JP3317985B2 - 擬似ベクトルプロセッサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明はデ−タ処理装置に関
し、さらに具体的には命令によってアドレス可能なレジ
スタの数より多いレジスタをデ−タ処理装置がアクセス
可能とする技術に関する。特に、このようにすることに
よって、キャッシュがあまり有効でない大規模なデ−タ
を連続的に処理するいわゆるベクトル処理に際しても、
主記憶からの転送のための性能低下がほとんど生じない
ようにし、効率の良い疑似ベクトル処理を通常のデ−タ
処理装置で実現可能とする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】 （従来技術１）従来、命令によってア
ドレス可能なレジスタの数より多いレジスタをデ−タ処
理装置がアクセス可能とする技術としては、特開昭５７
−１６６６４９号に記載があり、その方式によると、ま
ず、プログラムによってアドレス可能な汎用レジスタの
数よりも多いハ−ドウェアレジスタと称するレジスタ群
を設け、異なった主記憶アドレスから同一の汎用レジス
タに対する複数のロ−ド命令があったら、該ロ−ド命令
の数だけハ−ドウェアレジスタに保持する（すなわち、
プログラムによってアドレス可能な汎用レジスタの数が
１６である場合、ハ−ドウェアレジスタを各汎用レジス
タ当たり１６、つまり、合計２５６用意し、たとえば、
汎用レジスタ０にはハ−ドウェアレジスタ０から１５を
割り当てる。汎用レジスタ０に対して１６個の異なった
主記憶アドレスを指定したロ−ド命令が実行された場合
は、該１６個のロ−ド命令からのデ−タをハ−ドウェア
レジスタ０からハ−ドウェアレジスタ１５までの中に保
持する）。そして、過去に実行されたロ−ド命令の主記
憶アドレスとその時ロ−ドされたデ−タが格納されてい
るハ−ドウェアレジスタ番号を登録しておく記憶機構を
設け、プログラムで発行されたロ−ド命令が該記憶機構
に登録されている主記憶アドレスと一致したら、主記憶
からデ−タを読まずに、対応するハ−ドウェアレジスタ
からデ−タを読みだす。この方式により、主記憶参照回
数が低減でき、また、命令間の参照レジスタのぶつかり
による性能低下を防ぐことができる。

【０００３】（従来技術２）従来、命令によってアドレ
ス可能なレジスタの数より多いレジスタをデ−タ処理装
置がアクセス可能とする技術としては、Ｊ．Ｌ．Ｈｅｎ
ｎｅｓｓｙ ａｎｄ Ｄ．Ａ．Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ ”
ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ： Ａ
ＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＡｐｐｒｏａｃｈ”， Ｍｏ
ｒｇａｎ Ｋａｕｆｍａｎｎ Ｐｕｂｌｉｓｈ−ｅｒ
ｓ， Ｉｎｃ．（１９９０）に記載があり、その方式に
よると、まず、プログラムによってアドレス可能なレジ
スタの数より多い物理レジスタと称するレジスタを設
け、該物理レジスタを複数個のウィンドウと呼ばれる部
分に分ける。すなわち、各ウィンドウは複数個の物理レ
ジスタから成る。たとえば、プログラムによってレジス
タが番号１からｎまで番号づけられるとし、物理レジス
タがｎ＊ｍ個、すなわち、番号１からｎ＊ｍまで設けら
れたとする。ウィンドウをｍ個、すなわち、番号１から
ｍまで設けるとすれば、ウィンドウ１は物理レジスタ１
からｎ、ウィンドウ２は物理レジスタｎ＋１から２ｎと
いうように割り当てることができる。実際には、全ウィ
ンドウ共通の物理レジスタや、隣合うウィンドウ共通の
物理レジスタなどを設けるのが通例であるが、簡単のた
め、前記の例を示した。各ウィンドウは１つのプログラ
ムが使用するレジスタを持つ。すなわち、あるプログラ
ムでアドレス可能なレジスタを参照することは、実際に
は、あるウィンドウに属する物理レジスタを参照するこ
とになる。たとえば、前記の例では、あるプログラムに
ウィンドウ２が割当てられていたとしたら、該プログラ
ムでレジスタｋを指定したら、参照される物理レジスタ
は物理レジスタｎ＋ｋになる。

【０００４】このウィンドウは以下のように使う。仮
に、あるプログラムにウィンドウｊが割当てられていた
場合、該プログラムが別のプログラムを呼んだ（ｃａｌ
ｌした）場合、呼ばれたプログラムには、ウィンドウｊ
＋１が割当てられる。また、あるプログラムにウィンド
ウｊが割当てられていた場合、該プログラムから該プロ
グラムを呼んだプログラムに戻った（ｒｅｔｕｒｎし
た）場合、戻り先のプログラムには、ウィンドウｊ−１
が割当てられる。このように使うことによって、以下の
効果がある。プログラムによってアドレス可能なレジス
タの数だけのレジスタしか持たないシステムでは、前記
のようなプログラムの呼びが発生するたびに、該呼び発
生時点の情報保存のために、レジスタに格納されていた
デ−タを主記憶に格納しなければならず、プログラムの
戻りが発生するたびに、プログラムの再開のために、主
記憶に格納されていたデ−タをレジスタに書き戻さなく
てはならない。前記のウィンドウの機構を持つシステム
では、異なるウィンドウが割当てられているプログラム
は異なる物理レジスタを参照しているので、前記のレジ
スタからの主記憶への格納、主記憶からレジスタへの書
き戻しの操作が不要になり、処理が高速化される。

【０００５】ただし、該ウィンドウの機構を持つシステ
ムでは、「最大のウィンドウ番号のプログラムからプロ
グラムの呼びが発された場合、ウィンドウオ−バフロ−
の割込みを起こし、最小のウィンドウ番号のプログラム
からプログラムの戻りが発された場合、ウィンドウアン
ダフロ−の割込みを起こす」という制御が必要になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】科学技術計算の大部分
は以下に示すような、ベクトル演算である。

【０００７】 Ｃ（ｉ）＝Ａ（ｉ）＋Ｂ（ｉ） ｉ＝１，Ｎ （１） ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは要素数Ｎのベクトルである。

【０００８】式（１）を、汎用計算機で実行すると、表
１のようなプログラムになる。

【０００９】以下の説明で、レジスタとして浮動小数点
数が格納される浮動小数点レジスタを例にとり、浮動小
数点レジスタのデ−タ幅は８バイトであるとする。

【００１０】表１中の各命令の機能を以下に説明する。

【００１１】ＦＬＤＭ ａ（ＧＲｍ），ＦＲｎ （機能）汎用レジスタｍの値で表される主記憶アドレス
から８バイトのデ−タを読みだし、浮動小数点レジスタ
ｎに格納する。

