JPH07129398A - マイクロプロセッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】バス幅を変えることなく、コンパクトでコード
量の少ない構成を実現するマイクロプロセッサ即値導入
手段を提供する。 【構成】マイクロプロセッサ（以下MPU)即値導入手段を
実現したMPU100で、命令記憶部１に、命令バッファ２が
接続され、そのMSB(最上位ビット）にセレクタ９が接続
されている。バス幅より１ビット少ない即値データ構成
で残りの１ビットにより即値データだとセレクタが判定
した場合、命令バッファ２のデータは直接データパス５
の制御機構８へ転送される。本発明の構成で、メモリお
よび処理時間ともに短縮できた。バス幅の即値データを
必要とする場合は、バス幅回復のための命令語を付加す
るので、この分に対しては従来と同等のコード量、処理
時間で対処できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子制御等に使用され
るマイクロプロセッサに関し、命令記憶部から定数を即
値として演算器に導入する即値導入機構を有するマイク
ロプロセッサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロプロセッサにおいて、演
算用のバス幅と同一の幅を持つ即値データの取扱いは、
図４に示すように、演算用バスの２倍の命令語長の命令
セット（あるいは即値データが二つ必要な場合は３倍の
命令語長の命令セット）により行われるのが一般的で、
前半のバス幅の命令コード＋バス幅の即値データという
構成となり、必要な即値データの２倍もしくは３倍の語
長となる。例えば２倍の命令語長の場合、８ビット＝１
バイトのバス幅では２バイト＝１ワードが１命令セット
となる。そのため、バス幅の即値データを多用するプロ
グラムではコード量が増大する。即値データの取扱いは
この命令語セットによるので、バス幅より少し桁の少な
い即値データでも２倍のコード量を必要とする。なお、
バス幅より十分小さい桁の即値に対しては、１コードの
前半を命令語として後半を即値領域とした命令コードが
あるので問題とはならない。このため、バス幅を大きく
することで、即値データばかりか命令語も豊富となるの
で、自然な開発展開として多ビットバスのマイクロプロ
セッサの設計が手がけられ、演算のバス幅は８ビットか
ら１６ビット、３２ビット、６４ビットと倍々になり機
能が充実している。勿論この開発は、複雑な周辺回路や
設計を必要とし、簡単に実施はできない。

【０００３】そこまでハードウエア的に機能を向上させ
なくとも、特開昭56-85159号公報に提案されているよう
に、バス幅に１ビットか２ビットの付加的語長を追加す
る提案がある。これは例えば、８ビット・バス構成なら
ば、９もしくは１０ビット目のバスラインを付加した構
成にして、付加したビットに即値データを示す値をセッ
トし、即値であればそのデータが即アキュムレータへ転
送されるものである。そのため即値データを転送するた
めの命令コードをセットする必要がない。それで同一バ
ス幅の即値データに着目すれば、この場合もコード量を
抑えるのに効果がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献の場合では、付加的語長のためのハード的構成を余分
に必要とし、演算用のバスと付加的バスとを分離した構
造としなければならないので、回路規模の増大、チップ
面積の増大となり、設計上好ましくないという問題があ
る。さりとて、従来のままでは、どのバス幅において
も、バス幅に等しい即値データの取扱いは、バスの２倍
の命令語長の命令セットにしなければならず、必要な即
値長の２倍のコード量あるいは２つのバスサイクル、つ
まりプログラムコード量が大きくなり、処理時間が倍に
なるという問題がある。特にワンチップマイクロコンピ
ュータでは使用できるメモリ量が多くないため、コード
量の増大は処理機能や処理時間の低下をまねくという問
題になる。さらに、バス幅より大きな命令語長を有する
場合もあり、命令が２つのバスサイクルに及ぶこともあ
るため、命令が即値の導入を含むか否かを前命令のサイ
クルで解釈し、それに基づき後命令の後に即値データを
導入するというシーケンスが必要となり、機構が複雑に
なる欠点を有する。現実のプログラムに使用される即値
データは、一般にはコード量の２０〜３０％を占めると
言われているが、そのうちバス幅の即値が実際に必要な
頻度は低いと言える。そのため、バス幅未満の即値デー
タのためにバス幅の即値データをセットして命令コード
をさらに付加しなければならないことは、効率的とは言
いがたい。従って本発明の目的は、バス幅を変えること
なく、コンパクトでコード量の少ない構成を実現するマ
イクロプロセッサ即値導入手段を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、バス幅以下の即値データを使用し、
予め命令記憶部に記憶された即値コードおよび命令コー
ドからなる命令語の前記プログラムコードを逐次該バス
幅である１コードごと呼び出し、前記命令コードを命令
デコーダで分析して命令を実行し、前記即値コードの即
値データを演算器等を有するデータパスで処理する機構
を有するマイクロプロセッサにおいて、最長の即値デー
タを、バス幅よりも１ビット少ない数値データとし、前
記１ビットの値により、前記命令記憶部からのデータが
即値であるか命令であるかを判断するセレクタと、即値
コードである場合に、該即値コードを命令デコーダに送
らずに直ちに前記データパス内に転送する機構を有し、
前記即値データの目的内容により、前記即値データを前
記バス幅と同じ幅に拡張する演算処理を前記プログラム
コードに有することである。

