JPH01309174A

JPH01309174A - ベクトル処理装置

Info

Publication number: JPH01309174A
Application number: JP14021188A
Authority: JP
Inventors: Osamu Onodera; 修小野寺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1989-12-13
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JP2720427B2

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〕本発明は、ベクトル処理装置に関し、特にパイプライン
処理を行うことにより、性能を向上させることが可能な
ベクトル処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

プログラム命令では、通常１命令が１つのデータを対象
として演算しているのに対し、ベクトル命令は複数のデ
ータ（これをベクトル要素と呼ぶ）を演算の対象とする
。このようなベクトル演算を行う情報処理装置は、ベク
トル処理装置と呼ばれている。

ベクトル処理装置のベクトル処理では、処理の対象とな
るベクトルオペランドは通常複数のベクトル要素から構
成される。この複数のベクトル要素からなるベクトルを
処理する場合、ベクトル処理とは異なるシステムの内部
環境によりベクトル処理を中断させたいときがある。例
えば、外部的な割り込み要因、または内部的な割り込み
要因がある場合である。このような場合には、複数のベ
クトル要素のベクトル処理をいくつかに分割して行う必
要がある。すなわち、分割して処理を行えば、１つの分
割部分で中断されても、他の部分では何等影響を受けな
いからである。ただ、中断された部分では、複数のベク
トル要素の途中の要素からベクトル処理を再開する必要
がある。このため、処理を開始するベクトル要素番号を
指定するパラメータが必要となる。また、ベクトル処理
においては、どのベクトル要素まで処理したならば、処
理を終了させるかというパラメータも必要である。

このように、通常、ベクトル処理においては、処理を開
始するベクトル要素番号を指定するパラメータと、処理
を終了させるベクトル要素を指定するパラメータとが必
要となる。このような一般的な仕様については１例えば
、ＩＢＭ社発行の刊行物［ｒ１１３Ｍ　　Ｓｙｓｔｅｍ
／３７０　　Ｖｅｃｔｏｒ　　０ｐｅｒａｔｉｏｎｓＪ
ｌ　（Ｓ　Ａ２２−７１２５−０　）に記載されている
。この中で、ベクトル処理については、ベクトル割込み
インデクス（Ｖｅｃｔｏｒ　　Ｉ　ｎｔｅｒｒｕｐｔｉ
ｏｎ　　Ｉ　ｎｄｅｘ：ＶＩＸ）およびベクトルカウン
ト（Ｖｅｃｔｏｒ　　Ｃｏｕｎｔ：ＶＣＴ）として詳述
されている。

上記刊行物に記載されている仕様では、ベクトル割込み
インデクスとして、１６ビツトの幅のパラメータを与え
て、処理を開始するベクトル要素番号を指定する。また
、ベクトルカウントとして、１６ビツトの幅のパラメー
タを与えて、処理を終了させるベクトル要素番号を指定
する。従って、各ベクトル要素は、ベクトル割込みイン
デクスで指定された番号のベクトル要素からベクトル処
理が開始され、ベクトル割込みインデクスの値を増加さ
せながらベクトル処理を実行し、ベクトル割込みインデ
クスの値がベクトルカウントの値に等しくなった時点で
ベクトル処理を終了するという手順をたどっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の仕様では、種々の問題が生じている。これを、図
面を用いて説明する。

第４図は、ベクトル処理手順の一例を示すフローチャー
トである。第４図には、ベクトル要素の処理されるべき
範囲を示すためのベクトル割込みインデクス（以下、Ｖ
ＩＸと略記す）と、ベクトルカウント（以下、ＶＣＴと
略記す）とを用いた実行されるベクトル処理の手順が示
されている。

