JPH0594304A - 割込み制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パイプライン制御方式の命令実行機構を有す
る計算機に関し、割込みによる分岐に対して、パイプラ
インブレークを解消できる割込み制御装置を目的とす
る。 【構成】 複数のステージ４からなるパイプライン回路
１によって命令を実行する処理装置８に接続し、バッフ
ァ２と、割込み制御部３とを有し、バッファ２は、所要
の該命令について、各該命令が所要のステージ４で制御
される場合に当該ステージに設定される制御情報５を保
持し、割込み制御部３は、所定の割込み先命令への分岐
が起こった場合に、バッファ２の各制御情報５を、所定
のステージ４に所定の順序で入力して実行させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計算機において、パイ
プライン制御方式の命令実行機構を有する処理装置と接
続して、割込みによる命令の実行を制御するための、割
込み制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】計算機の処理装置において、命令の実行
を並列化することによって高速化する一方式として、パ
イプライン制御方式が使用される。

【０００３】パイプライン制御方式におけるパイプライ
ン回路は、１命令の実行における命令フェッチ、命令デ
コード、オペランドアドレスの計算、オペランドの読込
み、演算、オペランドの書込み等の過程を複数のステー
ジで分担するように構成される。

【０００４】各命令は、それらのステージを一定の順序
で通過することによって実行が完了するように制御さ
れ、各時点では各ステージでそれぞれ異なる命令を処理
することにより、ステージ段数までの個数の命令の並行
処理が行なわれ、例えば１制御サイクルごとにステージ
を通過する場合には、毎サイクルごとに命令実行が完了
する。

【０００５】しかし、分岐命令が実行されて、分岐が起
きる場合には、パイプライン回路で分岐命令に後続する
ステージにあった命令の処理をクリアして、分岐先の命
令の処理を初段ステージから開始しなければならない。

【０００６】従ってその場合には、その命令が複数のス
テージを順次通過して終段ステージの処理を終わるまで
の数サイクルの間、完了する命令が発生しない、いわゆ
るパイプラインブレークが生じ、パイプライン回路の並
列性が有効に機能しない。

【０００７】図５(a）はこの状況を説明する、命令実行
のタイミングを表す図であって、第１ステージから第４
ステージまでの４ステージのパイプライン回路とし、左
から右に時間が経過するものとして、各命令が各サイク
ルで占めるステージを〜で示すものとする。

【０００８】図のように命令Ａ、Ｂ、Ｃがシーケンシャ
ルにフェッチされて実行されている間は、各命令はそれ
ぞれで示すサイクルに実行を完了し、従って毎サイク
ルに命令が完了する。

【０００９】ここで、命令Ｃの次に分岐命令があって、
分岐命令にシーケンシャルに続く命令が命令Ｄ、Ｅ、Ｆ
のようにあったし、分岐命令の実行の結果（図で網か
けした）で分岐が発生すると、その時それぞれ途中の
、、ステージにある命令Ｄ、Ｅ、Ｆは処理を中止
されて、パイプライン回路はクリアされる。

【００１０】その後、分岐命令で指定される分岐先命令
がパイプライン回路の初段から処理されて、図に示す
ように、分岐先命令の処理が終段ステージを終わるの
タイミングまで、パイプラインブレークとなる。

【００１１】以上のようなパイプラインブレークの発生
を減少するために、遅延分岐方式がある、この方式では
分岐命令に続く数命令を、分岐の発生に関わらず常に実
行するように制御し、その制御に対応するように命令列
をプログラムしておく。

【００１２】従って、分岐が発生してもパイプライン回
路中の未完了後続命令をクリアする必要が無く、それら
の命令に続いて分岐先命令が実行される。又、分岐予測
方式では、例えばそれまでの分岐命令での分岐条件の成
立状況を参照する等によって分岐命令に続けて、分岐命
令に続く命令をフェッチするか、分岐先の命令をフェッ
チするか選択する制御により、分岐命令実行結果によっ
てパイプライン回路をクリアする場合が、確率的に少な
くなるようにする。

