JPH06230963A - メモリアクセス制御装置 - Google Patents

メモリアクセス制御装置

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JPH06230963A
JPH06230963A JP5034302A JP3430293A JPH06230963A JP H06230963 A JPH06230963 A JP H06230963A JP 5034302 A JP5034302 A JP 5034302A JP 3430293 A JP3430293 A JP 3430293A JP H06230963 A JPH06230963 A JP H06230963A
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JP
Japan
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instruction
memory access
memory
address
unit
Prior art date
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Application number
JP5034302A
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English (en)
Inventor
Kazuya Okabe
和也 岡部
Makoto Odajima
眞 小田島
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 命令を実行中にそのメモリアドレスを比較
し、競合関係を調整しながらプログラム処理の高速化を
図る。 【構成】 プログラムから複数の命令を読み出し、一旦
命令バッファ部7に保持する。この段階でアドレス計算
部8により各命令のアドレス計算が実行され、命令と命
令のメモリアドレスとが対応付けられてメモリアクセス
バッファ部12に格納される。アドレス比較部14は、
メモリアクセスバッファ部12に格納された各命令のメ
モリアドレスを比較し、競合関係を判断する。メモリア
ドレスが競合した場合、メモリアクセスバッファ部12
に表示された命令の順序関係に従い、最初に読み出され
た命令から実行する制御が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プログラムから読み出
された複数の命令を実行可能なものから順不同に実行
し、演算速度を高速化する場合に使用されるメモリアク
セス制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】情報処理装置が実行するプログラムは、
通常多くの命令を配列して構成される。一般に、プログ
ラムを実行する場合にはその初めから順に命令を読み出
し、呼び出された順に命令を実行する。しかしながら、
これでは十分な処理速度の高速化を図れない。そこで、
プログラムから複数の命令を次々に読み出し、これらの
命令の中で実行可能な命令を検出し、競合が発生しない
限り順不同に命令を実行させ、演算器の利用効率を高め
る方法が紹介されている(Mike Johnson“Superscalar
Microprocessor Architecture”Prentice Hall 199
0)。この手法を実現するためには、メモリアクセス命
令によるメモリアドレスの競合を解決する必要がある。
その方法は、例えば次のような文献に紹介されている。
(a)「DSN型スーパースカラプロセッサプロトタイ
プのロード/ストアパイプライン」情報処理学会計算機
アーキテクチャ研究会86−4
【0003】メモリアドレスの競合としては、LAS
(load after store)、SAL(store after load)、
SAS(store after store )の3種類が存在する。複
数のメモリアクセス命令の間にこのような依存関係があ
った場合、これを検出し、必ず先に読み出された命令を
先に実行するような処置を考えなければならない。その
ために、これから実行しようとするメモリアクセス命令
のメモリアドレスと、まだ実行されていない全ての先に
読み出されたメモリアクセス命令のメモリアドレスとを
予め比較する処理が必要となる。
【0004】図2に、メモリアクセス命令の動作説明図
を示す。図に示すように、プログラム1は命令C1、C
2…C5というように複数の命令により構成されてお
り、上から下に向かって各命令が読み出されるものとす
る。このとき、例えば命令C1、C3及びC4がメモリ