先ず、処理の開始に際して、ＶＩＸの内容で示される番
号のベクトル要素が読み出される（ステップ１０１）。

この読み出されるベクトル要素はソースオペランドであ
り、演算のタイプにより１つないしそれ以上の数がある
。そして、このベクトル要素が格納されている場所は、
レジスタ内であっても、また記憶装置内であってもよい
。次に、先に読み出されたベクトル要素に対するベクト
ル演算が行われる（ステップ１０２）、次に、演算され
た結果を、ｖＩＸの内容で示されるベクトル要素ロケー
ションに格納する（ステップ１０３）。次に、ＶＩＸの
内容に′１′が加えられて、ｖｒｘの内容が更新される
（ステップ１０４）。次に、更新後のＶＩＸの内容と予
めプログラムからパラメータとして設定されているＶＣ
Ｔの内容とが比較される（ステップ１０５）。比較の結
果、ＶＩＸの内容がＶＣＴの内容より小さい場合には、
処理は最初（ステップ１０１）に戻り、次のベクトル要
素の処理を行う。また、ＶＩＸの内容がＶＣＴの内容に
等しいか、大きい場合には、ベクトル処理の完了とみな
して処理を終了する。

第４図のベクトル処理を実行すると、１つのベクトル要
素当り５つのステップによる処理手順が必要となる。す
なわち、１つのベクトル要素の読み出しステップ（ステ
ップ１ｏ１）、および結果の書き込みステップ（ステッ
プ１０３）として、更新前のＶＩＸの内容を用いる必要
があり、また処理の完了の判定（ステップ１０５）には
更新後のＶＩＸの内容を用いる必要がある。

第５図は、第４図の処理手順を実行した場合の動作タイ
ムチャートである。

第５図に示すように、ＶＩＸの更新前の内容がステップ
１０１とステップ１０３で使用されるため、ステップ１
０４で初めてＶＩＸの内容を更新することができ、次の
ベクトル要素の処理を行うか否かの判定はステップ１０
５となる。つまり、ベクトル要素１個当りの一連の処理
にステップ１０１からステップ１０５の５ステツプを要
し、各ベクトル要素間の処理の関係は逐次処理にせざる
を得す、並列に処理できない。

ところで、ベクトル処理は、一般にベクトル要素処理の
高速化を目的として採用されるものであって、上述した
ように、逐次処理しかできないのであれば、ベクトル処
理の性能を充分に発揮することは不可能であり、これは
性能上大きな問題である。

上記処理をできれば並列処理にしたいという課題がある
。

本発明の目的は、このような従来の課題を解決し、ベク
トル処理が中断された場合の再開を高速に行うことがで
き、性能を向上させることが可能なベクトル処理装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のベクトル処理装置は
、処理を開始するベクトル要素番号を指定する第１のレ
ジスタと、処理を終了するベクトル要素番号を指定する
第２のレジスタとを有し、該第１および第２のレジスタ
の内容に対して、プログラム命令および割込みによりア
クセスするベクトル処理装置において、上記第１のレジ
スタの内容の写しを格納する複数個の写しレジスタと、
該写しレジスタの１つの内容と上記第２のレジスタの内
容とを比較する比較器と、該比較器による比較の結果、
上記写しレジスタの内容が上記第２のレジスタの内容と
等しいか大きいとき、上記写しレジスタの他の１つの内
容で示すベクトル要素の読み出しを行い、次のサイクル
で上記写しレジスタの他の１つの内容で示すベクトル要
素に対して演算を行い、次のサイクルで上記写しレジス
タの他の１つの内容で示すベクトル要素に対して上記演
算の結果を格納する制御装置と、各写しレジスタの処理
が終了すると同時に、該写しレジスタの内容をそれぞれ
更新する工ないし複数個の加算器とを具備することに特
徴がある。

