JPH02284235A - レジスタ保存方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電子計算機システムにおいて、プログラムによ
るコンテキストの切替え時に必要なレジスタの内容を効
率的に保存することのできるレジスタ保存方式に関する
。

（従来の技術） 電子計算機のＣＰＵでは、通常、計算中のデータや、そ
のプログラムの実行に必要な情報、例えば計算機の動作
状態やスタックのポインタ等を汎用または専用のレジス
タを用いて保持している。

レジスタに保持されるこれらの情報は、その時点で実行
されているプログラムの状態を再現する上で必要なもの
である。特にマルチプログラミング約等からレジスタ内
容の保存とその読出しには、レジスタ数に比例した処理
時間が掛かる。これ故、多数のレジスタを用いてプログ
ラムを実行しているような場合、コンテキストの切替え
処理に時間が掛かり、その処理速度が大幅に低下するこ
とが否めない。従って数多くの汎用レジスタを備えたマ
イクロプロセッサにとっては、コンテキストのそして、
コンテキストが再開された場合には上記メモリに格納さ
れている情報を用いてレジスタの内容を復元することで
、プログラム実行の連続性を保つことが行われる。

このようなコンテキストの切替えに伴うレジスタ内容の
保存とその読出しは、一般的にはストア・マルチプル命
令やロード・マルチプル命令等を用いたソフトウェア手
続きにより、コンテキストの切替え指令が与えられた時
に実行される。これらの命令はプログラマに対する処理
負担を軽減する上で非常に有効なものであり、比較的簡
単に実行できる。しかし一般的にはデータバス上での制
を準備しておき、コンテキストの切替え時には使用中の
レジスタとは別のレジスタを新たなコンテキストの実行
用に割り当て、これによってレジスタ内容の保存処理時
間を見掛は上なくする方式が考えられている。然し乍ら
、この方式を採用するにしても、ＣＰＵに内蔵可能なレ
ジスタ数には実質的に限りがあるので、その数を越える
複数のコンテキストを取り扱う場合には同様な問題があ
る。

しかもレジスタの数を越えるコンテキストを取り扱う場
合には、上述した例と同様にソフトウェアの助けが必要
となり、かえってソフトウェアでの処理負担が重くなっ
たり、処理速度が低下する等の不具合が生じた。更には
多数のレジスタを備えているにも拘らず、プログラミン
グ・モデルとしては限られた少数のレジスタしか使用す
ることができないので、プログラムのメモリ拳アクセス
回数が増え、この結果、その処理速度が低下する等の問
題も生じた。

一方、特開昭６３−２０８１２８号公報にはＣＰＵにレ
ジスタ退避エリアを設けておき、複数のレジスタ法が開
示されている。このような手法によれば、コンテキスト
の切替え時に先のコンテキストの実行状態を示すレジス
タ内容を非常に効果的に復元することができると云う利
点がある。

しかしレジスタ退避エリアに対してどのようにしてレジ
スタ内容を効率的に退避させておくかと云う点で、上述
した複数のレジスタを選択的に用いる場合と同様な問題
が残されている。

（発明が解決しようとする課題） このように従来にあってはコンテキストの切替えを効率
的に行うべ（、実行中のレジスタの内容を保存し、また
保存されているレジスタの内容を読出して先のコンテキ
ストの実行におけるレジスタ内容を復元再生する上で、
如何にして効率的にレジスタの内容を保存しておくかと
云う点で問題が残されている。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、取り扱い得るレジスタの数に事
実上制限がなく、シかもこれらのレジスタの内容を効率
的に保存してコンテキスト本発明に係るレジスタ保存方
式は、コンテキておくに際し、 コンテキストの切替えが始まる前にプログラムの実行と
並行してバックグラウンド処理にてレジスタの内容をメ
モリに保存することを特徴とするものである。

またバックグラウンド処理にてレジスタの内容がメモリ
に保存された時にセットされ、当該レジスタの内容がプ
ログラムの実行によって破壊されたときにリセットされ
るフラグを前記レジスタに付属させておき、このレジス
タに付属されたフラグを参照してフラグがセットされて
いる場合には、前記レジスタの内容のメモリへの保存を
禁止制御することで、保存が完了していないレジスタ内
容についてのみ、上記バックグラウンド処理によるレジ
スタ内容の保存処理を行わせるようにしたことを特徴と
するものである。