【００１２】その後、汎用レジスタｍの値をａ加える。

【００１３】ＦＡＤＤ ＦＲｊ，ＦＲｍ，ＦＲｎ （機能）浮動小数点レジスタｍの値と浮動小数点レジス
タｎの値を加えて浮動小数点レジスタｊに格納する。

【００１４】ＦＳＴＭ ａ（ＧＲｍ），ＦＲｎ （機能）浮動小数点レジスタｎの値（８バイト）を汎用
レジスタｍの値で表される主記憶アドレスにストアす
る。

【００１５】その後、汎用レジスタｍの値をａ加える。

【００１６】ＢＣＮＴ ＧＲｍ，ｔ （機能）ＧＲｍの値を１減じる。その値がゼロでなけれ
ば、番地ｔに分岐する。ゼロならば、分岐しない。

【００１７】

【表１】

【００１８】ここで、表１のプログラムの実行に先だっ
て、ベクトルＡは、主記憶アドレスａｄ１から始まる連
続領域に格納されているものとする。すなわち、Ａ
（１）の主記憶アドレスがａｄ１、Ａ（２）の主記憶ア
ドレスがａｄ１＋８というように格納されている。同様
にベクトルＢは、主記憶アドレスａｄ２から始まる連続
領域に格納されているものとする。また、ベクトルＣ
は、主記憶アドレスａｄ３から始まる連続領域に格納す
るものとする。汎用レジスタ１にはａｄ１が、汎用レジ
スタ２にはａｄ２が、汎用レジスタ３にはａｄ３が、汎
用レジスタ４にはＮが前もって格納されているものとす
る。

【００１９】表１からわかるように、Ｎｏ．１、Ｎｏ．
２のＦＬＤＭ命令でＡ（ｉ）、Ｂ（ｉ）がそれぞれ、浮
動小数点レジスタ１２、１３にロ−ドされ、該２レジス
タの値が加えられ浮動小数点レジスタ２０に格納され、
該レジスタの内容がＣ（ｉ）にストアされる。

【００２０】すなわち、５命令からなるル−プを１回実
行することによって、１要素の結果が求まり、このル−
プをＮ回実行することによって全要素計算ができる。

【００２１】ここで問題となるのは、１ル−プの実行時
間である。まずＮｏ．１とＮｏ．２のＦＬＤＭ命令で浮
動小数点レジスタ１２と１３に主記憶からデ−タをロ−
ドしているが、キャッシュにデ−タがある場合はＦＬＤ
Ｍ命令は短いサイクル数で終わるが、キャッシュにない
場合は、キャッシュよりはかなり低速の主記憶からデ−
タを読みださなくてはならず、キャッシュにデ−タがあ
る場合に比べ、かなり時間がかかることになる。次にＮ
ｏ．３のＦＡＤＤ命令は浮動小数点レジスタ１２と１３
の値を使うが、浮動小数点レジスタ１２と１３は先行す
る２つのＦＬＤＭ命令の実行が終わらないと、すなわ
ち、前記のデ−タ読みだしが終わらないと、値が決まら
ないので、ＦＡＤＤ命令はそれまで実行が開始できな
い。さらに、Ｎｏ．４のＦＳＴＭ命令は浮動小数点レジ
スタ２０の値を使うが、浮動小数点レジスタ２０の値は
先行するＦＡＤＤ命令の実行が終わらないと値が決まら
ないので、ＦＳＴＭ命令はそれまで実行が開始できな
い。すなわち、（１）デ−タ読みだし時間、（２）レジ
スタのぶつかりという２つの性能低下要因がル−プの実
行時間を長くすることになる。特に（１）は長大デ−タ
を扱う計算の場合は深刻で、必要なデ−タがキャッシュ
にはいりきらない場合が多いので、性能の低下は大きく
なる。

【００２２】この問題を解決する一手法がル−プアンロ
−リングであり、表２に示す手法である。すなわち、１
ル−プで複数要素（＝ｎとする）を処理し、１ル−プで
１要素を処理する場合に比べ、ル−プ回数を１／ｎにす
る方式である。表２は１ル−プで４要素を処理する方式
である。

【００２３】

【表２】

【００２４】ここで、表２のプログラムの実行に先だっ
て、ベクトルＡは、主記憶アドレスａｄ１から始まる連
続領域に格納されているものとする。すなわち、Ａ
（１）の主記憶アドレスがａｄ１、Ａ（２）の主記憶ア
ドレスがａｄ１＋８というように格納されている。同様
にベクトルＢは、主記憶アドレスａｄ２から始まる連続
領域に格納されているものとする。また、ベクトルＣ
は、主記憶アドレスａｄ３から始まる連続領域に格納す
るものとする。汎用レジスタ１にはａｄ１が、汎用レジ
スタ２にはａｄ２が、汎用レジスタ３にはａｄ３が、汎
用レジスタ４にはＮ／４が前もって格納されているもの
とする。

【００２５】表２からわかるように、１７命令からなる
ル−プを１回実行することによって、４要素の結果が求
まり、このル−プをＮ／４回実行することによって全要
素計算ができる。

【００２６】表２からわかる通り、ｉ番目の要素に関
し、ロ−ドをＮｏ．１とＮｏ．２のＦＬＤＭ命令で、加
算をＮｏ．９のＦＡＤＤ命令で、ストアをＮｏ．１３の
ＦＳＴＭ命令で行う。同様に、ｉ＋１番目の要素に関
し、ロ−ドをＮｏ．３とＮｏ．４のＦＬＤＭ命令で、加
算をＮｏ．１０のＦＡＤＤ命令で、ストアをＮｏ．１４
のＦＳＴＭ命令で行う。同様に、ｉ＋２番目の要素に関
し、ロ−ドをＮｏ．５とＮｏ．６のＦＬＤＭ命令で、加
算をＮｏ．１１のＦＡＤＤ命令で、ストアをＮｏ．１５
のＦＳＴＭ命令で行う。同様に、ｉ＋３番目の要素に関
し、ロ−ドをＮｏ．７とＮｏ．８のＦＬＤＭ命令で、加
算をＮｏ．１２のＦＡＤＤ命令で、ストアをＮｏ．１６
のＦＳＴＭ命令で行う。したがって、表１に比べ、ある
１つの要素番号で示される要素に関するロ−ド、加算、
ストアという一連の処理が、命令列上で離れることにな
り、前記の（１）デ−タ読みだし時間、（２）レジスタ
のぶつかりという２つの性能低下要因の影響を低減でき
る。たとえば、Ｎｏ．１とＮｏ．２のＦＬＤＭ命令でＡ
（ｉ）とＢ（ｉ）のロ−ドが行われ、そのロ−ド結果が
使われるのが、７命令後になるので、デ−タ読みだし時
間が７サイクル以内ならば、そのロ−ド結果を使うＮ
ｏ．９のＦＡＤＤ命令が待たされることはない。また、
Ｎｏ．９のＦＡＤＤ命令による加算結果Ａ（ｉ）＋Ｂ
（ｉ）が使われるのが、４命令後になるので、加算に要
する時間が４サイクル以内ならば、Ｎｏ．１３のＦＳＴ
Ｍ命令が待たされることはない。

