JPH01500065A - 複数制御ストアを有するミクロプログラム情報処理システムの装置と方法 - 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】 複数制御ストアを有するミクロプログラム情報処理システムの装置と方法 発明の背景 １、発明の分野 本発明は一般に情報処理システムに関し、特にミクロプログラミング技術を使用 する様になされている中央処理サブシステムに関する。同一ミクロインストラク ション（ｓｌｃｒｏｌｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；以下ミクロ指令と称す）によって 別の時間にアクセスされる複数個の制御ストアを設備する事によって、中央処理 サブシステムの完成の容易化が成し遂げ得る。 ２、関連技術の説明 第１図を参照すると、典型的な情報処理システムが図示されている。本情報処理 システムは少なくとも一つの中央処理ユニット又はサブシステム１０（又は１１ ）と、少なくとも一つの入／出カニニット１３（又は１４）と、主メモリユニッ トあるいはサブシステム１５と、複数個のユニット又はサブシステムを結合して いるシステムバス１９とを含んでいる。中央処理ユニットは、ソフトウェア又は ハードウェアに記憶されているプログラム内のインストラクション（１，ｎ５ｔ ｒｕｃｔｉｏｎ）のシーケンス（ｓｅｑｕｅｎｃｅ　；以下順序と称す）に従っ て論理信号群を操作する。典型的には、論理信号群とプログラム自体は少なくと もプログラムの実行中はメモリユニット内に記憶される。入／出カニニットは情 報処理システムと端末ユニット、大量記憶ユニット、通信ユニット、及びその他 のユニットで情報処理システムと結合する事を要求しているものとの間のインタ フェースを成している。コンソールユニットは情報処理システムの起動、試験及 び診断処理の制御の為中央処理ユニットに接続可能であり、システムが動作中の 場合端末ユニットとして使用されるものである。システムバスは情報処理システ ム、サブシステム間の接続をなすものであるが、各種の処理要求に適合する為に 情報処理システムの形状の変更のための適当な技術を提供する。本発明は中央処 理ユニットによるインストラクション（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　；以下指令と 称す）の実行に関する。 例えば第１図に示す様な情報処理システムにおいて、情報信号群の実際の操作は 通常プログラムと呼ばれる関係指令の群の制御の下に行われる。これらの指令は 順番に行われる。次に第２ａ図を見ると、相関連する技術による指令の列の実行 が図示されている。最初の時間Ｔ。 の間に、指令＃１が中央処理ユニットサブシステムによって実行される。第１指 令が実行された後、次の指令＃２が順に第２時間Ｔｏの間に中央処理ユニットサ ブシステムで実行される。指令＃２の完了によって情報処理ユニットは第３時間 Ｔｏの間に指令＃３の実行がされる。 指令の命令通りの実行を確保する為に、情報処理ユニットは任意指令の実行の為 の期間として所定の時間を要求する。指令の為の実行時間が別々の長さを持ち得 るならば、中央処理ユニット内の論理部品群間で、及び情報処理システムの中央 処理ユニットとその他のサブシステムとの間で情報信号群の交換を調整するのに 中央処理ユニット内に複雑な装置を含ませる必要がある。即ち、３指令を実行す る時間は基本時間の３倍である。基本期間は指令セット中の最長指令の実行を可 能とするのに十分な時間でなければならない。中央処理ユニットによってより迅 速な指令の実行を行わせる為に、通常マクロインストラクシジン（ｍａｃｒｏｉ ｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；以下マクロ指令と称す）と称される指令の実行を、少な くとも１ミクロ指令の実行に分割する技術が作られている。各ミクロ指令は、一 方、ミクロ指令セグメントに分割され、各セグメントは中央処理ユニットによっ て順番に実行される。ミクロ指令セグメントを実行している装置の適当な組織化 によって、ミクロ指令の実行をオーバーラツプした要領で行う事が出来る。この 技術は指令セットの実行をパイプライン化すると称されている。