JPH06168122A - データ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】命令を高速に実行することのできるデータ処理
装置を提供する。 【構成】命令判別手段１０は解読した命令が要長時間命
令か要短時間命令かを判別し、第１の命令制御手段１１
は要長時間命令を第２の処理装置２に送出し、第１の演
算手段１２は要短時間命令を実行する。命令記憶手段２
１は第１の命令制御手段１１からの要長時間命令を記憶
し、第２の命令制御手段２３は命令記憶手段２１からの
要長時間命令と第１の命令制御手段１１からの要長時間
命令とのいずれかの要長時間命令を選択して読み出しこ
の要長時間命令の実行を第２の演算手段２２に行わせ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、命令を高速に実行すべ
く、処理装置で命令を逐次実行すると同時に、長い命令
を実行する場合にはその命令を別の演算器により実行す
る非同期演算制御装置を備えたデータ処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、データ処理装置においては、
命令の実行は一般には次のような一連の処理により行わ
れている。主記憶装置から命令を取り出して、この命令
を命令デコード部により解読する。そして、解読された
命令に従って演算部によりデータの演算を行い、その演
算結果を記憶部に記憶する。

【０００３】また、多数の命令を実行するためには、順
次命令毎に前記一連の処理を行わなければならない。こ
のため、多数の命令を実行した場合には、命令の処理に
かなりの時間を要していた。

【０００４】また、命令の中には、例えば処理時間の長
い命令が発生する場合もある。例えば浮動小数点演算な
どを行う場合には、通常の命令を処理する場合よりもさ
らに処理時間がかかる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、処理時間の長
い命令であっても、その命令を高速に処理するデータ処
理装置が望まれていた。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、命令を高速に実行す
ることのできるデータ処理装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決し目的を達成するために下記の構成とした。図１は本
発明の原理図である。図１に示すように本発明に係るデ
ータ処理装置は、第１の処理装置１と第２の処理装置と
を備えている。第１の処理装置１は、複数の命令を実行
し、第２の処理装置２は第１の処理装置１に接続され第
１の処理装置１で処理すべき複数の命令の内の処理時間
の長い要長時間命令を実行する。

【０００８】前記第１の処理装置１は、命令判別手段１
０、命令制御手段１１、第１の演算手段１２を有してい
る。命令判別手段１０は前記複数の命令を解読し、解読
した命令が要長時間命令か処理時間の短い要短時間命令
かを判別する。第１の命令制御手段１１は命令判別手段
１０により判別された要長時間命令を第２の処理装置２
に送出する。第１の演算手段１２は命令判別手段１０に
より判別された要短時間命令を実行する。

【０００９】前記第２の処理装置２は、命令記憶手段２
１、第２の演算手段２２、第２の命令制御手段２３を有
している。命令記憶手段２１は第１の命令制御手段１１
から要長時間命令を取り込みこの要長時間命令の実行を
終了するまで記憶する。第２の演算手段２２は命令記憶
手段２１に記憶された要長時間命令を実行する。第２の
命令制御手段２３は命令記憶手段２１と第２の演算手段
２２との間に設けられ、命令記憶手段２１からの要長時
間命令と第１の命令制御手段１１からの要長時間命令と
のいずれかの要長時間命令を選択して読み出しこの要長
時間命令の実行を第２の演算手段２２に行わせる。

【００１０】ここで、第１の処理装置１としては、例え
ば中央処理装置（ＣＰＵ）などであり、第２の処理装置
２としては、例えばマイクロプロセッサなどを例示でき
る。命令判別手段１０としては、主記憶装置に記憶され
た複数の命令を解読するデコーダなどを例示でき、第１
の演算手段１２としては、要短時間命令の整数演算を行
う整数演算器などを例示できる。命令記憶手段２１とし
ては、例えば、要長時間命令を記憶する命令キューなど
であり、命令キューに要長時間命令を記憶する。

