JPH0760383B2 - プロセツサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、命令のデコード時間を短縮することができ
るプロセッサに関する。

（従来の技術） マイクロプログラム制御方式におけるマイクロプロセッ
サの高性能化に伴ない、マイクロプロセッサに所定の動
作をさせる機械語命令の命令長は長くなる傾向にあり、
可変長の機械語命令を処理するマイクロプロセッサが増
えつつある。

このようなマイクロプロセッサにおいては、可変長の機
械語命令は単位命令長（例えば８ビット＝１バイト）毎
に意味を有しているのが一般的であるため、このような
可変長の機械語命令を単位命令長毎に順次デコードして
いた。ただし、命令の実行のために用いられる変位（Di
splacement）及び即値（Immediate）が機械語命令中に
複数存在する場合には、上述した限りではなく、単位命
令長にとらわれることなくデコードが行われる場合があ
る。

可変長の機械語命令のデコード方法としては、可変長の
機械語命令が単位命令長毎にデコーダに与えられ、この
単位命令は、この単位命令がデコードされる前にデコー
ドされた単位命令のデコード結果の一部となっている次
の単位命令のデコードに必要な情報にしたがってデコー
ドされる。このデコード結果は、マイクロプログラムが
解釈，実行可能な情報と次の単位命令のデコードに必要
な情報とからなっている。そして、このデコード結果の
一部の情報である次のデコードに必要な情報にしたがっ
て、次の単位命令がデコードされ、可変長の機械語命令
が単位命令毎に順次デコードされる。

このような可変長の機械語命令のデコード方法にあっ
て、単位命令のデコードには、一般的に１マシンサイク
ルの時間を要していた。このため、可変長の機械語命令
をデコードするためには、その単位命令分のマシンサイ
クルの時間が必要であった。

（発明が解決しようとする問題点） 以上説明したように、可変長の機械語命令を単位命令毎
に順次デコードする方法にあっては、可変長の機械語命
令のデコードにその単位命令分のマシンサイクルの時間
がかかり、単位命令が多くなるとかなりの時間を要する
ことになる。

したがって、マイクロプロセッサが利用される分野にお
いては、処理の高速性が要求されるものがほとんどであ
り、上記のようなデコード方法では、マイクロプロセッ
サの性能が機械語命令のデコード時間が長くなることに
よって劣化してしまうという問題があった。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、機械語命令のデコード時
間を短縮して、プロセッサによる処理を高速に行うこと
ができるプロセッサを提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、複数の単位命
令からなる機械語命令のデコードを要する単位命令を単
位命令毎に並行してデコードし、それぞれの単位命令毎
に複数のデコード結果を得て、それぞれのデコード結果
はマイクロプログラムが実行可能な複数のデコード後命
令とこのデコード後命令に付随して上位の単位命令のデ
コード結果を特定するデコード情報とからなる複数のデ
コード手段と、複数のデコード手段にそれぞれ対応して
設けられ、下位の単位命令のデコード結果から得られた
デコード情報又は前機械語命令の最上位のデコード結果
から得られたデコード情報にしたがって対応するデコー
ド手段により得られた複数のデコード結果の中から１つ
のデコード結果を選択する複数の選択手段と、複数の選
択手段によって選択されたそれぞれのデコード結果を保
持し、保持されたデコード結果の内、最上位の選択手段
によって選択されたデコード結果のデコード情報が最下
位の選択手段に与えられ、下位の選択手段によって選択
されたデコード結果のデコード情報が上位の選択手段に
与えられてなる保持手段とから構成される。

（作用） 上記構成において、この発明は、機械語命令の複数の単
位命令を並行してデコードして、それぞれの単位命令毎
に複数のデコード結果を得て、下位側のデコード結果の
デコード情報にしたがって上位側のデコード結果の中か
ら１つのデコード結果を選択するようにしている。

（実施例） 以下、図面を用いてこの発明の一実施例を説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係るプロセッサの構成を
示すブロック図である。同図に示すプロセッサは、単位
命令の命令長を１バイト（８ビット）とする可変長の機
械語命令を２バイトすなわち２単位命令ずつ、２個のデ
コーダを用い並行してデコードするようにしたものであ
る。この実施例では、米国インテル社の32ビットマイク
ロプロセッサ（i APX80386）で取り扱われる機械語命令
のデコードの一例を示している。