アクセス命令であるとした場合、例えば命令C1がメモ
リアドレスA1をアクセスし、命令C3はメモリアドレ
スA2をアクセスするものとする。また、命令C4は同
じくメモリアドレスA2をアクセスするものとする。こ
の場合、命令C3を命令C1に先行して実行しても命令
C1による処理に影響を与えることはない。しかしなが
ら、命令C3よりも命令C4を先に実行すると、同一メ
モリアドレスA2に対しアクセスを行うため、その内容
が書き換えられたよう場合、実行結果に矛盾を生じる。
従って、命令C3と命令C4のメモリアドレスが同一か
どうかを判断し、同一ならば命令C4よりも命令C3の
実行を必ず先行させるといった制御が必要となる。
【0005】しかしながら、このようなメモリアドレス
は命令をデコードしただけでは判明しない。図3に、メ
モリアドレス生成タイミング説明図を示す。この図は、
命令C3と命令C4とが実行され、メモリアドレスが生
成される過程を示すもので、タイミングT1、T2、T
3、T4というように時間が経過していくものとする。
図に示すように、命令C3をタイミングT1でフェッチ
し、タイミングT2でそのデコードを行う。この段階で
は、まだメモリアドレスは判明しない。その後、タイミ
ングT3において、命令を実行する際にアドレス計算が
行われる。このとき、メモリアドレスA2が判明する。
命令C4についても同様のタイミングで処理が行われ、
タイミングT3において、メモリアドレスが生成されて
その内容が比較される。従って、この段階でメモリアド
レスの競合が発見され、命令C3が先に実行されること
になる。
【0006】パイプライン処理では、一方の命令の処理
が他方より1マシンサイクル先行する。従って、上記の
ような処理を行うためには、一方の命令のアドレス計算
を終了した段階でメモリアドレスを保持し、更に各命令
については、その読み出し順序関係を明確にしておく必
要がある。このような処理をプログラム実行時に行うこ
とは容易でないことから、従来、例えばコンパイル時に
実行順序を指定する情報を命令に付加するようにしてい
た。一般に、メモリアクセス命令は次の3種類に分類さ
れる。まず、「strongly Ordered」という命令は、命令
順序通り実行すべき命令である。競合関係の存在が明ら
かな場合や競合関係の存在が判断できない場合には、こ
の命令は読み出し順通りに実行する。また、「weakly O
rdered」という命令は、同一データ型のメモリアクセス
命令相互間で順序通りに実行されることを確保する命令
である。従って、異なるデータ型に対するメモリアクセ
ス命令相互間では適用されない。また、「Unorderd」と
いう命令は、全く読み出し順に従わないで実行できる命
令である。これは各命令が全く相互に依存競合関係が無
いと断定できる場合に適用される。従って、このような
命令については順不同に実行され、高速演算処理が可能
となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来技術では、演算処理の実行前に命令順序を設定し
てしまう。従って、実行前に判断できないような順序関
係がある場合、競合関係が発生するケースを考慮して、
命令を読み出し順に実行させるような設定を行うことに
なる。従って、実際にプログラムを実行していく段階で
命令間に競合関係が無いとわかっても、これらの命令は
読み出し順に実行されるため、プログラムの十分な処理
高速化が図れないといった解決すべき課題があった。更
に、予め競合関係は発生しないと判断され、命令順序に
従わないで実行できるとした命令が実行中に依存関係を
発生し、演算処理結果にエラーが生じるといった状態の
発生するおそれも皆無ではない。また、上記のような処
置を行うためには、予め各命令にその命令の種類を示す
情報を付加する新たなビットを必要とする。従って、プ
ログラム全体を格納するためのメモリの容量が大きくな
るといった解決すべき課題もあった。本発明は以上の点
に着目してなされたもので、命令を実行中にそのメモリ
アドレスを比較し、競合関係を調整しながらプログラム
処理の高速化を図るメモリアクセス制御装置を提供する
ことを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のメモリアクセス
制御装置は、プログラムから読み出された複数の命令を
実行前に読み出して保持する命令バッファ部と、前記命
令バッファ部内のメモリアクセス命令のアクセス対象と
なるメモリアドレスを計算するアドレス計算部と、前記
命令バッファ部中の各メモリアクセス命令の実行順と各
命令のメモリアドレス及びデータを表示するメモリアク
セスバッファ部と、前記各命令のメモリアドレスを比較