各セグメント化 ミクロ指令の実行は非セグメント化ミクロ指令の実行に比較して必然的ではない にしても長い時間を取る可能性があるものの、ミクロ指令のミクロ指令セグメン トに分割するのに必要な付加装置のため、指令の流れは非セグメント化ミクロ指 令で可能なよりも迅速に実行される可能性がある。第２ｂ図においてミクロ指令 の複数個へのセグメントの分割が図示されている。各セグメントは中央処理ユニ ット内の別々の独立して動作するグループに関係するものと理解されたい。情報 処理システム設計の分野で公知の原理によるレジスタとゲートとは、特定のセグ メントを実行する部品グループの動作を分離している。各セグメント用のサブ区 間ｔｏは各装置グループ内で全可能セグメントの実行を可能とするのに十分な時 間でなければならない。 次に第２ｃ図を参照すると、パイプライン化技術の使用によって可能なミクロ指 令の順序の実行のレートの増加の結果が図示されている。指令＃１がここでは１ ０のｎ倍であるＴｏ。の新（恐らく長い）時間で完成されるが、ここに１０は各 ミクロ指令セグメントの実行の為に要求されるサブ時間間隔であり、ｎは各ミク ロ指令の実行の為に必要なミクロ指令セグメントの数である。次の順番のミクロ 指令、ミクロ指令＃２はミクロ指令＃１の開始後の時間ｔ。で開始される。次の 第３ミクロ指令、ミクロ指令＃３は、その後の時間ｔ。で始まる。各ミクロ指令 は実行の為に時間を増加させる事が出来る。しかし第１ミクロ指令の完成のため の最初の時間間隔が経過した後は、ミクロ指令は各時間間隔ｔ。で完成されてし まう。即ち、ミクロ指令の順序としては、順序の実行は、個々のミクロ指令の実 行が時間の増加を取り得るとしても、加速の可能性がある。 次に第３ａ図を参照すると、ミクロ指令順序のパイプライン化実行を行う中央処 理ユニット１０の組織が図示されている。中央処理ユニットは指令サブユニット ３１と付属制御ユニット３２．実行サブユニット３３とカッシ（ｃａｃｈｅ）　 （又はローカル）メモリサブユニット３４とに分解される。カッシメモリサブユ ニット３４はシステムバス１９に結合されて、制御ユニット３２の制御の下にシ ステムバスによって情報処理システムの他のサブシステムと論理信号グループを 交換する。実行サブユニット３３は、やはり制御ユニット３２の制御によって実 行中の指令によって定義された情報信号群の操作を行う。 指令サブユニット３１は実行すべきマクロ指令を受取り、中央処理ユニット１０ の操作の制御に使用出来る様に指令を変形する。マクロ指令に対応する信号は制 御ユニット３２のランダムアクセスメモリ（以下ＲＡＭと略称）又はロジックに 加えられ、マクロ指令信号でアドレスされる制御ユニット３２内のＲＡ　Ｍの一 部にはアドレスを含んでいる。このアドレスは次に制御ユニット３２内の制御ス トアに加えられ、この制御ストアはアドレス可能メモリである。制御ストアから の出力信号はミクロ指令であり、中央処理システムの論理素子に加えられる論理 信号である。ミクロ指令で供給された信号は中央処理ユニットの動作を制御する 。ミクロ指令からの信号はミクロオーダーと称するグループに配列され、各ミク ロオーダーは中央処理ユニットの一部の制御、例えばミクロ指令の実行に使用し 得る。 第３ａ図に示し本発明の説明の目的である単純化分割した情報処理ユニットを参 照すると、その指令の一部を完成する為の中央処理ユニットの各ユニットの為の 時間の長さは等しく取られている。即ち、情報処理ユニットで実行する指令とし ては、指令のセットの実行を第２ｃ図に示している。ここでの「サイクル」なる 用語の使用は、中央処理ユニットの完全１クロツクサイクルを意味すると限定す べきではないと了解されたい。第３ｂ図、第４ａ図、第４ｂ図の時間間隔は当該 技術分野において通常の技術を有する者が十分に理解される様にロジック設計で の考慮に応じて、中央処理ユニットの完全サイクル又はサイクルの一部のどちら かを示しうる。第２Ｃ図及び第３ｂ図の両者を参照すると、最初の指令は第１時 間間隔１０の間に指令ユニットによって処理される。第２の時間間隔１０の間に 、情報処理ユニットの実行サブユニット３３は第１指令を処理され得るが、その 間に中央処理システムの指令サブユニット３１は第２指令を処理し得る。