JPS5958580A - マスク付きベクトル演算処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はベクトルデータを高速に演算する装置に関する
。

〔従来技術〕

ベクトルプロセサのより高速な処理を達成するには、よ
り多くの種類の処理をベクトルプロセサにより高速に処
理可能とすることが課題となっている。中でも、ＦＯＲ
ＴＲＡＮプログラムで、ｌＦ文を含むＤＯループを高速
に処理するには、より高度の処理装置が必要と芒れるが
、第１図に示すようなりＯルーズの従来技術による処理
手順を第２図と第３図を用いて説明する。

第１図に示すＤＯループでは、式（１）にあるような論
理積９の結果の値が戸”であり、かつ、式（２）に示す
論理演算結果が”真″である場合に限や対応するインデ
クス値：工を持つエレメント間で式（３ンの加算及び代
入を行い、式（１）か、式（２）のいづれかが成立しな
いようなインデクス値を持つエレメント間での式（３）
の加算及び代入は行わない。このような処理をＮ組のエ
レメントについて繰り返す。

第２図は、エレメント数二Ｎが６で、オペランドＡ（１
〜６）、Ｂ（１〜６）、Ｃ（１〜６）。

Ｄ（１〜６）、Ｆ’（１〜６）、Ｇ（１〜６）に適当な
数値を仮定し、第１図の演算を行なった場合のデータの
流れを示したものである。

第２図で値゛Ｘ＃はこれらの処理によシ変更を受けず、
また、この処理に関与しないことを示す。

以下に、その処理手順を示す。

ステップ１：　オペランドＡ（１〜６）とＢ（１〜６）
の対応するニレメン同志を、それぞれ比較してベクトル
マスク：ＶＭ（１〜６）を作成する。この場合、対応す
る両エレメントの値が一致して論理演算結果が真”とな
るとき、ＶＭには値ａｔ　１ｐｙを件き、一致しないと
きＶＭＫは値Ｉｔ　０７１を臀くものとする。従って本
例ではＶＭ（１〜６）の値はそれぞれ、０，１，０，１
，１゜０となる。

ステップ２：　次のステップ３で、ベクトルマスク：Ｖ
Ｍを格納している、ベクトルマスクレジスタを、再度書
込みに使用する為に、ＶＭ（１〜６）の内容を、別のレ
ジスタＳ　Ｒ，１に退避させる。

なお、このＳ　Ｒ，１は、ベクトルマスク専用のレジス
タではなく、保持データの全エレメント分を一括して処
理することしか出来ない。その為に、このステップは、
ステップ１が全て終了してから行われる。

ステップ３：　ステップ（１）と同様に第１図の式（２
）の演算を行い、結果をＶＭ（１〜６）に書込む。

ここでも、論理演算値真″に対して値″ｔ　１　ｎ。

″偽″に対して値ａｔ　Ｏ”を対応させると、この場合
（７）ＶＭ（１〜６ンの値は、それぞれ０，１，１゜１
．０．１となる。

ステップ４：　次のステップ５で、全エレメント分の一
括処理しか出来ない汎用の演算器を用いて汎用のレジス
タ間の論理演算を行うため、７Ｍ（１〜６）の値を汎用
のレジスタＳＲ２に退避する。このステップもステップ
２と同じ理由で、ステップ３が全て終了してから行われ
る。

ステップ５：　　ＳＲＩとＳＲ，２０ビツト毎の論理積
をＳＲ，３に求める。このステップはステップ４が終了
してから行われる。

ステップ６：　ステップ５で求めたＳＲ３の値をＶＭ（
１〜６）に転送する。

ステップ７：　ステップ６で得られたＶＭ（１〜６）の
値にをもとに、第１図の式（３）に示す加算と代入を行
う。その際、対応するベクトルマスクＶＭ（Ｉ）の値が
０”のエレメントについては演算の結果を無効とする。

すなわち、その時のＥ（１）の値を変更しない。本例で
は、第２及び第４エレメントについてのみ演算結果が主
記憶上のＥ（１）の値を変更するように動作する。

以上の処理の様子を、第３図のタイムチャートで示す。

タイムチャートの縦軸は各ステップを示し、横軸は時間
を示す。各番号は、そのエレメント番号の処理の最初の
ザイクルを示しており、ステップ間の時間的ずれは、起
動時間のずれを示している。