【００２７】このように、ル−プアンロ−リングによっ
て、性能は向上するが、この方式の欠点は、多くのレジ
スタを必要とすることである。表１のプログラムが３本
の浮動小数点レジスタを必要とするのに対し、表２のプ
ログラムは、１２本の浮動小数点レジスタを必要とす
る。デ−タの読みだしに要する時間がさらに長かった
り、演算に要する時間がさらに長かったりすると、もっ
と多くの要素を１ル−プで処理しなくてはならず、より
多くのレジスタが必要となることになる。

【００２８】一般に、レジスタはアクティブな素子（す
なわち、メモリ素子ではない）で構成され、読みだし／
書き込みのためのポ−ト（すなわち、デ−タの出入口）
を多く用意することができるので、いわゆる記憶装置が
１つの動作サイクルに１個のデ−タの読みだし／書き込
みしかできないのに比べ、極めて高速である。したがっ
て、主記憶はもちろん、キャッシュに比べても、高速化
のためには、十分な容量のレジスタをもっていることが
必要不可欠である。それにもかかわらず、従来、レジス
タの数が比較的少なかったのは、ビット当たりのコスト
が高価であったことと、下記に示すように命令形式上の
レジスタ番号のフィ−ルドの長さに制限があったためで
ある。コストの問題はＬＳＩ化で解決されつつあるが、
後者はまだ未解決であった。

【００２９】プログラムでアドレス可能なレジスタの数
は、ア−キテクチャ上から制限されている。たとえば、
命令語中にレジスタ指定フィ−ルドが５ビットあれば、
アドレス可能なレジスタの数は３２（２の５乗）であ
る。該レジスタ指定フィ−ルドのビット数を増せば、プ
ログラムでアドレス可能なレジスタの数は増えるが、命
令形式が変わるので、既存のプログラムの変更が必要と
なり、非現実的である。

【００３０】そこで、デ−タ処理装置のア−キテクチャ
を変えずに、命令によってアドレス可能なレジスタの数
より多いレジスタをデ−タ処理装置がアクセス可能とす
る方式が必要となるが、従来技術１では、過去にロ−ド
命令が実行された主記憶アドレスに対し、新たにロ−ド
命令が発行された場合は高速化される。しかし、式
（１）のようなベクトル計算は多くの場合、表１、２の
プログラムのように主記憶上のデ−タに対するロ−ド要
求は１度しか出ないので、従来技術では高速化されない
という問題がある。

【００３１】また、従来技術２では、１つのプログラム
で使えるのはある１つのウィンドウに属する物理レジス
タのみであり、その数はプログラムでアドレス可能なレ
ジスタの数に等しく、１つのプログラムで行なわれる演
算を高速化できない。すなわち、前記のウィンドウの機
構は、プログラムの呼びと戻りが発生する場合のみ処理
の高速化がなされ、式（１）のベクトル計算のように１
つのプログラムで処理が完結しているような場合は高速
化されないという問題がある。また、前記のウィンドウ
オ−バフロ−、ウィンドウアンダフロ−の割込みは式
（１）のベクトル計算のように１つのプログラムで処理
が完結していて、プログラムの呼びと戻りが発生しない
場合は不要であるという問題がある。

【００３２】本発明の目的は、デ−タ処理装置のア−キ
テクチャを変えずに、命令によってアドレス可能なレジ
スタの数より多いレジスタをデ−タ処理装置がアクセス
可能とし、科学技術計算におけるベクトル計算を高速に
実行する方式を提供することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、命令によってアドレス可能な浮動小数点レジスタの
数より多い物理浮動小数点レジスタと呼ばれる浮動小数
点レジスタを用意し、該レジスタは物理浮動小数点レジ
スタ番号で参照されることにする。また、物理浮動小数
点レジスタ全体をウィンドウと呼ばれる複数個のレジス
タから成る部分群に区分けし、ウィンドウ番号とウィン
ドウ内のレジスタ番号の組合せで参照することもできる
ようにする。これらの対応関係を決定づけるために、論
理浮動小数点レジスタ番号と呼ばれる、プログラム命令
中の浮動小数点レジスタ番号を、物理浮動小数点レジス
タ番号に変換するパタ−ンを示す現浮動小数点ウィンド
ウポインタを格納する現浮動小数点ウィンドウポインタ
レジスタ、現浮動小数点ウィンドウポインタが有効であ
ることを示す値を格納しておく現浮動小数点ウィンドウ
ポインタ有効レジスタ、現浮動小数点ウィンドウポイン
タを用いて論理浮動小数点レジスタ番号を物理浮動小数
点レジスタ番号に変換する変換回路、現浮動小数点ウィ
ンドウポインタを変更する現浮動小数点ウィンドウポイ
ンタ変更命令、論理浮動小数点レジスタ番号を現浮動小
数点ウィンドウポインタから決定されるが該現浮動小数
点ウィンドウポインタとは異なる値を現浮動小数点ウィ
ンドウポインタとして変換した物理浮動小数点レジスタ
に主記憶デ−タを格納する浮動小数点レジスタプリロ−
ド命令、論理浮動小数点レジスタ番号を現浮動小数点ウ
ィンドウポインタから決定されるが該現浮動小数点ウィ
ンドウポインタとは異なる値を現浮動小数点ウィンドウ
ポインタとして変換した物理浮動小数点レジスタから主
記憶にデ−タを格納する浮動小数点レジスタポストスト
ア命令を設ける。

【００３４】

【作用】浮動小数点レジスタを参照する命令では全て、
現浮動小数点ウィンドウポインタ有効レジスタの値が１
であれば、論理浮動小数点レジスタ番号−物理浮動小数
点レジスタ番号変換が行われ、浮動小数点レジスタの参
照で物理浮動小数点レジスタ番号が参照される。現浮動
小数点ウィンドウポインタ有効レジスタの値が０であれ
ば、論理浮動小数点レジスタ番号は物理浮動小数点レジ
スタ番号に等しい。

【００３５】論理浮動小数点レジスタ番号−物理浮動小
数点レジスタ番号変換は以下のようにして行われる。論
理浮動小数点レジスタが物理浮動小数点レジスタのどの
範囲を指定するかを、複数通り設ける。この範囲の指定
が前述のウィンドウである。

【００３６】ウィンドウの設けかたの一例を図１に示
す。本例では、論理浮動小数点レジスタは３２本で、論
理浮動小数点レジスタ番号は０から３１まで指定可能と
する。物理浮動小数点レジスタは８８本で、物理浮動小
数点レジスタ番号は０から８７である。ウィンドウはｗ
０からｗ３の４通り設け、現浮動小数点ウィンドウポイ
ンタ０から３でそれぞれ指定される。

【００３７】ここで、現浮動小数点ウィンドウポインタ
をｗ、論理浮動小数点レジスタ番号をｒと表記し、物理
浮動小数点レジスタ番号はｗとｒから決まるので、＜
ｗ，ｒ＞と表記することにする。

