようにして演算処理速度を向上し
たベクトル逐次演算方式を目的とする。

〔課題を解決ずろための手段〕 第１図は、本発明の構成を示すブロック図である。

図はベクトル演算処理装置の構成を示し、ｌＯは逐次式
を展開する展開処理部であり、逐次式の演算の場合には
、展開した逐次式を制御部１１が受は取ってベクトルレ
ジスタ３、演算パイプライン４を制御して演算を実行す
る。

〔作　用〕

前記の型の原逐次式を演算する演算命令を展開処理部工
０が受は取ると、展開処理部１０はその演算命令を、逐
次式の前記ｎの値に応じて定めた次数だけ前の次数の変
数値の関数として表す展開逐次式に展開した演算を行う
指示に変換して制御部１１に渡すので、制御部１１は逐
次式の演算を、展開された演算に置き換えて演算パイプ
ライン４によって実行するように制御する。

以上により、実質的なｎを元の値より大きくして、演算
パイプラインの稼動率を改善できる。

〔実施例〕

前記の逐次式の一般形は、次のように展開することがで
きることは明らかである。

即ち、ｎ＝１の場合については、 八（ｉ）　−Ａ（ｉ−１）・　Ｒ（ｉ）＋Ｃ（ｉ＞この
ように展開すれば、原逐次式のｎ　＝１でも、実質的な
ｎの値ｍを２〜１０に増加することができるので、演算
パイプライン４へのデータ供給を密にして、稼動率を高
めることができる。しかし、他方上記の展開式から明ら
かなように、高次に展開する程演算数が増加する。

即ち高々ｘ　−ｙ＋ｚ形の演算に１演算を要するとして
、例えば前記の展開でｍ＝２の場合には、Ａ（ｉ−２）
が計算されるまでにＢ（ｉ−１）・Ｂ（ｉ）の演算とＢ
（ｉ）・Ｃ（＋−１）＋Ｃ（ｉ）の演算を完了しておく
必要があるので、２演算が増加する。次にｍ−３の展開
をｍ＝２と比較すると明らかなように、ｍ＝２の場合の
増加演算に、更にＢ（ｉ−１）・Ｂ（ｉ）とＢ（ｉ−２
）の乗算が追加され、Ｂ（ｉ−１）・Ｃ（ｉ−２）＋Ｃ
（ｉ−１）が増加するので、２演算が追加され原逐次式
に対し４演算の増加となる。

このようにして、１次展開を高めるごとに順次２演算が
増加することが前記の反間式から明らかであり、一般に
ｎ次逐次式の場合も同様にして、ｎ次づつ高次に展開を
進めるごとに２演算の増加が必要になる。

前記の１次逐次式の展開について、それらの関係をみる
と、第２表のようになる。なお、表の出力間隔とは、等
間隔で出力するとした場合に可能な最小間隔を表す。

この増加演算は、例えば前記の展開のｍ＝２の場合につ
いて第２図に示すように、例えば破線で示すタイミング
に増加演算部分の演算を挿入し、ｅ　ｉ　！＋１でＲ（
ｉ−１）・Ｂ（ｉ）、ｅｉ　（ＫｌでＲ（ｉ）−Ｃ（ｉ
−１）＋Ｃ（ｉ）を実行して、それぞれの演算結果をｅ
、に入力するようにする。

以」二から明らかなように、−Ｃに 〔増加演算数〕≦〔出力間隔−ＩＣ として増加演算を挿入できるようにしなければ、予定の
出力間隔を維持できなくなるので、第２表に示す１次逐
次式の展開ではｍ＝２の展開のみがこの条件を満足する
。

同様に、２次逐次式及び３次逐次式を展開した場合に第
３表が得られるので、２次逐次式の場合にはｍ＝４の展
開が上記条件を満足し、３次逐次式の場合はｍ＝３即ち
原逐次式のま＼で実行するのが最適ということになる。

以上から、演算所要時間１０τの場合の、各ｎ次逐次式
の演算における最適の展開次数ｍ及びそのときの出力間
隔を示すと第４表のようになる。

以４−のようにして、各ｎ次遅次式に対する展開次数（
ｍ）を決定し、展開式による演算を指示する展開指示テ
ーブルを設けて、ベクトル演算処理装置の展開処理部１
０に保持する。第３図は展開指示テーブルの内容を概念
的に示すものであり、このテーブルは演算パイプライン
４によって定まる演算所要時間（本例では１０τとした
）に基づいて決定することができる。

展開処理部１０は、例えば中央処理装置から受は取るベ
クトル演算命令が、逐次式演算を指定する所定の命令で
あると、その命令のオペランドに措定されン）次数ｎに
より第３図の展開指示テーブルを検索して、そこに指示
された展開式による演算指示を前記命令のオペランドの
３組の被演算データＡ、　Ｂ、Ｃの指定（ベクトルレジ
スタ３上の３領域として指定される）と共に制御部１１
に渡す。

そこで、制御部１１はその指示に従って従来のベクトル
演算命令と同様に、ベクトルレジスタ３及び演算パイプ
ライン４を制御して逐次演算を実行する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、演算パ
イプラインを有するベクトル演算処理装置によって逐次
式を演算する場合において、演算パイプラインの稼動率
を向上することができるので、演算の開運化が経済的に
得られるという著しい工業的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は展開
した逐次式の演算の説明図、第３図は展開指示テーブル
の説明図、 第４図は従来の構成例を示すブロック図、第５図は演算
パイプラインによる演算の説明図である。 図において、 ３はベクトルレジスタ、４は演算パイプライン、５．１
１は制御部、　　　６はアクセス制御部、１０は展開処
理部 を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 各次の変数の値を、該変数の次数より指定の次数前の該
   変数の値の所定関数として表す原逐次式の演算を、演算
   パイプライン（４）を有するベクトル演算処理装置によ
   って実行するに際し、 該原逐次式を、前記指定次数に応じて定めた該演算結果
   の変数の次数より所定次数以前の該変数の値の関数とし
   て表す、展開逐次式に展開する手段（１０）を設け、 該原逐次式の演算を、該手段によって展開された該展開
   逐次式の演算に置き換えて、該演算パイプライン（４）
   によって実行する（１１）ことを特徴とするベクトル逐
   次演算方式。