ここで、第１図の構成を説明する前に、上記プロセッサ
の機械語命令の概略を説明する。

第２図は上記プロセッサで処理される機械語命令の一部
を示した図であるが、この他にも所望の処理を行うため
に各種の命令が用意されている。

上記プロセッサで処理される各種の機械語命令は、その
インストラクションに応じて、第２図に示すように、フ
ォーマット化されており、１バイトから15バイトの可変
長命令体系を有している。

このような命令体系を有する機械語命令を命令フォーマ
ット毎に分類すると、第３図に示すように、13種類に分
類される。

第３図において、“OP1"及び“OP2"は、処理内容を示す
情報であり、“OP2"は拡張された命令であり、“OP1"が
OF（Ｈ）の時のみ発生するものである。

“mod r/m"は汎用レジスタあるいはメモリを指定する情
報であり、“sib"は実行アドレスの算出時に汎用レジス
タを32ビットで指定する情報であり、“mod r/m"が特定
の値をとったときにのみ存在する情報である。

“T/P"のうち“T"は命令によって割り込みを行うための
情報であり、“P"は入出力機器を指定する情報である。
“offset"及び“selector"は実効アドレスをセグメント
方式で算出するために用いられる情報であり、“level"
は特定の命令でのみ使用される情報である。“DISP"は
実効アドレス算出に用いられる変位を示す情報であり、
“IMM"は即値である。ここで、“T/P",“offset",“sel
ector",“level",“DISP",“IMM"はいずれも数値情報で
ある。“Prefix"は命令の先頭に付加され、一連の命令
の中でこの“Prefix"が付加された命令のみアドレスサ
イズあるいはデータサイズ等を変更させる情報である。

このように機械語命令を分類することによって、同様な
機能、性質を有した命令を同一のハードウエアによって
デコードして、デコード効率を高めるようにしている。

第３図に示したように分類された機械語命令にあって、
任意の２バイトを選択した場合の命令の組み合わせは、
第４図に示すように、43通りの組み合わせとなる。第４
図に示す“無効”は選択された２バイドのうち上位にあ
るアドレスに分岐した場合に発生するものである。

無効は第４図に記載されているが、無効は単位命令では
なく、機械語命令の下位側のフィールドの値が参照され
ず意味を持たない情報となり、無効として取り扱われる
ということを意味するものであり、便宜上第４図及び第
５図に記載してある。この実施例では、機械語命令を２
バイトづつ並行してデコードしており、下位バイトは偶
数アドレスに設定され、上位バイトは奇数アドレスに設
定されているため、分岐命令が実行されて分岐先アドレ
スが奇数の場合には、機械語命令の先頭は上位の第２の
デコーダ２に供給されるので、下位側の第１のデコーダ
１は無効として取り扱われる。

ここで、第４図に示したように分類された機械語命令を
構成するそれぞれの単位命令長の情報は、共通に取扱う
ことができる情報があり、“T/P"及び“offset"を“DIS
P"として扱い、“Selector",“level"を“IMM"として扱
い、“Prefix",“OP1"を“先頭”として扱うようにす
る。このようにすることによって、第４図に示した２バ
イトの組み合わせは、第５図に示すように簡単化され
る。

第５図に示すような組み合わせにおいて、デコードすべ
き単位命令長の情報は、“無効",“先頭",“OP2",“mod
r/m",“sib",“DISP",“IMM"で十分である。したがっ
て、ある１バイトの情報をデコードした結果、この情報
の上位のアドレスにある１バイトの情報は、上記に示し
た７つの情報のうちの１つとなる。

ここで、“DISP"は“先頭",“OP2",“mod r/m",“sib"
のいずれかのデコード結果として得られ、“IMM"は“先
頭，“OP2",“mod r/m"のいずれかのデコード結果とし
て得られ、“DISP"及び“IMM"は数値情報であり、エン
コードされたものではないのでデコード処理は不要とな
る。また、“無効”は次のバイトが機械語命令の先頭で
あることを示し、それ自体に意味がないのでデコード処
理は不要となる。したがって、デコード処理は、上述し
た７つの情報のうち、“先頭",“OP2",“mod r/m",“si
b"の４つについて行えばよいことになる。。