〔作　　用〕

本発明においては、ベクトル要素処理手順の各ステップ
に対応する要素カウンタ（以下、ＥＣＴＲと略記す）を
各々独立に設けて、ベクトル要素番号の指定のパイプラ
イン化を図ることにより、複数のベクトル要素の処理を
各ステップ単位にオーバラップさせて処理する。いわゆ
るベクトル要素処理のパイプライン制御を図るもので、
１つのベクトル要素当りのベクトル処理時間を見掛は上
短縮させることにより、効率よくベクトル処理を行う。

すなわち、本発明では、処理を開始するベクトル要素番
号を指定するＶＩＸと、処理を終了させるベクトル要素
番号を指定するＶＣＴとを基本として、ＶＩＸの内容の
写しを保持するハードウェアレジスタである要素カウン
タ（ＥＣＴＲ）を複数個設け、ＶＩＸの内容をこれら複
数個のＥＣＴＲに予め転送しておく。そして、これら複
数個のＥＣＴＲはそれぞれ独立して値を保持するととも
に、値を更新する機能を備え、ベクトル処理に先立ち、
ＶＩＸの内容を複数個のＥＣＴＲに転送し、さらにベク
トル要素群を処理するに際して、ＶＩＸの値をベクトル
要素の処理の都度更新をせずに、代替えとして複数のＥ
ＣＴＲをそれぞれ独立に更新させ、処理すべきベクトル
要素の番号は複数のＥＣＴＲにより指定し、その後、ベ
クトル要素処理の終了の検出を、複数のＥＣＴＲのうち
の１つの内容とＶＣＴの内容とを比較することにより行
い、バク１〜ル終了に際して更新する必要があるＶＩＸ
には複数個のＥＣＴＲの１つを選択して、その内容をセ
ットする機能を備える。これによって、効率のよいベク
トル処理を実行する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すベクトル処理装置の
ブロック構成図である。

第１図において、制御装置４０１はベクトル処理全体を
制御する制御装置であり、ベクトル要素読み出し、演算
、結果の格納の各動作を制御する。

そのために、信号線４５１．４５５．４５６．４５７お
よび４６２を介してＶＣＴ　（ベクトルカウント）４０
２、およびＶＩＸ　（ベクトル割込みイクデクス）４０
３、ＥＣＴＲＢ４Ｏ５、ＥＣＴＲＣ４０６、ＥＣＴＲＤ
４０７、および比較器４１２に接続されている。

ＶＩＸの写しを保持する複数のＥＣＴＲには、ベクトル
要素の処理に先立ち、予めＶＩＸの内容がセットされる
。その後、ベクトル要素の処理に伴って、複数のＥＣＴ
Ｒはそれぞれ、第４図に示した各ステップに１対１で対
応付けられる。各ステップに対応したＥＣＴＲは、対応
するステップの処理が終了すると同時に更新され、次の
ベクトル要素番号を指定するように制御される。複数の
ＥＣＴＲの内容を、それぞれ対応するステップ終了と同
時に更新することにより、ベクトル要素の番号指定にお
けるパイプライン化を図る。

ＶＣＴ４０２は、終了すべきベクトル要素番号を保持す
るレジスタであり、信号線４５１および４５２を介して
それぞれ制御装置４０１、および比較器４１２に接続さ
れている。

ＶＩＸ４０３は、開始すべきベクトル要素番号を保持す
るレジスタであり、信号線４５１および４５３を介して
、それぞれ制御袋［４０１、ＥＣＴＲＡ４０４．ＥＣＴ
ＲＢ４Ｏ５、ＥＣＴＲＣ４０６、およびＥＣＴＲＤ４０
７に接続されている。

ＥＣＴＲＡ４０４は、ＶＩＸ４０３の写しを持ち、かつ
後述する第２図のＥＣＴＲＡとＶＣＴとの比較処理（ス
テップ３０２）で使用するベクトル要素番号を保持する
レジスタである。ＥＣＴＲＡ４０４は、信号線４５３．
４５４および４５８を介して、それぞれＶ　Ｉ　Ｘ４０
３．加算器４０８、および制御装置４０１と接続されて
いる。