以上に述べてきたように、従来技術による複雑な条件文
を含むＤＯループのベクトルプロセサでの処理は、ベク
トルマスクレジスタが１つしかない為、一括処理用のレ
ジスタに移動して、一括処理による演算処理を行い、出
来あがった最終的なベクトルマスクを、再びベクトルマ
スクレジスタに転送しなければ、条件付きの演算処理が
出来ない。従って、第３図に見るように、従来技術では
ベクトル処理が、ステップ１と、ステップ３、ステップ
７に、それぞれ処理時間帯を分けられ、これらのステッ
プ間では、処理の並列・高速化ができないという問題が
あった。

一般に、ベクトルプロセサでは複数ベクトル演算の異な
るエレメントについての処理を、同時並行に処理するこ
とで高速性を達成しているが、ステップ２，４，５．６
の処理がベクトルプロセサ向きでない為に、第４図のよ
うに、ステップ１゜３．７を並列に処理することを妨げ
ている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ベクトルマスクの生成、ベクトルマス
ク間の演算処理、及び条件付きベクトル演算処理を、全
て同時並行して処理可能とするベクトル演算処理装置を
提供することにある。

〔発明の概要〕

このため、本発明による装置では、 （１）同時に書込み・読出し可能な複数のベクトルマス
ク専用レジスタ。

（２）ベクトルマスク専用レジスタ中のデータを入力と
して新しいベクトルマスクの値を算出する、１個以上の
ベクトルマスク専用演算器。

（３）ベクトルマスクの書込みと、ベクトルマスク専用
演算器への読出しを同期させる手段。

（４）ベクトルマスクの書込みと、マスク付きベクトル
演算処理用演算器への読出しを同期させる手段。

とを、新たに設けることにより、ベクトルマスクの生成
、ベクトルマスク間演算９条件付きベクトル演算処理を
、全て同時並行して処理することを可能としたものであ
る。

ただし、本明細書では“演算処理″という言葉により、
主記憶参照、ベクトル間の加減算等の演算、結果の主記
憶への格納の全てのものをさし、本明細１゛の実施例で
はマスク付き主記憶格納を例にとる。

〔発明の実施例〕

以下１本発明を実施例を参照して詳細に説明する。第５
図は本発明の一実施例を示す。

本発明に直接関連しない装置部分は、通常のベクトルプ
ロセサと同じ構成を有するものとし、その部分の説明は
簡単にするに止める。

第５図において、１０１は主記憶装置、１０２は主記憶
制御装置、１０３はスカラ処理装置であり、１０４Ｕそ
の一部であるスカラ命令制御装置、１０５はベクトル命
令制御装置である。

スカラ命令制御装置１０４では主記憶制御装置１０２と
信号線２０１を介して主記憶装置１０１から順次読出し
た命令を解読し、これが通常のスカラ命令であるときは
、スカラ処理装置１０３にて通常のスカラ演算処理を行
い、信号線２０２を介し結果を主記憶装置１０１に書込
む。スカラ命令制御装置１０４で解読した命令が、ベク
トル命令列の起動を指示する命令であれば、信号線２０
３を介して、ベクトル命令列の主記憶装置１０１上での
先頭アドレスと、処理すべきベクトルエレメント数と、
起動信号をベクトル命令制御装置１０５へ渡す。引続き
、ベクトル命令制御装置１０５は与えられたアドレスに
従い、信号線２０１，２０４を介してペタトル命令列を
主記憶装置１０１から１１１ｆｉ次読出し、ベクトル命
令を解読し、命令中で指定された、レジスタ、演算器、
メモ１ノ１ノクエタ等が使用可能な状態にあると判断し
た命令７５）ら、それぞれ信号線２０５，２０６，２０
７を介して命令に必要なリソースを起動すると共に、同
時に、処理すべきベクトルエレメント数を含めた市＋ｊ
徊１＋青報を転送する。ベタトル命令のニレメントイ固
々に対する処理は、ベクトルレジスタ制御装置１１０や
、ベクトルマスクレジスタ制御装置１２０の送出する。

