JPH09274612A - ベクトル処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベクトルプロセッサにおけるスカラデータの
スカラレジスタへのセットを直接ベクトル命令で行いセ
ット時間を短縮する。 【解決手段】 一対のベクトル命令として、スカラレジ
スタの下位32ビットに即値データを設定するＶＬＩ命令
と、スカラレジスタの上位32ビットに即値データを設定
するＶＬＩＳ命令を用意し、これら命令はＯＰコードと
設定するスカラレジスタ番号と即値データからなり、命
令デコードにより即値データをデータ制御回路のレジス
タ2371の下位側とレジスタ2372の上位側にセットし、命
令実行時にＶＬＩ命令の場合は、レジスタ2371のデータ
を選択し、選択回路により、設定するスカラレジスタに
該データを書き込み、ＶＬＩＳ命令の場合は、レジスタ
2372のデータを選択し、選択回路により、設定するスカ
ラレジスタに該データを書き込むが、セット信号制御回
路の指定で該データの上位部分のみを書き込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、科学技術計算など
で多く出現する関数計算等、スカラデータが多量に必要
な場合の処理の高速化に好適なベクトル処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のベクトル処理装置は、スカラデー
タをスカラレジスタにセットするためには、ベクトル処
理準備命令のＬＭＳ（Ｌｏａｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓ
ｃａｌａｒ）命令等により、主記憶装置から読み出し、
記憶制御ユニット、データ転送回路を経由して、スカラ
レジスタにデータをセットしていた。そのため、各ユニ
ットを経由するだけでなく、さらにセットすべきスカラ
データの数が多い場合は、主記憶アクセスの競合や、主
記憶装置上のバンクの競合などにより、待ちが生じるこ
とがあり、時間がかかっていた。一般に、関数計算で
は、係数部分に多量のスカラデータが必要であり、スカ
ラレジスタを多数使用する。したがって、従来のベクト
ル処理装置では、ＤＯループの中に関数が出てきた場
合、関数以前のベクトル処理終了後、再びベクトル処理
起動を行ない、スカラレジスタの値をセットし直し、さ
らにまた、関数の処理終了後、再びベクトル処理起動を
行ない、関数以後のベクトル処理で用いるスカラレジス
タの値をセットし直していた。すなわち、１つのＤＯル
ープで少なくとも３回はベクトル処理起動をおこなって
おり、しかも、関数部分では多量のスカラデータを主記
憶装置から読み出し、記憶制御ユニット、データ転送回
路を経由して、スカラレジスタにセットしていたため、
処理時間が長くなっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、ベクト
ル処理起動の際に、スカラレジスタにデータを主記憶装
置から読み出してセットしていたため、関数計算の係数
等のように必要なスカラデータの数が多い場合に、ベク
トル処理起動に時間がかかり、しかも、関数を含むルー
プの処理は、ベクトル処理起動を複数回行なわなければ
ならず、ベクトル処理起動の時間が全体のベクトル処理
時間に占める割合が高くなり、ベクトル処理の高速化を
妨げていた。本発明の目的は、関数計算等で必要なスカ
ラデータを、直接ベクトル命令で指定し、ベクトルプロ
セッサの中で、スカラレジスタにセットすることによ
り、ベクトル処理起動時のスカラのセットアップ時間を
短縮すると同時に、ベクトル処理起動回数をも減らすこ
とにより高速演算を可能にすることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、スカラの即値データをスカラレジスタに
セットするベクトル命令を実行するベクトル処理装置で
あり、前記ベクトル命令は、オペレーションコードと、
設定するスカラレジスタ番号と、即値データを有し、命
令実行判定回路は、該ベクトル命令をデコードして、即
値データをデータ制御回路に転送し、他の部分をベクト
ル命令レジスタに転送し、命令実行制御部は命令起動に
応じて前記ベクトル命令レジスタの内容に従い、選択回
路により前記スカラレジスタ番号のスカラレジスタを選
択して前記データ制御回路内の即値データを書き込むよ
うにしている。また、前記ベクトル命令は、ＶＬＩ命令
とＶＬＩＳ命令の一対の命令からなり、ＶＬＩ命令は、
オペレーションコードと、設定するスカラレジスタ番号
と、スカラレジスタの下位側部分の即値データを有し、
ＶＬＩＳ命令は、オペレーションコードと、設定するス
カラレジスタ番号と、スカラレジスタの上位側部分の即
値データを有し、命令実行判定回路は、前記ＶＬＩ命令
またはＶＬＩＳ命令をデコードして、即値データをデー
タ制御回路の第１のレジスタの下位部分と第２のレジス
タの上位部分に転送し、命令の他の部分をベクトル命令
レジスタに転送し、命令実行制御部は命令起動に応じて
前記ベクトル命令レジスタの内容に従い、ＶＬＩ命令の
場合は、前記データ制御回路内の第１のレジスタのデー
タをセレクタにより選択して選択回路に転送し、選択回
路により前記スカラレジスタ番号のスカラレジスタを選
択して該データを書き込み、ＶＬＩＳ命令の場合は、前
記データ制御回路内の第２のレジスタのデータをセレク
タにより選択して選択回路に転送し、選択回路により前
記スカラレジスタ番号のスカラレジスタを選択し、かつ
セット信号制御回路の制御の下に該データの上位部分の
みを書き込むようにしている。