【０００６】また関連発明の構成は、前記１ビットは、
前記命令記憶部に接続された命令バッファのＭＳＢ（最
上位ビット）であり、前記セレクタは、前記ＭＳＢの値
が０の場合に前記データパスの制御機構を活性化させて
前記命令バッファのコードを制御機構に受け取らせ、前
記ＭＳＢの値が１の場合に命令デコーダを活性化させ、
前記コードを命令デコーダに受け取らせる回路であるこ
とを特徴とする。

【０００７】上記発明に関連した第三の構成は、前記演
算処理は、前記即値コードを転送後、バス幅を回復する
命令コードを付加することであり、前記命令コードが、
前記即値データがバス幅の桁を有する数値データの場
合、ＭＳＢに１をセットするビットセット命令である、
もしくは、前記即値データが奇数アドレス配置を許さな
いアドレス指定のアドレスデータの場合、ＬＳＢ（最下
位ビット）を０とする、左シフト命令である、もしく
は、前記即値データが符号付きバス幅データとしての負
値の場合、ビット反転命令して１を加える１コード命令
となっていることである。

【０００８】

【作用】バス幅より１ビット少ない即値データの導入に
より、そのデータが即値コードであることを残りの１ビ
ット（ＭＳＢなど） で判定する。即値コードである判
定は、命令バッファに接続されたセレクタ回路で行わ
れ、即値コードの場合はデータを演算する回路のデータ
パス側が選択され、その制御機構へ転送される。そして
必要に応じて、バス幅の即値データとするために、即値
コードの残りの１ビットを別途付加的な命令コードでバ
ス幅に設定した後、演算に使用される。

【０００９】

【発明の効果】プログラムに頻繁に使用される即値デー
タのうち、バス幅の即値データの頻度が少ないことか
ら、本発明の構成によってコード量を減少させることが
でき、メモリの利用効率を上げ、処理時間の短縮が実現
する。またバス幅を変える必要のないことから、演算操
作のために既に備わっている機構を利用できるため、機
構を簡素化でき、コンパクトなマイクロプロセッサが設
計できて、コストを抑えることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は、本発明の即値導入機構を有するマイク
ロプロセッサ（以下ＭＰＵと記す）の一実施例で、ＭＰ
Ｕ１００は図示しない周辺機器等と接続されてマイクロ
コンピュータシステムを構成している。命令コードおよ
び即値コードの命令語セットによるプログラムコードが
構成されており、そのプログラムコードが記憶されてい
る命令記憶部１には、命令バッファ２が接続され、命令
バッファ２のＭＳＢ（上位ビット）にセレクタ９が接続
されている。命令バッファ２からは命令デコーダ３へと
データパス５へと接続される。そして命令デコーダ３で
解読された命令はデータパス５に指示を伝えるべく接続
されている。