ＥＣＴＲＢ４Ｏ５は、ＶＩＸ４０３（７）写しを持ち、
かつ後述する第２図のＥＣＴＲＢで示すベクトルの要素
の読み出し処理（ステップ３０３）で使用するベクトル
要素番号を保持するレジスタである。そして、ＥＣＴＲ
Ｂ４Ｏ５は、信号線４３．４５５、および４５９を介し
て、それぞれＶＩＸ４０３、加算器４０９、および制御
装置４０１に接続されている。

ＥＣＴＲＣ４０６は、ｖ工Ｘ４０３の写しを持ち、かつ
後述する第２図のベクトル演算（ステップ３０４）で使
用するベクトル要素番号を保持するレジスタである。そ
して、ＥＣＴＲＣ４０６は、信号線４５３．４５６およ
び４６０を介して、それぞれＶＩＸ４０３、加算器４１
０、および制御装置４０１に接続されている。

ＥＣＴＲＤ４０７は、Ｖ　Ｉ　Ｘ４０３（７）写しを持
ち、かつ後述の第２図における演算結果の格納処理（ス
テップ３ｏ５）で使用するベクトル要素番号を保持する
レジスタである。そして、ＥＣＴＲＤ４０７は、信号線
４５３，４５７、および４６１を介してそれぞれＶＩＸ
４０３．加算器４１１および制御装置４０１に接続され
ている。

比較器４１２は、ＥＣＴＲＡ４０４（７）値がＶＣＴ４
０２の値より大きいかまたは等しいがを検出する比較回
路であって、信号線４５２．４５４、および４６２を介
してそれぞれＶＣＴ４０２、ＥＣＴＲＡ４０４および制
御装置４０１に接続されている。

加算器４０８は、ＥＣＴＲＡ４０４の内容に１′を加え
るための加算器であり、信号線４５４、および４５８を
介してＥＣＴＲＡ４０４に接続されている。

加算器４０９は、ＥＣＴＲＢ４Ｏ５の内容に１′を加え
る加算器であり、信号線４５５、および４５６を介して
ＥＣＴＲＢ４Ｏ５に接続されている。

加算器４１０は、ＥＣＴＲＣ４０６の内容に１′を加え
るための加算器であり、信号線４５６、および４６０を
介してＥＣＴＲＣ４０６に接続されている。

加算器４１１は、ＥＣＴＲＤ４０７の内容に１′を加え
るための加算器であり、信号線４５７および４６１を介
してＥＣＴＲＢ４Ｏ７に接続されている。

加算器４０８〜４１１の機能は、１′の加算であると述
べたが、この機能が減算であってもよく、また′１′以
外の数であってもよい。

第２図は、第１図の動作フローチャートである。

第１図および第２図により１本実施例のベクトル処理を
詳述する。

ベクトル処理を開始するに際して、制御装置４０１は、
処理を終了するベクトル要素番号をパラメータとして予
めＶＣＴ４０２に信号ａ４５１を介して設定した後、次
に処理を開始するベクトル要素番号をパラメータとして
予めＶ　Ｉ　Ｘ４０３に信号線４５１を介して設定する
。

以上の予備動作が終了したならば、初めて第２図のベク
トル処理を開始する。

先ず、ベクトル処理の開始に際して、ＶＩＸ４０３から
各ステップを制御するＥＣＴＲの設定を行う（ステップ
３０１）。具体的には、ＶＩＸ４ｏ３の内容を、信号線
４５３を介してＥＣＴＲＡ４０４、　　ＥＣＴＲＢ４Ｏ
５、ＥＣＴＲＣ４０６、およびＥＣＴＲＢ４Ｏ７にそれ
ぞれ転送してセットする。次に、ＥＣＴＲＡ４０４（７
）内容がＶＣＴ４０２の内容よりも小さいか否かを判定
しくステップ３０２）、同時にＥＣＴＲＡ４０４の内容
に１′を加算する。

