JP2814683B2 - 命令処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、分岐予測先の命令の実行結果を使用してさ
らにその先の命令の処理を行う命令処理装置に関するも
のである。

（従来の技術） 従来の命令処理装置では、分岐予測先の命令をフェッ
チ、デコードするもの（例えば、IBM360/91命令処理装
置:D.W.Andreson,F.J.Sparacio,F.M.Tomasulo:“The IB
M System/360 Model 91:Machine Philosophy and Instr
uction Handling",IBM Hounal of Research ＆ Develop
ment,pp.8−24,No.1,Mol.1,Jan.1967.）や分岐先が確定
していなくてもオペランドが揃った命令は実行するがそ
の実行結果は他の命令のソースオペランドにはならない
もの（例えば、「新風」命令処理装置：久我、村上、富
田：“「新風」プロセッサの高速化メカニズム”、情報
処理学会第37回全国大会講演論文集、4N−2,1988.）が
ある。これらの命令処理装置は、第16図に示すように、
命令記憶手段10、レジスタ書込み予約手段20、命令発行
手段40′，オペランドアクセス制御手段50,命令実行手
段60,分岐予測先命令実行結果格納手段70′及びレジス
タ80を備えているが、後述の本願装置の分岐予測先命令
実行結果格納手段からオペランド読出しをする手段を備
えていない。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の命令処理装置では、予測した分
岐先の命令実行は命令発行前の前処理のみであったり、
予測先の命令を実行してもこの実行結果を使用する命令
は分岐先が確定するまでは実行されなかった。このよう
な制約を加えることは、本来実行可能な命令を待たせる
ことになり、性能低下を及ぼすという問題点があった。

本発明の目的は、このような従来の問題点を除去し
て、分岐予測先の命令の実行結果を使用してさらにその
先の命令の処理を行う命令処理装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本願第１の発明は； 分岐命令による分岐先の確定を待たずに分岐先アドレ
スを分岐予測方式において、処理すべき命令を記憶する
第１の手段と、命令の実行結果を書き込むレジスタとい
う第２の手段と、第１の手段より得られた命令が実行結
果として行なうレジスタへの書込みをあらかじめ予約す
る第３の手段と、第３の手段により予約された命令を保
持し、命令を発行する第４の手段と、第４の手段により
発行された命令を実行する第５の手段と、第５の手段と
第２の手段との間に配置される、予測されていながら確
定していない分岐先にある命令による実行結果を一時的
に保持する第６の手段と、第６の手段により保持された
実行結果を第２の手段へ転送する第７の手段と、第６の
手段により保持された実行結果を第４の手段がオペラン
ドとして読み出す第８の手段と、第２の手段により保持
された実行結果を第４の手段がオペランドとして読み出
す第９の手段とを備え、さらに第４の手段は、分岐先未
確定の分岐命令以前の命令系列保持する第10の手段と、
第10の手段に保持された命令と第３の手段により予約さ
れた命令を第５の手段に発行する第11の手段と、第３の
手段によるレジスタ書込み予約を受取り、第11の手段が
行う命令発行の履歴情報を受取り、第５の手段による分
岐先確定情報を受け取ることにより、第11の手段が行う
オペランドアクセスに対して、制御を加える第12の手段
を備え、予測された確定前の分岐先の命令の実行結果を
使用してさらにその先の命令の処理を行うことを特徴と
する。

また本願第２の発明は； 前記第10の手段を２つ以上備え、第３の手段により予
約された命令を、分岐命令を区切りとして複数の第10の
手段に対して、順次振り分けることを特徴とする。

また本願第３の発明は； 前記第２の手段と第６の手段と第７の手段と第８の手
段と第９の手段との代わりに、第２の手段と第９の手段
の組を２つ以上と、その複数の第２の手段に保持されて
いる値を互いに転送する手段とを備え、予測されていな
がら確定していない分岐先にある命令による実行結果
を、複数の第２の手段のいずれかに保持することを特徴
とする。

