JPS6032208B2 - 命令シ−ケンス制御装置 - Google Patents
命令シ−ケンス制御装置Info
- Publication number
- JPS6032208B2 JPS6032208B2 JP55161513A JP16151380A JPS6032208B2 JP S6032208 B2 JPS6032208 B2 JP S6032208B2 JP 55161513 A JP55161513 A JP 55161513A JP 16151380 A JP16151380 A JP 16151380A JP S6032208 B2 JPS6032208 B2 JP S6032208B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- address
- instruction
- cache memory
- memory
- register
- Prior art date
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- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
- G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
- G06F9/30—Arrangements for executing machine instructions, e.g. instruction decode
- G06F9/38—Concurrent instruction execution, e.g. pipeline or look ahead
- G06F9/3836—Instruction issuing, e.g. dynamic instruction scheduling or out of order instruction execution
- G06F9/3842—Speculative instruction execution
- G06F9/3844—Speculative instruction execution using dynamic branch prediction, e.g. using branch history tables
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Advance Control (AREA)
- Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はストアドプログラム方式のデータ処理装置の命
令シーケンス制御装置に関し、特にキャッシュメモリを
もった情報処理装置の命令謙出制御に関する。
令シーケンス制御装置に関し、特にキャッシュメモリを
もった情報処理装置の命令謙出制御に関する。
データ処理装置の価格性能向上のため、主記憶アクセス
時間を短縮させるキャッシュメモリ方式および命令処理
の高速化を図るパイプライン制御方式が用いられている
。
時間を短縮させるキャッシュメモリ方式および命令処理
の高速化を図るパイプライン制御方式が用いられている
。
このキャッシュメモリ方式の詳細は、情報処理学会から
昭和55年4月15日に発行された刊行物「情報処理」
Vol.21,M.4の第332頁から第340頁に「
キャッシュ記憶」と題して掲載された論文を参照できる
。
昭和55年4月15日に発行された刊行物「情報処理」
Vol.21,M.4の第332頁から第340頁に「
キャッシュ記憶」と題して掲載された論文を参照できる
。
また、パイプライン制御方式の詳細は、共立出版から昭
和53王12月25印こ発行された「bit」Vol.
10,M.16の第1844頁〜第1880頁の記載を
参照できる。同書第1861頁〜1862頁にも示され
るように、パイプライン制御による命令処理は分岐命令
の影響が大きい。
和53王12月25印こ発行された「bit」Vol.
10,M.16の第1844頁〜第1880頁の記載を
参照できる。同書第1861頁〜1862頁にも示され
るように、パイプライン制御による命令処理は分岐命令
の影響が大きい。
これは分岐命令はその分岐命令を実行しないと次の命令
の番地が決定できず、従って次の命令の読出実行ができ