【００１１】データパス５内では命令バッファ２からの
データが制御機構８を通じて入力レジスタ４につながれ
ている。入力されたデータは演算器６およびアキュムレ
ータ７等で演算され処理される。

【００１２】ＭＰＵ１００は通電開始と共に、このプロ
グラムコードを読み出して逐次実行していく。読み出さ
れた命令語は、一旦命令バッファ２に保持される。命令
バッファ２のＭＳＢ（上位１ビット）は命令記憶部から
のデータが命令コードか即値コードかの区別を与えるビ
ットであり、図２の一例に示すように、バス幅１６ビッ
トとして、ＭＳＢのビット15が「０」の場合は、バス幅
の即値データ導入指示であり、「１」の場合は即値導入
以外の命令となっている。そこで、即値導入以外の命令
語であるとセレクタが判定すると、その命令語は命令デ
コーダへ転送され、命令が解析されて実行指示がデータ
パス５に対してなされる。即値データであるとセレクタ
が判定した場合は、命令バッファ２のデータは直接デー
タパス５の制御機構８へ転送され、入力レジスタ４から
演算器６に至って、必要に応じてバス幅等が拡張され、
目的の演算処理がなされる。

【００１３】データパス５に転送された即値データは、
必要に応じてバス幅にセットされるが、バス幅にセット
する必要がない場合も多い。例えば１６ビットバス幅、
ＭＳＢを判定ビットとして、定数「１４６Ｅｈ」（ｈは
十六進法を示す。二進法では0001 0100 0110 1110）の
数値はＭＳＢが０であるので、判定ビットをそのままデ
ータビットとみなしてデータを使用して問題を生じな
い。従ってバス幅を補正する処理を必要とせず、従来よ
り半分のコードで済む（図３(a) の場合）。

【００１４】ＭＳＢが１となるような即値データ、例え
ば、１６ビットの例で「９４６Ｅｈ」という即値データ
は、命令バッファ２に保持されている際には、バス幅で
みると、定数「１４６Ｅｈ」としておく。従って、これ
をビットセット命令によってＭＳＢを１にセットするこ
とで目的の定数に設定することになる。つまり、マイク
ロプロセッサにとっては、予めプログラムするので、そ
の即値データがどのデータかはわかっているため、目標
の即値データとするための処理の命令語を付け加えるこ
とになる（図３(b) の場合）。

【００１５】また、即値データが命令語のアドレスのよ
うな場合、１６ビットの例でいうと、通常１６ビット命
令語の格納アドレスはバイトごとにアドレッシングする
ので、即値データのＬＳＢは「０」となる。従って、即
値データとしてはアドレスの上位１５ビット分を即値デ
ータ領域にセットしておき、転送後に左シフトコマンド
一つで目的のアドレス値を得ることができ、従来と同じ
処理時間でセットできる（図３(c) の場合）。

【００１６】さらに、即値データが符号付データの場合
は、ＭＳＢを符号ビット、残りの１５ビットを数値デー
タとして用い、通常ＭＳＢを「１」の場合に負の場合と
することが多い。すると従来のビット構成のままでは、
命令語と判定されてしまうので、ここでは、正の数とし
て反転した即値データを用意し、後にビット反転命令
（NEG 命令）によりバス幅の符号付データとする（図３
(d) の場合）。

【００１７】以上のように、バス幅の即値データを使用
したい場合は、ビット回復のための処理プロセスが必要
となる。しかし、付加的命令コードも１コードでほとん
ど対応でき、従来と同等のコード量、処理時間でよい。
即ち、プログラムで使用されるバス幅一杯のデータは頻
度が少なく、それにも係わらずバス幅以下のデータに対
してもバス幅即値のデータを用いなければならなかった
場合に比べて、本発明の構成では即値データの処理が、
メモリおよび処理時間ともに短縮することができた。