第３期 間１０の間に、カッシメモリユニットは指令＃１を処理し得、実行ユニットは指 令＃２を処理し得、又、指令ユニットは指令＃３を処理し得ている。 カッシメモリサブユニット、実行サブユニット、及び指令サブユニットでの同時 処理を伴うこの３レベルパイプラインは、指令が指令サブユニット３１に到着す る限り、あるいはアドレスがミクロブランチ及びシーケンサユニットで作られる 限り継続される（第４ｂ図に示す）。 情報処理ユニットを図示の機能ユニットに分割する事は、一般的には、実行可能 なパイプライン形状を作るのに十分ではない事は明瞭である。上述した機能的サ ブユニット３１．３２．３３、及び３４は、各指令の実行を完成する為に必要と する動作を完成する為に複数個のサブユニットを必要とし得る。与えられたミク ロ指令を順次の要領で実行する複数個のサブユニットに中央処理ユニット１０を 分割するのに伴って、信号のグループは、時としてミクロオーダとも呼ばれて、 個々のユニットを制御するが、これはミクロオーダを中央処理ユニット１０の中 のサブユニットで処理される信号グループの流れと連動させるために系統的に遅 延しなければならない。 第３ｂ図を参照すると、ミクロオーダの出現の遅延に使用される制御ユニット３ ２′が示されている。第３ｂ図に見られる様に、ミクロ指令は例えば指令バッフ ァの様なユニット（図示せず）から指令サブユニット（第３ａ図参照）に引出さ れてデコーダーＲＡＭ５０に加えられる。時間Ｔ３の間に、ＲＡＭ５０の出力は 、マクロ指令を実施するミクロ指令のセットの最初のアドレスであるが、ラッチ ７０及びバッファ８０の様な一時的記憶素子を介して制御ストア６０に加えられ る。（以下、「ラッチ」又は「バッファ」なる用語の使用は限定的なものではな く、任意の一時的記憶素子、例えばフリップ−フロップ回路又はトリガ回路で置 換可能である。）制御ストア６０は関連する一連のミクロオーダを発生するが、 これは次にラッチ６２に加えられる。 ラッチ６２は第２Ｃ図に図示の３レベルパイプラインに適合させる為に３部分に 分割されている。即ち期間Ｔ４の間にラッチ６２はミクロオーダとしてその中に 記憶された論理信号群の３セツトの中の一つを中央処理ユニットのサブユニット に出力し、残り２セツトをラッチ６４に加える。期間Ｔ５の間に、ラッチ６４は ミクロオーダの残りの一方を中央処理ユニットのサブユニットに出力し、最後の 残りセットをラッチ６８に記憶する。次いで、期間Ｔｅに、ラッチ６８はミクロ オーダの残りセットを出力する。 見られる様に、中央処理ユニットの複雑さが増えると、制御ユニットの複雑さも 増加する。ミクロ指令は次第に大きくなり手に負えなくなるのに伴ってユニット ３２内のラッチの数と寸法も増加する。従って、更に管理容品なミクロ指令制御 を提供し、中央処理ユニット１０のサブユニットにミクロオーダを適時に与える 事を含む問題を解決する事の必要性が感じられる。 発明の要約 従って改良情報処理システムの提供が本発明の目的である。 改良ミクロプログラム情報処理システムを提供する事が本発明の別の目的である 。 複数個の中央ストアを有する中央処理ユニットを提供する事が本発明の更に別の 目的である。 等しいミクロアドレスを複数個の制御ストアの特定のものに印加し得る複数個の 制御ストアを提供する事が本発明の更に特殊な目的である。 別のシステムクロックサイクルの間にアドレスを与え得る複数個の制御ストアを 提供する事が本発明の更に別の特別な目的である。 上述の、及びその他の目的は、本発明によれば、ミクロプログラム制御の下に動 作する中央処理ユニットによって完成される。制御ユニットは情報信号群を処理 している装置を制御する信号を提供する。制御ユニットはアドレス信号群をミク ロ指令セグメントに変換する複数個の制御ストアユニットを含んでいる。複数個 の制御ストアを使用する事によって、ミクロ指令セグメントの発生が別のクロッ クサイクル中に行い得、個々のミクロ指令の実行のアクチビテイとタイミングを 合せる事が出来る。 複数個の制御ストアは複数個のミクロ指令セグメントを成し、各ミクロ指令は単 一制御ストアからのミクロ指令よりも狭い範囲を持っている。違うタイミングで （所定のアドレスで）ミクロ指令を発生する事によって、セグメントの実行を伴 うミクロ指令の調整に使用する素子の数を減少する事が出来る。 