ないことによる。特に条件付分岐命令の場合は先行する
命令の実行結果により分岐アドレスが影響を受けるため
命令処理の性能を落とす大きな原因となっている。条件
付分岐命令では分岐/非分岐のいずれか一方、または両
方に関して予め命令語を読出す方法がとられることもあ
るが、分岐先アドレスの決定に要する時間遅れを解決す
ることはできない。本発明の目的は分岐アドレスを計算
することなく命令語をキャッシュメモリから読出す高速
化された命令シーケンス制御装置を提供することにある
。
の番地が決定できず、従って次の命令の読出実行ができ
ないことによる。特に条件付分岐命令の場合は先行する
命令の実行結果により分岐アドレスが影響を受けるため
命令処理の性能を落とす大きな原因となっている。条件
付分岐命令では分岐/非分岐のいずれか一方、または両
方に関して予め命令語を読出す方法がとられることもあ
るが、分岐先アドレスの決定に要する時間遅れを解決す
ることはできない。本発明の目的は分岐アドレスを計算
することなく命令語をキャッシュメモリから読出す高速
化された命令シーケンス制御装置を提供することにある
。
本発明の装置は、主記憶装置の番地情報と該番地情報と
対応するキャッシュメモリの番地情報とを一対で記憶す
る連想記憶と、前記主記憶装置のデータを一時的に格納
する前記キャッシュメモリとを有するストアドプログラ
ム方式のデータ処理装置において、前記キャッシュメモ
リ内の命令語に対応したポインタ情報を格納するポィン
タメモリ手段と、命令を逐次的に読出す際に前記ポィン
タメモリ手段の一つの命令語に対応した番地にその命令
語の次に実行された命令語のキャッシュメモリ内番地を
登録する手段と、前記ポィンタメモリ手段内に次命令の
キャッシュメモリ内番地が登録されている場合には前記
ポィンタメモリ手段内のキャッシュメモリの番地情報に
より次命令を謙出す手段とを備えている。
対応するキャッシュメモリの番地情報とを一対で記憶す
る連想記憶と、前記主記憶装置のデータを一時的に格納
する前記キャッシュメモリとを有するストアドプログラ
ム方式のデータ処理装置において、前記キャッシュメモ
リ内の命令語に対応したポインタ情報を格納するポィン
タメモリ手段と、命令を逐次的に読出す際に前記ポィン
タメモリ手段の一つの命令語に対応した番地にその命令
語の次に実行された命令語のキャッシュメモリ内番地を
登録する手段と、前記ポィンタメモリ手段内に次命令の
キャッシュメモリ内番地が登録されている場合には前記
ポィンタメモリ手段内のキャッシュメモリの番地情報に
より次命令を謙出す手段とを備えている。
次に本発明について図面を参照して詳細に説明する。本
発明の一実施例を示す第1図において、本発明の命令シ
ーケンス制御装置は、主記憶装置インタフェース1、該
ィンタフェースーから供給される主記憶装置内のデータ
を一時的に記憶するキャッシュメモリ2、命令シーケン
スをキャッシュメモリ2のアドレスへのポィンタとして
記憶するポィンタメモリ3、主記憶内のデータのアドレ
スによりそのデータのキャッシュメモリ2内のアドレス
を索引する連想メモリアドレスアレイ4、前記インタフ
ェース1またはキヤツシユメモリ2から命令語を議出し
一時的に保持する命令レジスタ5、命令語の主記憶内の
アドレスを保持する命令カウンタ6、命令語のキャッシ
ュメモリ2内のアドレスを保持するキャッシュアドレス
レジスタ7、次に実行される命令語のキャッシュメモリ
2内アドレスを保持するポィンタレジスタ8、命令語の
デコード結果により命令カウンタ6の内容と命令レジス
タ5の分岐アドレスとのどちらか一方を選択する命令ア
ドレス切替回路9、次の命令のアドレスを計算するため
の歩造回路10、前記アドレスレジスタ7の内容と前記
ポィンタレジスタ8の内容とを比較し、一致しているか
否かを検出する一致検出回路11および命令レジスタ5
の内容のデコード結果および一致検出回路11の出力に
より命令の読出しを制御する命令読出制御回路12から
構成されている。
発明の一実施例を示す第1図において、本発明の命令シ
ーケンス制御装置は、主記憶装置インタフェース1、該
ィンタフェースーから供給される主記憶装置内のデータ
を一時的に記憶するキャッシュメモリ2、命令シーケン
スをキャッシュメモリ2のアドレスへのポィンタとして