【００１１】また、より好適には、以下のようにするの
が望ましい。すなわち、前記第２の命令制御手段２３
は、記憶判定部２４、第１の読出部２５、第２の読出部
２６を有している。記憶判定部２４は、命令記憶手段２
１に要長時間命令が記憶されているか否かを判定する。
第１の読出部２５は記憶判定部２４により命令記憶手段
２１に要長時間命令が記憶されていると判定された場合
には命令記憶手段２１から要長時間命令を読み出す。第
２の読出部２６は記憶判定部２４により命令記憶手段２
１に要長時間命令が記憶されていないと判定した場合に
は第１の命令制御手段１１からの次の要長時間命令を読
み出すとともにこの要長時間命令を命令記憶手段２１に
記憶させる。

【００１２】また、前記第２の命令制御手段２３には、
前記第１の命令制御手段１１からの要長時間命令を命令
記憶手段２１を介することなく第２の命令制御手段２３
にバイパスするための命令バイパス３０が接続されてい
るとよい。

【００１３】さらに、前記命令記憶手段２１は、要長時
間命令を記憶するための命令キューであり、この命令キ
ューは、順次送られてくる複数の要長時間命令の各命令
に対応して設けられた複数のキューからなり、各キュー
のそれぞれの出力が第２の命令制御手段２３に接続され
ているとよい。

【００１４】また、パイプライン制御装置を有し、前記
第１の処理装置１及び第２の処理装置２は、このパイプ
ライン制御装置により制御されて命令を実行し、少なく
とも命令の解読、演算、書き込みを実行するよう構成す
るとよい。

【００１５】さらに、前記第２の演算手段２２は、浮動
小数点演算を実行する演算器であるとよく、前記第１の
演算手段１２は、整数演算を実行する整数演算器である
とよい。

【００１６】また、前記第１の処理装置１にレジスタ１
３を設け、このレジスタ１３は、前記第１の演算手段１
２と第２の演算手段２２とにそれぞれ演算すべき複数の
データを与え、第１の演算手段１２で演算された結果と
第２の演算手段２２で演算された結果を格納するとよ
い。

【００１７】

【作用】本発明によれば、命令判別手段１０は、複数の
命令を解読し解読した命令が要長時間命令か要短時間命
令か否かを判別する。

【００１８】そして、第１の命令制御手段１１が、命令
判別手段１０により判別された要短時間命令を第１の演
算手段１２に送出すると、第１の演算手段１２は命令判
別手段１０により要短時間命令を実行する。

【００１９】一方、第１の命令制御手段１１は、命令判
別手段１０により判別された要長時間命令を第２の処理
装置２に送出する。すると、第２の命令制御手段２３
は、命令記憶手段２１からの要長時間命令と第１の命令
制御手段１１からの要長時間命令とのいずれかの要長時
間命令を選択して読み出しこの要長時間命令の実行を第
２の演算手段２２に行わせる。

【００２０】すなわち、第２の命令制御手段２３は、第
１の命令制御手段１１からの要長時間命令を命令記憶手
段２１を介さずに第２の演算手段２２に送り、第２の演
算手段２２がその要長時間命令を演算する。

【００２１】従って、要長時間命令を高速に処理するこ
とができる。一方、既に命令記憶手段２１に要長時間命
令が記憶されている場合には、第２の命令制御手段２３
は、命令記憶手段２１から要長時間命令を読み出して第
２の演算手段２２に要長時間命令を実行させることがで
きる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
図２は本発明にかかるデータ処理装置の一実施例を示す
構成ブロック図である。

【００２３】データ処理装置は、複数の命令を逐次実行
する第１の処理装置としてのＣＰＵ１を備えている。ま
た、データ処理装置は、このＣＰＵ１に接続され複数の
命令のうち処理時間の長い要長時間命令を取り込みこの
要長時間命令を実行する第２の処理装置２としての非同
期演算制御装置２を備えている。ここで、非同期演算制
御装置２は、浮動小数点演算を行うためのマイクロプロ
セッサである。

【００２４】＜ＣＰＵの構成＞図３にデータ処理装置に
おけるパイプライン制御による複数の命令のタイムチャ
ートを示す。ＣＰＵ１は、パイプライン制御装置により
制御され命令を実行するものであって、図３に示すよう
に、命令１，２，３毎に命令の解読（Ｄステート）、演
算（Ｅステート）、書き込み（Ｗステート）を実行す
る。