また本願第４の発明は； 前記第11の手段を２つ以上備えることにより、複数の
命令を同時に発行することを可能とすることを特徴とす
る。

（作用） このような手段をとることによって、分岐命令以前の
命令系列と予測された分岐先の命令系列を可能な限り同
時に実行しながら、予測された確定前の分岐先の命令に
よる実行結果であってもオペランドとして使用すること
を可能とする。これにより、分岐命令の確定待ちによる
命令実行開始の遅延を抑えることができ、高速な処理を
可能とする。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す装置構成図である。
図中10は処理すべき命令を記憶する命令記憶手段であ
る。20は命令記憶手段10より得た命令が実行結果として
行うレジスタへの書込みをあらかじめ予約するレジスタ
書込み予約手段である。30はレジスタ書込み予約手段20
により処理された命令を複数保持できる先入れ先出し機
能を持つ命令保持手段であり、分岐先が確定し、実行さ
れることが確定している命令系列を保持する。40は命令
保持手段により保持された命令、もしくはレジスタ書込
み予約手段20により処理された、実行が確定していない
命令を発行する命令発行手段である。50は命令発行手段
40が行うオペランドアクセスに対し制御を加えるオペラ
ンドアクセス制御手段である。60は命令発行手段40によ
り発行された命令を実行する命令実行手段である。70は
命令実行手段60から出力される結果の内、実行が確定し
ていない命令による実行結果を一時的に保持する分岐予
測先命令実行結果格納手段である。80は命令実行手段60
から出力される結果の内、実行が確定している命令によ
る実行結果を保持するレジスタである。

第２図はオペランドアクセス制御手段50の要部を示し
たものである。510はレジスタ書込み予約手段20により
設定されるレジスタを書込み履歴フラグであり、命令分
岐から次の分岐命令までを一つブロックとを考え、過去
から現在を通してブロック内で該レジスタに対して書込
み予約があったどうかを示す。520はレジスタ書込み予
約手段20により設定されるレジスタ書込み予約済フラグ
であり、現時点でブロック内で該レジスタに対して書込
み予約がされているかどうかを示す。530は命令発行手
段40により設定される命令発行済フラグであり、現時点
でブロック内で該レジスタに対して書込み予約をしてい
る命令が発行されているかでうかを示す。レジスタ書込
み履歴フラグ510、レジスタ書込み予約済フラグ520、命
令発行済フラグ530は同一の形式で、第３図に示すよう
に、レジスタの各要素に対応するフラグを持ち、さらに
確定している命令用と確定していない命令用との２種類
のフラグセットを備える。この２種類のフラグレジスタ
を区別するため、Ａ側、Ｂ側という用語を用いる。命令
分岐から次の命令分岐までの一つのブロックには、Ａ側
かＢ側のどちらか一方が割り当てられる。この割り当て
該ブロックに含まれる全命令の終了時に解放され、次の
ブロックに割り当てることができるようになる。540は
レジスタ書込み履歴フラグ510、レジスタ書込み予約済
フラグ520、命令発行済フラグ530における２種類のフラ
グセットの内、どちら側が確定している命令用であるか
を示す確定命令系列フラグである。すなわち、現在実行
中のＡ側かＢ側のどちら側が実行が確定している命令系
列なのかを示す。これにより、該ブロックが割り当てら
れている側が、確定命令系列540が規定する側と一致し
ていれば該ブロックの実行は確定しているものと判定す
ることができる。550は命令発行手段40が行なうオペラ
ンドアクセスに対して情報を与えるオペランド読出し判
定回路であり、オペランド読出しを分岐予測先命令実行
結果格納手段70とレジスタ80のどちらかから行うという
読出し元の情報と、読出しを行って良いかという読出し
可否の情報とを、レジスタ書込み履歴フラグ510、レジ
スタ書込み予約済フラグ520、命令発行済フラグ530、確
定命令系列フラグ540による値から作成する。この読出
し情報の判定流れ図を第４図に示す。第４図において、
レジスタ書込み履歴フラグ510をWH、レジスタ書込み予
約済フラグ520をWB、命令発行済フラグ530をIB、確定命
令系列フラグ540をFP、該ブロック側をBlk、該ブロック
の反対側をrBlk、判定する該レジスタ番号をRegで表
す。特に、レジスタ書込み履歴フラグ510、レジスタ書
込み予約済フラグ520、命令発行済フラグ530について
は、例えば、「レジスタ書込み予約済フラグ520の、該
ブロック側のフラグセットの、該レジスタ番号が示すフ
ラグ」を、WB（Blk,Reg）という形で表す。

