JPH06124205A - 命令プリフェッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シングルタスク実行時に条件分岐命令を実行
する際に、条件成立時および条件不成立時の命令データ
を先取りすることができ、またマルチタスク処理時に
は、現在実行中のタスクの命令データおよび次に実行さ
れるタスクの命令データが先取りすることができる命令
プリフェッチ装置を提供する。 【構成】 第一の命令先取り実行部９と第二の命令先取
り実行部１０を備えることにより、条件分岐命令実行時
には分岐先の命令データを先取りすることができ、ま
た、マルチタスク処理時には次に実行するタスクの命令
データを先取りすることができるため、命令データの先
取りおよび命令データ解読装置１１への命令データの供
給のための不要なサイクルが減少し、高速に命令実行が
行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、条件分岐命令実行時に
は、分岐条件不成立時と分岐条件成立時の命令データを
先取りし、またマルチタスク処理時には、現在実行中の
タスクの命令データと次に実行するタスクの命令データ
を先取りすることが可能な命令プリフェッチ装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、条件分岐命令実行時に命令デ
ータを先取りする場合には、命令データを先取りし、格
納しておくための命令先取りキューを１組しか備えてな
かったため、分岐条件不成立時の命令データだけしか先
取りできないため、分岐条件不成立の場合は先取りされ
た命令データを使用できるが、分岐条件成立の場合は再
度、分岐条件成立時の命令データを格納する必要があっ
た。

【０００３】また、現在実行中のタスクの命令データの
先取りは可能であったがマルチタスク処理を行なう場合
にはタスク切り換え時に割り込みをかけ実行していたタ
スクの再実行のために、実行していたタスクの再実行時
の命令データのポインタを記憶装置に退避させ、その
後、次に実行するタスクのスタートアドレスおよび命令
データを格納する必要があり、オバーヘッドが大きかっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、条件分岐命令実行時には、分岐先の命令
データの先取りができず、条件分岐命令実行時に、条件
が成立して分岐する場合は、命令データの再格納が必要
である。

【０００５】またマルチタスク処理時には、タスク切り
換え時に、割込みをかけ、実行中のタスクの再実行時の
命令データのポインタを記憶装置へ退避した後、次に実
行するタスクの命令データの格納を行なう必要があり、
次に実行するタスクの命令データの先取りが行えず、タ
スク切り換え時に命令解読装置への命令データの供給に
不要な空きサイクルが生じていた。

【０００６】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、条件分岐命令実行時には分岐する場合と分岐しない
場合の命令データの先取りができ、またマルチタスク処
理時には現在実行中のタスクの命令データと次に実行す
る命令データの先取りができる命令プリフェッチ装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の命令プリフェッチ装置は、先取りした命令デ
ータを格納しておくための命令先取りキューを２組備
え、それに対応して、前記命令先取りキューへ書き込み
アドレスを指示する第一の手段と、前記命令先取りキュ
ーへ読み出しアドレスを指示する第二の手段と、前記命
令先取りキューの有効バイト数を示す第三の手段をそれ
ぞれ２組備え、 （１）シングルタスク実行時に条件分岐命令を実行する
際には一方の命令先取りキューに分岐条件不成立つまり
分岐しない場合の命令データを先取りし、他方の命令先
取りキューに分岐条件成立時つまり分岐する場合の命令
データを先取りする。

【０００８】（２）また、マルチタスク処理時には一方
の命令先取りキューに実行中のタスクの命令データを先
取りし、他方の命令先取りキューに次に実行するタスク
の命令データを先取りすることが可能なように構成した
ものである。

【０００９】

【作用】この構成によって、条件分岐命令実行時には、
分岐先の命令データを先取りすることができ、また、マ
ルチタスク処理時には、次に実行するタスクの命令デー
タの先取りが行えるため、従来のような命令解読装置へ
の命令データの供給に不要な空きサイクルがなくなっ
た。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例における命令プリ
フェッチ装置および命令データ解読装置の構成図を示す
ものである。