【００３８】命令でｗの増減を行なうが、該増減は４を
法として行なわれる。たとえば、ｗ＝３では、ｗ＋１の
値は０になる。

【００３９】図１の例では、以下のように論理浮動小数
点レジスタ番号−物理浮動小数点レジスタ番号変換が行
われる。

【００４０】 １． ０≦ｒ≦７の時 ： ｗに関係なく＜ｗ，ｒ＞＝ｒ （２） ２． ８≦ｒ≦３１の時 ： ＜０，ｒ＞＝ｒ （３） ＜１，ｒ＞＝ｒ＋２０ （４） ＜２，ｒ＞＝ｒ＋４０ （５） ＜３，ｒ＞＝ｒ＋６０ （８≦ｒ≦２７） ｒ−２０ （２８≦ｒ≦３１） （６） 上記の変換法で以下の２つが特長的である。

【００４１】１． ０番から７番の物理浮動小数点レジ
スタは、各ウィンドウ共通に使う。これらのレジスタ
は、ｇｌｏｂａｌ ｒｅｇｉｓｔｅｒとして、それぞれ
のウィンドウを用いる演算ル−プに共通のデ−タを保持
する。

【００４２】２． 各ウィンドウの論理浮動小数点レジ
スタ２８番から３１番は、現浮動小数点ウィンドウポイ
ンタが１つ大きいウィンドウの論理浮動小数点レジスタ
８番から１１番と同一の物理浮動小数点レジスタを指
す。これらのレジスタは、ｏｖｅｒｌａｐ ｒｅｇｉｓ
ｔｅｒとして隣合うウィンドウを用いる演算ル−プ間の
デ−タの受渡しに用いる。

【００４３】前記新設命令の命令ニモニックと機能を、
一例として、以下のように定める。

【００４４】 １．現浮動小数点ウィンドウポインタ変更命令 （命令ニモニック）ＣＦＲＷＰＳ ＧＲｍ （機能）汎用レジスタｍの値を現浮動小数点ウィンドウ
ポインタレジスタにセットする。 ２．浮動小数点レジスタプリロ−ド命令 （命令ニモニック）ＦＬＤＰＲＭ ａ（ＧＲｍ），ＦＲ
ｎ （機能）汎用レジスタｍの値で表される主記憶アドレス
から８バイトのデ−タを読みだし、浮動小数点レジスタ
ｎに格納する。このとき、（現浮動小数点レジスタウィ
ンドウポインタ＋１）を現浮動小数点レジスタウィンド
ウポインタとして、論理浮動小数点レジスタ番号−物理
浮動小数点レジスタ番号変換が行われる。

【００４５】その後、汎用レジスタｍの値をａ加える。

【００４６】３．浮動小数点レジスタポストストア命令 ＦＳＴＰＯＭ ａ（ＧＲｍ），ＦＲｎ （機能）浮動小数点レジスタｎの値（８バイト）を汎用
レジスタｍの値で表される主記憶アドレスにストアす
る。このとき、（現浮動小数点レジスタウィンドウポイ
ンタ−１）を現浮動小数点レジスタウィンドウポインタ
として、論理浮動小数点レジスタ番号−物理浮動小数点
レジスタ番号変換が行われる。

【００４７】その後、汎用レジスタｍの値をａ加える。

【００４８】また、一般の浮動小数点命令（すなわち、
上記２−３を除く浮動小数点命令）では、現浮動小数点
レジスタウィンドウポインタを用いて、論理浮動小数点
レジスタ番号−物理浮動小数点レジスタ番号変換が行わ
れる。

【００４９】式（１）を、上記新設機能を用いると、表
３のようなプログラムになる。

【００５０】ここで、表３のプログラムの実行に先だっ
て、ベクトルＡは、主記憶アドレスａｄ１から始まる連
続領域に格納されているものとする。すなわち、Ａ
（１）の主記憶アドレスがａｄ１、Ａ（２）の主記憶ア
ドレスがａｄ１＋８というように格納されている。同様
にベクトルＢは、主記憶アドレスａｄ２から始まる連続
領域に格納されているものとする。また、ベクトルＣ
は、主記憶アドレスａｄ３から始まる連続領域に格納す
るものとする。汎用レジスタ４にはＮ−２、汎用レジス
タ５には１、汎用レジスタ６には０、現浮動小数点レジ
スタウインドウポインタレジスタには０が格納されてい
るものとする。

【００５１】ここで、表３には、上記の記述にないＡＤ
Ｄ命令が含まれているので、該命令の機能を以下に述べ
る。

【００５２】ＡＤＤ ＧＲｊ，ＧＲｍ （機能）汎用レジスタｊの値と汎用レジスタｍの値を加
えて汎用レジスタｊに格納する。

【００５３】

【表３】

【００５４】以下、表３について説明する。Ｎｏ．１の
ＦＬＤＭ命令では、現浮動小数点レジスタウィンドウポ
インタで論理浮動小数点レジスタ番号−物理浮動小数点
レジスタ番号変換が行われるので、Ａ（１）が物理浮動
小数点レジスタ＜０、１２＞に格納される。同様にＮ
ｏ．２のＦＬＤＭ命令でＢ（１）が物理浮動小数点レジ
スタ＜０、１３＞に格納される。Ｎｏ．３のＦＬＤＰＲ
Ｍ命令では、「現浮動小数点レジスタウィンドウポイン
タ＋１」の値で論理浮動小数点レジスタ番号−物理浮動
小数点レジスタ番号変換が行われるので、Ａ（２）が物
理浮動小数点レジスタ＜１、１２＞に格納される。同様
に、Ｎｏ．４のＦＬＤＰＲＭ命令でＢ（２）が物理浮動
小数点レジスタ＜１、１３＞に格納される。Ｎｏ．５の
ＦＡＤＤ命令では、現浮動小数点レジスタウィンドウポ
インタで論理浮動小数点レジスタ番号−物理浮動小数点
レジスタ番号変換が行われるので、物理浮動小数点レジ
スタ＜０、１２＞の値と物理浮動小数点レジスタ＜０、
１３＞の値が加算されて物理浮動小数点レジスタ＜０、
２０＞に格納される。Ｎｏ．１，Ｎｏ．２のＦＬＤＭ命
令でＡ（１）、Ｂ（１）がそれぞれ物理浮動小数点レジ
スタ＜０、１２＞と物理浮動小数点レジスタ＜０、１３
＞に格納されているので、Ａ（１）＋Ｂ（１）が物理浮
動小数点レジスタ＜０、２０＞に格納されることにな
る。Ｎｏ．５のＡＤＤ命令とＮｏ．６のＣＦＲＷＰＳ命
令で現浮動小数点レジスタウィンドウポインタが＋１さ
れ、１になる。Ｎｏ．８のＦＬＤＰＲＭ命令からＮｏ．
１４のＢＣＮＴ命令までが、ル−プを構成し、Ｎ−２回
くりかえし実行される。以下、ル−プ内での現浮動小数
点レジスタウィンドウポインタの値をｗとする。第ｉ−
１回目に実行されるル−プについて見る。汎用レジスタ
１、汎用レジスタ２の値からわかる通り、Ｎｏ．１０の
ＦＡＤＤ命令で加算されるデ−タはＡ（ｉ）とＢ（ｉ）
になり、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９のＦＬＤＰＲＭ命令で物理
浮動小数点レジスタ＜ｗ＋１、１２＞と物理浮動小数点
レジスタ＜ｗ＋１、１３＞にロ−ドされるのは、それぞ
れ、Ａ（ｉ＋１）、Ｂ（ｉ＋１）になる。汎用レジスタ
３の値からわかる通り、Ｎｏ．１１のＦＳＴＰＯＭ命令
で物理浮動小数点レジスタ＜ｗ−１、２０＞の値がＣ
（ｉ−１）の主記憶位置に格納される。Ｎｏ．１２のＡ
ＤＤ命令とＮｏ．１３のＣＦＲＷＰＳ命令で現浮動小数
点レジスタウィンドウポインタｗが＋１され、ル−プの
先頭に戻る。すなわち、１つのル−プの中では、１つ後
のル−プで加算されるデ−タＡ（ｉ＋１）、Ｂ（ｉ＋
１）をそれぞれ、物理浮動小数点レジスタ＜ｗ＋１，１
２＞、物理浮動小数点レジスタ＜ｗ＋１，１３＞に格納
し、前のル−プでそれぞれ、物理浮動小数点レジスタ＜
ｗ，１２＞、物理浮動小数点レジスタ＜ｗ，１３＞に格
納されたＡ（ｉ）とＢ（ｉ）を加算して、物理浮動小数
点レジスタ＜ｗ，２０＞に格納し、前のル−プで物理浮
動小数点レジスタ＜ｗ−１，２０＞に格納されたＡ（ｉ
−１）＋Ｂ（ｉ−１）をＣ（ｉ−１）の主記憶位置に格
納する。