【０００５】

【発明実施の形態】以下、本発明の一実施形態を詳細に
説明する。図１は、本発明のベクトル処理装置の一実施
形態を示す全体の構成図であり、１はスカラプロセッ
サ、２はベクトルプロセッサ、３は記憶制御ユニット、
４は主記憶装置である。ベクトルプロセッサ２は、ベク
トル命令バッファ２１、ベクトルアドレスレジスタ２
２、命令実行判定回路２３、ベクトル命令レジスタ２
４、起動制御部２５、命令実行制御部２６、ベクトル演
算器２７１、後処理演算器２７２、ベクトルレジスタ２
８、スカラレジスタ２９、データ転送回路２１０から構
成されている。図では、ベクトル演算器２７１やデータ
転送回路２１０は、１つしか示していないが、実際は複
数あってもよい。

【０００６】図１において、スカラプロセッサ１は、ベ
クトル処理を行なわなければならなくなった場合、ベク
トルプロセッサ２に対して、ベクトル処理起動をかけ
る。この時、スカラプロセッサ１では、ベクトル処理準
備命令を処理する。ベクトル処理準備命令には、例え
ば、以下のような命令がある。 ＬＭＡ（Load Multiple Vector Address & Increment）
命令 ＬＭＢ（Load Multiple Vector Base）命令 これらの命令は、共に、主記憶装置４上にあるデータ
（アドレス）を記憶制御ユニット３を経由して、ベクト
ルアドレスレジスタ２２にセットする。 ＬＭＳ（Load Multiple Scalar）命令 この命令は、主記憶装置４上にあるデータ（スカラデー
タ）を記憶制御ユニット３を経由して、スカラレジスタ
２９にセットする。 ＥＸＶＰ（Execute Vector Processing）命令 この命令は、ベクトルプロセッサ２にベクトル処理の開
始を指示する。スカラプロセッサ１では、順次、このよ
うなベクトル処理準備命令を処理する。

【０００７】ＬＭＳ命令の処理では、主記憶装置４上の
スカラデータは、記憶制御ユニット３を経由し、選択回
路２９１を通って、スカラレジスタ２９にセットされ
る。選択回路２９１は、このような主記憶装置４からの
スカラデータの他、スカラプロセッサ１からのスカラデ
ータや、内積、総和等の後処理演算器２７２により得ら
れた演算結果等を指定されたスカラレジスタ２９にセッ
トする。スカラレジスタ２９にデータがセットされると
同時に、対応するＶａｌｉｄビットも１にセットされ
る。Ｖａｌｉｄビットは、スカラレジスタ２９の各々の
レジスタに対応して１ビットずつ設けられており、スカ
ラレジスタ２９にデータがセットされると、対応するＶ
ａｌｉｄビットの値を１にセットするようになってい
る。これにより、スカラデータのスカラレジスタ２９へ
のセットが終了したか否かを管理することができる。