するアドレス比較部と、メモリアドレスの一致した競合
命令があったとき、前記メモリアクセスバッファ部を参
照して、先に読み出された命令の実行を優先させるメモ
リアクセス制御部とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【0009】
【作用】この装置は、プログラムから複数の命令を読み
出し、一旦命令バッファ部に保持する。この段階でアド
レス計算部により各命令のアドレス計算が実行され、命
令と命令のメモリアドレスとが対応付けられてメモリア
クセスバッファ部に格納される。アドレス比較部は、メ
モリアクセスバッファ部に格納された各命令のメモリア
ドレスを比較し、競合関係を判断する。メモリアドレス
が競合した場合、メモリアクセスバッファ部に表示され
た命令の順序関係に従い、最初に読み出された命令から
実行する制御が行われる。従って、メモリアクセス命令
のメモリアドレスの競合は、常に実行時に判断され、そ
の段階で競合が発生しないと判断された命令は順不同に
実行されるため、処理速度を最大限に高速化できる。し
かも、命令に予めその実行順を示す情報を付加する必要
はなくなる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を図の実施例を用いて詳細に説
明する。図1は、本発明のメモリアクセス制御装置実施
例を示すブロック図である。図の装置は、命令キャッシ
ュ5に格納されたプログラムを構成する各命令を読み出
し、メモリ6をアクセスする等によってその処理を実行
するための装置である。この命令キャッシュ5から読み
出された命令を格納するために、命令バッファ部7が設
けられている。また、この他に、アドレス計算部8、レ
ジスタファイル9、メモリアクセス命令制御部10等が
設けられている。メモリアクセス命令制御部10には、
メモリアクセス命令デコード部11、メモリアクセスバ
ッファ部12、命令番号制御部13及びアドレス比較部
14が設けられている。また、メモリアクセス命令制御
部10とメモリ6との間には、メモリアクセス制御部1
5が設けられている。
【0011】命令キャッシュ5は、プログラム実行の高
速化を図るために、プログラムの一部を転送し格納して
おくための従来良く知られたキャッシュメモリから構成
される。命令バッファ部7は、本発明において新たに設
けられたもので、命令キャッシュ5から複数のメモリア
クセス命令をその実行前に読み出し、保持しておくため
の記憶部から構成される。この命令バッファ部7は、命
令部7−1と番号部7−2とにより構成される。命令部
7−1には読み出された命令が格納され、番号部7−2
には各命令を識別するための番号が格納される。この番
号は、メモリアクセスバッファ部12に格納されるメモ
リアドレス等と、命令バッファ部7に格納された命令の
うちメモリアクセス命令とを対応付けるために設けられ
る符号である。
【0012】アドレス計算部8は、命令バッファ部7に
格納された各命令を解読し、その命令がメモリアクセス
命令であった時にそのアドレスを計算するための演算処
理部である。レジスタファイル9は、そのアドレス計算
等に必要なデータを格納したデータメモリから構成され
る。メモリアクセス命令制御部10のメモリアクセス命
令デコード部11は、命令キャッシュ5から読み出され
た各命令をデコードするための回路である。この回路は
命令のメモリアクセス命令であることを識別する。メモ
リアクセスバッファ部12は、後で説明する図5に示し
たメモリアクセステーブル21を格納し、ここに各命令
のメモリアドレス等に関する情報を保持する記憶領域か
ら構成される。なお、メモリアクセスバッファ部12に
設けられたメモリアクセステーブル21と、命令バッフ
ァ部7に格納された各命令との対応付けを行うために、
命令番号制御部13が設けられ、ここに命令番号キュー
22が格納される。
【0013】図4に、命令番号キュー説明図を示す。こ
の命令番号キューは、命令バッファ部7に格納できる命
令の数だけ各命令を識別する番号値を備えている。ここ
では、例えばその数を“8”とし、番号値は“1”から
“8”までが用意されている。そして、その番号値を格
納するフィールドには、それぞれValフィールドが付
加されており、その番号値が有効かどうかを示すように
なっている。即ち、Valフィールドが“1”の場合に
は、その番号値は有効であり、命令バッファ部7に新た
に格納されるメモリアクセス命令に、その番号値を付加
することができることを表わす。
【0014】図5に、メモリアクセステーブル説明図を
示す。このメモリアクセステーブルは、命令番号フィー
ルドと、命令フィールド、メモリアドレスフィールド、
