JPH02278433A - 演算レジスタ上でのデータ待ち合せ実現方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、計算機システムにおいて直列的に実行される
プロセス（命令系列）に必要とされるデータの待ち合せ
方法に関し、特に縮小命令セット計算機（Ｒｅｄｕｃｅ
ｄ　Ｉｎ５ｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｓｅｔ　Ｃｏｍｐｕｔｅ
ｒ：略称ＲＩＳＣ）のアーキテクチャに従うシステムを
構成する演算装置にも好適に用い得る演算レジスタ用デ
ータ待ち合せ方法に関する。

［従来の技術］ 従来からも、上記したＲＩＳＣ以外の計算機システムに
適したデータ待ち合せ方法としては、メモリ上でデータ
待ち合せを可能にしたもの、すなわち、メモリの各要素
ごとにデータの状態を表すフラグを設け、データ・アク
セス要求をフラグの条件が成立するまで、保留して置く
ようにしたものがある。

こうした従来法の利点は、プロセス間のデータ待ち合せ
が個々のデータごとに高速に、かつ簡単な記述で行なえ
るという点にある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このようなメモリ上でのデータ待ち合せ方式は
、上記ＲＩ　ＳＣシステムのように、昨今、富に注目を
浴びてきているレジスタ間演算中心のアーキテクチャに
従う演算装置には適用が困難であった。

そもそもこうしたレジスタ間演算中心のアーキテクチャ
では、レジスタが演算装置と密に結合しているため、演
算実行部との調停やアクセス経路に問題があり、外部か
らレジスタへのアクセスが難しいという事情がある。

また、レジスタは高速動作と広いデータ転送幅を実現す
る高価な資源であって、その容量には限りがある。

したがってデータ待ち合せが長期化する場合には、どう
してもメモリへの退避を考えねばならないが、このとき
のデータの待ち合せをどのようにして行なうのかという
課題に対する回答も、これまでの所、報告されていなか
った。

本発明はまさしく、こうした実情に鑑みて成されたもの
で、ＲＩ　ＳＣ型計算機システムにおけるように、レジ
スタ演算を基本とするシステムにも適用可能であって、
かつ、現在実行中のプロセスに関するデータ待ち合せは
もちろん、複数のプロセス間でも自然で効率的なデータ
待ち合せをレジスタ上で行なえるようなデータ待ち合せ
方法を提供せんとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、まずもってもっと
も基本的な発明として、次のような構成を）是案する。

すなわち、演算装置の発したデータ転送要求に応答する
等して、現在実行されているプロセスに割り付けられて
いるレジスタに対し、例えば外部のメモリ等からデータ
が送られてき、当該演算装置に到着した場合には、この
演算装置の命令取出部にて取出される命令列中に、当該
到着データのロード命令を自動挿入する。

また、この基本的な構成に加え、現在実行中のプロセス
に割り付けられているレジスタに対するものではなく、
局所メモリ中に退避領域が設定されているレジスタ、す
なわち過去に実行されていたが途中で停止されたプロセ
スに割り付けられていたレジスタに対してのデータが到
着した場合には、この到着データを当該レジスタの対応
する退避領域中に書込むという発明も開示する。

このようにすれば、現在実行中のプロセスに属するレジ
スタに関してのみならず、過去に実行されていたプロセ
スに属するレジスタのデータ待ち合せも当該レジスタ上
で合理的に行なえる。

一方、上記のように、過去において実行されていたプロ
セスに関してのプロセス停止がどのように生じたか、換
言すれば、どのような条件のときに現在実行中のプロセ
スを停止させるかについても、上記の基本構成に対して
何等矛盾がなく、円滑で合理的な手法として、本発明は
次のような手法を開示する。

すなわち、実行されていたプロセスの停止は、そのプロ
セスが現在実行中にあるときに、当該プロセスに割り付
けられているレジスタが参照命令を受けた時点で、この
レジスタに未だデータが書込まれていなかった場合に生
じさせ、同時に、このようにして現在実行中のプロセス
を停止させたときには、実行すべきプロセスを他のプロ
セスに切替える。