１エレメント毎の処理の許可信号に従って進められる。

以下、第１図に示し７たＤｏルーフ。

の処理を行う場合を例にとり、本発明によるベクトル命
令の実行を説明する。本例では、ベクトルレジスタと呼
ぶバッファ記憶を用いており、それぞれＮエレメントか
らなる一連のデータ、Ａ（１〜Ｎ）、Ｂ（１〜Ｎ）、Ｃ
（１〜Ｎ）、Ｄ（１〜Ｎ）、Ｅ（１〜Ｎ）、Ｇ（１〜Ｎ
）を信号線２１１〜２１６をを介し、ベクトルレジスタ
１１１〜１１６にそれぞれ格納することが必要である７
５：、この間の処理は通常のベクトルプロセッサによる
処理に従うものとする。

第１図の処理を実行するには、上記の処理を行う６つの
命令の他に、Ａ（Ｉ）とＢ（Ｉ）を要素ごとに比較し、
比較結果をベクトルマスクレジスタに書込む第７の命令
。同じ＜、Ｃ（Ｉ）とＤ（Ｉ）の値の要素ごとの比較結
果を第７の命令で宵込んだのとは別のマスタレジスタに
書込む第８の命令。第７の命令と第８の命令により得ら
れる２つのベクトルマスク間で論理演算を行い、結果を
第３のベクトルマスクレジスタに書込む第９の命令。Ｆ
（Ｉ）とＧ（Ｉ）を要素毎に加算し、結果をベクトルレ
ジスタに格納する第１０の命令と、第１Ｏの命令によっ
て得られた加算結果を、第９の命令によって得られたベ
クトルマスクがｔｏ　１ｎをとる場合のみ（もしくは、
０″′をとる場合のみ）、Ｅ（Ｉ）に相当するメモリア
ドレスに書込む、第１１の命令が用いられる。

以下第５図を用いて、第１図の処理を説明する。

第７の命令に応答してベクトル命令制御装置は、演算器
１３１に、ベクトルレジスタ１１１゜１１２中の値を送
り、式（υの比較を行なう。この場合、等しいという関
係が成立する場合には、値パ１”を、成立しない場合に
は値ＩＩ　０＋＋を、信号線２３１を介し、ベクトルマ
スクレジスタ１２２に書込むものとする。この比較演算
は、１３１にパイプライン演算器を用いることで、１サ
イクルに１エレメントのピッチで進めることができる。

第８の命令は、同様に式（２）の比較を行い、成立に対
し６１″を、不成立に対してはＩｔ　０７＋を、パイプ
ライン演算器１３２から信号線２３２を介して、ベクト
ルマスクレジスタ１２３に盲込む。

１２２と１２３に書込才れた値の間で、今度は第９の翁
令によって論理積をとる演算が行われる。

これは、従来技術で述べたような、一括処理しか出来な
いレジスタ及び演算器ではなく、ベクトルマスクの専用
レジスタ１２１〜１２３、及び専用のパイプライン演算
器１４１を用いているため、必要なデータが揃ったエレ
メント間では、ただちに論理積をとる処理Ｖこ移るよう
に同期される。

また、第９の命令で作成されたベクトルマスクの値を、
第１１の命令で参照する場合も、メモリに格納するデー
タと、ベクトルマスクが揃ったエレメント間では、直ち
に処理が行われるように同期される。

前者のベクトルマスクレジスタ間の同期機構を第６図で
説明し、後者のベクトルマスクレジスタとベタトルレジ
スタの間での同期機構を、条件付きベクトル演算を例に
、第７図で説明する。

第７．　第８の命令で書込まれたベクトルマスクレジス
タの値は、書込みが全エレメントにわたって終了してい
れば、どこから読んでも良いが、途中のエレメントを書
き込んでいる途中なら、書込む前の値を読むと、第１図
の処理が正しく実行されない。この書込み済の範囲を知
る目的で、例えば、比較演算結果を書き込んでから、論
理積をとるため読出されるベクトルマスクレジスタ１２
２（以下ＶＭＲ２と呼ぶ）に対応して、書き込み済みエ
レメント数が、どれだけ読み出しエレメント数を上回っ
ているかを蓄える、アップダウンカウンタ３２２と、書
込み中であるとか読出し中であるという状態を蓄えるレ
ジスタ３２１を用意する。