記憶するポィンタメモリ3、主記憶内のデータのアドレ
スによりそのデータのキャッシュメモリ2内のアドレス
を索引する連想メモリアドレスアレイ4、前記インタフ
ェース1またはキヤツシユメモリ2から命令語を議出し
一時的に保持する命令レジスタ5、命令語の主記憶内の
アドレスを保持する命令カウンタ6、命令語のキャッシ
ュメモリ2内のアドレスを保持するキャッシュアドレス
レジスタ7、次に実行される命令語のキャッシュメモリ
2内アドレスを保持するポィンタレジスタ8、命令語の
デコード結果により命令カウンタ6の内容と命令レジス
タ5の分岐アドレスとのどちらか一方を選択する命令ア
ドレス切替回路9、次の命令のアドレスを計算するため
の歩造回路10、前記アドレスレジスタ7の内容と前記
ポィンタレジスタ8の内容とを比較し、一致しているか
否かを検出する一致検出回路11および命令レジスタ5
の内容のデコード結果および一致検出回路11の出力に
より命令の読出しを制御する命令読出制御回路12から
構成されている。
次に、第1図で示した実施例の動作を第2図を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
フローチャートのそぜぞれの箱は1つの命令語を表わし
ており左肩のa,a+1等はその命令語が格納されてい
る主記憶装置(図示せず)のアドレスを示し、1‘aー
,1(a十1)等は主記憶装置のアドレスaに格納され
ている命令語であることを示している。命令1{a}の
実行後、すぐ次のアドレスに格納された命令I(a+1
)が実行される。次に実行されりb番地の命令1【肌ま
分岐命令であり、分岐条件が成立するとa番地に分岐し
、分岐条件が不成立のときはb+1番地に実行が進む。
第3図は第2図の命令シーケンスを実行しているときの
前記アレイ4、ポィンタメモリ3、キャッシュメモリ2
の内容をそのアドレスで対照して1〜4の4つのテーブ
ルにした図である。
ており左肩のa,a+1等はその命令語が格納されてい
る主記憶装置(図示せず)のアドレスを示し、1‘aー
,1(a十1)等は主記憶装置のアドレスaに格納され
ている命令語であることを示している。命令1{a}の
実行後、すぐ次のアドレスに格納された命令I(a+1
)が実行される。次に実行されりb番地の命令1【肌ま
分岐命令であり、分岐条件が成立するとa番地に分岐し
、分岐条件が不成立のときはb+1番地に実行が進む。
第3図は第2図の命令シーケンスを実行しているときの
前記アレイ4、ポィンタメモリ3、キャッシュメモリ2
の内容をそのアドレスで対照して1〜4の4つのテーブ
ルにした図である。
説明の便宜のため、第2図の命令シーケンスを実行する
とき、前記アレイ4には1つの命令アドレスも登録され
ておらず、前記命令カウンタ6にはアドレスaが格納さ
れ、前記切替回路9は前記命令カウンタ6を選択してい
る例を示す。命令カウンタ6の出力はアドレスアレイ4
に送られ、番地0が割付けられる。アドレスaが0番地
に登録され、該アドレスaがインタフェース1に送出さ
れ、命令1{a}が主記憶(図示せず)から前記レジス
タ5に読み出される。このときキャッシュアドレスレジ
スタ7にはアドレスaが登録されたキャッシュメモリ2
の番地0がセットされ、これによりキャッシュメモリ2
の0番地に命令1【a}が登録され、ポィンタレジス夕
8には前記アドレスレジスタ7の値“0”がセットされ
る。次の命令のアドレスは歩進回路1川こより前記切替
回路9の出力aに1を加えた値a+1となり、これが命
令カウン夕6にセットされる。命令レジスタ5の命令1
‘a)は分岐命令ではないので、前記制御回路12は次
命令アドレスとして命令カウンタ6の内容a十1を前記
切替回路9を介して出力させる。上記と同様アドレスa
+1が前記アレイ4の1番地に登録され、前記キャッシ
ュメモリ2の1番地に命令1(a+1)が登録され、ポ
インタレジスタ8の内容により指定されたポィンタメモ
リ3の0番地に、前記レジスタ7の値1が登録される。
その後、前記レジスタ8に前記レジスタ7の値1がセッ
トされる。結果は第3図1の状態になる。命令1(a+
1)が命令レジスタ5にセットされこの命令語が無条件
にb番地への分岐を指示しているので前制御回路12は
前記功替回路9の出力として命令レジスタ5に含される
分岐アドレスbを選択させる。その後上記と同様、前記