以上のような構成の命令処理装置において、本発明の
内容を説明するために、まず実行されることが確定して
いる命令を処理する際の動作を説明する。命令は命令記
憶手段10から読み出され、その命令が実行結果として行
うレジスタへの書込みを、レジスタ書込み予約手段20に
より予約する。レジスタ書込みの予約の予約操作では、
レジスタ書込み履歴フラグ510とレジスタ書込み予約済
フラグ520の両方に対して、該ブロック側フラグセット
の該書込みレジスタ番号の示すフラグを設定する。ここ
で設定されたフラグの内、レジスタ書込み履歴フラグ51
0は該ブロックの終了時、すなわち次の分岐命令までの
全命令が終了した時点で解除され、レジスタ書込み予約
済フラグ520は該命令が終了した時点で解除される。レ
ジスタ書込み予約手段20により予約が完了した命令は、
命令保持手段30に保持され、命令発行を待つ。命令保持
手段30に保持されていた命令は、命令発行手段40におい
てオペランドアクセスを行ない、これに成功したものは
命令実行手段60に転送される。ここで行われるオペラン
ドアクセスにあたって、読出しに関する情報を、オペラ
ンドアクセス制御手段50より受け取る。このときオペラ
ンドアクセス制御手段50では、第４図の流れ図に沿って
判定が下される。まず、該ブロックと確定命令系列フラ
グ540の比較が行われ（ステップ101）、これが一致して
いることから、該ブロックは実行されることが確定して
いることがわかる。そして、命令発行済フラグ530の該
ブロック側フラグセットの該読出しレジスタ番号の示す
フラグを判定し（ステップ102）、このフラグが解除さ
れた状態であれば、レジスタ80への該オペランドアクセ
スを許可する。命令発行手段40から命令を発行すると同
時に、命令発行済フラグ530の該ブロック側フラグセッ
トの該書込みレジスタ番号の示すフラグを設定する。命
令発行手段40から発行された命令は命令実行手段60にお
いて該命令が規定する動作を行ない、その実行結果を生
成する。命令実行手段60において生成された実行結果
は、レジスタ80に格納され、実行を終了する。命令の実
行終了時には、レジスタ書込み予約済フラグ520と命令
発行済フラグ530の両方に対して、該ブロック側フラグ
セットの該書込みレジスタ番号の示すフラグを解除す
る。

次に、分岐予測機構により予測された、実行が確定し
ていない命令を実行する場合の動作について説明する。
命令は命令記憶手段10さら読み出され、その命令が実行
結果として行うレジスタへの書込みを、レジスタ書込み
予約手段20により予約する。レジスタ書込みの予約操作
では、レジスタ書込み履歴フラグ510とレジスタ書込み
予約済フラグ520の両方に対して、該ブロック側の該書
込みレジスタ番号の示すフラグを設定する。ここで設定
されたフラグの内、レジスタ書込み履歴フラグ510は次
の分岐命令までの全命令が終了した時点で解除され、レ
ジスタ書込み予約済フラグ520は該命令が終了した時点
で解除される。レジスタ書込み予約手段20により予約が
完了した命令は、命令発行手段40においてオペランドア
クセスを行ない、これに成功したものは命令実行手段60
に転送される。ここで行われるオペランドアクセスにあ
たって、オペランド読出しを分岐予測先命令実行結果格
納手段70とレジスタ80のどちらから行うかという読出し
元の情報と、読出しを行って良いかという読出し可否の
情報とを、オペランドアクセス制御手段50より受け取
る。このときオペランドアクセス制御手段50では、第４
図の流れ図に沿って判定が下される。まず、該ブロック
と確定命令系列フラグ540の比較が行われ（ステップ10
1）、これが一致していないことから、該ブロックは実
行されることが確定しないことがわかる。次にレジスタ
書込み履歴フラグ510の該ブロック側フラグセットの該
読出しレジスタ番号の示すフラグを判定し（ステップ10
3）、このフラグが解除された状態であればオペランド
アクセスをレジスタ80から、設定された状態であればオ
ペランドアクセスを分岐予測先命令実行結果格納手段70
から行うように、命令発行手段40に伝える。さらにこの
オペランド読出し元情報を元に、オペランドアクセス制
御手段50が命令発行手段40に対して伝える、オペランド
アクセス許可情報を作成する。すなわち、もしレジスタ
80から読み出す場合であれば、レジスタ書込み予約済フ
ラグ520の該ブロックの反対側のフラグセットの該読出
しレジスタ番号の示すフラグを判定し（ステップ10
4）、このフラグが解除された状態であればレジスタ80
への該オペランドアクセスを許可する。もし、分岐予測
先命令実行結果格納手段70から読み出す場合であれば、
命令発行済フラグ530の該ブロック側フラグセットの該
レジスタ番号の示すフラグを判定し（ステップ105）、
このフラグが解除された状態であれば分岐予測先命令実
行結果格納手段70への該オペランドアクセスを許可す
る。命令発行手段40から命令を発行すると同時に、命令
発行済フラグ530の該ブロック側フラグセットの該書込
みレジスタ番号の示すフラグを設定する。命令発行手段
40から発行された命令は命令実行手段60において該命令
が規定する動作を行ない、その実行結果を生成する。命
令実行手段60において生成された実行結果は、分岐予測
先命令実行結果格納手段70に一時的に保持される。この
時点でとりあえず命令は終了したものとみなされ、レジ
スタ書込み予約済フラグ520と命令発行済フラグ530の両
方に対して、該ブロック側の該書込みレジスタ番号の示
すフラグを解除する。