レジスタ名フィールド、データフィールド及びValフ
ィールドから構成される。命令番号フィールドには、上
記命令バッファ部7に格納された命令に付加された番号
が記入される。即ち、例えば命令番号キューのValフ
ィールドは、予め全て“1”となっており、命令バッフ
ァ部7に最初の命令が1個格納されると、命令番号キュ
ーの番号値1のValフィールドが“0”となる。そし
て、その番号値が命令バッファ部7の番号部に格納され
ると同時に、メモリアクセステーブル21の最上段にそ
の番号値が格納される。これによって、命令バッファ部
7に格納された命令とメモリアクセステーブル21の中
に格納された情報との対応付けが行われる。
【0015】メモリアクセステーブル21の命令フィー
ルドには、命令バッファ部7に格納された命令の種別が
格納される。上記命令バッファ部7には、この実施例で
はメモリアクセス命令のみが格納される。そして、その
命令が、例えばSTORE命令とLOAD命令とに分類
される。従って、命令フィールドにはSTOREあるい
はLOADのいずれかの表示データが格納されることに
なる。メモリアドレスフィールドには、その命令のアク
セス対象となるメモリアドレスが格納される。このメモ
リアドレスは、先に説明したアドレス計算部8により演
算処理されて得られたデータである。レジスタ名フィー
ルドには、STOREやLOADを行う際に使用される
データを一時的に保持するレジスタ番号が格納される。
データフィールドには、そのLOADやSTOREに使
用されるデータが格納される。また、Valフィールド
には、そのテーブルの各行の内容が有効かどうかを示す
値が格納される。有効の場合は“1”、無効の場合は
“0”とされる。
【0016】以下、本発明の装置の動作例を具体的に順
を追って説明する。図6は、メモリアクセス命令動作タ
イミングチャートである。例えば、図1に示す装置の命
令キャッシュ5から2個のメモリアクセス命令が命令バ
ッファ部7に読み出され保持されたとする。この命令
は、図6(a)及び(b)に示す通りの内容のもので、
一方はSTORE命令、他方はLOAD命令である。な
お、その第1引数は、それぞれR2、R3と表示されて
いるが、これらは命令実行の際のデータを保持するレジ
スタ番号である。また、第2引数はR10、R11と表
示されているが、これらはメモリアクセスのためのアド
レスレジスタ番号を示している。また、この装置はパイ
プライン処理を実行しており、図6に示すように、各命
令の処理は、fがフェッチ、dがデコード、eが実行、
mがメモリアクセス、wがレジスタへの書込みという5
種類のステージから構成される。
【0017】プログラム実行開始前には、図4に示す命
令番号キューのValフィールドの値は全て“1”、図
5に示すメモリアクセステーブルのValフィールド
は、いずれもその値が全て“0”になっている。ここ
で、タイミングT1でSTORE命令が命令キャッシュ
5から命令バッファ部7にフェッチされる。このとき、
予め図1に示すメモリアクセス命令デコード部11が、
読み出された命令がメモリアクセス命令であることを認
識する。この場合、そのSTORE命令が命令バッファ
部7の命令部7−1に格納される。そして、命令番号制
御部13は、命令番号キューの最初の番号値1につい
て、そのValフィールドを無効、即ち値“0”に切り
換えると共に、番号値“1”を命令バッファ部7の番号
部7−2に格納する。また、メモリアクセスバッファ部
12は、同一の番号値をメモリアクセステーブル21の
命令番号フィールドに格納すると共に、その段のVal
フィールドを有効、即ち“1”に切り換える。
【0018】次のタイミングT2では、タイミングT1
でフェッチされたSTORE命令の詳細なデコードが行
われ、レジスタ番号R10からアドレス計算のためのメ
モリアドレスが読み出される。このレジスタは、図1に
示すレジスタファイル9に設けられている。このとき、
例えばSTOREすべきデータをレジスタ番号R2のレ
ジスタから読み出そうとしたが、レジスタデータハザー
ドによって読み出すことができないとする。なお、レジ
スタデータハザードというのは、他の命令等によりレジ
スタ番号R2のレジスタが占有されており、別の命令で
使用できないような状態をいう。この段階で、メモリア
クセステーブル21のレジスタ名フィールドにそのレジ
スタ名が書き込まれる。なお、このようなレジスタデー
タハザードの状態は、例えばタイミングT4の終了時ま
で続くものとする。
【0019】一方、タイミングT2において、LOAD
命令が命令キャッシュ5からフェッチされ、メモリアク
セス命令デコード部11においてデコードされる。この