アドレスbが前記アレイ4の2番地に、命令1‘b}が
前記メモリ2の2番地に登録され、ポィンタメモリ3の
1番地が前記ポィンタレジスタ8により選択され前記ア
ドレスレジスタ7の値2が登録される。その後、ポィン
タレジスタ8に前記アドレスレジスタ7の値2をセット
され第3図2の状態になる。命令レジスタ5に命令1(
b’がセットされる前記制御回路12は分岐条件の成立
不成立を判定する。条件が成立すると、前記制御回路1
2は前切替回路9の出力として命令カウンタ6に含まれ
る分岐アドレスaを選択させる。該アドレスaは既にア
ドレスアレイ4に登録されているため、前記アドレスレ
ジスタ7に、命令1【aーが登録されているキャッシュ
メモリ2のアドレス0が読出され、キャッシュメモリ2
から命令1(a)が命令レジスタ5に読出される。この
時ポィンタレジス夕8の内容に指定されたポィンタメモ
リ3の2番地に前記レジスタ7の値0が登録され第3図
3の状態になる。命令1‘a}が命令レジスタ5に読出
されるとポインタメモリ3のキヤツシユアドレスレジス
タ7により選択された0番地の内容1もポィンタレジス
タ8に読出され、命令1{a’に続く命令1(a+1)
はポインタレジスタ8を介してキャッシュメモリ2を選
択することにより読出すことができる。命令1(a+1
)の次の命令1{b}‘ま該命令1(a+1)をキャッ
シュメモリ2から読出すときにポィンタレジス夕8の内
容により指定されたポィンタメモリ3のアドレスから読
出された結果が再び前記ポィンタレジスタ8にセットさ
れ、そのポィンタレジスタ8の値で指定されるキャッシ
ュメモリ2のアドレスから読出される。命令1‘b}の
分岐条件が成立している間、ポィンタメモリ3の内容が
ポィンタレジスタ8の内容により指定される前記メモリ
3のアドレスからポィンタレジスタ8に読出され、ポイ
ンタレジスタ8の内容により指定されたキャッシュメモ
リ2から読出されることにより、定められた命令シーケ
ンスで命令を実行することができる。このようにして命
令1{aー,1(a+1)および1【b’を繰返し実行
しているとき命令1【b}の分岐条件が不成立になった
場合、前記制御回路2は命令カウンタ6の値b+1を前
記切替回路9の出力として選択させ、前記アレイ4の索
引の結果としてキャッシュアドレスレジスタ7に命令1
(b+1)の登録番地3がセットされる。該番地3が一
致検出回路11で前記レジス夕8の値0と比較され、不
一致が検出され、キャッシュメモリ2の0番地から命令
レジスタ5に謙出された命令1{a}の実行が抑止され
る。主記憶(図示せず)から命令1(b+1)が読出さ
れ、前記メモリ2の3番地に登録され、ポィンタメモリ
3の2番地には命令1(b+1)の登録番地3がセット
され、結果は第3図4の状態になる。本発明には命令語
を格納するキャッシュメモリに対応したポィンタメモリ
を設置し、命令語のインタフェースをキャッシュメモリ
内へのポインタとして記憶するように構成することによ
り、分岐条件の判定、アドレスアレイの索引と独立に並
行して命令語をキャッシュメモリから読出し、分岐命令
を含む命令シーケンス制御を高速に行うことができると
いる効果がある。
とき、前記アレイ4には1つの命令アドレスも登録され
ておらず、前記命令カウンタ6にはアドレスaが格納さ
れ、前記切替回路9は前記命令カウンタ6を選択してい
る例を示す。命令カウンタ6の出力はアドレスアレイ4
に送られ、番地0が割付けられる。アドレスaが0番地
に登録され、該アドレスaがインタフェース1に送出さ
れ、命令1{a}が主記憶(図示せず)から前記レジス
タ5に読み出される。このときキャッシュアドレスレジ
スタ7にはアドレスaが登録されたキャッシュメモリ2
の番地0がセットされ、これによりキャッシュメモリ2
の0番地に命令1【a}が登録され、ポィンタレジス夕
8には前記アドレスレジスタ7の値“0”がセットされ
る。次の命令のアドレスは歩進回路1川こより前記切替
回路9の出力aに1を加えた値a+1となり、これが命
令カウン夕6にセットされる。命令レジスタ5の命令1
‘a)は分岐命令ではないので、前記制御回路12は次
命令アドレスとして命令カウンタ6の内容a十1を前記
切替回路9を介して出力させる。上記と同様アドレスa
+1が前記アレイ4の1番地に登録され、前記キャッシ
ュメモリ2の1番地に命令1(a+1)が登録され、ポ
