JPH0760387B2

JPH0760387B2 - 情報処理装置

Info

Publication number: JPH0760387B2
Application number: JP62286065A
Authority: JP
Inventors: 浩三木村; 敏道松崎; 督三清原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1987-11-12
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH01126732A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は情報処理装置における分岐命令の高速化に関す
るものである。

従来の技術従来の情報処理装置は、実行中の命令のアドレスを保持
するプログラムカウンタ（以下、PCと省略）を持ってお
り、PCで保持されるアドレスより主記憶の命令を読み込
み、命令の実行を行う。

第４図はこの従来の情報処理装置を示すブロック図であ
り、18は命令およびデータを格納する主記憶部、19は主
記憶部18から情報処理装置内部に命令を読みこむ命令読
みこみ部、20は読みこんだ命令を解読してコマンドを生
成する命令解読部、21は現在実行している命令のアドレ
スを示すプログラムカウンタ（PC）、22はコマンドを実
行する実行部である。

以上のように構成された従来の装置においては、命令読
みこみ部19が、指定されたアドレスについて、主記憶部
18より命令を読みこむ。命令解読部20は読みこんだ命令
を解読し、実行部22にコマンドを発行する。実行部22は
受取ったコマンドを実行し、命令が終了するとPC21を更
新する。

発明が解決しようとする問題点しかしながら上記のような構成では、分岐命令も実行部
22で処理させているので、次のような問題点を有してい
た。

（１）命令読みこみ部19および命令解読部20内の既に読
みこんだ命令を無効化しなければならない。

（２）分岐命令実行以前に分岐先命令のアドレスおよび
分岐先命令を準備しないので、分岐成立時の命令実行開
始が遅れる。

（３）分岐命令より先に解読された命令の処理が終わる
まで分岐命令が処理できない。

（４）実行部22で条件付分岐命令の条件判定を処理する
ため、条件付分岐命令の処理時間が増加する。

本発明はかかる点に鑑み、分岐命令を高速に実行する情
報処理装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段本発明は分岐命令を処理する命令解読部と、読みだした
命令を格納する命令バッファと、アドレス計算を行う加
算器と、先読み命令のアドレスを格納する命令先読みカ
ウンタと、解読中の命令のアドレスを格納する命令解読
カウンタと、分岐命令処理時に分岐先命令のアドレスを
格納する分岐用命令先読みレジスタと、分岐命令処理時
に分岐先命令のアドレスを格納する分岐用命令解読レジ
スタと、分岐命令処理時に分岐先命令を格納する分岐用
命令バッファを備えた装置である。

作用本発明は前記した構成により、命令解読部が条件付分岐
命令を解読すると、実行部とは独立かつ並列に分岐先命
令のアドレスを算出し、分岐先命令を高速に準備する。
分岐命令より先に解読された命令の終了まで動作を停止
し、分岐成立の有無の確定を待つ。演算結果フラグ確定
と同時に命令解読部は分岐成立の有無を判断し、成立時
には既に準備されている分岐先命令の解読を始め、同時
に既に解読されている分岐命令に後続する命令を無効化
する。不成立時には既に解読されている分岐命令に後続
する命令を引き続いて実行する。

実施例第１図は本発明の一実施例における情報処理装置の構成
を示すブロック図である。第１図において、１は実行す
べき命令が格納されており高速に命令を読みだすことの
可能な命令用のキャッシュ、２は先行的に命令を読み込
むためのアドレスを保持し、先読みした命令のバイト数
分カウントアップする機能を持つ命令先読みカウンタ、
３は分岐命令の解読後演算される分岐先アドレスを一時
的に保持する分岐用命令先読みレジスタ、４は読みださ
れた命令をキューイングするFIFO形式の命令バッファ、
５は分岐命令の解読後読みだされた分岐先命令を一時的
に保持する分岐用命令バッファ、６は読み込んだ命令を
解読し実行部のコマンドを生成する命令解読部、７は命
令解読部６が発行した実行コマンドをキューイングする
FIFO形式の実行コマンドバッファ、８は入力された実行
コマンドを処理する実行部、９は次に命令解読部６で解
読する命令のアドレスを保持し、解読した命令のバイト
数分カウントアップする機能を持つ命令解読カウンタ、
10は分岐命令の解読後演算される分岐先アドレスを一時
的に保持する分岐用命令解読レジスタ、11は実行部８お
よび命令解読部６に存在する命令に対応するアドレスを
キューイングするFIFO形式のプログラムカウンタバッフ
ァ、12は命令解読カウンタ９のアドレスとディスプレー
スメントを加算する加算器、13は命令先読みカウンタ２
の入力を選択するセレクタ、14はキャシュ１の入力を選
択するセレクタ、15は命令解読部６の入力を選択するセ
レクタ、16は命令解読カウンタ９の入力を選択するセレ
クタ、17は加算器12の入力を選択するセレクタである。