【００５５】ル−プを抜けた後のＮｏ．１５からＮｏ．
１９の命令は、未処理の要素の処理であり、Ｎｏ．１５
のＦＡＤＤ命令でＡ（Ｎ）＋Ｂ（Ｎ）を実行し、Ｎｏ．
１６、、Ｎｏ．１９のＦＳＴＰＯＭ命令でそれぞれＡ
（Ｎ−１）＋Ｂ（Ｎ−１）、Ａ（Ｎ）＋Ｂ（Ｎ）の主記
憶へのストアを行う。

【００５６】ル−プ内の処理をからわかるように、Ｎ
ｏ．８、Ｎｏ．９のＦＬＤＰＲＭ命令で論理浮動小数点
レジスタ１２、１３を指定して、直後のＮｏ．１０のＦ
ＡＤＤ命令で論理浮動小数点レジスタ１２、１３を使っ
ているが、アクセスしている物理浮動小数点レジスタは
異なる。また、Ｎｏ．１０のＦＡＤＤ命令で論理浮動小
数点レジスタ２０に加算結果を格納し、直後のＦＳＴＰ
ＯＭ命令で論理浮動小数点レジスタ２０を使っている
が、アクセスしている物理浮動小数点レジスタは異な
る。したがって、表１のプログラムで発生した、デ−タ
読みだし待ち、演算終了待ちで後続命令の実行が待たさ
れるという現象は起こらず、言いかえれば、デ−タ読み
だし、演算は次ル−プの実行までに完了すればよいわけ
で、プログラムが高速に実行される。また、プログラム
で指定している論理浮動小数点レジスタは３つだけであ
り、表２のプログラムのように浮動小数点レジスタを数
多く使う必要もない。

【００５７】ここで、表３のプログラムには、表１、表
２のプログラムにはない現浮動小数点レジスタウィンド
ウポインタの更新の処理があってオ−バヘッドになって
いる。たとえば、表１のプログラムのル−プが５命令で
構成されているのに対し、表３のプログラムのル−プは
７命令で構成されている。しかし、表１のプログラムに
あるデ−タ読みだし待ち、演算終了待ちで後続命令の実
行が待たされるオ−バヘッドの方がはるかに大きい。ま
た、表２のプログラムのようなル−プアンロ−リングの
手法も、プログラムで指定できるレジスタを使い果たし
てしまうと実現できないので、現浮動小数点レジスタウ
ィンドウポインタの更新のオ−バヘッドがあっても、本
発明の方式のほうがすぐれていると考えられる。

【００５８】以上のように、本発明の方式によって、命
令列のル−プのくりかえしが主となる科学技術計算のベ
クトル計算では、ル−プごとに現浮動小数点レジスタウ
ィンドウポインタを変え、すなわち、使うウィンドウを
変え、ｉ番目の要素の処理を、第ｉ−１ル−プにおける
浮動小数点レジスタプリロ−ド命令によるオペランドベ
クトルの第ｉ要素のロ−ド、第ｉル−プにおける演算、
第ｉ＋１ル−プにおける浮動小数点レジスタポストスト
ア命令による結果格納用ベクトルの第ｉ要素への演算結
果のストアによって行なうことによって、１つのデ−タ
に対するロ−ド、演算、ストアの処理の命令列上での距
離が大きくなり、デ−タの読みだし時間、演算実行時間
の影響による性能低下を防ぐことができ、高速化ができ
る。

【００５９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図を用いて説明す
る。図２に本実施例のデ−タ処理装置を示す。デ−タ処
理装置は、命令の発行および実行を行なう命令処理ユニ
ット１０、命令処理ユニットで実行する命令やデ−タを
記憶する主記憶３０、命令処理ユニットと主記憶との間
のデ−タのやりとりを制御する記憶制御ユニット２０か
ら構成される。

【００６０】命令処理ユニット１０は、実行する命令を
保持する命令レジスタ１０１、命令レジスタ１０１の内
容を解読し、命令実行の制御を行なう命令制御部１０
２、汎用演算およびアドレス計算に必要なデ−タを保持
する汎用レジスタ群１０３、命令で指定される汎用演算
を実行する汎用演算器１０４、浮動小数点演算に必要な
デ−タを保持する物理浮動小数点レジスタ群１０５、命
令で指定される浮動小数点演算を実行する浮動小数点演
算器１０６、主記憶デ−タをアクセスするための主記憶
アドレスを計算するアドレス加算器１０７、記憶制御ユ
ニット２０から読みだされた主記憶デ−タを保持するキ
ャッシュ１０８、キャッシュ１０８の検索結果に従い記
憶制御ユニット２０から主記憶デ−タを読みだすなどの
制御を行なう主記憶アクセス制御部１０９、現浮動小数
点レジスタウィンドウポインタを格納する現浮動小数点
ウィンドウポインタレジスタ１１０、現浮動小数点レジ
スタウィンドウポインタが有効であることを示す現浮動
小数点ウィンドウポインタ有効レジスタ１１１、命令で
指定された論理浮動小数点レジスタ番号を物理浮動小数
点レジスタ番号に式（２）−（６）にしたがって変換す
る変換論理１１２から構成される。