ＶＭＲ２から１エレメント読み出す為の許可信号４０４
ば、ＶＭＲ２が書込み中でない場合か、書込み中だがこ
れから読み出そうとするエレメントが１込み済である場
合に発行される。カウンタ３２２は書込みエレメント数
から読出しエレメント数（もしくは読出し予定エレメン
ト数）を引いた差を保持しているので、このカウンタの
値が正であることを示す信号４０１、ＶＲ４Ｒ２が貞込
み中かつ、読出し中であることを示す信号４０２、ＶＭ
Ｒ２が書込み中ではない、単純な読み出し状態にあるこ
とを示す信号４０３に、ＡＮＤ回路３２３、ＯＲ回路３
２４の論理をとることで、信号４０４を得ることができ
る。

また、ＶＭＲ，２とベクトルマスクレジスタ１２３（以
下、ＶＭ）Ｌ３と呼ぶ）の間で演算をして良いツバ、Ｖ
ＭＲ２も、ＶＭＲ３も、どちらも１エレメント読み出す
許可信号が揃っている場合に限る。

１エレメントの演算許可信号４０６は、ＶＭＲ２の１エ
レメント読出し許可信号４０４と、ＶＭＲ。

３の１エレメント読出し許可信号４０５をＡＮＤ回路３
０１を用いてＡＮＤすることによ＃）得られる。この１
エレメントの演算許可信号４０６によってＶ１１Ｖ１２
と３の読出しアドレス３０２の値が１追加され、未処理
エレメント数を蓄えたカウンタ３０３の値が１でないな
ら、１減じて、次のエレメント処理へと進む。この論理
積演算はパイプライン演算器１４１の各ステージ、１４
１１〜１４１３を経て、ベクトルマスクレジスタ１２１
（以下ＶＭＲ１と呼ぶ）に書込まれる。この際、書込み
側のアドレス３０４やアップダウンカウンタ３１２への
加算ｆｄ、３０６〜３０７に示す同期フリップフロップ
を適当に追加することで、データの処理の同期がとられ
る。ＶＭＲｌに書き込んだエレメントデータを、必要な
場合に、書込みと同時に読み出すには、アップダウンカ
ウンタ３１２への＋１動作が行われてから、実際にデー
タが１２２へ書込まれるまでの時間差を、アップダウ／
カラ／り３１２の一１動作が行われてから、読出しが行
われるまでの時間差に等しく設計することが必要である
。本例ではそのために、信号４０７は３０７のフリップ
フロップ群をバイパスしてアップダウンカウンタ３１２
へ送られている。この３０７のフリップフロップのうち
最初のもの３０７１から、７ＭＲ１までの信号の伝達時
間と、３１２から、第６図では省略されているＶＲＩの
胱出し゛ｒドレス（第７図５０３）までの伝達時間を等
しくすることによって、ＶＭＲＩに４込まれたデータを
直ちに読出すことが可能となっている。

第６図で、ＷＴと書かれているのは、それぞれのベクト
ルマスクレジスタへの書込み命令により発行でれる信号
である。本例では、第１図の式（ＩＪの処理の始まりと
共に、信号４２１により、Ｖｌ、ｆｌＲ２の状態３２１
を、書込み状態にセットし、アップダウンカラ／り３２
２−ＱＯにリセットする。

そして、１エレメント毎の書込み信号４２２により、書
き込み数をカウントアツプさ−Ｉりると共に信号４２３
により、結果をＶＭＲ−’１に書込む。そして、全エレ
メント分の処理の終了をカウンタ３０３の値が１″ｔ″
あるという信号４２４により検出し、書込み状態にある
という記録を３１１から、読出し状態にあるという記録
を３２１〜３３１から解除する。

以上の動作は、第６図で説明しているベクトルマスクレ
ジスタ間演舞、によるＶＭＲｌの書き込み制御方式と同
じため、第６図でＩ／ｉＶＭＩ’？、２及びＶＭＲ３の
書込み側の制御回路は省略しである。