【００１３】従って、このような対策がある場合には、
その機能を有効に利用するようにプログラムすることに
より、パイプラインブレークの減少を期待できる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のような
パイプラインブレーク対策は、以上の説明で明らかなよ
うに、分岐命令がプログラムされて、分岐の発生するタ
イミングが予定できる場合のみ利用でき、予測できない
タイミングで発生する割込みによって、割込みルーチン
に分岐する場合には利用できない。

【００１５】本発明は、割込みによる分岐に対して、パ
イプラインブレークを解消できる割込み制御装置を目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の構成を
示すブロック図である。図１は割込み制御装置の構成で
あって、複数のステージ４からなるパイプライン回路１
によって命令を実行する処理装置８に接続し、バッファ
２と、割込み制御部３とを有する。

【００１７】バッファ２は、所要の該命令について、各
該命令が所要のステージ４で制御される場合に当該ステ
ージに設定される制御情報５を保持する。割込み制御部
３は、所定の割込み先命令への分岐が起こった場合に、
バッファ２の各制御情報５を、所定のステージ４に所定
の順序で入力して実行させる。

【００１８】その場合に割込み制御部３は、例えばバッ
ファ２の各制御情報５を、特定の１段のステージ４に順
次入力して実行させ、或いは、各制御情報５を、各制御
情報５ごと個別のステージ４に同時に入力して実行させ
るようにしてもよい。

【００１９】又、前記の割込み制御装置に、更に復帰バ
ッファ６と、復帰制御部７とを有し、復帰バッファ６
は、所要の該命令について、各該命令が所要のステージ
４で制御される場合に当該ステージに設定される制御情
報５を保持する。

【００２０】復帰制御部７は、特定命令の実行が特定の
該ステージまで進んだことを検出した場合に、復帰バッ
ファ６の各制御情報５を、所定のステージ４に所定の順
序で入力して実行させる。

【００２１】

【作用】例えば割込みルーチンの最初の部分の命令を、
そのプログラムから除いて、それらの命令を実行するた
めの制御情報を、本発明の割込み制御装置のバッファに
準備しておく。

【００２２】このようにすれば、割込み発生により、割
込み先への分岐のために、パイプライン回路がクリアさ
れても、割込み処理ルーチンの命令列でパイプライン回
路の全ステージが埋まるまでの間、バッファにある制御
情報が実行され、パイプラインブレークを発生させない
ようにすることができる。

【００２３】復帰バッファを設ければ、割込み処理を終
わって、被割込みプログラムへ復帰するための分岐が行
なわれる場合にも、同様の効果を得ることができる。

【００２４】

【実施例】図２は本発明の一実施例を示すブロック図で
あって、バッファ10は所要数のレジスタ11からなり、各
レジスタ11に１命令の制御情報を保持する。バッファ10
へは、予めプログラムによって、制御情報を設定できる
ようにする。

【００２５】レジスタ11の必要数は、割込みによる分岐
発生で、次のサイクルに直ちに分岐先の命令がパイプラ
イン回路に入力される場合には、パイプライン回路12の
ステージ数より１個少ない数でよく、分岐先命令のフェ
ッチ等に時間が掛かるシステムでは、それに応じてレジ
スタを増加するのが望ましい。

【００２６】レジスタ11は、例えばレジスタ間で制御情
報を順次シフトするように接続され、終段のレジスタ11
の出力は終段のステージ13に入力するように接続され
る。このパイプライン回路12は、多くの場合のように終
段ステージでオペランドの処理結果の書込み等を行なう
ようになっているものとし、各レジスタ11に保持する制
御情報を、例えば図３(a)のようにする。