次に、分岐命令による分岐先が確定し、予測した分岐
先と一致していた時の動作を説明する。分岐命令の分岐
先が確定したら、その分岐命令以前の命令の実行終了を
待った後、分岐予測先命令実行結果格納手段70に一時的
に保持されていた実行結果をレジスタ80に転送する。す
べての転送が終了後、分岐予測先命令実行結果格納手段
70の全要素を解除する。レジスタ書込み履歴フラグ510
では、確定命令系列フラグ540が規定するフラグセット
を全要素解除する。その後、確定命令系列フラグ540を
反転させる。

次に、分岐命令による分岐先が確定したが、予測した
分岐先と一致せず、分岐予測が失敗した時の動作を説明
する。分岐予測失敗を検知すると、分岐予測失敗した先
の命令の命令記憶手段10からの投入を停止し、命令実行
手段40にすでに投入されている分岐予測失敗した先の命
令の実行の終了を待ち、分岐予測先命令実行結果格納手
段70の全要素を解除する。レジスタ書込み履歴フラグ51
0、レジスタ書込み予約済フラグ520、命令発行済フラグ
530の全てにおいて、確定命令系列フラグ540が規定する
側の逆側のフラグセットを全要素解除する命令記憶10か
らは確定した分岐先の命令を投入し、実行が確定した命
令として実行を続行する。

次に第５図に示すプログラムにおいて動作例を説明す
る。プログラム中の分岐命令については分岐を起こさな
い方に予測されているものとする。また、確定命令系列
フラグ540は初期値としてＡ側を指示するものとする。
つまり、最初に投入される命令から次の分岐命令まで
は、レジスタ書込み履歴フラグ510、レジスタ書込み予
約済フラグ520、命令発行済フラグ530におけるＡ、B2種
類のフラグセットの内、Ａ側を使用する。まず第１サイ
クルでは命令（１）が命令記憶10から読み出されて、レ
ジスタ書込み予約手段20を通じて、命令（１）の書込み
レジスタr2に対応した、レジスタ書込み履歴フラグ510
とレジスタ書込み予約済フラグ520の両者のＡ側の２番
のフラグをONにする。第２サイクルでは命令（２）が命
令記憶手段10から読み出されて、レジスタ書込み予約手
段20を通じて、命令（２）の書込みレジスタr4に対応し
た、レジスタ書込み履歴フラグ510とレジスタ書込み予
約済フラグ520の両者のＡ側の４番のフラグをONにす
る。それと同時に、命令（１）が命令保持手段30により
保持される。第３サイクルでは、命令（３）が命令記憶
手段10から読み出されるが、命令（３）はレジスタ書込
みがないので、レジスタ書込み予約手段20は書込み予約
はしない。それと同時に命令（２）が命令保持手段30に
より保持される。それと同時に命令発行手段40において
命令（１）がオペランドr0とr1を読み出し、命令を発行
する。この時、命令発行済フラグのＡ側の０番と１番フ
ラグをチェックし、共にOFFであるのでオペランドアク
セスは成功する。命令発行時には、命令（１）の書込み
レジスタr2に対応した、命令発行済フラグ530の両者の
Ａ側の２番のフラグをONにする。第４サイクルでは、命
令（４）が命令記憶手段10から読み出されて、レジスタ
書込み予約手段20を通じて、命令（４）の書込みレジス
タr5に対応した、レジスタ書込み履歴フラグ510とレジ
スタ書込み予約済フラグ520の両者のＢ側の５番のフラ
グをONにする。それと同時に命令（３）が命令保持手段
30により保持される。それと同時に命令発行手段40にお
いて命令（２）がオペランドr2とr3を読み出そうとする
が、命令発行済フラグのＡ側の２番のフラグがONになっ
ているため、オペランドアクセスは失敗し、命令発行手
段40に留まる。第４サイクルにおけるスナップショット
を第６図に示す。