第１図の式（１）、式（２）が全エレメント処理される
のを待たず、式（１）と式（２）のベクトルマスク間演
算命令が起ｍ１１されると、１ＮｉＴ　と書かれた信号
２０７により、寸ず、ＶＭＲｌの状態３１１が書き込み
状態にセットキれると共に、アップダウンカウンタ３１
２が０にリセットされるのは、先に述べた式（１）の処
理と同様であるが、でらにＶＮＲ２及びＶＭＲ３の状態
か、読み出し状態にセットされる。従って本例で第１図
のプログラムの処理を行った場合、７ＭＲ２は読み出し
かつ書込み中の状態となり、信号４０１がオンで信号４
０３がオフのため、書き込み済のエレメントのみについ
て読み出しの許可を与える制御を行う。

前述の式（１）の命令によシ１エレメントの書き込みが
ある度に、カウンタ３２２は＋１されるから、その結果
を使うベクトルマスク間演算では、カウンタ３２２の値
が正である限り、読み出し許可信号４０４を発行し、カ
ウンタ３２２から−１する。

例では、簡単の為に４０８により−１しているが、４０
６により−１してもよい。

この４０８により−１した場合は４０６により−１した
場合に比べ性能の劣化する場合があるが、この劣化は３
９１〜３９４にある回路により回避できる。信号４０６
により−１する場合３９１〜３９４の回路は不要である
。以下では、簡単のたメ、ヘクトルレジスタ、ベクトル
マスクレジスタの読出し許可信号作成及び、演算許可信
号作成時の３９１〜３９４に相当する回路は図面中では
省略する。

ＶＭＲ２と同様にＶＭＲ３も、読み出し許可信号を作成
し、両者のＡＮＤ条件をとった４０６が最終的な演算許
可信号となって読み出しアドレス３０２の値を進め、読
み出し用セレクタ３２６゜３３６を介して、ベクトルマ
スク専用演算器３０５にデータを送ると共に、書込み許
可信号としてカウンタ３１２の値に＋１を行い、書込み
アドレス３０４の値を進める。ここで、演算器１４１を
ベクトルマスクレジスタ間演算専用とすることで、僅か
なコストの追加によシ、処理の高速化が可能となってい
る。第５図では、ベクトルレジスタ用演算器３個、ベク
トルマスク専用演算器１個の構成となっているが、ベク
トルマスク専用演算器は入力データ巾が、前者の３２〜
６４ビツト／エレメントに対し、後者は１ビツト／エレ
メントであり、コストもそれに順じて少なく出来る。

第６図の制御により、第７〜８の命令と第９の命令が同
期されることが判るが、第７図は、第１１の命令と第１
２の命令の同期方法を示したものである。ＭＲ２とＭＲ
３の読み出し制御回路は、第６図のベクトルマスクレジ
スタのＶ　ＭＲ２とＶＭＲ３のそれと同様のものを採用
している為、ここでは説明を省く。ＶＭＲｌの読み出し
制御回路と第６図の読出し制御回路との相違は、５０２
のフリップフロップを条件付き命令でないことを記録さ
せるよう、新たに設け、その場合、演算器等に送るベク
トルマスク値６０３を、信号６０２　　゛を介して常に
′°１”にしていることである。このフリップ７０ツブ
により、条件付きベクトル演算命令以外にも、同じ演算
器５０５を使用できる。

また、第６図でＶＭＲ２とＶＭＲ３の読出し許可信号間
のＡＮＤをとった信号４０６に和尚して、第７図での演
算処理許可（本例では１エレメントの主記憶格納許可）
信号６０６ｉ、ｊ：、ベクトルマスクレジスタＶＭＲＩ
の抗出し許可信号６４４と、ベクトルレジスタＶＲ，１
の読出し許可信号６３４と、主記憶書込み制御回路１０
２１からの受付は許可信号６０１との間でＡＮＤをとっ
たもの七している。条件句き命令以外の主記憶書込み命
令の処理の場合は、信号２０７によりレジスタ５０２に
１を格納し、信号６０２と０１１．回路５４３により、
信号６４４を常に１に設定する。