場合にも、タイミングT3において、先に実行されたS
TORE命令と同様にその命令が命令バッファ部7に格
納され、命令番号キューから番号値2が取り出され、そ
の番号が番号部7−2に格納される。また、図5に示す
メモリアクセステーブル21の命令番号フィールドにそ
の番号値が格納され、Valフィールドが有効になる。
タイミングT3においては、STORE命令のアドレス
が計算されるが、このタイミングでLOAD命令のデコ
ードが行われ、メモリアクセステーブル21には、その
LOAD命令の実行のためのレジスタ名R3がレジスタ
名フィールドに書き込まれる。
【0020】タイミングT4では、本来STORE命令
のメモリアクセスが行われるはずである。しかしなが
ら、STOREすべきデータを保持するレジスタ番号R
2のレジスタの読み出しができないため、メモリアクセ
スステージに進むことができない。タイミングT5で、
STORE命令によるレジスタ番号R2のレジスタの読
み出しが可能になる。そこで、このレジスタに格納され
たデータをメモリアクセステーブル21のデータフィー
ルドに書き出し、命令バッファ部7から該当する番号値
1の命令が取り出される。STORE命令により必要な
データをメモリアクセステーブルに移した結果、命令バ
ッファ部7へSTORE命令を保存する必要がなくなっ
たためで、これにより次のメモリアクセス命令の保護が
可能になる。
【0021】このLOAD命令では、アドレス競合がな
ければSTORE命令に先行してメモリアクセスが可能
となる。従って、アドレス比較部14がSTORE命令
のメモリアドレスとLOAD命令のメモリアドレスとを
比較する。即ち、タイミングT3において、STORE
命令のメモリアドレスが計算され、タイミングT4にお
いてLOAD命令のメモリアドレスがアドレス計算部8
によって計算され、両者が一致するか比較されて競合判
断が行われる。この実施例の場合には、図5に示すメモ
リアクセステーブル21のメモリアドレスフィールドに
示すように、メモリアドレスが一致しないため、LOA
D命令の先行処理が可能となる。従って、LOAD命令
のメモリアクセスを行うことがメモリアクセス命令制御
部10からメモリアクセス制御部15に通知される。
【0022】一方、もしアドレス比較部14によって、
STORE命令とLOAD命令のメモリアドレスが一致
すると判断された場合には、先に読み出されたSTOR
E命令が先に実行される。この例では、予めメモリアク
セステーブルの上位の段には必ず下位の段よりも先に読
み出された命令が格納されるように設定されている。従
って、アドレス比較部14からメモリアドレスが一致す
るという情報が出力されると、自動的にメモリアクセス
テーブルの上位の段にあるValフィールドが有効なS
TORE命令が先に処理されるようにメモリアクセス制
御部15に通知される。このような構成をとることによ
り、アドレス比較部14では、命令の読み出し順序関係
を考慮した処理は必要としない。
【0023】タイミングT6では、STORE命令によ
るメモリアクセスが実行される。また、同一のタイミン
グでLOAD命令により得られたデータがレジスタ名R
3のレジスタに格納される。なお、LOAD命令の際に
は、メモリ6から読み出されたデータがメモリアクセス
テーブル21のデータフィールドに一旦格納される。こ
れが、タイミングT6において、レジスタ名R3のレジ
スタに書き込まれる。そして、このとき命令バッファ部
7の番号値が2のLOAD命令が取り出され、メモリア
クセステーブル21のLOAD命令に対応するValフ
ィールドが無効、即ち“0”とされる。こうして、メモ
リアクセステーブル21からLOAD命令に対する情報
が削除され、次のタイミングT7ではSTORE命令に
よるレジスタへの書込みステージを終了する。ここで、
STORE命令についてもメモリアクセステーブルのV
alフィールドが無効とされる。なお、命令番号制御部
13では、命令の実行が終了すると、命令キュー22の
Valフィールドが“0”の最上段の部分に番号値
“2”を書き込んで、そのValフィールドを“1”に
し、次の使用を可能にする。
【0024】以上のように、本発明の装置は、概略的に
は次のような原理で動作する。図7に、本発明の装置の
動作フローチャートを示す。図において、ステップS1
で命令バッファ部7から命令が取り出される。そして、
ステップS2において、アドレス計算が行われる。ステ
ップS3でメモリアクセステーブル21が参照され、ス
テップS4において、テーブルの上位に競合命令がある
かどうかが判断される。もし、競合命令がなければステ
ップS6に移り、命令が実行されるが、もし競合命令が
あればステップS5において、メモリアクセステーブル