そしてレジスタ内容の保存が終了する以前にレジスタの
内容が破壊された時、或いは保存フラグがセットされて
いるレジスタの内容が更新された場合には、当該レジス
タに新たに格納される内容このようなレジスタ内容の保
存制御を行う本発明によれば、プログラムの実行と並行
して、例えばメモリバスの空きを検出してバックグラウ
ンド処理にてレジスタの内容を逐次保存していくことが
できるので、コンテキストの切替え時に改めてレジスタ
内容の保存処理を行う必要がなくなるので、その処理負
担を軽減することができ、またその処理時間の短縮化を
図ることが可能となる。

しかも本来のプログラムの実行に悪影響を及ぼすことな
くレジスタ内容の保存を行わせることができるので、コ
ンテキストの切替え処理に必要な処理時間を大幅に低減
することができる。

またレジスタに付属させたフラグを用いてそのレジスタ
内容の保存が完了しているか否かを表し、このフラグを
参照することで保存が行われていないレジスタの内容に
対してのみ保存処理を行うので、内容保存が完了してい
るレジスタに対する無駄な保存処理を実行することがな
くなり、その処理効率の向上を図ることが可能となる。

（実施例） ＯＮＴ）７の管理の下で、メモリバス８の空きを検出し
て行われる。即ち、上記メモリ６に対するデータの書き
込みは、メモリアドレスレジスタ（ＭＡＲＮ）９にセッ
トされたメモリアドレスに従ってメモリＢに対する書き
込みアドレスを指定す図である。このＣＰＵは基本的に
は内部バス１゜２に、例えば１６個のレジスタを備えた
レジスタファイル（ＲＦ）３や算術演算ユニット（Ａ　
Ｌ　Ｕ）４等を接続して構成される。ＡＬＵ４はコント
ローラ（ＣＯＮＴ）５の制御を受け、与えられたプログ
ラムに従って上記レジスタファイル３を用いながら所定
の演算処理を実行する。

しかしてメモリ（ＭＲＹ）６に対するデータの書き込み
とその読出しは、前記コントローラ５の制御を受けて動
作するメモリコントローラ（ＭＣとにより行われる。ま
たメモリ６からのデータの読出しは、前記メモリアドレ
スレジスタ（ＭＡＲって行われる。このメモリレジスタ
（ＭＳＲ）１１に格納されたデータを前記内部バス１，
２を介してＡＬＵ４やレジスタバッファ３にデータを取
り込むことにより、前記メモリ６に書き込まれていたデ
ータを用いた情報処理が実行される。

ここでこの実施例が特徴とするところは、前記レジスタ
ファイル３に準備される複数のレジスタのそれぞれに本
発明を特徴付けるフラグをそれぞれ設け、カウンタ（Ｃ
ＴＲ）１２の制御の下で前記レジスタファイル３に格納
されているデータをバックグラウンド処理にて前述した
ＡＬＵ４によるプログラムの実行と並行して次々に前記
メモリ６に格納保存するようにした点にある。

このバックグラウンド処理による前記レジスタファイル
３のデータ保存は、後述するようにバックグラウンド処
理が指定されたとき、上記カウンタ１２によるレジスタ
の選択指定によって当該レジスタに格納されているデー
タを前記内部バス２を介してメモリデータレジスタ（Ｍ
ＤＲＲ）１３に転送して格納し、同時にアドレスコント
ローラ（Ａデータに従って前記メモリ６をアドレス指定
し、指定されたメモリ６のアドレスに前記メモリデータ
レジスタ（ＭＤＲＲ）１３に格納されているデーンド保
存の機能を起動することによって行われる。

このバックグラウンド保存は、ソフトウェア的な観点か
らはプログラムの実行プロセスと同等なものであるが、
この実施例におけるバックグラウンドでのレジスタ内容
の保存プロセスは前述したプログラムの実行と並行して
ハードウェア的に制御・実行されるものとなっている。

即ち、この実施例ではユーザが自らのプログラム内でサ
ブルーチンをコールし、これによってコンテキストの切
り替えを行うようになっており、第２図に示すようにそ
のプログラムの最初でバックグラウンドでのレジスタ内
容の保存を指定するものとなっている。