次に、第１図に戻って、この実施例の構成及び作用を順
に説明する。

同図に示すマイクロプロセッサは、第１デコーダ1,第２
デコーダ2,第１セレクタ3,第２セレクタ４及びレジスタ
5,6を有している。

第１デコーダ１は、外部から２バイトづつ与えられる機
械語命令７のうち小さいアドレス（１バイト目）の単位
命令長の情報を、マイクロプログラムが解釈、実行可能
な命令形式の情報にデコードするものである。すなわ
ち、コード化されて与えられる情報を、前述したよう
に、“先頭",“OP2",“mod r/m"“sib"として４通りに
デコードするものであり、各々のデコード結果は第１セ
レクタ３に供給される。

第２デコーダ２は、２バイトの機械語命令７のうち大き
いアドレス（２バイト目）の単位命令長の情報を、上記
の第１デコーダ１と同様にデコードするものであり、各
々のデコード結果は第２セレクタ４に供給される。ここ
で、２バイトの機械語命令７は同時に各々のデコーダに
与えられる。

第１セレクタ３は、第１デコーダの４通りのデコード結
果の中から、レジスタ６に一時的に保持される情報にし
たがって、１つのデコード結果を選択するものである。
選択されたデコード結果は、１バイト目の情報のデコー
ド結果８と上位のアドレスの情報すなわち２バイト目の
情報がどのような情報であるかを示すデコード情報９と
からなっている。このうち、１バイト目の情報のデコー
ド結果８はレジスタ５に供給され、２バイト目のデコー
ド情報９は第２セレクタ４に供給される。

第２セレクタ４は、第１セレクタ３と同様に、第２デコ
ーダ２の４通りのデコード結果の中から１つのデコード
結果を選択するものであるが、この選択は、第１デコー
ダ１と異なり、第１セレクタ３から出力される２バイト
目のデコード情報９にしたがって行われる。

選択されたデコード結果は、２バイト目の情報のデコー
ド結果10と、この２バイトの機械語命令の次に与えられ
る２バイトの機械語命令のうち小さいアドレスにある情
報がどのような情報であるかを示すデコード情報11とか
らなっている。このうち、２バイト目の情報のデコード
結果10はレジスタ５に供給され、デコード情報11はレジ
スタ６に供給される。

第１のセレクタ３により選択されたデコード結果の内デ
コード情報９は、選択されるとともに第２のセレクタ４
に供給されるため、スルーラッチ回路等によって保持出
力される。一方、第２のセレクタ４により選択されたデ
コード結果の内デコード情報11は、次機械語命令の下位
のデコード結果を選択するため、デコード情報９のよう
に保持するとともに保持した時の命令サイクルの期間内
に第１のセレクタ３に出力する必要がなく、次の命令サ
イクルでレジスタ６に出力されるようにすればよいの
で、フリップフロップ回路等によって保持される。

したがって、デコード情報９は、１つの命令サイクルの
期間内に非同期に第１のセレクタ３により選択されてス
ルーラッチ回路等に保持されるとともに第２のセレクタ
４に供給される。

なお、デコーダ及びセレクタが増加した場合であって
も、デコード結果として得られるそれぞれのデコード情
報は、最上位のデコード情報を除いて１つの命令サイク
ルの期間内に下位側から上位側に非同期に伝達されるよ
うに、デコーダ、セレクタ及びスルーラッチ回路を設計
するようにすればよい。

レジスタ５は、第１セレクタ３によって選択された１バ
イト目のデコード結果８及び第２セレクタ４によって選
択された２バイト目のデコード結果10を各々所定の領域
に格納保持するものであり、格納保持された情報によっ
てマイクロプログラムが解釈、実行される。

レジスタ６は、第２セレクタ４によって選択されたデコ
ード結果のデコード情報11を格納保持するものであり、
この格納保持されたデコード情報11は第１セレクタ３に
供給される。

以上説明したように、この実施例は構成されており、次
にこの実施例の作用を説明する。

ここで、外部から与えられる２バイトの機械語命令のう
ち、例えば小さいアドレス（１バイト目）の情報を“先
頭”とし、大きいアドレス（２バイト目）の情報を“mo
d r/m"とした場合について説明する。

外部から同時に２バイトの機械語命令７が与えられる
と、小さいアドレスの情報は第１デコーダ１に与えら
れ、大きいアドレスの情報は第２デコーダ２に与えられ
る。

小さいアドレスの情報が第１デコーダ１に与えられる
と、この情報は第１デコーダ１によって“先頭",“OP
2",“mod r/m",“sib"の４通りにデコードされる。これ
らのデコード結果のうち“先頭”のデコード結果が、上
記の機械語命令７の前に与えられた機械語命令の大きい
アドレスのデコード結果のうちレジスタ６に保持されて
いるデコード情報（１バイト目の情報が“先頭”である
ことを示す情報）にしたがって、第１セレクタ３により
選択される。