第２図は本発明における条件付分岐命令の分岐成立時の
動作を示すタイミングチャート図である。第３図は本発
明における条件付分岐命令の分岐不成立時の動作を示す
タイミングチャート図である。第２図、第３図において
A0は条件付分岐命令（Bcc）より先に解読された命令、B
ccは条件付分岐命令、A1は条件付分岐命令（Bcc）に後
続する命令、A2はA1に後続する命令、B0は分岐先の命令
である。

以上のように構成されたこの実施例の情報処理装置につ
いて、最初に分岐をしない通常動作を説明する。

（１）命令先読みカウンタ２に格納されているアドレス
によりキャッシュ１から命令を読出し、命令バッファ４
に格納する。（以後、命令先読み動作と呼ぶ。）（２）命令先読みカウンタ２は命令バッファ４に格納し
た命令のバイト数分だけアドレスをカウントアップした
後、そのアドレスを保持する。

（３）命令解読部６は命令バッファ４の底の命令をセレ
クタ15を通して取り出し、解読する。

（４）命令解読部６は解読後、実行コマンドバッファ７
にコマンドを格納すると同時に、命令解読カウンタ９は
命令解読部６で解読した命令のバイト数分だけアドレス
をカウントアップした後、そのアドレスを保持する。

（５）命令解読部６が命令の最終語を解読中には、命令
解読カウンタ９は次に解読すべき命令の先頭アドレスに
セットされる。

（６）命令解読部６は１命令解読後、命令解読カウンタ
９に準備された次に解読すべき命令の先頭アドレスをセ
レクタ17を通してプログラムカウンタバッファ11に格納
する。

（７）実行部８は、前実行コマンドの処理が終了する
と、実行コマンドバッファ７の底のコマンドを取り出
し、実行する。現在実行中の命令のアドレスはプログラ
ムカウンタバッファ11の底に格納されている。

（８）実行部８は読みこんだコマンドを実行し、１命令
が実行終了するとプログラムカウンタバッファ11の底の
アドレスを廃棄する。

次に条件付分岐命令の分岐成立時の動作を第２図を用い
て説明する。

（１）〜（３）は分岐をしない通常動作と同じである。

（４）命令解読部６はサイクルC2で、条件付分岐命令Bc
cを解読すると命令先読み動作を停止させる。命令バッ
ファ４の底にはA2が準備された状態で停止する。

（５）命令解読部６はサイクルC3で、条件付分岐命令Bc
cに後続する命令A1を読みこみ解読を始める。

（６）加算器12はサイクルC3で、命令バッファ４内に格
納されている分岐命令に付属するディスプレースメント
と命令解読カウンタ９に格納された分岐命令のアドレス
とをセレクタ15とセレクタ17とを通して加算し、分岐先
アドレスを生成する。その後、命令解読カウンタ９は解
読した命令のバイト数分だけアドレスをカウントアップ
した後、そのアドレスを保持する。

（７）同サイクルで生成された分岐先アドレスは分岐用
命令先読みレジスタ３に格納されると同時に、分岐用命
令解読レジスタ10にも格納される。命令先読みカウンタ
２および命令解読カウンタ９には分岐先命令B0のアドレ
スは格納されない。

（８）サイクルC4で、命令解読部６は分岐用命令先読み
レジスタ３の分岐先命令B0のアドレスをセレクタ14を通
して出力し、キャッシュ１から分岐先命令B0を読出し
て、分岐用命令バッファ５に格納する。命令バッファ４
には分岐先命令B0を格納しない。

（９）サイクルC4の最終では、命令先読みカウンタ２に
は、命令バッファ４に格納されている命令の次に読みこ
む命令のアドレスが格納されている。分岐用命令先読み
レジスタ３には、分岐先命令B0のアドレスが格納されて
いる。命令解読カウンタ９には、分岐命令に後続する命
令A1のアドレスが格納されている。分岐用命令解読レジ
スタ10には、分岐先命令B0のアドレスが格納されてい
る。