【００２５】このＣＰＵ１は、命令判別手段としての命
令判別部１０、第１の命令制御手段としての命令制御部
１１、第１の演算手段としての整数演算器１２、汎用レ
ジスタ１３、メモリ１４を有し、命令制御及びＤ，Ｅ，
Ｗステートからなる１サイクルで終了する整数演算を行
う。

【００２６】命令判別部１０は前記複数の命令を解読
し、解読した命令が非同期演算制御装置２で処理すべき
処理時間の長い要長時間命令かあるいはＣＰＵ１で処理
すべき処理時間の短い要短時間命令か否かを判別する。
なお、命令判別部１０における処理はＤステートに対応
している。

【００２７】前記命令制御部１１は、命令判別部１０１
に接続され、命令判別部１０により処理時間の長い要長
時間命令と判別された場合には、その要長時間命令を命
令バス３を通して非同期演算制御装置２に送出する。

【００２８】整数演算器１２は、命令制御部１１に接続
され、命令判別部１０により処理時間の短い要短時間命
令と判別された場合には、整数演算を実行し、その演算
結果を汎用レジスタ１３に出力する。なお、整数演算器
１２における処理は、Ｅステートに対応している。

【００２９】汎用レジスタ１３は、整数演算器１２とメ
モリ１４に接続され、整数演算器１２で整数演算を行う
に必要なソースデータを格納している。また、汎用レジ
スタ１３は、このソースデータを整数演算器１２に出力
するとともに、整数演算器１２の演算結果を格納する。
なお、汎用レジスタ１３における処理は、Ｗステートに
対応している。

【００３０】メモリ１４は、各種のデータを格納してお
り、ここでは、整数演算に必要なソースデータを汎用レ
ジスタ１３に与える。

【００３１】＜非同期演算制御装置２の構成＞非同期演
算制御装置２は、処理時間の長い要長時間命令、例えば
図３に示す命令２’をパイプライン制御装置により制御
されて実行するものであって、命令の解読ステート、演
算ステート、書き込みステートを実行する。

【００３２】非同期演算制御装置２は、命令記憶手段と
しての命令キュー２１と、第２の演算手段としての非同
期パイプライン演算器２２、命令キュー２１と非同期パ
イプライン演算器２２との間に設けられた第２の命令制
御手段としての命令制御部２３とを有している。

【００３３】前記命令キュー２１は、命令バス３を通し
て命令制御部１１に接続され、命令制御部１１から処理
時間の長い要長時間命令を取り込みこの要長時間命令の
実行を終了するまで記憶する。ここでは、命令キュー２
１は、非同期演算制御装置起動命令、例えばフローティ
ングポイント（ＦＰ）命令がＣＰＵ１側で実行されたと
き、処理時間の長い要長時間命令を非同期パイプライン
演算器２２が実行終了するまで記憶する。

【００３４】命令キュー２１は、実施例ではキュー２１
〜２１ｃからなり、各キューのそれぞれの出力が命令制
御部２３に接続されている。図４は各キューの構成図で
ある。図４において、各キュー２１ａ〜２１ｃは、次の
ように構成されている。命令コード４１１は各命令のた
めのコードであり、ソースレジスタ番号４１２は、演算
すべきソースデータＤ１を格納している汎用レジスタ１
３上における番号を示している。

【００３５】ソースレジスタ番号４１３は、演算すべき
ソースデータし２を格納している汎用レジスタ１３上に
おける番号を示している。結果レジスタ番号４１４は、
ソースデータＤ１とソースデータＤ２とを演算した結果
を格納すべき汎用レジスタ１３上の番号を示している。

【００３６】命令制御部２３は、命令キュー２１の出力
と非同期演算パイプライン演算器２２の入力とに接続さ
れている。命令制御部２３には、命令制御部１１からの
要長時間命令を命令キュー２１を介することなく命令制
御部２３にバイパスするための命令バイパス３０が接続
されている。