第５サイクルでは、命令（１）は演算実行を続け、命
令（２）は命令発行手段40に、命令（３）は命令保持手
段30に保持され続ける。命令（５）が命令記憶手段10か
ら読み出されて、レジスタ書込み予約手段20を通じて、
命令（５）の書込みレジスタr6に対応した、レジスタ書
込み履歴フラグ510とレジスタ書込み予約済フラグ520の
両者のＢ側の６番のフラグをONにする。命令（４）は、
まず命令（４）の読出しレジスタr0、r3に対応した、レ
ジスタ書込み履歴フラグ510のＢ側の０番と３番を判定
し、共にOFFであるので共にレジスタ80からオペランド
を読み出すことになる。そして、レジスタ書込み予約済
フラグ520のＡ側の０番と３番を判定し、共にOFFである
のでオペランドアクセスは成功し、命令発行手段40から
命令（４）が発行される。第６のサイクルでは命令
（６）が命令記憶手段10から投入される。それと同時に
命令発行手段40において命令（５）がオペランドr2とr3
を読み出そうとするが、命令発行済フラグのＡ側の２番
のフラグがONになっているため、オペランドアクセスは
失敗し、命令発行手段40に留まる。第７サイクルでは命
令（７）が命令記憶手段10から投入されようとするが、
レジスタ書込み予約手段20に命令（６）が留まっている
ため、投入できない。第８サイクルでは変化がない。第
８サイクルにおけるスナップショットを第７図に示す。

第９サイクルでは命令（１）の実行結果のレジスタ80
への書込みが起こり、レジスタ書込み予約済フラグ520
と命令発行済フラグのＡ側の２番をOFFにする。これに
より、命令発行済フラグのＡ側の２番がOFFになるのを
待っていた、命令発行手段40にある命令（２）と命令
（５）の両者のオペランドアクセスが成功するが、本実
施例では同時には１つの命令しか発行できない構成にな
っているため、確定系列側の命令（２）のみが発行され
る。第10サイクルでは命令（３）の発行が試みられる
が、命令（２）によって命令発行済フラグのＡ側の４番
がONにされているためオペランドアクセスに失敗し、命
令発行手段40に留まる。また第10サイクルでは前サイク
ルに保留された命令（５）の発行が行われる。これによ
って、第11サイクルでは命令（６）が命令発行手段40
に、命令（７）がレジスタ書込み予約手段20に進む。ま
た、命令（４）の実行結果の分岐予測先命令実行結果格
納手段70への書込みが起こり、レジスタ書込み予約済フ
ラグ520と命令発行済フラグ530のＢ側の５番をOFFにす
る。これにより、以下のように命令発行手段40にある命
令（６）にオペランドアクセスが成功し、命令（６）が
発行される。すなわち、レジスタ書込み履歴フラグ510
のＢ側の５番がONになっているため、オペランド読出し
分岐予測先命令実行結果格納手段70からであることがわ
かり、命令発行済フラグ530のＢ側の５番がOFFになった
ことによりオペランドアクセスが許可されたことにな
る。第11サイクルにおけるスナップショットを第８図に
示す。

第12サイクルから第14サイクルの間は変化が起こらな
い。第15サイクルでは命令（２）の実行結果のレジスタ
80への書込みが起こり、レジスタ書込み予約済フラグ52
0と命令発行済フラグ530のＡ側の４番をOFFにする。こ
れにより、命令発行済フラグのＡ側の４番がOFFになる
のを待っていた、命令発行手段40にある命令（３）が発
行される。第16サイクルでは命令（２）の、そして第17
サイクルでは命令（６）の実行結果の分岐予測先命令実
行結果格納手段70への書込みが起こり、レジスタ書込み
予約済フラグ520と命令発行済フラグ530のＢ側の６番と
７番をOFFにする。これにより、第17サイクルでは、命
令発行済フラグのＢ側の７番がOFFになるのを待ってい
た、命令発行手段40にある命令（７）が発行される。第
18サイクルでは変化がない。第19サイクルでは、命令
（３）の実行が終了し、予測した分岐先に確定するの
で、分岐予測先命令実行結果格納手段70からレジスタ80
への転送を行う。このとき分岐予測先命令実行結果格納
手段70内には、命令（４），（５），（６）による実行
結果r5,r6,r7があり、転送はこの３つについて行われ
る。転送後、分岐予測先命令実行結果格納手段70は解除
される。そして、レジスタ書込み履歴フラグのＡ側を全
要素解除し、確定命令系列フラグ540の規定する値をＡ
側からＢ側に反転する。これにより、次の第20サイクル
ではＡ側が新たに使用できるようになるので命令（８）
が命令記憶10から投入される。第20サイクルにおけるス
ナップショットを第９図に示す。