【００１２】図１において、１，２は記憶装置（図示せ
ず）から先取りした命令データを格納しておくための第
一の命令先取りキュー及び第二の命令先取りキュー、
３，４は記憶装置に先取りする命令データのアドレス１
０２を指示し、同時に前記第一の命令先取りキュー１の
書き込みアドレス１０３、および前記第二の命令先取り
キュー２の書き込みアドレス１０４（書き込みアドレス
１０３，１０４は前記第一の命令先取りキュー１、第二
の命令先取りキュー２がそれぞれ８バイトで構成されて
おり、１アドレス１バイトとすると、前記アドレス１０
０，１０１の下位３ビットを使用）を指示する第一の書
き込みアドレスカウンタ及び第二の書き込みアドレスカ
ウンタ、５，６は、現在実行中の命令のポインタを示
し、同時に前記第一の命令先取りキュー１の読み出しア
ドレス１２５、および前記第二の命令先取りキュー２の
読み出しアドレス１２６（読み出しアドレス１２５，１
２６は、前記第一の命令先取りキュー１、第二の命令先
取りキュー２がそれぞれ８バイトで構成されており、１
アドレス１バイトとすると、現在実行中の命令のポイン
タ１１３，１１４の下位３ビットを使用）、７，８は前
記第一の命令先取りキュー１、第二の命令先取りキュー
２の有効バイト数１０５，１０６を示し、また、前記第
一の命令先取りキュー１、第二の命令先取りキュー２に
書き込み許可信号および前記第一の書き込みアドレスカ
ウンタ３、第二の書き込みアドレスカウンタ４に記憶装
置へのアドレス出力許可信号１０７，１０８を出力する
第一の有効バイト数カウンタ、第二の有効バイト数カウ
ンタ、９は、前記第一の命令先取りキュー１、第一の書
き込みアドレスカウンタ３、第一の読み出しアドレスカ
ウンタ５、第一の有効バイト数カウンタ７で構成された
第一の命令先取り実行部、１０は前記第二の命令先取り
キュー２、第二の書き込みアドレスカウンタ４、第二の
読み出しアドレスカウンタ６、第二の有効バイト数カウ
ンタ８で構成された第二の命令先取り実行部である。

【００１３】１１は命令データを解読し、解読情報信号
を出力する命令解読装置（命令プリフェッチ装置には含
まない）、１２は前記第一の書き込みアドレスカウンタ
３の出力するアドレス１０９と、前記第二の書き込みア
ドレスカウンタ４の出力するアドレス１１０とを選択す
るマルチプレクサ、１３は前記第一の有効バイト数カウ
ンタ７が出力する有効バイト数１１１と前記第二の有効
バイト数カウンタ８が出力する有効バイト数１１２とを
選択するためのマルチプレクサ、１４は前記第一の読み
出しアドレスカウンタ５が出力する実行中の命令のポイ
ンタ１１３と前記第二の読み出しアドレスカウンタ６が
出力する実行中の命令のポインタ１１４とを選択するマ
ルチプレクサ、１５は、前記第一の命令先取りキュー１
が出力する命令データ１１５と前記第二の命令先取りキ
ュー２が出力する命令データ１１６とを選択するための
マルチプレクサ、１６は前記第一の書き込みアドレスカ
ウンタ３が記憶装置に対して出力する前記アドレス１０
０と前記第二の書き込みアドレスカウンタ４が記憶装置
に対して出力する前記アドレス１０１とを選択するマル
チプレクサ、１７は、前記マルチプレクサ１２の出力１
１７と、先取りした命令データのバイト数１１８を加算
するための加算器であり、前記加算器１７の出力１１９
によって前記第一の書き込みアドレスカウンタ３あるい
は第二の書き込みアドレスカウンタ４は更新される。１
８は前記マルチプレクサ１３の出力１２０と、解読の終
了した命令のバイト数１２７を減算するための減算器、
１９は前記減算器の出力１２１と先取りした命令データ
のバイト数１１８を加算するための加算器であり、前記
加算器１９の出力１２２によって前記第一の有効バイト
数カウンタ７あるいは第二の有効バイト数カウンタ８は
更新される。

【００１４】２０は、前記マルチプレクサ１４の出力１
２３と解読の終了した命令のバイト数１２７を加算する
ための加算器であり、前記加算器２０の出力１２４によ
って前記第一の読み出しアドレスカウンタ５あるいは第
二の読み出しアドレスカウンタ６は更新される。２１は
前記マルチプレクサ１２，１３，１４，１５，１６の制
御および、前記加算器１７，１９，２０、および減算器
１８への入力を与える命令先取り制御装置である。

【００１５】以上のように構成された本実施例の命令プ
リフェッチ装置について、以下、（１）シングルタスク
処理時の条件分岐命令以外の命令実行時、（２）シング
ルタスク処理時の条件分岐命令実行時、（３）マルチタ
スク処理時の３つの場合に分けて動作を説明する。