そして、このようにした場合には、当該停止させたプロ
セスの復帰手法についても、上記の構成と共存し、円滑
な関係となり得る合理的な手法を提案するのが望ましい
ので、こうした観点から、本発明は、停止されたプロセ
スの復帰に関しても、次のような一手法を開示する。

過去において上記のようにプロセス停止を受けた結果、
現在実行されていないプロセスに割り付けられているも
のとなったレジスタには、先に述べた第二発明に係る構
成中に明らかなように、局所メモリにそのレジスタに対
応する退避領域が設定されているので、この退避領域に
データが到着し、かつ、そのレジスタが当該プロセス停
止の原因となったレジスタであった場合には、その時点
で当該プロセスを再度実行可能なプロセスとして再登録
する。

もちろん、このようにして再登録されたプロセスが少な
くとも再度実行されるまでには（望ましくは当該プロセ
ス復帰のタイミングで）、退避領域中に入っているデー
タを対応するレジスタに復づ偕させる。

［作　　用］ 本発明の基本構成ないし第一発明に従うと、現在実行中
のプロセスに割り付けれられているレジスタに対するプ
ログラム上のデータ・ロード命令は、その時点で直ちに
値を要するものではなく、当該レジスタに参照命令が与
えられて実際に使用されるまで遅延し得る。

すなわち、実際に使用されるまでに当該レジスタに対す
るデータが到着すれば、演算装置の命令取出部にて取出
される命令列中に当該到着データのロード命令（疑似ロ
ード命令と言っても良い）が自動挿入されるので、多段
パイプライン処理で命令列が実行されている場合にも、
任意の段階で副作用なく、当該レジスタへのデータ書込
み命令を実行することができる。

換言すると、上記したような疑似ロード命令は、通常の
命令実行と同様に取扱い得るものとなり、したがってバ
イブライン・ブレイク等を発生させるおそれもなく、レ
ジスタ上でのデータ待ち合せを可能にしたことを意味す
る。

一方で、本発明の第二発明にも従った場合には、到着デ
ータが現在実行中のプロセスにではなく、過去に実行さ
れていたが途中で停止されたプロセスに割り付けられて
いたレジスタに対するものであった場合にも、局所メモ
リ中にこのレジスタに対応する退避領域が設定されてい
るので、この中に当該到着データを書込むことができる
。

そのため、後にこの退避領域に対応するレジスタの割り
付けられているプロセスが再度実行されるときまでには
、当該退避領域中のデータを対応するレジスタに簡単、
かつ高速に書込むことができる。

さらに、このようなレジスタ側での基本的なデータ待ち
合せ作用に加え、本発明の第三発明にも従い、実行され
ていたプロセスの停止は、そのプロセスが現在実行中に
あるときに、当該プロセスに割り付けられているレジス
タが参照命令を受けた時点で、このレジスタに未だデー
タが書込まれていなかった場合に生じさせるようにし、
かつ、これに伴って、実行すべきプロセスを他のプロセ
スに切替えるようにすると、時間的な損失もほとんどな
く、複数のプロセスを順次、合理的に実行して行くこと
ができる。

これに加え、本発明の第四発明にも従って、過去におい
て上記のようにプロセス停止を受けた結果、現在実行さ
れていないプロセスに割り付けられているものとなった
レジスタに対して対応的に設定されている局所メモリ中
の退避領域にデータが到着し、かつ、そのレジスタが当
該プロセス停止の原因となったものであった場合には、
このプロセスを再度実行可能なプロセスとして再登録す
ると共に、このようにして再登録されたプロセスが少な
くとも再度実行されるまでには、退避領域中に書込まれ
たデータを対応するレジスタに復帰させるべく計ると、
同等特殊な処理を必要とせず、当該プロセスを自動的に
再度、実行可能にすることができる。

結局、この第四発明にも従うと、上記第一、第二、第三
発明の構成ともあいまって、ＲＩＳＣ型のアーキテクチ
ャに適用するにも極めて実行効率が高く、もっとも実用
的な演算システムを構築することができる。