【００６１】ここで、このデ−タ処理装置には、図３で
示すように、４つの命令が新たに追加される。それら
は、（ａ）現浮動小数点レジスタウィンドウポインタ変
更命令、（ｂ）浮動小数点レジスタプリロ−ド命令、
（ｃ）拡張浮動小数点レジスタプリロ−ド命令、（ｄ）
浮動小数点レジスタポストストア命令である。現浮動小
数点レジスタウィンドウポインタ変更命令は現浮動小数
点レジスタウィンドウポインタを変更する命令である。
前記命令のうち（ａ），（ｂ），（ｄ）の命令ニモニッ
クと機能は「作用」の項に述べた。図３（ａ）中、命令
コ−ドは、現浮動小数点レジスタウィンドウポインタ変
更命令であることを示すものである。汎用レジスタ番号
は、セットする現浮動小数点レジスタウィンドウポイン
タの値が格納されている汎用レジスタを指定する。浮動
小数点レジスタプリロ−ド命令は、主記憶デ−タを、
（現浮動小数点レジスタウィンドウポインタ＋１）のウ
ィンドウに属する浮動小数点レジスタに格納する命令で
ある。図３（ｂ）中、命令コ−ドは、浮動小数点レジス
タプリロ−ド命令であることを示すものである。浮動小
数点レジスタ番号は主記憶デ−タが格納される論理浮動
小数点レジスタ番号（ｒとする）であり、対応する物理
浮動小数点レジスタ番号は、現浮動小数点レジスタウィ
ンドウポインタをｗとして、＜ｗ＋１，ｒ＞である。汎
用レジスタの値が、デ−タを主記憶から読みだすための
主記憶アドレスである。該読みだし実行後、汎用レジス
タに加える値がインクリメント値である。拡張浮動小数
点レジスタプリロ−ド命令は、主記憶デ−タを、（現浮
動小数点レジスタウィンドウポインタ＋２）のウィンド
ウに属する浮動小数点レジスタに格納する命令である。
図３（ｃ）中、命令コ−ドは、拡張浮動小数点レジスタ
プリロ−ド命令であることを示すものである。浮動小数
点レジスタ番号は主記憶デ−タが格納される論理浮動小
数点レジスタ番号（ｒとする）であり、対応する物理浮
動小数点レジスタ番号は、現浮動小数点レジスタウィン
ドウポインタをｗとして、＜ｗ＋２，ｒ＞である。汎用
レジスタの値が、デ−タを主記憶から読みだすための主
記憶アドレスである。該読みだし実行後、汎用レジスタ
に加える値がインクリメント値である。なお、拡張浮動
小数点レジスタプリロ−ド命令の機能は「作用」の項に
示していないが、拡張浮動小数点レジスタプリロ−ド命
令の単なる拡張で、上記説明から自明である。浮動小数
点レジスタポストストア命令は、（現浮動小数点レジス
タウィンドウポインタ−１）のウィンドウに属する浮動
小数点レジスタからデ−タを主記憶に格納する命令であ
る。図３（ｄ）中、命令コ−ドは、浮動小数点レジスタ
ポストストア命令であることを示すものである。浮動小
数点レジスタ番号はデ−タが読みだされる論理浮動小数
点レジスタ番号（ｒとする）であり、対応する物理浮動
小数点レジスタ番号は、現浮動小数点レジスタウィンド
ウポインタをｗとして、＜ｗ−１，ｒ＞である。汎用レ
ジスタの値がデ−タが格納される主記憶のアドレスであ
る。該読みだし実行後、汎用レジスタに加える値がイン
クリメント値である。 これらの命令の動作を図２に従
い、説明する。まず、現浮動小数点レジスタウィンドウ
ポインタ変更命令について説明する。命令レジスタ１０
１に命令が取り込まれていると、命令は命令制御部１０
２で解読され、現浮動小数点レジスタウィンドウポイン
タ変更命令であることが識別されると、命令中に指定さ
れた汎用レジスタが汎用レジスタ群１０３から読みださ
れ、該レジスタに格納されている値が現浮動小数点ウィ
ンドウポインタレジスタ１１０にセットされる。

【００６２】次に浮動小数点レジスタプリロ−ド命令に
ついて説明する。命令レジスタ１０１に命令が取り込ま
れていると、命令は命令制御部１０２で解読され、浮動
小数点レジスタプリロ−ド命令であることが識別される
と、アドレス加算器１０７は、命令に指定された汎用レ
ジスタ番号で示される汎用レジスタの内容をデ−タを主
記憶から読みだすための主記憶アドレスとする。主記憶
アクセス制御部１０９は前記主記憶アドレスをもとにキ
ャッシュ１０８を検索し、キャッシュに所望のデ−タが
あれば、キャッシュからデ−タを転送し、なければ、記
憶制御ユニット２０経由で、主記憶３０からデ−タを転
送する。該転送デ−タは、浮動小数点レジスタ１０５に
格納されるが、格納される浮動小数点レジスタの物理浮
動小数点レジスタ番号は、変換回路１１２で以下のよう
にして求められる。命令中に指定された浮動小数点レジ
スタ番号は論理浮動小数点レジスタ番号（ｒとする）で
あり、現浮動小数点レジスタウィンドウポインタレジス
タ１１０の値をｗとして、＜ｗ＋１，ｒ＞が物理浮動小
数点レジスタ番号になる。該デ−タ転送動作開始後、汎
用演算器１０４で汎用レジスタの値にインクリメント値
を加える。

【００６３】次に拡張浮動小数点レジスタプリロ−ド命
令について説明する。命令レジスタ１０１に命令が取り
込まれていると、命令は命令制御部１０２で解読され、
拡張浮動小数点レジスタプリロ−ド命令であることが識
別されると、アドレス加算器１０７は、命令に指定され
た汎用レジスタ番号で示される汎用レジスタの内容をデ
−タを主記憶から読みだすための主記憶アドレスとす
る。主記憶アクセス制御部１０９は前記主記憶アドレス
をもとにキャッシュ１０８を検索し、キャッシュに所望
のデ−タがあれば、キャッシュからデ−タを転送し、な
ければ、記憶制御ユニット２０経由で、主記憶３０から
デ−タを転送する。該転送デ−タは、浮動小数点レジス
タ１０５に格納されるが、格納されるレジスタの物理浮
動小数点レジスタ番号は、変換回路１１２で以下のよう
にして求められる。命令中に指定された浮動小数点レジ
スタ番号は論理浮動小数点レジスタ番号（ｒとする）で
あり、現浮動小数点レジスタウィンドウポインタレジス
タ１１０の値をｗとして、＜ｗ＋２，ｒ＞が物理浮動小
数点レジスタ番号になる。該デ−タ転送動作開始後、汎
用演算器１０４で汎用レジスタの値にインクリメント値
を加える。