第21サイクルでは、命令（７）の実行が終了し、予測
した分岐先に確定する。但し、このとき分岐予測先命令
実行結果格納手段70内には書込みが起きていないので、
分岐予測先命令実行結果格納手段70からレジスタ80への
転送は行われない。そして、レジスタ書込み履歴フラグ
のＢ側を全要素解除し、確定命令系列フラグ540の規定
する値をＢ側からＡ側に反転する。命令（８）は第21サ
イクルで発行され、第26サイクルで終了し、プログラム
が終了する。プラグラムの開始から終了までのタイムチ
ャートを第10図に示す。

以上、本願発明による命令処理装置において、命令の
処理過程について説明した。

次に、第１図の１つの命令保持手段30の代わりに２つ
の命令保持手段31,32を使用した場合の本発明の他の一
実施例を第11図により説明する。

第11図は、本発明による命令処理装置の一実施例であ
る。図において２つの命令保持手段31,32を備えている
以外は、前述した第１図の本発明による命令処理装置の
実施例と同じ構成となっている。本構成では、レジスタ
書込み予約手段20により予約が完了した命令は、分岐命
令を区切りとして、命令保持手段ＡもしくはＢに保持さ
れる。例えば、初めに命令保持手段Ａに保持されていっ
た命令系列では、分岐命令の次の命令以降を命令保持手
段Ｂに保持し、またその次の分岐命令の次の命令以降を
命令保持手段Ａに保持していく。これにより、第５図の
プログラムの例では、命令（７）は第10サイクルまで命
令記憶10から投入できなかったが、命令保持手段を２つ
使用した本発明では第６サイクルにおいて投入が可能と
なる。レジスタを２つ使用した場合の本発明のさらに他
の一実施例を第12図により説明する。

第12図の本発明の命令処理装置は２つのレジスタ81,8
2とその間の転送手段90を備えており、分岐予測先命令
実行結果格納手段70が省かれている以外は、前述した第
１図の本発明による命令処理装置の実施例と同じ構成と
なっている。本構成では、命令実行手段60にて得られた
結果は、確定している系列に属する命令による結果であ
れはレジスタA,Bの両者に書込むが、確定していない系
列による結果であれば、分岐命令を区切りとして、レジ
スタＡもしくはＢのいずれかに保持される。例えば、あ
る確定していない命令系列による結果をレジスタＡに保
持していった場合には、先行する分岐予測が成功してこ
の命令系列が確定した瞬間からこの系列による結果をレ
ジスタA,Bの両者に書込む。そして、分岐命令の次の命
令以降の結果は実行が確定するまでレジスタＢだけに保
持し、その命令系列が確定した瞬間からその系列による
結果をレジスタA,Bの両者に書込む。またその次の分岐
命令の次の命令以降の結果を実行が確定するまではレジ
スタＡに保持していき、以下これを繰り返す。レジスタ
間転送手段90では、レジスタ書込み済フラグという前述
の第３図の形式のプラグレジスタを備え、上記の動作手
順中で片方のレジスタにのみ結果が書き込まれた場合に
は、該当する側（すなわち、レジスタＡならＡ側、レジ
スタＢならＢ側）の該レジスタ番号のレジスタ書込み済
フラグをONにする。そして、その命令系列の実行可否を
決定する分岐命令が予測成功側に分岐した時点で、レジ
スタ書込み済フラグがONとなっている該ブロック側の該
レジスタ番号のレジスタを、反対側の同一レジスタ番号
に複写する。レジスタ書込み済フラグは、この複写後OF
Fとする。また、逆に予測失敗側に分岐した場合には、
レジスタ書込み済フラグがONとなっている該ブロック側
の反対側の該レジスタ番号のレジスタを、レジスタ書込
み済フラグがONとなっている該ブロック側の同一レジス
タ番号に複写する。レジスタ書込み済フラグは、この複
写後OFFとする。これにより、分岐予測先の実行結果を
分岐先が確定する前に片側のレジスタに書込み、分岐成
功時にはその結果を反対側に複写し、分岐予測失敗時に
はその反対側の値を複写してくることにより元の値を復
元することができる。