なお、プログラミングのスタイルに関しても、本方法は
、レジスタへデータをロードして使用するという現在の
スタイルで自然に記述することができる。

［実　施　例］ 第１図は本発明のデータ待ち合せ方法を実現し得る基本
ないし単位の演算装置を示している。

この実施例では、当該単位演算装置は縮小命令セット計
算機（ＲＩＳＣ）のアーキテクチャに基づき、多段バイ
ブライン処理、例えば、■命令取出しくＩ　Ｆ）　。

おり、−時には一つのプロセスを実行する。

もちろん、実用的な製品としての汎用並列計算機では、
一般に第１図示のような単位演算装置が通信網１を介し
て互いに結合しながら複数個用いられる。。

しかるにまず、このような単位の演算装置に関し、簡単
に各々の機能を含みながら、できるだけ静的な構成に即
して説明する所から始める。

回路ブロック３，４，７．９はＲＩＳＣ型計算機の基本
機能に係る部分であり、回路ブロック５　６　１０．１
１は複数のプロセスをサポートする機能、回路ブロック
２，８．１２は他の単位演算装置との通信を行なう機能
に関与する。

個々の回路ブロックにつき説明すると、パケット取扱部
２は、通信網１を介し、外部から送られてきたパケット
（すなわち届は先の書かれたデータ）の仕分けを行なう
もので、当該パケットが到着するたびに現在実行中のプ
ロセス・レジスタ５１１に依頼し、メモリ・システム４
中の当該対応する退避領域にこのパケットの運んできた
データを書込ませる。

命令取出部３は、通常の機能として、現在実行中のプロ
セス・レジスタ５の示すプログラム・カウンタの示す番
地に従ってメモリ・システム４から命令を取出す。これ
に対応して、メモリ・シス挿入する。

送られてきたパケットが現在実行中のプロセスに属する
レジスタに対するものでなかった場合には、後に説明さ
れる所からも明らかなように、当該レジスタにはメモリ
・システム４内の局所メモリ２２（第４図）中に対応的
に退避領域が設定されているので・このパケットの処理
をメモリ操作部網１を介して送られてきたパケットが現
在実行中のプロセスに割り付けられているか否かをパケ
ット取扱部２にて判断する判断材料を提供するが、これ
ももちろん、通常のこの種のプロセス・レジスタに見ら
れる通り、現在実行中のプロセス（プログラム・カウン
タ、レジスタ・ファイルの指定等を含む）を示す機能を
持っている。

レジスタ・ファイル６は多数のレジスタの集合体であっ
て、当該レジスタ・ファイル６中、プロセス・レジスタ
５で指定されたレジスタ群に対しては、命令解釈及びオ
ペランド取出部７からの読出しと、演算実行部９からの
書込みが可能である。

命令解釈及びオペランド取出部７は、命令取出部３から
送られてくる命令の解釈を行ない、レジスタ・ファイル
６からそのオペランド・データを取出す。

す・アクセス命令である場合にはメモリ操作部１１に、
そして外部メモリ・アクセス命令である場合にはパケッ
ト生成部１２に、それら各命令を仕分けして送るか、あ
るいは各回路部９　、１０．１１．１２にて選択的に自
身に対する命令が読取られる。

命令解釈及びオペランド取出部７に付属のフラグ検査部
８は、当該命令解釈及びオペランド取出部７がレジスタ
・ファイル６からデータを取出すに際し、当該レジスタ
のフラグを調べる。通常の命令については、当該レジス
タにデータが存在すればそれを演算実行部９に送り、存
在しなければ現在実行中のプロセスを停止（中断）する
。

現在実行中だったプロセスが停止されると、待機してい
た他の実行可能なプロセスを示すプロセス・レディ・キ
ュー１０から新たなプロセスが一つ取出され、プロセス
・レジスタ５に送られる。

演算実行部９は命令解釈及びオペランド取出部７から与
えられるデータに関して所定の演算を行ない、その結果
をレジスタ・ファイル６中の指定のレジスタに書込む。

プロセス・レディ・キューｌＯについては上述の通りで
あり、また、メモリ操作部１１は命令操作依頼に従って
メモリ・システム４との間でデータの読み書きを行なう
。なお、メモリ操作部１１にはこのときのフラグを調べ
るフラグ検査部１１°も付属しており、存在していない
データに対する参照は、それが書込まれるまで自動的に
待たせる。外部へのデータ転送要求に対しては、データ
をパケット生成部１２に送給する。