【００１８】仮に、即値データの出現頻度をPi、そのう
ちＭＳＢが０であるような即値データが導入される頻度
をPz、従来技術による即値導入の命令コード長をLo、本
発明の即値データにおける命令コード長をLi、バス幅拡
張に使用する命令コード長をLeとすると、コード量の削
減分は数１式で示される。

【数１】Pi*[1- Pz*Li/Lo -(1-Pz)*(Li+Le)/Lo] と表される。ここで一般的な例として、Pi= 0.2 , Pz=
0.8 , Lo= 4(byte) , Li=Le=2(byte) として計算すると
８％のコード量削減となる。

【００１９】即ち本発明では、使用頻度の少ないバス幅
一杯の即値データを用いずに、１ビット減らした構成
で、残った１ビットを即値コードか命令コードかの判定
ビットとするので、バス幅まで必要のない１５ビット分
までの即値コードに対する処理が即値コードの１コード
で済み、従ってプログラムも短くて良く、処理時間も短
くできる。そしてバス幅の即値データを必要とする場合
に、バス幅回復のための命令語を付加するので、この分
に対しては従来と同等のコード量、処理時間で対処でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の即値導入機構の構成を示すブロック
図。

【図２】本発明の命令語と即値の構成例を示す説明図。

【図３】即値判定後の即値データのバス幅拡張の説明
図。

【図４】従来の命令語および即値の構成例を示す説明
図。

【符号の説明】

１ 命令記憶部 ２ 命令バッファ ３ 命令デコーダ ４ 入力レジスタ ５ データパス（６、７、８を含む枠内全体） ６ 演算器 ７ アキュムレータ ８ 制御機構 ９ セレクタ １０ データバス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バス幅以下の即値データを使用し、予め
   命令記憶部に記憶された即値コードおよび命令コードか
   らなる命令語の前記プログラムコードを逐次該バス幅で
   ある１コードごと呼び出し、前記命令コードを命令デコ
   ーダで分析して命令を実行し、前記即値コードの即値デ
   ータを演算器等を有するデータパスで処理する機構を有
   するマイクロプロセッサにおいて、 最長の即値データを、バス幅よりも１ビット少ない数値
   データとし、 前記１ビットの値により、前記命令記憶部からのデータ
   が即値であるか命令であるかを判断するセレクタと、 即値コードである場合に、該即値コードを命令デコーダ
   に送らずに直ちに前記データパス内に転送する機構を有
   し、 前記即値データの目的内容により、前記即値データを前
   記バス幅と同じ幅に拡張する演算処理を前記プログラム
   コードに有することを特徴とするマイクロプロセッサ。
2. 【請求項２】 前記１ビットは、前記命令記憶部に接続
   された命令バッファのＭＳＢ（最上位ビット）であり、 前記セレクタは、前記ＭＳＢの値が０の場合に前記デー
   タパスの制御機構を活性化させて前記命令バッファのコ
   ードを制御機構に受け取らせ、前記ＭＳＢの値が１の場
   合に命令デコーダを活性化させ、前記コードを命令デコ
   ーダに受け取らせる回路であることを特徴とする請求項
   １に記載のマイクロプロセッサ。
3. 【請求項３】 前記演算処理は、前記即値コードを転送
   後、バス幅を回復する命令コードを付加することであ
   り、 前記命令コードは、 前記即値データがバス幅の桁を有する数値データの場
   合、ＭＳＢに１をセットするビットセット命令である、
   もしくは前記即値データが奇数アドレス配置を許さない
   アドレス指定のアドレスデータの場合、ＬＳＢ（最下位
   ビット）を０とする、左シフト命令である、もしくは前
   記即値データが符号付きバス幅データとしての負値の場
   合、ビット反転命令して１を加える１コード命令である
   ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロプロセッ
   サ。