第12図の実施例における、レジスタ読出しの可否と、
いずれのレジスタから読出すべきかの判断を決定する流
れ図を第13図に示す。使用する記号は第４図と同様であ
る。

次に第12図の実施例における動作を、前述の第５図に
示すプログラムにおいて説明する。前述の第１図の場合
に比べて、オペランド読出しと実行結果書込みの動作だ
けが異なるため、この部分についてのみ説明する。ま
ず、命令（１）は確定系列側であり（第13図、ステップ
201）、r2の書込みをする命令が実行中ではない（ステ
ップ204）ので、第13図の流れ図に従いＡ側のr2を第３
サイクルで読出すことが可能である。また、命令（１）
は書込み時には確定系列であるので両側のレジスタに書
き込む。次の命令（２）はやはり確定系列側であるの
で、第13図の流れ図に従い該ブロック側、すなわちＡ側
のレジスタからオペランド読出しをする。この際、先行
する命令（１）が、既にr2の書込みを予約している（す
なわち、IB（Blk,Reg）がON）ため、命令（１）が終了
する第９サイクルまでオペランド読出しが保留される。
命令（５）は命令（２）と同じくr2を読み出そうとする
が、確定していない系列側であり（第13図、ステップ20
1）、該ブロックによるr2への書込みがされていない
（ステップ202）ため、該ブロックの反対側、すなわち
Ａ側のレジスタからオペランド読出しを試みる。ところ
が命令（１）がすでにr2の書込みを予約している（ステ
ップ203）ため、命令（１）が終了するまでオペランド
読出しが保留される（第９サイクルでは命令（２）が発
行されるため、命令（５）の発行は第10サイクル）。ま
た、命令（５）は書込み時にも確定していない系列側で
あるため、該ブロック側、すなわちＢ側のレジスタにの
み結果の書込みをする。その他の命令についても同様の
動作をする。

次に、命令発行手段を２つ使用した場合の一実施例を
第14図、第15図により説明する。第14図は、本発明によ
る命令処理装置の一実施例である。図において、２つの
命令発行手段41,42を備え、複数命令を同時発行可能と
しており、これに対処するためにオペランドアクセス制
御手段150、命令実行手段160、分岐予測先命令実行結果
格納手段170、レジスタ180が同時アクセス可能な構成に
なっている以外は、前述した第１図の本発明による命令
処理装置の実施例と同じ構成となっている。また第15図
はオペランドアクセス制御手段150の要部を示したもの
である。図において、各フラグが同時アクセス可能にな
り、オペランド読出し判定回路を２つ備えている以外
は、前述した第２図と同じ構成となっている。

次に第14図の実施例における動作を、前述の第５図に
示すプログラムにおいて説明する。前述の第１図の場合
に比べ、命令発行手段の動作タイミングだけが異なるた
め、この部分についてのみ説明する。第９サイクルでは
命令（１）の実行結果のレジスタ80への書込みが起こ
り、レジスタ書込み予約済フラグ520と命令発行済フラ
グのＡ側の２番をOFFにする。これにより、命令発行済
フラグのＡ側の２番OFFになるのを待っていた、命令発
行手段にある命令（２）と命令（５）の両者のオペラン
ドアクセスが成功する。第１図の実施例では同時には１
つの命令しか発行できない構成になっているため、確定
系列側の命令（２）のみが発行されたが、第14図による
実施例では命令発行手段を２つ備えて２命令同時発行可
能であるため、第９サイクルに命令（２）と命令（５）
の両者を発行する。他の命令の動作については第１図の
実施例の場合と同じである。