これに応じ、パケット生成部１２は送られてきたデータ
から所定フォーマットのパケットを生成し、通信網１に
送り出す。

このような静的な説明にあっても、本発明に従うデータ
待ち合せ方法は説明されているが、さらにもう少し具体
的に、本発明の一実施例としての動作例につき、簡単な
モデルを挙げて説明する。

、’ｗえられた場合には、レジスタ・ファイル６中の・
−・１ ２′当該レジスタＲｎ中のデータ存在フラ２゛Ｐを落と
すと同時に、外部のメモリ装置１５中の対応するメモリ
Ｍｍにデータ転送要求を送る。これは第２図中、共に実
線の矢印で示されている。

メモリＭｍでは、そこにデータが存在し、そのデータ存
在フラ７”　Ｐが立っていれば、当該レジスタＲｎに対
し、当該データを組込んだ返事パケット１６を送出する
。

これに対し、メモリＭｍにデータが存在していなかった
場合には、当該メモリＭｍにデータ待ちフラグＷを立て
、そこにレジスタＲｎへのデータ転送要求を保存して置
く。

したがって、メモリＭｍにデータが書込まれると、これ
が自動的に返事パケット１６によってレジスタＲｎの側
に送給される。

一方、第１図示の単位演算装置の方で、当該レジスタＲ
ｎの属するプロセスの実行中に、上記の返事パケット１
６が送られてくると、第１図示のパケット取扱部２にお
いて、第２図に符号１７で併示のように、データ・ロー
ド命令の自動挿入が行なわれる。

すなわち、模式的に第３図に示すように、通常の命令実
行２０を果たしている実行パイプライン１８に対し、返
事パケット１６に伴うデータ・ロード命令１９（”ｌｄ
　　　Ｒｎ、ｄａｔａ”　）が、矢印１７で示されるよ
うに、任意の時点で挿入され、また、このようにして挿
入された当該命令１９は、通常の命令と全く同様に取扱
れる。

これにより、レジスタＲｎにデータが書込まれれば、そ
のレジスタＲｎでは対応するデータ存在フラグＰを立て
る。

その後、第２図中のプログラム１３に示されているよう
に、　　ａｄｄ　　　Ｒｎ、Ｒａ　　Ｒｂ″なる命令に
より、第４図に示されているレジスタ・セット２１（Ｒ
３ｘ）中のレジスタＲｎが矢印２４で示されているよう
に参照されたとき、上記のようにこのレジスタＲｎにあ
らかじめデータが到着して・いることがなくて、そのレ
ジスタＲｎにデータ存在フラグＰが立っていなければ（
図示の場合、これを当該フラグ・ビットの論理°“０°
°で表している）、プロセス停止フラグＳを立て（論理
°′１°。

にして）、併せて局所メモリ２２中のレジスタ・セット
用退避領域２５中の対応するレジスタ退避領域にも停止
フラグＳを立てる。

また、これに伴い、第１図中に示しであるプロセス・レ
ディ・キューＩＯから新しいプロセスを一つ取出し、そ
の実行に入る。

現在実行中のプロセスに属する以外のレジスタに対応す
る退避領域にデータが到着した場合には、当該退避領域
にこれを書込む。すなわち、第４図に示されていて、先
に説明したレジスタＲｎ夕存在フラグＰを立て（０＝＞
１）、プロセス停止フラグＳを落として（１−＞Ｏ）、
このレジスタの属するプロセスをプロセス・レディ・キ
ューｌＯに入れる。

また、望ましいことに、この実施例では各レジスタ・セ
ット用に対応するビット・マツプ・テーブル２３を用意
しているので、退避領域について書込みのあったレジス
タに対応するビットを立てて置く。

したがってその後、当該プロセスが再実行されるに先立
って、すなわち、少なくとも当該プロセスが再度、現に
実行されるまでには（望ましくはより一般的に、当該プ
ロセス復帰のタイミングに合せて）、このプロセスに属
し、かつレジスタ・ビット・マツプ・テーブル２３にて
指示されるレジスタに対し、それに対応する退避領域か
らデータを復帰させることができる。