つまりここではｒ　ｓａｖｅ−ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ命
令」によりレジスタ内容を保存する為の前記メモリ６に
おける保存領域アドレス［５ＡＶＥ−ＡＤＤＲＥＳＳＩ
を指定する。この第２図に示す例では、汎用レジスタの
全てをデータ保存対象とするレジスタとして暗黙の内に
指定するものとなっているが、例えば商用のまた第２図
に示すソフトウェアでは、コンテキストの切り替えが行
われる前にｒ　５ａｖｅ−ｉｕｌＮｐｌｅ命令」が与え
られ、前述したｒ　ｓａｖｅ−ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ命
令」でバックグラウンド保存がなされたレジスタ以外の
レジスタに残されたデータを強制的に保存するものとな
っている。

尚、レジスタの全てに対してのバックグラウンド保存が
完了している場合には、上述したｒ　５ａｖｅ−＋＊ｕ
ｌｔｌｐｌｃ命令」はｒ　ｎｏ−ｏｐｅｒａｔｉｏｎ命
令」として看做される。

その後、コンテキストの切り替えによって再び制御が戻
ってきた場合には、ｒ　１ｏａｄ−ＩＩｌｕｌｔｉｐｌ
ｅ命令」によって前記メモリ６に退避格納されていたレ
ジスタ内容の読出しが行われ、前記レジスタファイル３
の復元が行われる。この場合にもメモリ６に対する保存
領域アドレス［５ＡＶＥ−ＡＤＤＲＥＳＳＩ　（７）指
定により、どのコンテキストのレジスタ内容を復元する
かが指定される。

次に上記第２図に示すプログラムの実行に伴う前述した
第１図に示すＣＰＵ内部回路での動作にラウンド処理に
関連する各部の動作がそれぞれ制御される。しかしてこ
のバックグラウンド処理の起動により、先ず前記ｒ　ｓ
ａｖｅ−ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ命令」により指定される
前記メモリ６における保存領域アドレス［５ＡＶＥ−Ａ
ＤＤＲＥＳＳコがＡＬＵ４から内部バス２を介してアド
レスコントローラ（ＡＣＯＮＴ）１４にセットされる。

同時にカウンタ１２に対する初期化が行われ（ステップ
ａ）、前記レジスタファイル３に準備された複数のレジ
スタを順次指定する為のカウンタ動作が開始される。

このカウンター２により生成されるデータにレジスタフ
ァイル３のアクセスは、ＡＬＵ４実行中のプログラムに
よってレジスタファイがアクセスされていない期間を利
用して行われる。

換言すればＡＬＵ％によるレジスタファイル３の千 アクセスの方が、カウンター２によるレジスタイル３の
アクセスに優先して定められておりＬＵ％はレジスタフ
ァイル３を優先的に使用所定のプログラムを実行するも
のとなっていそしてカウンター２はレジスタファイル３
の空き状態が検出されている場合にのみレジスタファイ
ル３をアクセスすることで、上述したプログラムの実行
と並行してレジスタ保存処理を起動するものとなってい
る。

しかしてカウンター２によるレジスタファイル３のアク
セスが行われると、先ずそのカウンタ値がアドレスコン
トローラ（ＡＣＯＮＴ）１４に読み込まれる（ステップ
ｂ）。同時に前記レジスタファイル３から前記カウンタ
値によって指定されるレジスタに付属して設けられてい
るフラグの情報をメモリ６への格納保存が完了している
か否かを調べる（ステップＣ）。即ち、レジスタに付属
してとき、或いは上記バックグラウンド処理によるレジ
スタ内容のメモリ保存が成功する以前にレジスタ内容が
破壊（更新）されたときにリセットされるもので、フラ
グ１°によりレジスタ内容の格納保存が完了したことを
示すものとなっている。

アドレスコントローラ（ＡＣＯＮＴ）１４は、このよう
なフラグを参照することで当該レジスタの内容をメモリ
６に保存するか否かを制御する。ちなみにフラグが既に
“１°にセットされている場合には、そのレジスタ内容
のメモリ６への保存処理を再度行うことは全くの無駄で
あることから、フラグ１″の情報に従って当該レジスタ
内容の格納保存処理が禁止される。そして前記コントロ
ーラ５の制御の下でカウンタ１２の値の更新が行わ８保 たし ３から前記カウンタ１２によって指定されるレジスタの
内容が前記内部バス２を介して読出され、メモリデータ
レジスタ（ＭＤＲＲ）１３に格納する（ステップｆ）。