これらの、及びその他の本発明の長所は図面を参照しての以下の説明の読了によ って理解されよう。 図面の簡単な説明 第１図は本発明を使用する事の可能な情報処理システムのブロック図である。 第２ａ図１第２ｂ図及び第２Ｃ図は指令をセグメントに分割する事の図式表現で ある。 第３ａ図はセグメント化指令の実行を行う事の出来る付属制御ユニットを有する 中央処理ユニットのブロック図である。 第３ｂ図は第３ａ図の中央処理ユニット内で使用する制御ユニットのブロック図 である。 第４ａ図は本発明による複数個の制御ユニットを有する情報処理システムのブロ ック図である。 第４ｂ図はタイミングチャートと重ね合せた第４ａ図に示す制御ユニットのブロ ック図である。 好ましい実施例の説明 ４、

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は関連技術と関連して既に説明した。　次に第４ａ図 を見ると、本発明による複数個の制御ストアを有する制御ユニット３２を有する 中央処理ユニットのブロック図を示す。第４ｂ図は本発明の制御ユニット３２の 更に詳細な図を示す。第４ａ図及び第４ｂ図において、複数個の期間、特にＴ１ 乃至Ｔ６が図示されている。これ等の期間はミクロ指令の実行に対する中央処理 ユニットの制御の流れに全体的に関係している、即ち、各期間はミクロ指令セグ メントの実行に全体的に係わっている。指令はカッシメモリサブユニット３４で 検索されて指令バッファ４０１に到着する。所定の時間に、与えられた（マクロ ）指令は指令バッファ４０１から引出されて、期間Ｔ２に、ラッチ４１０を介し てデコーダＲＡＭ４０２に加えられる。デコーダＲＡＭ４０２からの出力はマル チプレクサ／ラッチ回路４０３の第１端子セツトに加えられる。期間Ｔ３の間に 、マルチプレクサ／ラッチ回路４０３からの出力信号は第１制御ストア４０４に 加えられると同時にラッチ回路４１６に加えられるが、しかし、信号は期間Ｔ４ まではラッチ回路４１６には到着しない。制御ストア４０４の出力信号はミクロ ブランチと順序論理ユニット４０５とラッチ回路４１１に直接に加えられる。期 間Ｔ４の間に、ラッチ回路４１６からの出力信号は制御ストア４０２とラッチ回 路４１４とに加えられる。制御ストア４０２の出力信号はラッチ回路４１３に直 接に加えられる。期間Ｔ５内に、ラッチ回路４１４からの出力信号は第３制御ス トア４０９に加えられて、第３制御ストア４０９からの出力はラッチ回路４１９ に直接に加えられる。即ち、ラッチ４１１、ラッチ４１３及びラッチ４１９の出 力信号は、同一アドレスでかつ引き続いてのクロックサイクル、夫々期間Ｔ　、 Ｔ　及びＴ６に発生されたミクロ指令である事が判明しよう。 付属ラッチ回路４２６を有する実行論理ユニット４２５と、付属ラッチ回路４２ １を有するレジスタファイル４２０とは、ミクロオーダを違った時間に受取り、 各種の制御ストアからミクロ指令セグメントを受取り得る主要中央処理装置の例 を示すものである。ラッチ回路４１０．４０３．４１１．４１３．４１４．４１ ６及び４１９はラッチ回路４２１と４２６と共に装置グルービング及び時間に関 しての隔離を強調するために存在している。 ミクロブランチと順序論理４０５は制御ストアからの早期の信号受信を要求する 装置の例として含まれているものである。ミクロブランチシーケンサは他の操作 と共にブランチ操作とサブルーチンを行う為に使用される。 ユニット４０５に加えられた制御ストア４０４からのミクロ指令のセグメントは この種のブランチ操作又はサブルーチンの一つの操作に当たって使用されよう。 制御ストア４０４から引出され、マルチプレクサ／ラッチ回路４０３に加えられ る信号は、回路４０３にミクロブランチと順序論理ユニット４０５からの信号を 選択させる。 回路４０３がミクロブランチと順序論理ユニット４０５からの信号を選択すると 直ちに、制御ユニット３２は期間Ｔ３の間に開始される新ミクロ指令を開始する 様に方向変換される。 ２、好ましい実施例の動作 実行論理ユニット４２５、このユニットは通常情報信号群に論理操作を加えるも のであるが、これは通常若干のユニットを含んでおり、複数モードで動作可能で ある。 