以上、本発明に従う実施例につき説明したが、プロセス
の再実行のための情報は、レジスタや退ａ領域に直接書
込むようにはせず、別途特定の領域に記憶して置くよう
にしても良い。また、ビット・マツプ・テーブル２３の
使用は望ましいが、限定的ではない。

さらに、プロセスに割り付けられているレジスタ群は、
プロセスの切替えにより、必ずしもその全てが実際にメ
モリに退避される必要もない。メモリに退避させたレジ
スタについては、例えば上記のように望ましくは用いら
れるビット・マツプ・テーブル中の対応する部分にビッ
トを立て、その復帰を保証して置けば良い。

［効　　果］ 本発明によれば、従来困難であった演算レジスタ上での
データ待ち合せを実現することができる。

これは同時に、汎用高並列計算機としても、特にレジス
タ間演算を中心とする縮小命令セット計算機システムへ
の応用が可能なことを意味し、実際上、これによる波及
効果は、この種の分野の発展に大いに寄与するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のデータ待ち合せ方法を適用するに適し
た単位ないし基本的な演算装置の一構成例の概略構成図
。 第２図は本発明方法の一実施例における動作の説明図。 第３図は現在実行されているプロセスに割り付けられ、
かつ、データ待ちとなっていたレジスタに対し、本発明
に従って到着データのロード命令を自動挿入した場合の
説明図。 第４図は現在実行されていないプロセスに割り付けら、
れ、データ待ちとなっているレジスタに対し、データが
到着した場合の本発明に従う処理の説明図 である。 図中、１は通信網、２はパケット取扱部、３は命令取出
部、４はメモリ・システム、５はプロセス・レジスタ、
６はレジスタ・ファイル、７は命令解釈及びオペランド
取出部、８はフラグ検査部、９は演算実行部、１０はプ
ロセス・レディ・キュー、１１は命令操作部、１１°は
命令操作部に付属のフラグ検査部、１２はパケット生成
部、１３はプログラム、１５は外部メモリ装置、１６は
返事パケット、１８は実行パイプライン、２１はレジス
タ・セット、２２は局所メモリ、２３はレジスタ・ビッ
ト・マツプ、テーブル、２５はレジスタ・ヒント出Ｌｍ
外戒、τ゛らろ。 指定代理人　　　　　　工業技術院 第２図 第１図 ｉイも網

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）現在実行中のプロセスに割り付けられているレジ
   スタに対するデータが演算装置に到着した場合、該演算
   装置の命令取出部にて取出される命令列中に、当該デー
   タのロード命令を自動挿入すること； を特徴とする演算レジスタ用データ待ち合せ方法。
2. （２）請求項（１）に記載の演算レジスタ用データ待ち
   合せ方法であって； さらに、過去に実行されていたが途中で停止された結果
   、上記現在実行中のプロセスではなくなったプロセスに
   割り付けられていたレジスタに対するデータが上記演算
   装置に到着した場合には、該レジスタに対して対応的に
   確保されている局所メモリの退避領域中に該データを書
   込むこと； を特徴とする演算レジスタ用データ待ち合せ方法。
3. （３）請求項（２）に記載の演算レジスタ用データ待ち
   合せ方法であって； 上記実行されていたプロセスの上記停止は、該プロセス
   が現在実行中にあるときに、該プロセスに割り付けられ
   ているレジスタが参照命令を受けた時点で、該レジスタ
   に未だデータが存在していなかった場合に生じ； かつ、該現在実行中のプロセスに上記停止が生じたとき
   には、実行すべきプロセスを他のプロセスに切替えるこ
   と； を特徴とする方法。
4. （４）請求項（３）に記載の演算レジスタ用データ待ち
   合せ方法であって； 過去において上記停止を受けた結果、現在実行されてい
   ないプロセスに割り付けられているものとなったレジス
   タの上記退避領域にデータが到着し、かつ、そのレジス
   タが上記プロセス停止の原因となっていた場合には、該
   レジスタの属する該現在実行されていないプロセスを再
   度実行可能なプロセスとして再登録すると共に； 該再登録されたプロセスが少なくとも上記再実行される
   までには、上記退避領域に到着したデータを上記対応す
   るレジスタに復帰させること； を特徴とする方法。