しかしてメモリアドレスレジスタ（Ｍ　Ａ　ＲＲ）１５
にメモリ６に対するアドレスデータがセットさアドレス
コントローラ（ＡＣＯＮＴ）１４は前ＬｔＪ４によって
指定された前記保存領域アト［５ＡＶＥ−ＡＤＤＲＥＳ
Ｓ］　ｌ：上記カウンタＩ２ニよッテされる値を加算し
、これによって求められるメモリ６のアドレス値をメモ
リアドレスレジスタ（ＭＡＲＲ）１５にセットする（ス
テップｅ）。つまり保存領域アドレス［５ＡＶＥ−ＡＤ
ＤＲＥＳＳ］に前記カウンタ１２によって指定されるレ
ジスタに対する相対アドレスを加算することでメモリ６
に対するレジスタデータ格納の為の絶対アドレスを求め
、これをメモリアドレスレジスタ（ＭＡＲＲ）１５にセ
ットする。このメモリアドレスレジスタ１５へのアドレ
スデータのセットに伴い、前記レジスタファイルメモリ
コントローラ７はこのアクセス要求に対してメモリバス
８の空きを待ち、前記メモリ６への前記レジスタ内容の
書き込みを許可する。このメモリ６への前記レジスタ内
容の書き込みを行うためのアクセス要求の順位は、プロ
グラムの実行を妨げることのないように最低に設定され
る。従ってメモリバス８に空きがある場合にのみ、前記
メモリコントローラ（ＭＣＯＮＴ）７の制御の下で前記
メモリアドレスレジスタ１１ＡＲＲ）１５によって指定
されるメモリ６のアドレスへの前記メモリデータレジス
タ（ＭＤＲＲ）１３に格納されているレジスタ内容の書
き込みが行われる（ステップｇ）。

尚、このようなレジスタ内容のメモリ６への書き込みは
所定時間に亘って行われる。そしてその書き込みに成功
した場合には（ステップｈ）、前記コントローラ５の制
御の下でレジスタファイル３に対して保存成功の通知が
なされ、当該レジスタに付属して設けられているフラグ
が“１“にセットされる（ステップｉ）。その後、前述
したよ存処理を前述したカウンタ１２によるレジスタの
選択指定と、指定されたレジスタに付属するフラグの値
に応じて順次繰り返して実行する。しかもプログラムの
実行と並行して、該プログラムの実行を妨げることのな
い空き時間を利用したバックグラウンド処理にてレジス
タ内容の保存処理が行われる。

一方、このようなバックグラウンド処理が実行されてい
るとき、このバックグラウンド処理とは無関係に、その
メインルーチンではプログラムの実行が行われる（ステ
ップＡ）。しかして前記コントローラ５ではプログラム
の実行に伴ってレジスタの内容が変更されたか否かを監
視しており（ステップＢ）、レジスタ内容に変更が生じ
た場合には当該レジスタに付属して設けられているフラ
グがセットされているか否かを調べている（ステップＣ
）。そして当該レジスタのフラグが“１１である場合、
既にメモリ６に保存された内容と現にレジスタに格納さ
れている内容とに違いが生じることから、その新たな内
容をメモリ６に保存すて、つまりメモリ６への内容保存
がなされていないレジスタについてだけ、フラグ０“の
情報に−の実行過程においてバックグラウンド的に、プ
ログラムの実行によりレジスタファイル３へのアクセス
が行われていない期間や、メモリバス８の空き時間等を
利用してレジスタ内容のメモリ６への保存が行われる。

更には内容保存がなされていないレジスタに対してのみ
、或いは内容の更新があったレジスタに対してのみ、そ
の内容のメモリ６への保存が行われる。

この結果、コンテキストの切替え指示が与えられた場合
には、上述したバックグラウンド処理によってメモリ６
への内容保存が完了していないレジスタだけを前記フラ
グから調べ、このフラグによって示されるレジスタの内
容だけを前述したｒ　５ａｖｅ−ｓ＋ｕｌｔｌｌ）Ｉｅ
命令」に従って保存するだけで、その全てのレジスタ内
容を短時間に効率的に保存してしまうことが可能となる
。従ってコンテキストの切替えに伴うレジスタ内容の保
存処理を非常に効率良く実行し、その切り替え処理の高
速化を図ることが可能となる。