命令バッファ４の底には、分岐命令に後続する命令A2が
格納されている。分岐用命令バッファ５には、分岐先命
令B0が格納されている。

（10）分岐成立、不成立それぞれ確定後に実行されるべ
き命令（A2,B0）およびアドレスを準備した後、分岐命
令より先に解読された命令A0の実行部８における条件フ
ラグの確定を待ち、実行部８以外の動作を停止する。

（11）サイクルC5で、実行部８においてフラグ確定後、
命令解読部６は条件付分岐命令Bccの条件が成立したか
どうかを判断する。

（12）分岐が成立の場合、同サイクルで命令解読部６は
セレクタ15を分岐用命令バッファ５側に切り換え、バッ
ファ５に格納されている分岐先命令B0をセレクタ15を通
して読みこむ。

（13）命令解読部６は命令バッファ４を初期化する。

（14）命令解読部６はセレクタ13を分岐用命令先読みレ
ジスタ３側に切り換え、レジスタ３に格納されている分
岐先命令B0の先頭アドレスをセレクタ13を通して命令先
読みカウンタ２に書き込む。

（15）命令解読部６はセレクタ16およびセレクタ17を分
岐用命令解読レジスタ10側に切り換え、レジスタ10に格
納されている分岐先命令B0の先頭アドレスをセレクタ16
を通して命令解読カウンタ９に書き込むと同時に、セレ
クタ17を通してプログラムカウンタバッファ11内の分岐
命令のアドレスにオーバーライトする。

（16）命令解読部６は命令先読み動作を再開し、分岐先
命令B0を解読する。

（17）命令解読部６は解読済の命令A1を無効化する。

（18）命令解読部６は解読後、実行コマンドバッファ７
にコマンドを格納する。

（19）実行部８は、実行コマンドバッファ７の底のコマ
ンドを取り出し、実行する。現在実行中の命令のアドレ
スはプログラムカウンタバッファ11の底に格納されてい
る。

（20）実行部８は読みこんだコマンドを実行し、１命令
が実行終了するとプログラムカウンタバッファ11の底の
アドレスを廃棄する。

次に条件付分岐命令の分岐不成立時の動作を第３図を用
いて説明する。

（１）〜（11）は条件付分岐命令の条件成立時の動作と
同じである。

（12）分岐が不成立の場合、サイクルC5で命令解読部６
はセレクタ15を命令バッファ４側に切り換え、バッファ
４に格納されている分岐命令に後続する命令A2をセレク
タ15を通して読みこむ。

（13）命令解読部６はセレクタ13、セレクタ14、セレク
タ15、セレクタ16およびセレクタ17を分岐をしない通常
動作と同じように切り換える。

（14）命令解読カウンタ９に格納されている分岐命令に
後続する命令A2の先頭アドレスをセレクタ17を通してプ
ログラムカウンタバッファ11内に既に格納されている分
岐命令のアドレスにオーバーライトする。

（15）命令解読部６は分岐命令に後続する命令A2を解読
する。

（16）命令解読部６は解読済の命令A1を次のステージに
流す。

（17）命令解読部６は解読後、実行コマンドバッファ７
にコマンドを格納する。

（18）実行部８は、実行コマンドバッファ７の底のコマ
ンドを取り出し、実行する。現在実行中の命令のアドレ
スはプログラムカウンタバッファ11の底に格納されてい
る。

（19）実行部６は読みこんだコマンドを実行し、１命令
が実行終了するとプログラムカウンタバッファ11の底の
アドレスを廃棄する。

第２図について以下補足説明する。命令解読部は分岐命
令（Bcc）を解読後、実効アドレス計算を行うと、直ち
に分岐先の命令の読みこみを行い分岐先命令B0を準備
し、現在実行中の命令A0の終了を待つ。命令A0が終了し
フラグが確定すると分岐が成立し、分岐先命令B0が直ち
に解読ステージに流される。解読ステージにて待ち状態
に置かれていた分岐命令に後続する命令A1は無効化され
る。（斜線は無効化された命令およびコマンド）第３図について以下補足説明する。命令解読部は分岐命
令（Bcc）を解読後、実効アドレス計算を行うと、直ち
に分岐先の命令の読みこみを行い分岐先命令B0を準備
し、現在実行中の命令A0の終了を待つ。命令A0が終了し
フラグが確定すると分岐が不成立となり、既に準備され
ている分岐命令に後続する命令A2が直ちに解読ステージ
に流される。当然命令A1は次のステージへ流される。