選択されたデコード結果のうち、“先頭”としてマイク
ロプログラムが解釈、実行する情報８はレジスタ８に与
えられて格納保持され、大きいアドレスのデコード情報
（大きいアドレスの情報が“mod r/m"であることを示す
情報）９は第２セレクタ４に与えられる。

一方、２バイト同時に与えられた機械語命令７のうち、
大きいアドレスの情報は、第１デコーダ１のデコード動
作と同時に第２デコーダ２によって、“先頭",“OP2",
“mod r/m",“sib"の４通りにデコードされる。これら
のデコード結果のうち“mod r/m"が、第１セレクタ３か
ら与えられるデコード情報９にしたがって第２セレクタ
４により選択される。

選択されたデコード結果のうち、“mod r/m"としてマイ
クロプログラムが解釈、実行する情報10はレジスタ５に
格納保持され、デコード情報11はレジスタ６に与えられ
て一時的に保持され、次に与えられる２バイトの機械語
命令の小さいアドレスの情報のデコード結果を選択する
際に用いられる。なお、２バイトの機械語命令のうち、
デコードの必要がない情報例えば“DISP",“IMM"等は、
各々のデコーダを介さずに直接レジスタ５に与えられて
格納される。

このようにして、２バイトの機械語命令を並行してデコ
ードすることによって、第６図に示すように、２バイト
の機械命令は１マシンサイクルでデコードすることがで
きるようになる。したがって、１バイトの機械語命令は
1/2マシンサイクルでデコードされ、多数の単位命令で
構成される機械語命令は、従来に比べて1/2の時間でデ
コードすることができる。

なお、この発明の一実施例は、米国インテル社の32ビッ
トマイクロプロセッサ（i APX80386）で用いられている
機械語命令のデコード例を示したが、これに限ることは
なく、同様な可変長機械語命令であってもよいことは勿
論である。また、並行してデコードしようとする機械語
命令は２バイトに限ることはなく、用いるデコーダの数
に応じて増加させてもよい。さらに、第１図に示したマ
イクロプロセッサに与えられる機械語命令を、この機械
語命令が所定数デコードされる毎に、例えば外部メモリ
からこのマイクロプロセッサ内のバッファに所定数格納
保持して、このバッファからマイクロプロセッサに与え
るようにすることもできる。さらにまた、第１及び第２
セレクタを各々対応するデコーダの入力側に設け、デコ
ードしようとする機械語命令の情報を予め選択して各々
のデコーダに与えるようにしてもよい。ただしこの場合
には、並行してデコードされる例えば２バイトの機械語
命令のデコード時間が短く、１マシンサイクルでデコー
ドされることが条件となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、機械語命令の
所定数の単位命令を並行してデコードするようにしたの
で、可変長機械語命令のデコード時間が短縮され、プロ
セッサによる処理を高速に行うプロセッサを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るプロセッサの構成を
示すブロック図、第２図乃至第５図は第１図のプロセッ
サで処理される命令を示す図、第６図は第１図のプロセ
ッサのタイミング図である。 （図の主要な部分を表わす符号の説明） １……第１デコーダ、２……第２デコーダ ３……第１セレクタ、４……第２セレクタ 5,6……レジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の単位命令からなる機械語命令のデコ
   ードを要する単位命令を単位命令毎に並行してデコード
   し、それぞれの単位命令毎に複数のデコード結果を得
   て、それぞれのデコード結果はマイクロプログラムが実
   行可能な複数のデコード後命令とこのデコード後命令に
   付随して上位の単位命令のデコード結果を特定するデコ
   ード情報とからなる複数のデコード手段と、 複数のデコード手段にそれぞれ対応して設けられ、下位
   の単位命令のデコード結果から得られたデコード情報又
   は前機械語命令の最上位のデコード結果から得られたデ
   コード情報にしたがって対応するデコード手段により得
   られた複数のデコード結果の中から１つのデコード結果
   を選択する複数の選択手段と、 複数の選択手段によって選択されたそれぞれのデコード
   結果を保持し、保持されたデコード結果の内、最上位の
   選択手段によって選択されたデコード結果のデコード情
   報が最下位の選択手段に与えられ、下位の選択手段によ
   って選択されたデコード結果のデコード情報が上位の選
   択手段に与えられてなる保持手段と を有することを特徴とするプロセッサ。