21の上位の競合命令のValフラグが無効になるまで
待機する。即ち、必ずメモリアクセステーブルの上位に
ある命令から順にメモリアクセスが実行される。
【0025】本発明は以上の実施例に限定されない。メ
モリアドレス競合制御のためのメモリアクセステーブル
の構成は、上記の例に限定されず、少なくとも命令とそ
のメモリアドレスとが対応付けられ、更に各命令の読み
出し順序関係が明らかになっているものであればどのよ
うなものであってもよい。また、上記実施例では命令バ
ッファ部とメモリアクセステーブルに命令番号制御部か
ら同一の番号値の命令番号を付すように制御したが、も
し命令バッファ部にメモリアクセステーブルを同時に格
納することができるような構成であれば、上記のような
手段をとる必要はない。
【0026】
【発明の効果】以上説明した本発明のメモリアクセス制
御装置は、命令バッファ部に対しプログラムから読み出
された複数のメモリアクセス命令を実行前に読み出して
保持し、アドレス計算部において、各命令のアクセス対
象となるメモリアドレスを計算し、メモリアクセスバッ
ファ部にメモリバッファ中の各命令の読み出し順と、命
令のアクセスアドレスとを表示し、アドレス比較部にお
いて各命令のアクセスアドレスを比較してアクセスアド
レスの一致した競合命令があったとき、先に読み出され
た命令の実行を優先させるように制御する構成としたた
め、予め各命令に実行順を示す情報を付加する必要がな
く、命令実行時に競合が明らかなものについてのみ、そ
の読み出し順に命令を実行し、それ以外の場合には順不
同に命令を実行することができ、プログラムの実行を極
めて高速に能率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のメモリアクセス制御装置実施例を示す
ブロック図である。
【図2】メモリアクセス命令の動作説明図である。
【図3】メモリアドレス生成タイミング説明図である。
【図4】命令番号キュー説明図である。
【図5】メモリアクセステーブル説明図である。
【図6】メモリアクセス命令動作タイミングチャートで
ある。
【図7】本発明の装置の動作フローチャートである。
【符号の説明】
5 命令キャッシュ 6 メモリ 7 命令バッファ部 8 アドレス計算部 10 メモリアクセス命令制御部 12 メモリアクセスバッファ部 13 命令番号制御部 14 アドレス比較部 15 メモリアクセス制御部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プログラムから読み出された複数の命令
    を実行前に読み出して保持する命令バッファ部と、 前記命令バッファ部内のメモリアクセス命令のアクセス
    対象となるメモリアドレスを計算するアドレス計算部
    と、 前記命令バッファ部中の各メモリアクセス命令の実行順
    と各命令のメモリアドレス及びデータを表示するメモリ
    アクセスバッファ部と、 前記各命令のメモリアドレスを比較するアドレス比較部
    と、 メモリアドレスの一致した競合命令があったとき、前記
    メモリアクセスバッファ部を参照して、先に読み出され
    た命令の実行を優先させるメモリアクセス制御部とを備
    えたことを特徴とするメモリアクセス制御装置。
JP5034302A 1993-01-29 1993-01-29 メモリアクセス制御装置 Pending JPH06230963A (ja)

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JP5034302A JPH06230963A (ja) 1993-01-29 1993-01-29 メモリアクセス制御装置

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JP5034302A JPH06230963A (ja) 1993-01-29 1993-01-29 メモリアクセス制御装置

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JP5034302A Pending JPH06230963A (ja) 1993-01-29 1993-01-29 メモリアクセス制御装置

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318825A (ja) * 2000-05-12 2001-11-16 Fujitsu Ltd メモリアクセス制御装置及びatm制御装置
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