【００１６】（１）条件分岐命令およびマルチタスク処
理以外の場合の命令の先取りについて説明する。

【００１７】この場合、前記第二の命令先取り実行部１
０は使用せず、前記第一の命令先取り実行部９を使用す
るため、前記命令先取り制御装置２１は、前記マルチプ
レクサ１２，１３，１４，１５，１６に前記第一の命令
先取り実行部９の出力するデータを選択するように、セ
レクト信号１２８を出力し、また前記、加算器１７，１
９，２０の出力によって、前記第一の書き込みアドレス
カウンタ３、第一の有効バイト数カウンタ７、第一の読
み出しアドレスカウンタ５が更新されるものとする。

【００１８】また、前記第一の命令先取りキュー１への
書き込み許可信号であり、記憶装置へのアドレス出力許
可信号である１０７の出力される条件（以下、命令先取
り許可条件）は、第一の命令先取りキュー１の構成バイ
ト数−第一の有効バイト数カウンタ７≧先取りする命令
データのバイト数とする。

【００１９】まず、命令のスタート時は、前記第一の有
効バイト数カウンタ７は零であるため、前記書き込み許
可信号、アドレス出力許可信号１０７が出力されてお
り、前記第一の書き込みアドレスカウンタ３と第一の読
み出しアドレスカウンタ５に記憶装置からスタートアド
レス１２９が格納され、前記第一の書き込みアドレスカ
ウンタ３は、アドレス１００（前記スタートアドレス１
２９と同じ）を出力することにより、記憶装置に先取り
する命令データのアドレス１０２が指示され、前記第一
の書き込みアドレスカウンタが指示する書き込みアドレ
ス１０３に従って前記第一の命令先取りキュー１に命令
データ１３０が格納され、前記命令先取り制御装置は、
先取りした命令データのバイト数１１８を出力し、前記
第一の書き込みアドレスカウンタ３が出力するアドレス
（スタートアドレス１２９と同じ）１０９すなわちマル
チプレクサの出力１１７と加算器１７で加算され、前記
第一の書き込みアドレスカウンタ３は更新され、同様に
前記第一の有効バイト数カウンタ７も加算器１９の出力
により更新される。そして、前記第一の読み出しアドレ
スカウンタ５が指示する読み出しアドレス１２５に従っ
て命令データ１１５を出力することにより、命令データ
解読装置１１は命令データ１１９を受け取り、命令の解
読を開始し、解読の終了した命令データについてはその
バイト数を示す信号１３１を前記命令先取り制御装置２
１に送ることにより前記命令先取り制御装置２１は前記
加算器２０と前記減算器１８に対して解読の終了した命
令データのバイト数１２８を出力することにより、前記
第一の読み出しアドレスカウンタ５すなわち現在実行中
の命令のポインタは更新され、また前記第一の有効バイ
ト数カウンタ７も更新される。そして、１つの命令の解
読および実行が終了したときに命令解読終了信号１３２
が出力され、前記命令先取り制御装置２１は命令データ
読み出し許可信号１３３を前記第一の命令先取りキュー
１に指示し、前記読み出しアドレス１２５に従って命令
データの読み出しを行なう。また、前記命令先取り許可
条件が成立しているときは常に命令データの先取りがで
きる。

【００２０】このように、前記第一の命令先取りキュー
１への書き込みおよび読み出しを行うことにより効率よ
く命令の先取りができる。

【００２１】（２）次に条件分岐命令実行時の、条件成
立時と条件不成立時の命令データの先取りについて説明
する。

【００２２】また前記第一の命令先取り実行部９と第二
の命令先取り実行部１０は機能は全く同じであるため、
前記第二の命令先取り実行部１０での命令先取りの詳細
は省略する。条件分岐命令を実行する以前の命令は、前
述（１）の通りに前記第一の命令先取り実行部９を使用
して命令の先取りおよび読み出しが行われ、条件分岐命
令実行時は、条件不成立時すなわち分岐しない場合の命
令データは前記第二の命令先取りキュー２に先取りし条
件成立時すなわち分岐する場合は、前記命令データ解読
装置１１が解読した命令データを条件分岐命令だと判断
すると、分岐先の命令データのアドレス１３４を解読し
て出力し、前記第二の書き込みアドレスカウンタ４と第
二の読み出しアドレスカウンタ６に分岐先のアドレス１
３４が格納され、前記第一の命令先取り実行部と同様に
して記憶装置から命令データ１３５が前記第二の命令先
取りキュー２に格納される。そして、条件分岐命令実行
終了後、前記命令データ解読装置１１は命令先取り制御
装置に結果フラグ１３６を出力し、条件不成立の場合
は、引き続き前記第一の命令先取り実行部９を使用し
て、命令の先取りを続けていくが、条件成立の場合、前
記命令先取り制御装置２１は前記第二の命令先取り実行
部１０の出力するデータを選択するように前記セレクト
信号１２８を出力する。