【０００８】また、ＥＸＶＰ命令の処理では、ベクトル
プロセッサ２に対し、ベクトル処理開始信号１２が送出
され、主記憶装置４上のベクトル命令列の先頭アドレス
からベクトル命令列が読み出され、ベクトル命令バッフ
ァ２１にセットされる。なお、Ｖａｌｉｄビットにより
スカラデータのスカラレジスタ２９へのセット終了が管
理されているため、スカラレジスタ２９へのデータのセ
ット終了を待たずに、ベクトル処理起動を開始すること
が出来る。

【０００９】命令実行判定回路２３では、命令デコーダ
２３１が、ベクトル処理開始信号１２を受け取ると、ベ
クトル命令バッファ２１の先頭取り出し位置から、１つ
のベクトル命令を取り出してデコードする。図１の命令
デコーダ２３１の中には、取り出したベクトル命令のデ
コード結果のフォーマットを示してある。これにおい
て、ＯＰは演算の種類を表すオペレーションコード、Ｒ
Ｎ１〜ＲＮ３は、ベクトルレジスタ番号あるいはスカラ
レジスタ番号を指定するレジスタ指定部、ＶＡＩＲＮお
よびＶＢＲＮは、ともにベクトルアドレスレジスタ番号
を指定するベクトルアドレスレジスタ指定部である。ま
た、ベクトル命令レジスタ２４に示したフォーマットも
同様であるが、さらにＡＬＮはこのベクトル命令で使用
するベクトル演算器を指定するベクトル演算器指定部、
ＴＲＮはこのベクトル命令で使用するデータ転送回路を
指定するデータ転送回路指定部である。

【００１０】命令デコーダ２３１は、デコードされたベ
クトル命令が実行可能かどうかを判定するために、コン
フリクトチェック回路２３５にデコード結果を送出す
る。ベクトル命令が、実行可能かどうかの判定には、取
り出したベクトル命令で指定されたベクトルレジスタ２
８やスカラレジスタ２９、そのベクトル命令で指定され
た演算を行なうためのベクトル演算器２７１やデータ転
送回路２１０があいていることが必要であり、そのた
め、表示回路２３４の結果を用いて、コンフリクトチェ
ックを行なう。表示回路２３４は、ベクトル演算器２７
１、ベクトルレジスタ２８、スカラレジスタ２９、デー
タ転送回路２１０の各々に対応して１個ずつの表示子を
備え、それらが使用中であるかどうかを表示したもので
ある。コンフリクトチェック回路２３５は、これらの表
示子を参照することにより、取り出したベクトル命令で
指定されたベクトルレジスタ２８やスカラレジスタ２
９、そのベクトル命令で指定された演算を行なうための
ベクトル演算器２７１やデータ転送回路２１０があいて
いるかどうかを調べ、必要なものがすべて空いているこ
とを検出すると、そのベクトル命令は、実行可能である
と判定し、信号線３４１を起動制御部２５に送出し、そ
のベクトル命令のデコード結果を信号線３４２によって
ベクトル命令レジスタ２４に送出する。そして、その場
合には、そのベクトル命令で使用するベクトルレジスタ
２８、スカラレジスタ２９、ベクトル演算器２７１、デ
ータ転送回路２１０に対応する表示子を、それらが使用
中であることを表示するようにセットする。必要なもの
が使用中の時は、空くまで待つ。