インタレジスタ8の内容により指定されたポィンタメモ
リ3の0番地に、前記レジスタ7の値1が登録される。
その後、前記レジスタ8に前記レジスタ7の値1がセッ
トされる。結果は第3図1の状態になる。命令1(a+
1)が命令レジスタ5にセットされこの命令語が無条件
にb番地への分岐を指示しているので前制御回路12は
前記功替回路9の出力として命令レジスタ5に含される
分岐アドレスbを選択させる。その後上記と同様、前記
アドレスbが前記アレイ4の2番地に、命令1‘b}が
前記メモリ2の2番地に登録され、ポィンタメモリ3の
1番地が前記ポィンタレジスタ8により選択され前記ア
ドレスレジスタ7の値2が登録される。その後、ポィン
タレジスタ8に前記アドレスレジスタ7の値2をセット
され第3図2の状態になる。命令レジスタ5に命令1(
b’がセットされる前記制御回路12は分岐条件の成立
不成立を判定する。条件が成立すると、前記制御回路1
2は前切替回路9の出力として命令カウンタ6に含まれ
る分岐アドレスaを選択させる。該アドレスaは既にア
ドレスアレイ4に登録されているため、前記アドレスレ
ジスタ7に、命令1【aーが登録されているキャッシュ
メモリ2のアドレス0が読出され、キャッシュメモリ2
から命令1(a)が命令レジスタ5に読出される。この
時ポィンタレジス夕8の内容に指定されたポィンタメモ
リ3の2番地に前記レジスタ7の値0が登録され第3図
3の状態になる。命令1‘a}が命令レジスタ5に読出
されるとポインタメモリ3のキヤツシユアドレスレジス
タ7により選択された0番地の内容1もポィンタレジス
タ8に読出され、命令1{a’に続く命令1(a+1)
はポインタレジスタ8を介してキャッシュメモリ2を選
択することにより読出すことができる。命令1(a+1
)の次の命令1{b}‘ま該命令1(a+1)をキャッ
シュメモリ2から読出すときにポィンタレジス夕8の内
容により指定されたポィンタメモリ3のアドレスから読
出された結果が再び前記ポィンタレジスタ8にセットさ
れ、そのポィンタレジスタ8の値で指定されるキャッシ
ュメモリ2のアドレスから読出される。命令1‘b}の
分岐条件が成立している間、ポィンタメモリ3の内容が
ポィンタレジスタ8の内容により指定される前記メモリ
3のアドレスからポィンタレジスタ8に読出され、ポイ
ンタレジスタ8の内容により指定されたキャッシュメモ
リ2から読出されることにより、定められた命令シーケ
ンスで命令を実行することができる。このようにして命
令1{aー,1(a+1)および1【b’を繰返し実行
しているとき命令1【b}の分岐条件が不成立になった
場合、前記制御回路2は命令カウンタ6の値b+1を前
記切替回路9の出力として選択させ、前記アレイ4の索
引の結果としてキャッシュアドレスレジスタ7に命令1
(b+1)の登録番地3がセットされる。該番地3が一
致検出回路11で前記レジス夕8の値0と比較され、不
一致が検出され、キャッシュメモリ2の0番地から命令
レジスタ5に謙出された命令1{a}の実行が抑止され
る。主記憶(図示せず)から命令1(b+1)が読出さ
れ、前記メモリ2の3番地に登録され、ポィンタメモリ
3の2番地には命令1(b+1)の登録番地3がセット
され、結果は第3図4の状態になる。本発明には命令語
を格納するキャッシュメモリに対応したポィンタメモリ
を設置し、命令語のインタフェースをキャッシュメモリ
内へのポインタとして記憶するように構成することによ
り、分岐条件の判定、アドレスアレイの索引と独立に並
行して命令語をキャッシュメモリから読出し、分岐命令
を含む命令シーケンス制御を高速に行うことができると
いる効果がある。
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図は本発明に
より処理される命令の流れの一例を示すフローチャート
、第3図は第2図のフローチャートを実行する際に第1
図のアドレスアレイ4、ポィンタメモリ3およびキャッ
シュメモリ2の内容の変化を示す図である。 第1図から第3図において、1・・…・主記憶装置イン
タフエ−ス、2……キヤツシユメモリ、3……ポインタ
メモリ、4……アドレスアレイ、5…・・・命令レジス
タ、6・・・・・・命令カウンタ、7・・・・・・キヤ
ツシユアドレスレジスタ、8““”ポインタレジスタ、