またこのようなレジスタ内容の保存処理によれ存すべき
レジスタの内容がさほど増大することがない。従ってレ
ジスタの数に拘らず、コンテキストの切り替え処理を効
率的に行うことが可能となる。

また従来のように複数のレジスタを選択的に用いてコン
テキストを実行するものとは異なるので、取り扱い得る
コンテキストの数に事実上制限が加わることがなく、メ
モリ６を有効に利用してコンテキストのそれぞれに対応
したレジスタ内容の保存を行うことが可能となる等の利
点がある。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。ここではｒ　ｓａｖｅ−ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ命令」
を全ての汎用レジスタを対象として実行するものとして
説明したが、保存対象とするレジスタを指定した上でｒ
　ｓａｖｅ−ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ命令」を与えること
で、その保存対象レジスタをセレクトするようにするこ
とも可能である。また実施例ではレジスタ保存用のメモ
リアドレスレジスタ１３と通常のデ二タ保存用のメモリ
アドレスレジスタＩＯとを別々の少なくするようにして
も良い。またレジスタファイル３からデータとフラグと
を読出し、当該フラグによってデータ保存を制御する処
理を、レジスタに対応する連想メモリを用いて行うよう
にすることも勿論可能である。また汎用レジスタを対象
としてそのレジスタ内容の保存を行うことのみならず、
コンテキストを回復するための種々のレジスタ群を対象
としてその保存処理を行っても良いことは云うまでもな
い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれ、ば、プログラムの実
行に対してバックグラウンド処理にてレジスタの内容を
逐次保存していくので、コンテキストの切り替え時にお
けるレジスタ内容の保存処理を非常に簡単なものとし、
また実質的にその処理を不要とすることができる。これ
故、コンテキストの切り替えを非常に効率的に実行する
ことが可能となる。またフラグを用いてレジスタ内容の

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に係るレジスタ保存方式につき示
すもので、第１図は実施例方式を適用して構成される中
央処理装置の内部構成を概略的に示す図、第２図は実施
例方式で用いられるレジスタ保存処理の為のプログラム
例を示す図、第３図は実施例方式におけるレジスタ保存
処理の手続きの流れを示す図である。 ３・・・レジスタファイル（ＲＦ）、 ４・・・算術演算ユニット（Ａ　Ｌ　Ｕ）、５・・・コ
ントローラ（ＣＯＮＴ）、 ６・・・メモリ　（ＭＲＹ）、 ７・・・メモリアドレスコントローラ（ＭＣＯＮＴ）１
２・・・カウンタ（ＣＴＲ）、 Ｉ３・・・データレジスタ（ＭＤＲＲ）、１４・・・ア
ドレスコントローラ（ＡＣＯＮＴ）、１５・・・アドレ
スレジスタ（ＭＡＲＲ）。 出願人　工業技術院長　飯塚幸三

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）コンテキストの切替え時に、以前のコンテキスト
   の復元するに必要なレジスタの内容を予めメモリに格納
   しておくに際し、 コンテキストの切替えが始まる前にプログラムの実行と
   並行してバックグラウンド処理にてレジスタの内容をメ
   モリに保存することを特徴とするレジスタ保存方式。
2. （２）レジスタの内容をメモリに保存するに際し、バッ
   クグラウンド処理にてレジスタの内容がメモリに保存さ
   れた時にセットされ、当該レジスタの内容がプログラム
   の実行によって破壊されたときにリセットされるフラグ
   を前記レジスタに付属させ、このレジスタに付属された
   フラグを参照してフラグがセットされているレジスタの
   内容のメモリへの保存を禁止制御することを特徴とする
   請求項（１）に記載のレジスタ保存方式。
3. （３）フラグがセットされていないレジスタを検出する
   手段と、検出されたレジスタの内容をメモリに保存する
   手段と、メモリへの保存が成功したとき、レジスタファ
   イルに対して保存成功を通知する手段と、保存成功の通
   知がなされる前に該レジスタの内容の破壊が生じたとき
   、当該レジスタに付属するフラグのセットを禁止制御す
   る手段とを備えたことを特徴とする請求項（１）に記載
   のレジスタ保存方式。