【００１１】また、そのベクトル命令でスカラレジスタ
２９が指定されている場合は、Ｖａｌｉｄビット読み出
し制御回路２３２から、指定されたスカラレジスタ２９
に対応するＶａｌｉｄビットの値を読み出す指示を信号
線３９を介してスカラレジスタ２９に送出し、Ｖａｌｉ
ｄビットの値を読み出す。ＳＲセットアップチェック回
路２３６では、読み出されたＶａｌｉｄビットの値によ
り、指定されたスカラレジスタ２９に対してデータのセ
ットが終了しているかどうかを判断する。指定されたス
カラレジスタ２９に対応するＶａｌｉｄビットの値が１
で、なおかつ、そのスカラレジスタ２９とそのベクトル
命令で指定されたベクトルレジスタ２８や、そのベクト
ル命令で指定された演算を行なうためのベクトル演算器
２７１やデータ転送回路２１０がコンフリクトチェック
の結果、すべて空いていれば、そのベクトル命令は実行
可能であると判定し、その判定結果を信号線３５１を介
して起動制御部に送出し、そのベクトル命令のデコード
結果を信号線３５２によってベクトル命令レジスタ２４
に送出する。Ｖａｌｉｄビットの値が０ならば、指定さ
れたスカラレジスタ２９にデータがまだセットされてい
ないため、Ｖａｌｉｄビットの値が１になるまでそのベ
クトル命令は実行しない。

【００１２】起動制御部２５は、命令実行判定回路２３
から信号線３４１または３５１を受け取ると、命令実行
制御部２６に対して、起動信号５６を送出する。命令実
行制御部２６は、起動信号５６を受け取ると、ベクトル
命令レジスタ２４から１つのベクトル命令を取り出し、
そのベクトル命令で指定されたベクトル演算器２７１、
ベクトルレジスタ２８、スカラレジスタ２９、データ転
送回路２１０にベクトル処理動作を行なわせる。

【００１３】以上のようにして、通常のベクトル処理が
行なわれるが、このようなベクトル処理装置において、
次のようなＤＯループを処理することを考える。

【００１４】

【数１】

【００１５】一般に、関数計算では、係数部分に多量の
スカラデータが必要であり、スカラレジスタ２９を多数
使用する。したがって、このようなＤＯループの中に関
数が出てきた場合、関数以前の（ベクトル処理）終了
後、再びベクトル処理起動を行ない、スカラレジスタ２
９の値をセットし直さなければならず、さらにまた、関
数の処理終了後、再びベクトル処理起動を行ない、関数
以後の（ベクトル処理）で用いるスカラレジスタ２９の
値をセットし直さなければならない。このことにより、
上記のＤＯループの処理においては、ベクトル処理実行
時間以外に、ベクトル処理起動時間が多くかかり、しか
も、多量のスカラデータを主記憶装置から読み出し、記
憶制御ユニット３を経由して、スカラレジスタ２９にセ
ットしなくてはならず、処理時間が長くなる。しかし、
本発明では２つのベクトル命令を新設し、これらの命令
を実行するための構成を設けることにより、このような
ＤＯループの処理でも、ベクトル処理起動を１回にする
ことができ、また、多量のスカラデータをスカラレジス
タ２９にセットする時間も大幅に短縮することができ
る。

【００１６】図２は、新設した２つのベクトル命令の仕
様を示したものである。ＶＬＩ命令では、スカラレジス
タ２９の下位３２ビットに即値データを設定し、ＶＬＩ
Ｓ命令では、スカラレジスタ２９の上位３２ビットに即
値データを設定する。ただし、必ず、これら２つのベク
トル命令は、セットで用いることとする。図３は、図１
における、新設した２つのベクトル命令を実行する構成
部分を示す図であり、データ制御回路２３７からスカラ
レジスタ２９までのデータの流れに沿って詳細に示した
図である。

【００１７】以下、図１と図３を用いて２つのベクトル
命令の処理動作について説明する。図１において、命令
実行判定回路２３では、命令デコーダ２３１はベクトル
処理開始信号１２を受け取ると、ベクトル命令バッファ
の先頭取り出し位置から、１つのベクトル命令を取り出
してデコードする。命令デコーダ２３１にはＶＬＩ命令
およびＶＬＳＩ命令をデコードする手段を設ける。取り
出したベクトル命令がＶＬＩ命令またはＶＬＩＳ命令の
場合、Ｖａｌｉｄビット読み出し制御回路２３２が起動
され、該Ｖａｌｉｄビット読み出し制御回路２３２は指
定されたスカラレジスタ２９に対応するＶａｌｉｄビッ
トの値を読み出すよう読み出し指示信号を信号線３９に
より送出し、Ｖａｌｉｄビットの値を読み出す。なお、
図３ではＶａｌｉｄビット読み出し制御回路２３２およ
びスカラレジスタ２９からのＶａｌｉｄビット読み出し
信号線の図示は省略している。一方、命令デコーダ２３
１は、ＶＬＩ命令またはＶＬＩＳ命令で指定された即値
データ３２ビットを、データ制御回路２３７に送出す
る。