〔発明の効果〕

以上のようにして、第４図のタイムチャートに示したよ
うに従来は３Ｎ＋３サイクルかかった処理を、本特許に
よりＮ＋３サイクルで処理できる。

この短縮された２Ｎサイクルの内訳は、ベクトルマスク
生成の比較演算命令と、ベクトルマスク間の論理積演算
命令との間での処理の非並列化による従来方式での損失
がＮサイクル、論理積演算命令と、条件付きベクトル演
算処理（本例でに条件付き主記憶格納）命令との間での
処理の非並列化による従来方式での損失がＮサイクルで
あり、両損失の改善には、第６図と第７図に示した２通
りの同期機構がそれぞれ寄与している。両改善とも、専
用のベクトルマスクレジスタと演算器を使用せずに、通
常のベクトルレジスタを拡張して使用しても可能である
が、専用化することにより、同じ性能を得る上で、コス
ト的に３２〜６４倍有利であることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はマスク付きベクトル処理を含むＦＯＲＴＲＡＮ
プログラム例。第２図は従来技術による第１図プログラ
ムの処理手順。第３図は、従来技術による図１の処理の
タイムチャート。第４図は本発明による図１の処理のタ
イムチャート。 第５図は、本発明による処理装置の一構成例を示す。第
６図は、ベクトルマスクレジスタ間の演算実行制御の一
実施例、第７図は条件付きベクトル主記憶格納処理実行
制御の一実施例を示す。１２１〜１２３はベクトルマス
ク専用レジスタ。 第　　１　　口 ｐ万　　Ｉｌｌ：ｌ’　　Ｕ＝ｌ、Ｎ ＩＦ（ ’ｉｃ　　　　　　　　　　ＣＡ（ｒ−）、　　Ｅ（Ｌ
、　　Ｂ（ｒ、））　　　　　　　　Ｘ（＋）友　　　
　　、ＡＮＤ。 ％　　　　　　　　（Ｃ（Ｘ）、　　ＬＴ、　　Ｄ（ｒ
））　　　　　　入（Ｚ）（） 夙　　　Ｅ（１）二Ｆ＜１）士（ｑ（Ｔ）　　　氏（３
）１１１７　　　Ｃ力ＮＴＩＪ／ＵＥ ′″ｆＪ　　Ｚ　　図 １　３　　図 第　　４　　図 （人１）０宍ｉ丁　の　■　　　　　　　（リヒーーヒ
ー→□−−−−−＋ （人２）の宇イ丁　　　ごｐヤｑと、−−−−イイ父ｈ
茅　乙　　図 第　７　　霞

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２つ以上のベクトルマスク専用レジスタと、少なく
   とも１つのベクトルマスク専用演算器と、該ベクトルマ
   スク専用レジスタへの書込み処理に並行して、同一のベ
   クトルマスク専用レジスタからの読出し処理を行うため
   の同期の手段と、ベクトルマスク専用レジスタ間での演
   算命令の処理にあたって、要求されるマスク情報間での
   読み出し及び演算の同期手段と、マスク付きベクトル演
   算命令の処理にあたって、要求づれるベクトルデータ及
   びマスク情報の間での読出シ及び演算処理の同期手段と
   を有する、マスク付きベクトル演算処理装置。 ２、該ベクトルマスク専用レジスタのうち、同一のもの
   に対する書込み処理と読出し処理の間での該同期手段は
   、書込み命令に後読する、読出し命令の処理における、
   ベクトルエレメント毎の同期をとる手段を有する第１項
   の装置。 ３、該マスク付きベクトル演算命令において、該ベクト
   ルデータの保持及び読出しに、ベクトルレジスタを有す
   る第１項の装置。 ４、該マスク付きベクトル演算命令において、ベクトル
   レジスタ中のデータに対し、マスク付きの主記憶格納内
   の手段を有する第３項の装置。 ５、該マスク付きベクトル演算命令以外の演算命令の解
   読結果として選択する演算器として、マスク付き演算命
   令に用いる演算器を流用する手段を、ベクトルデータと
   ベクトルマスクデータとの該同期手段と、ベクトルマス
   クデータの読出し手段の一部として有する第１項の装置
   。