なお、第11図、第12図、第14図の各実施例について
は、これらを適宜組み合わせて命令処理装置を構成して
もよい。すなわち、複数の命令保持手段A,B、レジスタ
A,B及び命令発行手段A,Bのうちの少なくとも２つの手段
を含むように命令処理装置を構成してもよい。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、この発明によると分岐
命令以前の命令系列と予測された分岐先の命令系列を可
能な限り同時に実行しながら、予測された確定前の分岐
先の命令による実行結果であってもオペランドとして使
用することが可能となり、分岐命令の確定待ちによる命
令実行開始の遅延を抑えることができ、高速な処理を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置図、第２図は第１
図のオペランドアクセス制御手段の一実施例を示す図、
第３図は第２図のレジスタ書込み履歴フラグ、レジスタ
書込み予約済フラグ、命令発行済フラグ、第12図のレジ
スタ間転送手段のレジスタ書込み済フラグの構成を示す
図である。第４図は第１図のオペランドアクセス制御手
段における読出し許可判定のための流れ図である。第５
図は動作例を示すために用いたプログラムである。第6,
7,8,9図はそれぞれ第５図によるプログラム動作例の第
4,8,11,20サイクルのスナップショットである。第10図
は第５図によるプログラム動作例のタイムチャートであ
る。第11図は本願の第２の発明の一実施例を示す装置図
である。第12図は本願の第３の発明の一実施例を示す装
置図である。第13図は第12図のオペランドアクセス制御
手段における読出し許可判定のための流れ図である。第
14図は本願の第４の発明の一実施例を示す装置図であ
り、第15図は第14図のオペランドアクセス制御手段の一
実施例を示す図であり、第16図は従来の技術による装置
図である。 図において、 10は命令記憶手段、20はレジスタ書込み予約手段、30,3
1,32は命令保持手段、40,41,42は命令発行手段、50はオ
ペランドアクセス制御手段、60は命令実行手段、70は分
岐予測先命令実行結果格納手段、80,81,82はレジスタ、
90はレジスタ間転送手段、150はオペランドアクセス制
御手段、160は命令実行手段、170は分岐予測先命令実行
結果格納手段、180はレジスタ、510はレジスタ書込み履
歴フラグ、520はレジスタ書込み予約済フラグ、530は命
令発行済フラグ、540は確定命令系列フラグ、550はオペ
ランド読出し判定回路、561は分岐命令の分岐情報を伝
える信号線、562は各命令の終了を伝える信号線、563は
命令のレジスタへの書込み予約情報を伝える信号線、56
4は各命令の発行情報を伝える信号線、565はオペランド
読出しの可否を伝える信号線、1510はレジスタ書込み履
歴フラグ、1520はレジスタ書込み予約済フラグ、1530は
命令発行済フラグ、1540は確定命令系列フラグである。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分岐命令による分岐先の確定を待たずに分
   岐先アドレスを予測する分岐予測方式において、処理す
   べき命令を記憶する第１の手段と、命令の実行結果を書
   き込むレジスタという第２の手段と、前記第１の手段よ
   り得られた命令が実行結果として行うレジスタへの書込
   みをあらかじめ予約する第３の手段と、前記第３の手段
   により予約された命令を保持し、命令を発行する第４の
   手段と、前記第４の手段により発行された命令を実行す
   る第５の手段と、前記第５の手段と前記第２の手段との
   間に配置される、予測されていながら確定していない分
   岐先にある命令による実行結果を一時的に保持する第６
   の手段と、前記第６の手段により保持された実行結果を
   前記第２の手段へ転送する第７の手段と、前記第６の手
   段により保持された実行結果を前記第４の手段がオペラ
   ンドとして読み出す第８の手段と、前記第２の手段によ
   り保持された実行結果を前記第４の手段がオペランドと
   して読み出す第９の手段とを備え、さらに前記第４の手
   段は、分岐先未確定の分岐命令以前の命令系列を保持す
   る第10の手段と、前記第10の手段に保持された命令と前
   記第３の手段により予約された命令を前記第５の手段に
   発行する第11の手段と、前記第３の手段によるレジスタ
   書込み予約と前記第11の手段が行なう命令発行の履歴情
   報と前記第５の手段による分岐先確定情報とを受け取る
   ことにより、前記第11の手段が行なうオペランドアクセ
   スに対して、制御を加える第12の手段を備え、予測され
   た確定前の分岐先の命令の実行結果を使用してさらにそ
   の先の命令の処理を行うことを特徴とする命令処理装
   置。
2. 【請求項２】前記第10の手段を２つ以上備え、前記第３
   の手段により予約された命令を、分岐命令を区切りとし
   て複数の第10の手段に対して、順次振り分けることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の命令処理装置。
3. 【請求項３】前記第２の手段と第６の手段と第７の手段
   と第８の手段と第９の手段との代わりに、第２の手段と
   第９の手段の組を２つ以上と、その複数の第２の手段に
   保持されている値を互いに転送する手段とを備え、予測
   されていながら確定していない分岐先にある命令による
   実行結果を、複数の第２の手段のいずれかに保持するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の命令処理装
   置。
4. 【請求項４】前記第11の手段を２つ以上備えることによ
   り、複数の命令を同時に発行することを可能とすること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の命令処理装
   置。