【００１８】図３に示すように、データ制御回路２３７
では、命令デコーダ２３１から受け取った３２ビットの
データの上位に、３２ビット ａｌｌ‘０’のデータを
追加した６４ビットデータ２３７１と、３２ビットのデ
ータの下位に、３２ビットａｌｌ‘０’のデータを追加
した６４ビットデータ２３７２を生成する。ＳＲセット
アップチェック回路２３６では、読み出されたＶａｌｉ
ｄビットの値が０ならば、そのスカラレジスタ２９への
書き込みが可能と判断し、信号線６５１を介して判断結
果の信号を起動制御部２５に送出し、オペレーションコ
ード等のデコード結果を信号線６５２によってベクトル
命令レジスタ２４に送出する。

【００１９】起動制御部２５は、信号線６５１を受け取
ると、命令実行制御部２６に対して、信号線５６により
起動信号を送出する。命令実行制御部２６は、起動信号
を受け取ると、ベクトル命令レジスタ２４から１つのベ
クトル命令を取り出し、それがＶＬＩ命令またはＶＬＩ
Ｓ命令であることを確認すると、データ制御回路２３７
に対して、セレクト信号生成回路２３７４を起動する信
号を信号線６７１により送出し、また、それと同時に信
号線６７２によってオペレーションコードを送出する。
データ制御回路２３７では、６４ビットデータ２３７１
と６４ビットデータ２３７２のうちの１つを、セレクタ
２３７３により選択するようになっている。セレクト信
号は、信号線６７１からの起動信号と、信号線６７２か
らのオペレーションコードの入力によりセレクト信号生
成回路２３７４で生成される。ＶＬＩ命令の場合は、６
４ビットデータ２３７１を選択するように、ＶＬＩＳ命
令の場合は、６４ビットデータ２３７２を選択するよう
にセレクト信号がセレクト信号生成回路２３７４で生成
される。

【００２０】また、命令実行制御部２６は、選択回路２
９１に対して、指定されたスカラレジスタ２９に６４ビ
ットのデータを書き込むよう指示する信号を信号線６９
１により送出する。それと同時に、スカラレジスタ２９
へのセット信号を制御するセット信号制御回路２９４に
対して、信号線６９２によりセット信号を、信号線６９
３によってオペレーションコードを送出する。セット信
号制御回路２９４は、オペレーションコードの内容に応
じて、ＶＬＩＳ命令の場合は、６４ビットのデータのう
ち、上位３２ビット分だけを書き込むよう、下位３２ビ
ットへのセット信号を抑止する。ＶＬＩ命令の場合は、
６４ビットのデータ全部を書き込むため、何もしない。
このようにして、ＶＬＩ命令によって指定された即値デ
ータ３２ビットが、指定されたスカラレジスタ２９の下
位３２ビットへ、ＶＬＩＳ命令によって指定された即値
データ３２ビットが、指定されたスカラレジスタ２９の
上位３２ビットに書き込まれる。また、ＶＬＩＳ命令に
よるスカラレジスタ２９への書き込みと同時に、そのス
カラレジスタ２９に対応するＶａｌｉｄビットの値を１
にする。

【００２１】ここで、ＶＬＩ命令およびＶＬＩＳ命令で
指定されたスカラレジスタ２９に対応するＶａｌｉｄビ
ットの値は、即値データを書き込む前は必ず０であるは
ずであるが、Ｖａｌｉｄビット読み出し制御回路２３２
により読み出した値が１の場合は、コンパイラのバグに
よるものか、ハードウェアの何らかの不良によるものと
考え、Ｖａｌｉｄビットの値が０である時と同様の手順
で、指定されたスカラレジスタ２９に上書きを行なう。
なお、１になったＶａｌｉｄビットは、ベクトル処理終
了後、コンパイラによって、リセットされる。