【００６４】次に浮動小数点レジスタポストストア命令
について説明する。命令レジスタ１０１に命令が取り込
まれていると、命令は命令制御部１０２で解読され、浮
動小数点レジスタポストストア命令であることが識別さ
れると、アドレス加算器１０７は、命令に指定された汎
用レジスタ番号で示される汎用レジスタの内容をデ−タ
を主記憶に格納するための主記憶アドレスとする。浮動
小数点レジスタ１０５からデ−タが読みだされるが、読
みだされるレジスタの物理浮動小数点レジスタ番号は、
変換回路１１２で以下のようにして求められる。命令中
に指定された浮動小数点レジスタ番号は論理浮動小数点
レジスタ番号（ｒとする）であり、現浮動小数点レジス
タウィンドウポインタレジスタ１１０の値をｗとして、
＜ｗ−１，ｒ＞が物理浮動小数点レジスタ番号になる。
主記憶アクセス制御部１０９は前記主記憶アドレスをも
とにキャッシュ１０８を検索し、キャッシュ中に、主記
憶３０の該主記憶アドレスに格納されているデ−タの写
しがあれば、該デ−タを前記読みだしデ−タに置き換
え、なければ、キャッシュは操作しない。さらに、主記
憶アクセス制御部１０９は記憶制御ユニット２０経由
で、主記憶３０の前記主記憶アドレスに前記読みだしデ
−タを格納する。該デ−タ転送動作開始後、汎用演算器
１０４で汎用レジスタの値にインクリメント値を加え
る。

【００６５】また、一般の浮動小数点命令（演算命令、
ロ−ド命令、ストア命令）では、命令中に示された論理
浮動小数点レジスタ番号ｒは、現浮動小数点レジスタウ
ィンドウポインタレジスタ１１０の値をｗとして、＜
ｗ，ｒ＞で示される物理浮動小数点レジスタ番号に、変
換論理１１２で変換され、該物理浮動小数点レジスタ番
号の示す浮動小数点レジスタが参照される。

【００６６】また、現浮動小数点ウィンドウポインタ有
効レジスタ１１１の値が「１」であると、現浮動小数点
レジスタウィンドウポインタが有効である。すなわち、
変換回路１１２における論理レジスタ番号−物理レジス
タ番号変換が行なわれ、「０」であると、論理レジスタ
番号−物理レジスタ番号変換は行なわれず、命令で指定
された論理浮動小数点レジスタ番号がそのまま物理浮動
小数点レジスタ番号になり、該物理浮動小数点レジスタ
番号の示す物理浮動小数点レジスタが参照される。 こ
こで、現浮動小数点ウィンドウポインタ有効レジスタ１
１１には、デ−タ処理システムの制御情報を格納する既
存のレジスタの空きビットを割当てれば良く、該レジス
タに値を格納する既存の命令を用いて値をセットするも
のとする。

【００６７】以上のように現浮動小数点レジスタウィン
ドウポインタ変更命令、浮動小数点レジスタプリロ−ド
命令、拡張浮動小数点レジスタプリロ−ド命令、浮動小
数点レジスタポストストア命令、現浮動小数点ウィンド
ウポインタの制御下での一般の浮動小数点命令は動作す
る。

【００６８】上記の実施例により、表３のようなプログ
ラムが実現でき、ベクトル計算が高速化されることは、
「作用」の欄に述べた。

【００６９】したがって、本発明の方式によると、現浮
動小数点ウィンドウポインタを変えることにより、命令
中のある浮動小数点レジスタ番号は異なる物理浮動小数
点レジスタ番号に変換されるので、命令によってアドレ
ス可能なレジスタの数よりも多い物理レジスタをデ−タ
処理装置のア−キテクチャを変えることなくアクセス可
能にでき、表３に示すようなプログラムが実現でき、デ
−タ読みだし、レジスタのぶつかりによって命令実行が
待たされることによる性能低下を防ぐことができ、プロ
グラムの高速な実行が可能である。

【００７０】特に、表３のプログラムからもわかる通
り、命令列のル−プのくりかえしが主となる科学技術計
算のベクトル計算では、ル−プごとに使うウィンドウを
変え、ｉ番目の要素の処理を、第ｉ−１ル−プにおける
浮動小数点プリロ−ド命令によるオペランドベクトルの
第ｉ要素のロ−ド、第ｉル−プにおける演算、第ｉ＋１
ル−プにおける浮動小数点ポストストア命令による結果
格納用ベクトルの第ｉ要素への演算結果のストアを行う
ことによって、１つのデ−タに対するロ−ド、演算、ス
トアの処理の命令列上での距離が大きくなり、デ−タの
読みだし時間、演算実行時間の影響による性能低下を防
ぐことができ、高速化ができる。

【００７１】ここで、表３にない拡張浮動小数点プリロ
−ド命令が実施例では導入されているが、これは、主記
憶からデ−タを読みだす時間が長いシステムにおいて
は、表３のプログラムのように、プリロ−ド命令を発行
したル−プの次のル−プでロ−ドされたデ−タを演算し
ようとしても、まだロ−ドが完了していなくて、演算命
令が待たされる場合が生じる恐れがある。したがって、
プリロ−ド命令を発行したル−プの次の次のル−プでロ
−ドされたデ−タを演算するようにプログラムできるよ
うに拡張浮動小数点プリロ−ド命令を考案した。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、現浮動小数点ウィンド
ウポインタを変えることにより、命令中のある浮動小数
点レジスタ番号は異なる物理浮動小数点レジスタ番号に
変換されるので、命令によってアドレス可能なレジスタ
の数よりも多い物理レジスタをデ−タ処理装置のア−キ
テクチャを変えることなくアクセス可能にできるので、
デ−タ読みだし、レジスタのぶつかりによって命令実行
が待たされることによる性能低下を防ぐことができ、プ
ログラムの高速な実行が可能であるという効果がある。

【００７３】特に、命令列のル−プのくりかえしが主と
なる科学技術計算のベクトル計算では、ル−プごとに使
うウィンドウを変え、ｉ番目の要素の処理を、第ｉ−１
ル−プにおける浮動小数点プリロ−ド命令によるオペラ
ンドベクトルの第ｉ要素のロ−ド、第ｉル−プにおける
演算、第ｉ＋１ル−プにおける浮動小数点ポストストア
命令による結果格納用ベクトルの第ｉ要素への演算結果
のストアを行うことによって、１つのデ−タに対するロ
−ド、演算、ストアの処理の命令列上での距離が大きく
なり、デ−タの読みだし時間、演算実行時間の影響によ
る性能低下を防ぐことができ、高速化ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による論理浮動小数点レジスタ番号−
物理浮動小数点レジスタ番号変換の１実施例。

【図２】 本発明による図３で示す命令を実行するデー
タ処理装置の１実施例を示す構成図。

【図３】 本発明による現浮動小数点レジスタウィンド
ウポインタ変更命令、浮動小数点レジスタプリロード命
令、拡張浮動小数点レジスタプリロード命令、浮動小数
点レジスタポイントストア命令の１実施例を示す図。