各種の論理信号のセット（ミクロオーダ）が適当なモードで動作している各ユニ ットの制御の為に必要とされる。 サイクルで完了する。同様に、実行論理ユニットとこれに付属する装置の効果的 な動作は、操作すべき情報が実行論理ユニットの適当な位置に容易に得られる事 を要求する。最新の中央処理システム設計においては、実行論理ユニットは通常 複数個の操作を行うが、操作の希望の実施例に於いては、第１システムクロツク サイクル中に操作すべき情報信号群、次のシステムクロックサイクル中に情報信 号群に加える操作、及びさらに後のシステムクロックサイクルの間の結果の使用 及び伝送は比較的狭いバンドのクロックサイクルで起こる。しかし、これらの操 作は当業者周知の原理によって分離される。 即ち、複数個の制御ストアはミクロ指令順序生情報信号群の順序操作と同期させ 得る。制御ストアに加えられたアドレス信号は更に適切なミクロ指令セグメント 同期が達成され得るならば、各制御ストアの１クロツクサイクルを越えて遅延さ せる事も出来る。全ミクロ指令の幅に対する節約は出来ないものの、ミクロ指令 を少なくとも２個の小ミクロ指令に分離する事によって実行に当たっての便宜が 実現出来る事は明らかであろう。 特別な例示として、中央処理ユニットの原初の制御ストアが１５０ビレトフイー ルドと１５ビツトのアドレスフィールドを持っていたとすると、約５０ビツトフ イールドと、１サイクルのアドレスフィールドの遅延を有する３制御ストアの使 用は、第３ｂ図のラッチ６２で約１００ラツチを不要とする。更にこれはラッチ ６４で５０ラツチを削除し、ラッチ４１４で只の１５ラツチを追加させる。 ラッチ４０３．４１６及び４１４のカスケード接続は、アドレスの制御ストアへ の印加によって直ちに駆動されねばならぬ素子の数の減少を達成する事も又明ら かである。この減少は信号分配ファンアウトにおいて顕著である。即ち、中央処 理ユニットの複雑性が増加し、パイプライン中のレベルの数又はミクロ指令のサ イズの増加は、本発明の使用によって中央処理ユニットの制御ユニットの論理回 路配置の複雑性を相当に減少させる事が明らかとなろう。 ＦＩＧ　／ ＦＩＧ　２υ ＦＩＧ、２ｃ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．マクロ指令に従って情報信号群の処理が可能な複数個の要素であって、中央 処理ユニットがミクロ指令セグメントに付属してこれに応動する論理要素群に分 割され、各セグメントが夫々の論理要素群に所定の時間順序で印加される複数個 の要素と、 前記ミクロ指令に附随し少なくとも一つの第１ミクロ指令セグメントに設けられ た第１アドレス信号群に応動する第１制御ストアユニットと、 前記第１アドレス信号群に関連する第２アドレス信号群を受信して少なくとも１ 個の第２ミクロ指令セグメントを提供する第２制御ストアユニットであって前記 第２ミクロ指令セグメントは前記第１ミクロ指令セグメントとは別のクロックサ イクルに発生される第２制御ストアユニットと、 を有するミクロプログラム化中央処理ユニット。
2. ２．更に前記第２アドレス信号群に関連するアドレス信号第３群に応動して少な くとも一つの第３ミクロ指令セグメントを発生する第３制御ストアを有し、前記 ミクロ指令セグメントが前記第１及び第２セグメントとは違うクロックサイクル に発生される、請求の範囲第１項に記載の中央処理ユニット。
3. ３．前記第１、前記第２、及び前記第３群のアドレス信号はほぼ均等である、請 求の範囲第２項に記載の中央処理ユニット。
4. ４．第１システムクロックサイクル内において第１制御ストア内で少なくとも第 １ミクロ指令セグメントを発生し、 第２システムクロックサイクル内において第２制御ストアによって第２ミクロ指 令セグメントを発生する、各工程を有するミクロプログラム化情報処理システム の制御用ミクロ指令セグメントの発生方法。
5. ５．更に、第３システムクロックサイクル内において第３制御ストア内で少なく とも第３ミクロ指令セグメントを発生する工程を有する、請求の範囲第４項に記 載のミクロ指令セグメントの発生方法。
6. ６．ほぼ同一アドレス信号群を前記第１、前記第２、及び前記第３制御ストアに 加える工程を更に有する、請求の範囲第５項に記載のミクロ指令の発生方法。