【００３７】命令制御部２３は、各キュー２１ａ〜２１
ｃからの要長時間命令と命令制御部１１から前記命令バ
イパス３０を介する要長時間命令とのいずれかの要長時
間命令を選択して読み出しこの要長時間命令の実行を非
同期パイプライン演算器２２に行わせる。

【００３８】命令制御部２３は、記憶判定部２４、第１
の読出部２５、第２の読出部２６を有している。記憶判
定部２４は、命令キュー２１ａ〜２１ｃに要長時間命令
が記憶されているか否かを判定する。

【００３９】第１の読出部２５は、記憶判定部２４によ
り命令キュー２１ａ〜２１ｃのいずれかに要長時間命令
が記憶されていると判定された場合には、その命令キュ
ーから要長時間命令を読み出す。

【００４０】第２の読出部２６は、記憶判定部２４によ
り命令キュー２１ａ〜２１ｃのいずれにも要長時間命令
が記憶されていないと判定した場合には、命令制御部１
１からの次の要長時間命令を読み出すとともにこの要長
時間命令を命令キュー２１ａに記憶させる。

【００４１】非同期パイプライン演算器２２は、浮動小
数点演算を実行する演算器であり、命令キュー２１ａ〜
２１ｃに記憶された要長時間命令を前記ＣＰＵ１の命令
の処理とは非同期に実行するものである。この非同期パ
イプライン演算器２２は、ソースデータバス５を通して
汎用レジスタ１３からソースデータを取り込んで浮動小
数点演算を行い、その演算結果を書き込みデータバス６
を通して汎用レジスタ１３に出力するようになってい
る。

【００４２】＜実施例の動作＞図５は実施例のＣＰＵに
おける１サイクルの動作フローを示す図である。図６は
実施例の非同期演算制御装置における動作フローであ
る。次に、このように構成された実施例の動作を図面を
参照して説明する。なお、ここでは、例えば図３に示す
ような命令１，命令２，長時間命令２’，命令３を実行
するものとする。

【００４３】まず、ＣＰＵ１側で次のような処理が行わ
れる。命令判別部１０は、複数の命令を解読し（ステッ
プ１０１）、解読した命令が非同期演算制御装置２で処
理すべき処理時間の長い要長時間命令か要短時間命令か
否かを判別する（ステップ１０２）。

【００４４】ここで、命令判別部１０が命令を処理時間
の短い要短時間命令と判別した場合には、命令制御部１
１はその要短時間命令を整数演算器１２に送出する（ス
テップ１０３）。

【００４５】そして、整数演算器１２は、命令判別部１
０により判別された要短時間命令を実行する（ステップ
１０４）。すなわち、整数演算器１２では、解読された
命令に基づき汎用レジスタ１３から演算すべきソースデ
ータ（整数データ）を取り込んでＥステートにおいて整
数演算を行う。

【００４６】整数演算器１２は、例えば２つのソースデ
ータの加算を行う。そして、汎用レジスタ１３では、整
数演算器１２から演算結果を取り込んで内部に書き込む
ことになる（ステップ１０５）。

【００４７】図５では、１サイクルの処理時間の短い要
短時間命令の解読、演算、書き込みを示したが、命令判
別部１０により要短時間命令と判別された場合には、こ
のような処理を命令毎に繰り返し行う（ステップ１０１
〜１０５）。

【００４８】一方、命令判別部１０が命令を要長時間命
令と判別した場合には、命令制御部１１はその要長時間
命令を非同期演算制御装置２に送出する（ステップ１０
６）。例えば解読された命令が非同期演算命令（ＦＰ命
令）である場合に、処理時間の長い要長時間命令、例え
ば命令２’が命令バス３を経由して命令キュー２１に送
られる。

【００４９】次に、図６を参照して非同期演算制御装置
２の動作を説明する。まず、命令制御部２３の記憶判定
部２４は、各キュー２１ａ〜２１ｃに要長時間命令が記
憶されているか否かを判定する（ステップ２０１）。

【００５０】ここで、全てのキュー２１ａ〜２１ｃに要
長時間命令が記憶されていない場合には、すなわち、キ
ューの中身が空である場合には、命令制御部２３は、命
令制御部１１から要長時間命令が入力されるかを判定す
る（ステップ２０２）。