【００２２】以上のようにして、ＶＬＩ命令およびＶＬ
ＩＳ命令の２つのベクトル命令を新設し、これらの命令
を実行するために必要な構成を設けることによって、ベ
クトルプロセッサ２の中で、ベクトル命令で指定した即
値データを、スカラレジスタ２９にセットすることがで
き、主記憶装置４から読み出したスカラデータを記憶制
御ユニット３を経由して、スカラレジスタ２９にセット
するのに比べて、短時間でセットできる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、スカラの即値データ
を、直接ベクトル命令で指定し、ベクトルプロセッサの
中で、スカラレジスタにセットすることができるように
なり、関数計算のような多量のスカラデータが必要な場
合の、ベクトル処理起動時のスカラのセットアップ時間
を短縮すると同時に、関数計算等を含むＤＯループのベ
クトル処理起動の回数を減らすことができ、ベクトル処
理の高速化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のベクトル処理装置の一実施形態を示す
全体の構成を示す図である。

【図２】本発明で新設したベクトル命令の仕様を示した
図である。

【図３】新設した２つのベクトル命令を実行する構成部
分を示す図である。

【符号の説明】

１ スカラプロセッサ ２ ベクトルプロセッサ ３ 記憶制御ユニット ４ 主記憶装置 ２１ ベクトル命令バッファ ２２ ベクトルアドレスレジスタ ２３ 命令実行判定回路 ２４ ベクトル命令レジスタ ２５ 起動制御部 ２６ 命令実行制御部 ２８ ベクトルレジスタ ２９ スカラレジスタ ２１０ データ転送回路 ２３７ データ制御回路 ２７１ ベクトル演算部 ２８１、２８２、２９１、２９２ 選択回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スカラの即値データをスカラレジスタに
   セットするベクトル命令を実行するベクトル処理装置で
   あって、 前記ベクトル命令は、オペレーションコードと、設定す
   るスカラレジスタ番号と、即値データを有し、 命令実行判定回路は、該ベクトル命令をデコードして、
   即値データをデータ制御回路に転送し、他の部分をベク
   トル命令レジスタに転送し、 命令実行制御部は命令起動に応じて前記ベクトル命令レ
   ジスタの内容に従い、選択回路により前記スカラレジス
   タ番号のスカラレジスタを選択して前記データ制御回路
   内の即値データを書き込むことを特徴とするベクトル処
   理装置。
2. 【請求項２】 スカラの即値データをスカラレジスタに
   セットするベクトル命令を実行するベクトル処理装置で
   あって、 前記ベクトル命令は、ＶＬＩ命令とＶＬＩＳ命令の一対
   の命令からなり、 ＶＬＩ命令は、オペレーションコードと、設定するスカ
   ラレジスタ番号と、スカラレジスタの下位側部分の即値
   データを有し、 ＶＬＩＳ命令は、オペレーションコードと、設定するス
   カラレジスタ番号と、スカラレジスタの上位側部分の即
   値データを有し、 命令実行判定回路は、前記ＶＬＩ命令またはＶＬＩＳ命
   令をデコードして、即値データをデータ制御回路の第１
   のレジスタの下位部分と第２のレジスタの上位部分に転
   送し、命令の他の部分をベクトル命令レジスタに転送
   し、 命令実行制御部は命令起動に応じて前記ベクトル命令レ
   ジスタの内容に従い、 ＶＬＩ命令の場合は、前記データ制御回路内の第１のレ
   ジスタのデータをセレクタにより選択して選択回路に転
   送し、選択回路により前記スカラレジスタ番号のスカラ
   レジスタを選択して該データを書き込み、 ＶＬＩＳ命令の場合は、前記データ制御回路内の第２の
   レジスタのデータをセレクタにより選択して選択回路に
   転送し、選択回路により前記スカラレジスタ番号のスカ
   ラレジスタを選択し、かつセット信号制御回路の制御の
   下に該データの上位部分のみを書き込むことを特徴とす
   るベクトル処理装置。