具体的には、信号線４５２を介して送られて来たＶＣＴ
４０２の内容と、信号線４５４を介して送られて来た変
更前のＥＣＴＲＡ４０４の内容を比較器４１２を用いて
比較する。ＥＣＴＲＡ４０４の更新前の内容がＶＣＴ４
０２の内容に等しいか、あるいは大きい場合（つまり、
処理するベクトル要素が無い場合）、比較器４１２は信
号線４６２を介して制御装置４０１にステップ３０３は
起動せず、その代りにステップ３０６を起動するように
指示する。また、ＥＣＴＲＡ４０４の更新前の内容がＶ
ＣＴ４０２の内容より小さい場合（つまり、処理すべき
ベクトル要素がある場合）、比較器４１２は信号線４６
２を介して制御装置４ｏ１に対してステップ３０６は起
動せずに、ステップ３０３を起動するように指示し、か
つ加算器４０８を用いてＥＣＴＲＡ４０４の内容に１′
を加算して、次のサイクルでステップ３０２を再び実行
させるように指示する。

ステップ３０２の大小判定の結果、ＥＣＴＲＡ４０４の
内容の方が大きいか等しければ、処理開始の要素番号が
既に処理終了の要素番号に等しいか、あるいは処理終了
の要素番号より大きいことになるノテ、ＥＣＴＲＡ４０
４（７）内容をＶＩＸ４０３に格納しくステップ３０６
）処理を終了する。

また、判定結果が小さければ、更新前のＥＣＴＲＢ４Ｏ
５の内容で示す番号のベクトル要素の読み出しを行って
演算の準備を行うと同時に、ＥＣＴＲＢ４Ｏ５の内容を
更新する（ステップ３０３）。

具体的には、更新前のＥＣＴＲＢ４Ｏ５の内容を信号線
４５５を介して制御装置４０１に送り、指定された番号
のベクトル要素をソースオペランドとして読み出すこと
を指示するとともに、加算器４０９を用いてＥＣＴＲＢ
４Ｏ５の内容に１１′を加算する。そして、ステップ３
０４を起動するように指示する。

次に、ステップ３０３で読み出された更新前のＥＣＴＲ
Ｃ４０６の内容で示される番号のベクトル要素に対して
演算を行い、かつ同時にＥＣＴＲ０４０６の内容に１′
を加算する（ステップ３０４）。

具体的には、更新前のＥＣＴＲＣ４０６の内容を信号線
４５６を介して制御装置４．０１に送り。

送られた番号のベクトル要素の演算を指示するとともに
、加算器４１０を用いてＥＣＴＲＣ４０６の内容に１′
を加算し、さらにステップ３０６を起動するように指示
する。

次に、ステップ３０４で演算された結果を、更新前のＥ
ＣＴＲＢ４Ｏ７の内容で示される番号のベクトル要素ロ
ケーションに格納する（ステップ３０５）。そして、ス
テップ３０２に戻り、次の値の判定処理に移る。

具体的には、更新前のＥＣＴＲＢ４Ｏ７の内容を信号線
４５７を介して制御装置４０１に送り、送られた番号の
ベクトル要素ロケーションにステツブ３０４で演算され
た結果を格納するように指示するとともに、加算器４１
１を用いてＥＣＴＲＡ４０４の内容に１′を加算する。

以上の動作により、ステップ３０２からステップ３０５
までの処理がそれぞれオーバラップして動作するので、
いわゆる４段のパイプライン処理を構成することになる
。

ステップ３０２の判定の結果、ＥＣＴＲＡ４０４の内容
がＶＣＴ４０２の内容と等しいか、大きイトキ、ＥＣＴ
ＲＡ４０４（７）内容をＶＩＸ４０３に格納する（ステ
ップ３０６）。、すなわち、所定のベクトル演算を完了
した時に、ＶＩＸ４０３を処理したべりＩ−ル要素分だ
け更新する最後の処理である。