【００５１】ここでは、要長時間命令として例えば命令
２’が命令バス３を経由して命令キュー２１に送られて
くるので、命令制御部２３の読出部２６は、キュー２１
ａに命令２’を書き込ませる。この動作と同時に命令
２’を命令バイパス３０を通して直接に読み出す（ステ
ップ２０３）。

【００５２】そして、命令制御部２３は、この要長時間
命令として例えば命令２’を非同期パイプライン演算器
２２に与える。この非同期パイプライン演算器２２は、
ソースデータＤ１及びソースデータＤ２とを基にして命
令２’の演算を行う（ステップ２０４）。

【００５３】すなわち、命令キュー２１に記憶されたソ
ースレジスタ番号４１２及びソースレジスタ番号４１３
に対応する汎用レジスタ１３の番地からソースデータＤ
１及びソースデータＤ２が非同期パイプライン演算器２
２に読み出される。そして、これらのデータの演算が行
われて、演算結果が求められる。

【００５４】さらに、非同期パイプライン演算器２２に
演算された結果を汎用レジスタ１３に書き込む（ステッ
プ２０５）。一方、命令制御部２３の記憶判定部２４が
いずれかのキューに要長時間命令が記憶されていると判
定した場合には、命令制御部２３の読出部２５は、該当
するキューから要長時間命令を読み出す（ステップ２０
６）。そして、命令制御部２３の読出部２５は、その要
長時間命令を非同期パイプライン演算器２２に対して与
える。

【００５５】非同期パイプライン演算器２２では、汎用
レジスタ１３からソースデータバス４を通してソースデ
ータＤ１とソースデータＤ２とを取り込んで演算を行い
（ステップ２０７）、その演算結果を汎用レジスタ１３
に出力する。

【００５６】汎用レジスタ１３は、非同期パイプライン
演算器２２で演算された結果を書き込む（ステップ２０
８）。この演算結果の書き込みが終了したことで、要長
時間命令の実行が終了したことになる。従って、該当す
るキューの要長時間命令の記憶が解除されて、そのキュ
ーの中は空となる。

【００５７】このように本実施例によれば、命令制御部
１１が、命令判別部１０により判別された要長時間命令
を非同期演算制御装置２に送出する。すると、命令制御
部２３は、命令制御部１１からの要長時間命令を命令キ
ュー２１を介さずに非同期パイプライン演算器２２に送
り、この演算器２２がその要長時間命令を演算する。

【００５８】すなわち、本実施例によれば、命令キュー
２１ａ〜２１ｃに要長時間命令を記憶する時間と、かつ
その要長時間命令の読出時間を削減できるから、要長時
間命令を高速に処理することができる。

【００５９】また、既に命令キュー２１に要長時間命令
が記憶されている場合には、命令制御手段２３は、命令
キュー２１から要長時間命令を読み出して非同期パイプ
ライン演算器２２に命令を実行させることができる。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、処理時間の長い要長時
間命令が第２の処理装置に入力された場合に、命令記憶
手段に要長時間命令を記憶する時間とかつその要長時間
命令の読出時間を削減できるから、演算を直ちに開始す
ることができる。

【００６１】従って、要長時間命令を高速に処理するこ
とができ、演算制御装置の性能向上に寄与するところが
大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の実施例の構成ブロック図である。

【図３】実施例の命令のタイムチャート図である。

【図４】命令キューの１エントリのフィールド構成を示
す図である。

【図５】実施例のＣＰＵの動作フローである。

【図６】実施例の非同期演算制御装置の動作フローであ
る。

【符号の説明】

１・・ＣＰＵ ２・・非同期演算制御装置 ３・・命令バス ４・・書き込み読み込みレジスタ ５・・ソースデータバス ６・・書き込みデータバス １１・・命令制御部 １２・・整数演算器 １３・・汎用レジスタ １４・・メモリ ２１・・命令キュー ２１ａ〜２１ｃ・・キュー ２２・・非同期パイプライン演算器 ２３・・命令制御部 ４１１・・命令コード ４１２・・ソースレジスタ番号 ４１３・・ソースレジスタ番号 ４１４・・結果レジスタ番号 Ｄ・・解読ステート Ｅ・・演算ステート Ｗ・・書き込みステート