なお、この実施例において命令バッファ３、実行コマン
ドバッファ５、プログラムカウンタバッファ８は複数段
としたが、１段でも実行可能である。

また、この実施例においてキャッシュヒットの場合を説
明したが、キャッシュミスヒットの場合、キャッシュ１
がない場合においても主記憶に対して命令の読みこみ動
作が行なわれるだけで、効果には影響しない。

発明の効果本発明によれば、条件付分岐命令が発生した場合、分岐
命令を実行部へ発行せず命令解読部で処理すること、分
岐先の命令および分岐命令に後続する命令の両方を高速
に実行と独立かつ並列に準備すること、分岐条件が確定
するまで解読動作やコマンド発行を停止することによ
り、以下の効果が生まれる。

（１）既に読みこんだ命令のうち、無効化しなければな
らない命令が少ない。

（２）分岐先命令のアドレス計算および分岐先命令の読
みこみを実行部の動作と独立かつ並列に行えるため、高
速に分岐先命令を準備できる。

（３）分岐命令に後続する命令は命令バッファに準備さ
れており、かつ解読済の命令も準備されているため、後
続する命令を高速に実行できる。

（４）実行部のフラグ確定より以前に、分岐先命令およ
び分岐命令に後続する命令が準備されているため、分岐
成立後、直ちに分岐先命令を解読できる。

（５）分岐先命令および分岐命令に後続する命令を準備
後、実行部のフラグ確定まで動作を停止し、また無効化
機構により命令およびコマンドを無効化することによ
り、実行コマンドバッファ内および実行部内でのコマン
ドキャンセル機構、状態回復機構およびコマンド再実行
機構などを必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における情報処理装置の構成を
示すブロック図、第２図は本発明における条件付分岐命
令の分岐成立時の動作を示すタイミングチャート図、第
３図は本発明における条件付分岐命令の分岐不成立時の
動作を示すタイミングチャート図、第４図は従来の情報
処理装置を示すブロック図である。２……命令先読みカウンタ、３……分岐用命令先読みレ
ジスタ、４……命令バッファ、５……分岐用命令バッフ
ァ、６……命令解読部、９……命令解読カウンタ、10…
…分岐用命令解読レジスタ、12……加算器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−54342（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−289429（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−62438（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先読み命令のアドレスを格納する命令先読
みカウンタと、先読みする分岐先命令のアドレスを格納
する分岐用命令先読みレジスタと、解読する命令のアド
レスを格納する命令解読カウンタと、解読する分岐先命
令のアドレスを格納する分岐用命令解読レジスタと、前
記命令先読みカウンタのアドレスにより読み込んだ命令
を格納する命令バッファと、前記分岐用命令先読みレジ
スタの分岐先命令のアドレスにより読み込んだ分岐先命
令を格納する分岐用命令バッファと、前記命令解読カウ
ンタに格納された解読中の命令のアドレスと前記命令バ
ッファ内のデータとを加算する加算器と、前記命令バッ
ファより条件付分岐命令を取り出して解読後この分岐命
令より先に解読された命令の実行と独立かつ並列して前
記加算器により分岐先アドレスを計算し、結果を前記分
岐用命令先読みレジスタおよび前記分岐用命令解読レジ
スタに格納させ、格納した分岐先アドレスにより読みこ
んだ分岐先命令を前記分岐用命令バッファに格納し、分
岐命令より先に解読された命令の実行完了まで動作を停
止して演算結果の確定を待つ命令解読部とを備えたこと
を特徴とする情報処理装置。
【請求項２】演算結果の確定後分岐成立の有無を判断
し、分岐成立の場合は分岐命令に後続する解読済の命令
を無効化すると同時に分岐用命令バッファに格納された
分岐先命令を解読し、分岐不成立の場合は分岐命令に後
続する解読済の命令を引き続き実行させると同時に命令
バッファに格納された命令を解読する命令解読部を有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第一項記載の情報処
理装置。