具体的には、ＥＣＴＲＡ４０４の内容を信号線４５４を
介してＶＩＸ４０３に転送し、これをセットする。この
ステップでは、オーバラップ処理は行わない。

第３図は、本発明の一実施例を示す動作タイムチャート
である。

第３図の例では、処理されるベクトル要素数が５個の場
合を示しており、パイプラインが効力を示すサイクル５
および６では４つのベクトル要素が同時に各ステップ独
立に処理されている。すなわち、■〜■は第１番目のベ
クトル要素から第６番目のベクトル要素に対する処理を
示しており、■の処理を１〜５サイクルで行うと同時に
、■の処理を３〜６サイクルで行っている。また、■の
処理を４〜７サイクル、■の処理を５〜８サイクル、■
の処理を６〜９サイクルでそれぞれ行っている。また、
■の処理はステップ３０２で大小比較の結果、ＥＣＴＲ
Ａ４０４（７）内容がＶＣＴ４０２の内容と等しいか、
大きかったため、８〜１゜サイクルは何も処理せずに（
ダミーステージ）、サイクル１１でステップ３０６の処
理を行って一連のパイプライン処理を完了している。

なお、本実施例において、ＥＣＴＲＡ４０４〜ＥＣＴＲ
Ｄ４０７の内容の更新のため、各々加算器４０８〜４１
１を独立に設けているが、他の実施例として、これらの
加算器４０８〜４１１を設けずに、ＥＣＴＲＡ４０４に
のみ１個の加算器４０８を設けて、Ｅ　ＣＴ　ＲＢ　４
．０５〜ＥＣＴＲＤ４０７の内容の加算は、ＥＣＴＲＡ
４０４の内容のデイレイをラッチしていくようにしても
よい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ベクトル要素の
各処理を複数のステップに分けて、各ステップをオーバ
ラップして実行することにより、いわゆるパイプライン
処理が実現できるので、ベクトル処理の性能を格段に向
上させることが可能である６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すベクトル処理装置のブ
ロック図、第２図は第１図の処理の動作フローチャート
、第３図は本発明のベクトル処理の動作タイムチャート
、第４図は従来のベクトル処理手順の一例を示す動作フ
ローチャート、第５図は第４図の動作タイムチャー１−
である。４０１：制御装置、４０２：ベクトルカウント回路（Ｖ
ＣＴ）、４０３：ベクトル割込みインデックＸ（ＶＩＸ
）、４０４〜４０７：要素カウンタ（ＥＣＴＲＡ−ＥＣ
ＴＲＤ）、４０８〜４１１：加算器、４１２：比較器。特許出願人　株式会社　日立製作所

Claims

【特許請求の範囲】

１、処理を開始するベクトル要素番号を指定する第１の
レジスタと、処理を終了するベクトル要素番号を指定す
る第２のレジスタとを有し、該第１および第２のレジス
タの内容に対して、プログラム命令および割込みにより
アクセスするベクトル処理装置において、上記第１のレ
ジスタの内容の写しを格納する複数個の写しレジスタと
、該写しレジスタの１つの内容と上記第２のレジスタの
内容とを比較する比較器と、該比較器による比較の結果
、上記写しレジスタの内容が上記第２のレジスタの内容
と等しいか大きいとき、上記写しレジスタの他の１つの
内容で示すベクトル要素の読み出しを行い、次のサイク
ルで上記写しレジスタの他の１つの内容で示すベクトル
要素に対して演算を行い、次のサイクルで上記写しレジ
スタの他の１つの内容で示すベクトル要素に対して上記
演算の結果を格納する制御装置と、各写しレジスタの処
理が終了すると同時に、該写しレジスタの内容をそれぞ
れ更新する１ないし複数個の加算器とを具備することを
特徴とするベクトル処理装置。