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の命令を実行する第１の処理装置
   （１）と、 第１の処理装置（１）に接続され第１の処理装置（１）
   で処理すべき複数の命令の内の処理時間の長い要長時間
   命令を実行する第２の処理装置（２）とを備え、 前記第１の処理装置（１）は、前記複数の命令を解読
   し、解読した命令が要長時間命令か処理時間の短い要短
   時間命令かを判別する命令判別手段（１０）と、 命令判別手段（１０）により判別された要長時間命令を
   第２の処理装置（２）に送出する第１の命令制御手段
   （１１）と、 命令判別手段（１０）により判別された要短時間命令を
   実行する第１の演算手段（１２）とを有し、 前記第２の処理装置（２）は、第１の命令制御手段（１
   １）から要長時間命令を取り込みこの要長時間命令の実
   行を終了するまで記憶する命令記憶手段（２１）と、 命令記憶手段（２１）に記憶された要長時間命令を実行
   する第２の演算手段（２２）と、 命令記憶手段（２１）と第２の演算手段（２２）との間
   に設けられ、命令記憶手段（２１）からの要長時間命令
   と第１の命令制御手段（１１）からの要長時間命令との
   いずれかの要長時間命令を選択して読み出しこの要長時
   間命令の実行を第２の演算手段（２２）に行わせる第２
   の命令制御手段（２３）とを有することを特徴とするデ
   ータ処理装置。
2. 【請求項２】 前記第２の命令制御手段（２３）は、命
   令記憶手段（２１）に要長時間命令が記憶されているか
   否かを判定する記憶判定部（２４）と、 記憶判定部（２４）により命令記憶手段（２１）に要長
   時間命令が記憶されていると判定された場合には命令記
   憶手段（２１）から要長時間命令を読み出す第１の読出
   部（２５）と、 記憶判定部（２４）により命令記憶手段（２１）に要長
   時間命令が記憶されていないと判定した場合には第１の
   命令制御手段（１１）からの次の要長時間命令を読み出
   すとともにこの要長時間命令を命令記憶手段（２１）に
   記憶させる第２の読出部（２６）とを有することを特徴
   とする請求項１記載のデータ処理装置。
3. 【請求項３】 前記第２の命令制御手段（２３）には、
   前記第１の命令制御手段（１１）からの要長時間命令を
   命令記憶手段（２１）を介することなく第２の命令制御
   手段（２３）にバイパスするための命令バイパス（３
   ０）が接続されていることを特徴とする請求項１又は請
   求項２記載のデータ処理装置。
4. 【請求項４】 前記命令記憶手段（２１）は、要長時間
   命令を記憶するための命令キューであり、この命令キュ
   ーは、順次送られてくる複数の要長時間命令の各命令に
   対応して設けられた複数のキューからなり、各キューの
   それぞれの出力が第２の命令制御手段（２３）に接続さ
   れていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
   データ処理装置。
5. 【請求項５】 パイプライン制御装置を有し、前記第１
   の処理装置（１）及び第２の処理装置（２）は、このパ
   イプライン制御装置により制御されて命令を実行し、少
   なくとも命令の解読、演算、書き込みを実行することを
   特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
6. 【請求項６】 前記第２の演算手段（２２）は、浮動小
   数点演算を実行する演算器であることを特徴とする請求
   項１記載のデータ処理装置。
7. 【請求項７】 前記第１の演算手段（１２）は、整数演
   算を実行する整数演算器であることを特徴とする請求項
   ６記載のデータ処理装置。
8. 【請求項８】 前記第１の処理装置（１）にレジスタ
   （１３）を設け、このレジスタ（１３）は、前記第１の
   演算手段（１２）と第２の演算手段（２２）とにそれぞ
   れ演算すべき複数のデータを与え、第１の演算手段（１
   ２）で演算された結果と第２の演算手段（２２）で演算
   された結果を格納することを特徴とする請求項１記載の
   データ処理装置。