9・・・・・・命令アドレス切替回路、10・・・・・
・歩進回路、1 1・・・・・・一致検出回路、12・
・・・・・命令謙出制御回路。 繁′図 多Z図 舞う図
より処理される命令の流れの一例を示すフローチャート
、第3図は第2図のフローチャートを実行する際に第1
図のアドレスアレイ4、ポィンタメモリ3およびキャッ
シュメモリ2の内容の変化を示す図である。 第1図から第3図において、1・・…・主記憶装置イン
タフエ−ス、2……キヤツシユメモリ、3……ポインタ
メモリ、4……アドレスアレイ、5…・・・命令レジス
タ、6・・・・・・命令カウンタ、7・・・・・・キヤ
ツシユアドレスレジスタ、8““”ポインタレジスタ、
9・・・・・・命令アドレス切替回路、10・・・・・
・歩進回路、1 1・・・・・・一致検出回路、12・
・・・・・命令謙出制御回路。 繁′図 多Z図 舞う図
Claims (1)
- 1 主記憶装置の番地情報と該番地情報と対応するキヤ
ツシユメモリの番地情報とを一対で記憶する連想記憶と
、前記主記憶装置のデータを一時的に格納する前記キヤ
ツシユメモリを有するストアドプログラム方式のデータ
処理装置において、前記キヤツシユメモリ内の命令語に
対応したポインタ情報を格納するポインタメモリ手段と
、命令語を逐次的に読出す際に前記ポインタメモリ手段
の1つの命令語に対応した番地にその命令語の次に実行
された命令語のキヤツシユメモリ内番地を登録する手段
と、前記ポインタメモリ手段内に次命令のキヤツシユメ
モリ内番地が登録されている場合は前記キヤツシユメモ
リ手段内のキヤツシユメモリの番地情報により次命令を
読出す手段とを備えたことを特徴とする命令シーケンス
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55161513A JPS6032208B2 (ja) | 1980-11-17 | 1980-11-17 | 命令シ−ケンス制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55161513A JPS6032208B2 (ja) | 1980-11-17 | 1980-11-17 | 命令シ−ケンス制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5785148A JPS5785148A (en) | 1982-05-27 |
| JPS6032208B2 true JPS6032208B2 (ja) | 1985-07-26 |
Family
ID=15736485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55161513A Expired JPS6032208B2 (ja) | 1980-11-17 | 1980-11-17 | 命令シ−ケンス制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6032208B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04239324A (ja) * | 1991-01-14 | 1992-08-27 | Nec Corp | 分岐先予測方式 |
| US5841999A (en) * | 1996-04-17 | 1998-11-24 | International Business Machines Corporation | Information handling system having a register remap structure using a content addressable table |
| JPWO2004077299A1 (ja) * | 2003-02-27 | 2006-06-08 | 富士通株式会社 | キャッシュメモリ |
-
1980
- 1980-11-17 JP JP55161513A patent/JPS6032208B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5785148A (en) | 1982-05-27 |
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