【００２７】図３(a）の制御情報は、図に示すように有
効ビット、転送元レジスタ番号、転送先レジスタ番号か
らなり、有効ビットで制御情報の内容の有効性を示し、
有効情報を終段のステージ13に設定することにより、指
定のレジスタ番号の汎用レジスタ間でデータの転送を実
行できる。

【００２８】割込み制御部14は割込みによる分岐の発生
を処理装置からの信号で検出した時、パイプラインの制
御サイクルに同期して、レジスタ11のその制御情報を順
次シフトし、終段のステージ13に設定するように送り出
すので、有効な制御情報であれば、終段のステージで実
行される。

【００２９】従って、割込み処理の最初の部分で行なう
必要のある、例えば汎用レジスタの内容保存等のため
の、汎用レジスタ間の転送命令を制御情報に変換してバ
ッファ10に置くようにすることにより、割込み時のパイ
プラインブレークを発生しないようにすることができ
る。

【００３０】図５(b)はこの状況を説明する図であり、
前記図５(a)と同様のパイプラインとして、通常のプロ
グラムの実行のために、命令Ａ〜Ｄが順次フェッチされ
て、図のようにパイプライン回路で処理されていると
し、命令Ｄの後に割込みによる分岐が発生したとする。

【００３１】そこで、途中ステージの命令Ｂ、Ｃ、Ｄは
クリアされ、割込み先命令の行以下に示すように割込み
処理ルーチンの命令が、順次パイプライン回路に入る
が、最初の命令が４サイクル後に完了するまで、３サイ
クルのパイプラインブレークとなる。

【００３２】しかし、前記のようにして、バッファ10か
ら終段ステージに順次供給される制御情報を実行するこ
とにより、図示のようにパイプラインブレークは埋めら
れて、割込み処理ルーチンの処理が、効率よく進められ
る。

【００３３】以上では、制御情報をレジスタ間転送に限
るものとしたが、例えば図３(b）に示すように、制御情
報で演算コード、オペランドのレジスタ番号又は即値を
指定できるようにして、各種の演算命令をバッファにお
けるようにしてもよい。

【００３４】その場合に、パイプライン回路の構成によ
り必要であれば、制御情報を設定するステージを終段よ
り前の段にし、又は最初の制御情報を終段ステージに設
定し、同時に２番目の制御情報をその前段のステージに
設定し、同じステージに以後の制御情報を順次入力する
ようにする。

【００３５】図４は本発明の別の実施例であって、バッ
ファ20に例えば所要数のレジスタ21を設けて制御情報を
保持し、各レジスタ21の出力を、パイプライン回路22の
例えば終段からその前の必要な段までの、それぞれ個別
のステージ23に接続する。

【００３６】割込み制御部24は、割込みによる分岐の発
生を処理装置から検出した時、バッファ20に有効な制御
情報が設定されていれば、全レジスタ21の保持する制御
情報を一斉に各ステージ23に設定する。

【００３７】図２の復帰バッファ15及び復帰制御部16
は、割込みから被割込みプログラムへの復帰のための分
岐によって生じるパイプラインブレークを補償するため
の機構である。

【００３８】図の例では、復帰バッファ15はバッファ10
と同一の構成に接続したレジスタ17からなり、その終段
のレジスタ17の出力はバッファ10の場合と同様にパイプ
ライン回路の終段のステージ13に接続される。

【００３９】一般に、割込みからの復帰時に使用する分
岐命令として、特定の種類の無条件分岐命令（以下にお
いて特定ジャンプ命令という）が設けられているので、
復帰制御部16は処理装置からの信号によって特定ジャン
プ命令が実行されたことを検出する。

【００４０】復帰制御部16は、上記検出により動作し
て、割込み制御部14の場合と同様に、復帰バッファ15の
保持する制御情報をステージ13に順次入力して実行させ
る。制御情報は前記と同様の形式でよい。