【００２３】分岐して以降の命令データの先取りは前記
第二の命令先取り実行部１０を使用して実行するが、さ
らに条件分岐命令を実行する場合、分岐しない場合の命
令データの先取りは、前記第二の命令先取り実行部１０
を使用し、分岐した場合の命令データの先取りは前記第
一の命令先取り実行部９を使用する。

【００２４】（３）マルチタスク処理時の命令先取りに
ついて説明する。 まず、一番最初に実行するタスクは、前記（１）と同様
に前記第一の命令先取り実行部９を使用して、命令先取
りを行ない、次に実行するタスクの命令データの先取り
は、タスクを切り換える前に、前記第二の書き込みアド
レスカウンタ４と第二の読み出しアドレスカウンタ６に
次に実行するタスクのスタートアドレス１３７を格納
し、前記第二の命令先取りキュー２に命令データ１３５
を先取りしておく。そしてタスクを切り換えるときに前
記命令先取り制御装置２１は前記セレクタ信号１２８を
切り換え、前記第二の命令先取り実行部１０の出力デー
タが選択され、次のタスクの実行が始まる。さらに次の
タスクの命令データを先取りする場合は、前記第一の命
令先取り実行部９を使用する。

【００２５】このようにマルチタスク処理の場合も第一
の命令先取り実行部と第二の命令実行部を交互に使用す
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、前記命令先取りキューと第
一，第二，第三の手段を２組設けることにより、条件分
岐命令実行時に条件成立時の命令データと条件不成立時
の命令データを先取りでき、また、マルチタスク処理時
に次に実行するタスクの命令データの先取りができる優
れた命令プリフェッチ装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における命令プリフェッチ装
置の構成図

【符号の説明】

１ 第一の命令先取りキュー ２ 第二の命令先取りキュー ３ 第一の書き込みアドレスカウンタ ４ 第二の書き込みアドレスカウンタ ５ 第一の読み出しアドレスカウンタ ６ 第二の読み出しアドレスカウンタ ７ 第一の有効バイト数カウンタ ８ 第二の有効バイト数カウンタ ９ 第一の命令先取り実行部 １０ 第二の命令先取り実行部 １１ 命令データ解読装置 １２〜１６ マルチプレクサ １７，１９，２０ 加算器 １８ 減算器 ２１ 命令先取り制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記憶装置から命令データを先取りし、格納
   しておくための命令先取りキューを２組備え、それに対
   応して先取りする命令データのアドレスを示し、同時に
   前記命令先取りキューの書き込みアドレスを示す第一の
   手段と、現在実行中の命令データのポインタを示し、同
   時に前記命令先取りキューの読み出しアドレスを示す第
   二の手段と、前記命令先取りキュー内の有効な命令デー
   タのバイト数を示す第三の手段をそれぞれ２組備え、シ
   ングルタスク実行時に条件分岐命令を実行する場合は、
   ２組の前記命令先取りキュー、第一，第二，第三の手段
   を同時に使用し、条件不成立時の命令データは条件分岐
   命令を実行する以前の命令を先取りした際に使用した方
   の命令先取りキューに先取りし、分岐条件成立時の命令
   データは、もう一方の命令先取りキューに先取りするこ
   とにより、条件分岐命令実行後、分岐条件不成立の場合
   は、条件分岐命令を実行する以前の命令を先取りした際
   に使用していた方の命令先取りキューに先取りされた命
   令データを選択し、分岐条件成立の場合はもう一方の命
   令先取りキューに先取りされた命令データを選択し、命
   令の実行を進め、継続してマルチタスク処理を行う場合
   は、２組の命令先取りキュー、第一，第二，第三の手段
   を同時に使用し実行中のタスクについては実行中のタス
   クが使用している方の命令先取りキューに命令データを
   先取りし、またタスクを切換える前にもう一方の命令先
   取りキューに次に実行するタスクの命令データを先取り
   し、タスク切換え時には、次に実行するタスクの命令デ
   ータが先取りされている方の命令先取りキューの命令デ
   ータを選択し、命令実行を進め、 タスクを切り換えるときは、２組の命令先取りキューに
   交互に命令データの先取りを行なうことを特徴とする命
   令プリフェッチ装置。