【符号の説明】

１０は命令処理ユニット、２０は記憶制御ユニット、３
０は主記憶、１０１は命令レジスタ、１０２は命令制御
部、１０３は汎用レジスタ群、１０４は汎用演算器、１
０５は物理浮動小数点レジスタ群、１０６は浮動小数点
演算器、１０７はアドレス加算器、１０８はキャッシ
ュ、１０９は主記憶アクセス制御部、１１０は現浮動小
数点ウィンドウポインタレジスタ、１１１は現浮動小数
点ウィンドウポインタ有効レジスタ、１１２は変換論理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中澤 喜三郎 神奈川県相模原市相模台６丁目29番10号 (72)発明者 中村 宏 茨城県つくば市並木４丁目1043番 (72)発明者 位守 弘充 茨城県つくば市天久保２丁目23番６号 (72)発明者 和田 英夫 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所 神奈川工場内 (56)参考文献 特開 昭62−98434（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161477（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−17873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−267134（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−241870（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−136131（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−129838（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−233279（ＪＰ，Ａ) Ｄａｎｉｅｌ Ｔａｂａｋ著，大森健 児訳，ＲＩＳＣシステム，日本，海文堂 出版株式会社，1991年11月１日，初版, ｐ．110−116 Ｄ．Ｒ．Ｍｉｌｌｅｒ，Ｄ．Ｊ．Ｑｕ ａｍｍｅｎ，Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ ｌ ａｒｇｅ ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｓｅｔ ｓ，Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，英 国，Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ−Ｈｅｉｎ ｅｍａｎｎ Ｌｔｄ．，1990年，第14 巻，第６号，ｐ．333−340 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 17/16 G06F 9/30 - 9/355 G06F 9/38 G06F 9/40 - 9/42 G06F 9/46 - 9/54

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】命令やデ−タを保持する主記憶と、該主記
   憶内に保持された主記憶デ−タを用いて命令を実行し、
   その命令には、該主記憶から主記憶デ−タを読みだし、
   命令中で番号づけされたレジスタに格納するロ−ド命令
   と、命令中で番号づけされたレジスタから該主記憶にデ
   −タを格納するストア命令と、演算を行い、演算結果を
   命令中で番号づけされたレジスタに格納する演算命令と
   を含む命令処理ユニットから成るデ−タ処理装置におい
   て、命令によってアドレス可能なレジスタの数より多い
   物理レジスタと呼ばれるレジスタと、複数のビットから
   成るウィンドウポインタレジスタと呼ばれるレジスタ
   と、１ビットのウィンドウポインタ有効レジスタと呼ば
   れるレジスタと、該ウィンドウポインタ有効レジスタの
   値が１のときに、命令中のレジスタ番号を物理レジスタ
   番号へ変換し、かつ前記ウィンドウポインタレジスタの
   値によって該変換のパタ−ンを変える変換回路とを備
   え、前記命令処理ユニットが実行する命令には、前記ウ
   ィンドウポインタレジスタの値を変更するためのウィン
   ドウポインタ変更命令と、命令中のレジスタ番号を前記
   ウィンドウポインタレジスタの値から決定されるが該ウ
   ィンドウポインタレジスタの値とは異なる値を前記ウィ
   ンドウポインタレジスタの値とみなして前記変換回路で
   物理レジスタ番号へ変換し、該物理レジスタ番号の示す
   物理レジスタに主記憶デ−タを格納するレジスタプリロ
   −ド命令と、命令中のレジスタ番号を前記ウィンドウポ
   インタレジスタの値から決定されるが該ウィンドウポイ
   ンタレジスタの値とは異なる値を前記ウィンドウポイン
   タレジスタの値とみなして前記変換回路で物理レジスタ
   番号へ変換し、該物理レジスタ番号の示す物理レジスタ
   から読み出したデ−タを主記憶に格納するレジスタポス
   トストア命令とを含み、前記命令処理ユニットは、前記
   レジスタプリロ−ド命令、前記レジスタポストストア命
   令を除く前記ロ−ド命令、前記ストア命令、及び前記演
   算命令の実行時には、命令中のレジスタ番号を前記ウィ
   ンドウポインタレジスタの値で前記変換回路で物理レジ
   スタ番号へ変換し、該物理レジスタ番号の示す物理レジ
   スタを参照し、前記レジスタプリロ−ド命令の実行時に
   は、命令中のレジスタ番号を前記ウィンドウポインタレ
   ジスタの値から決定されるが該ウィンドウポインタレジ
   スタの値とは異なる値を前記ウィンドウポインタレジス
   タの値とみなして前記 変換回路で物理レジスタ番号へ変
   換し、該物理レジスタ番号の示す物理レジスタに主記憶
   データを格納し、前記レジスタポストストア命令の実行
   時には、命令中のレジスタ番号を前記ウィンドウポイン
   タレジスタの値から決定されるが該ウィンドウポインタ
   レジスタの値とは異なる値を前記ウィンドウポインタレ
   ジスタの値とみなして前記変換回路で物理レジスタ番号
   へ変換し、該物理レジスタ番号の示す物理レジスタから
   読み出したデータを主記憶に格納することを特徴とする
   デ−タ処理装置。
2. 【請求項２】前記命令処理ユニットは、前記レジスタプ
   リロ−ド命令の実行時には、前記ウィンドウポインタレ
   ジスタの値に任意の整数値を加えた値を用いることを特
   徴とする請求項１記載のデ−タ処理装置。
3. 【請求項３】前記命令処理ユニットは、前記レジスタプ
   リロ−ド命令の実行時には、主記憶デ−タの読みだしに
   おいて、主記憶の内容の一部を一時的に保持しておく緩
   衝記憶装置であるキャッシュに該主記憶デ−タが登録さ
   れていなかった場合は、該キャッシュの内容は変更せ
   ず、前記レジスタポストストア命令の実行時には、主記
   憶へのデ−タ書き込みにおいて、該当する主記憶アドレ
   スの主記憶デ−タが該キャッシュに登録されていなかっ
   た場合は、該キャッシュの内容は変更しないことを特徴
   とする請求項１記載のデ−タ処理装置。
4. 【請求項４】命令中のレジスタ番号から前記物理レジス
   タ番号の変換において、該ウィンドウポインタレジスタ
   の値によって命令中のレジスタ番号から変換されうる前
   記物理レジスタ番号の集合と、該ウィンドウポインタレ
   ジスタの値と１異なる値によって命令中のレジスタ番号
   から変換されうる前記物理レジスタ番号の集合が１つま
   たは複数個のオ−バラップレジスタ番号と呼ばれる同一
   の値を含むことと、命令中のレジスタ番号のうち１つま
   たは複数個は、前記ウィンドウポインタレジスタの値に
   よらずグロ−バルレジスタ番号と呼ばれる同一の前記物
   理レジスタ番号に変換されることと、上記オ−バラップ
   レジスタ番号と上記グロ−バルレジスタ番号以外の前記
   物理レジスタ番号は、前記ウィンドウポインタレジスタ
   の１つの値のみによって変換される結果であることを特
   徴とする請求項１記載のデ−タ処理装置。
5. 【請求項５】前記命令中で番号づけされたレジスタと前
   記物理レジスタが、浮動小数点レジスタと呼ばれる、浮
   動小数点数を格納する専用レジスタであることを特徴と
   する請求項１記載のデ−タ処理装置。
6. 【請求項６】前記命令処理ユニットは、前記ウィンドウ
   ポインタ変更命令の実行時には、前記ウィンドウポイン
   タレジスタに値をセットするか、または、前記ウィンド
   ウポインタレジスタの値を増減するかいずれかの動作を
   行なうことを特徴とする請求項１記載のデ−タ処理装
   置。