【００４１】従って、割込み処理ルーチンの最後の部分
で必要な、例えばレジスタ内容の回復等のためのレジス
タ間転送命令等の命令列を、プログラムから除いて復帰
バッファ15に制御情報として保持することにより、復帰
先の最初の命令がパイプラインの最終ステージに到達す
るまでのパイプラインブレークを解消できる。

【００４２】図５(c)はその状況を説明する図であり、
(a)と同様のパイプライン回路として、割込み処理ルー
チンが命令Ａ、Ｂのように実行されてきて、次に前記の
特定ジャンプ命令が実行され、図で網かけをしたで被
割込みプログラムの復帰先命令への分岐が起きたとす
る。

【００４３】そこで図示のように復帰先の命令が順次パ
イプライン回路に入るが、復帰先の最初の命令が４サイ
クル後に完了するまで、少なくとも３サイクルのパイプ
ラインブレークとなる。

【００４４】しかし、前記のようにして、復帰バッファ
15から終段ステージに順次供給される制御情報を実行す
ることにより、図示のようにパイプラインブレークは埋
められて、割込み処理ルーチンの最終部分の処理が行な
われる。

【００４５】なお、特定ジャンプ命令に続いている、ク
リアされる命令は、例えば特定ジャンプ命令に続くアド
レスにある情報を命令とみなしてフェッチしたごみ情報
である。

【００４６】以上の動作から明らかなように、この例で
復帰バッファ15に制御情報として保持されるための元の
命令は、通常のプログラムであれば、命令Ｂと特定ジャ
ンプ命令との間で実行される割込み処理ルーチンの命令
列に相当する。

【００４７】

【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、パイプライン制御方式の命令実行機構を有する
計算機において、割込みによる分岐に対して、パイプラ
インブレークを解消できるので、計算機の処理効率を改
善するという著しい工業的効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を示すブロック図

【図２】 本発明の一実施例を示すブロック図

【図３】 制御情報の構成例を示す図

【図４】 本発明の他の実施例を示すブロック図

【図５】 命令実行のタイミングを説明する図

【符号の説明】

１、12、22 パイプライン回路 ２、10、20 バッファ ３、14、24 割込み制御部 ４、13、23 ステージ ５ 制御情報 ６、15 復帰バッファ ７、16 復帰制御部 ８ 処理装置 11、17、21 レジスタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のステージ(4)からなるパイプライ
   ン回路(1)によって命令を実行する処理装置(8)に接続
   し、 バッファ(2)と、割込み制御部(3)とを有し、 該バッファ(2)は、所要の該命令について、各該命令が
   所要の該ステージ(4)で制御される場合に当該ステージ
   に設定される制御情報(5)を保持し、 該割込み制御部(3）は、所定の割込み先命令への分岐が
   起こった場合に、該バッファ(2）の各該制御情報(5)
   を、所定の該ステージ(4)に所定の順序で入力して実行
   させるように構成されていることを特徴とする割込み制
   御装置。
2. 【請求項２】 前記割込み制御部(3)は、前記バッファ
   (2)から前記制御情報(5)を、特定の１段の前記ステージ
   (4)に順次入力して実行させる、請求項１記載の割込み
   制御装置。
3. 【請求項３】 前記割込み制御部(3)は、前記バッファ
   (2)の各前記制御情報(5)を、各該制御情報ごと個別の前
   記ステージ(4)に同時に入力して実行させる、請求項１
   記載の割込み制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１、請求項２又は請求項３記載の
   割込み制御装置であって、 復帰バッファ(6)と、復帰制御部(7)とを有し、 該復帰バッファ(6）は、所要の前記命令について、各該
   命令が所要の前記ステージ(4)で制御される場合に当該
   ステージに設定される制御情報(5)を保持し、 該復帰制御部(7)は、特定命令の実行が特定の該ステー
   ジ(4)まで進んだことを検出した場合に、該復帰バッフ
   ァ(6)の各該制御情報(5)を、所定の該ステージに所定の
   順序で入力して実行させるように構成されていることを
   特徴とする割込み制御装置。