【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えばノイマン型コンピュータ等の高速処理
計算機に関する。
〔発明の概要〕本発明は、高速処理計算機において、その処理命令を、
その種別に応じて２種以上のグループに分け、それぞれ
を個別に実行するプロセッサを設けたことにより、処理
速度を高めたものである。
（従来の技術〕従来、ノイマン型プロセッサの典型的な例として、１つ
のプロセッサで全ての命令を直列に処理して行くシング
ルプロセッサ方式が多く使用されていた。この様なシン
グルプロセッサ方式においても、いくつかの観点に基づ
きある程度の高速化が図られている。以下にその幾つか
を示す。
（命令数の削減）一般に、ＣＰＵが処理すべき命令が多くなる程、ｃｐｕ
自身の内部構成が複雑となり、それに伴い命令の実行速
度が低下する。従って全体の命令数１ を平均的に
減らし、複雑度を下げることにより高速化が実現されて
いる。
（高速メモリの使用）−Ｃに、メインメモリの動作速度は、ＣＰＵの動作速度
より遅く、メモリとｃｐｕを直結した構成にすると全体
の処理速度は、メインメモリの動作速度に律速される。
そこで、データの転送速度を向上させる為にＣＰＵとメ
・インメモリの間に、ＣＰＵの動作速度に追従できる比
較的小容量の高速メモリ、即ちキャッジメモリを挿入し
、再利用頻度の高いデータをあらかしめキャッジメモリ
内に常駐させることが行われている。
また、命令フェッチについても再利用頻度の高い命令を
命令キャッジメモリに常駐させることにより高速化が図
られている。
しかしながら、これらの高速化のアプローチは従来のシ
ングルプロセッサ構造の延長線で考えうる範囲にとどま
っており、更に高速化を要求する場合、この様な方式に
おいては、解決し得ないいくつかの問題点が存在してい
た。
〔発明が解決しようとする問題点〕上記した従来技術において、更なる高速化に際す問題点
を以下に列挙する。
（命令数の削減における問題点）先にも述べた様に、従来命令数を削減することにより高
速化が図られているが、著しく命令を減らしたり、又命
令をいくつかのグループに分離することは、ＣＰＵの構
成上不可能であり、高速化には、自ずと限界があった。
（高速メモリの使用における問題点）キャッジメモリの使用においては、以下に示す問題が挙
げられる。データ転送に関して、データ処理の過程で利
用されるデータは、必ずしも再利用頻度の高いものばか
りではない。それ故キャッジメモリの８后を上まわる大
量のデータ更新が頻繁に発生する。このような場合、Ｃ
ＰＵから−）−ヤノシメモリ内のデータにアクセスして
ヒツトする６゛α率は著しく低下し、メインメモリへア
クセスせざる得なくなる。このときのＣＰＵの実行処理
速度はメインメモリの速度の制約を受けて著しく低下す
ることになる。また命令フェッチに関しても、同様であ
り、処理内容によっては必ずしも再利用度の高いものば
かりではなく、場合によっては、頻繁に命令キャッジメ
モリ内の更新を伴うことがある。その典型としては、頻
繁に分枝命令の処理を行う場合がある。この場合、命令
キャッジメモリ内の命令は更新が必要となり、ＣＰＵは
メインメモリの更新命令をフェッチする為にアクセスす
る。こ結果、低速メモリの速度的制約を受けて、処理速
度の低下を免れない。
（メモリアクセス経路の問題）命令及びデータは通常メインメモリ内のある領域に格納
されており、ＣＰＵは通常同一のバスを経由して順次メ
インメモリ内の命令をフェッチし、又データの読み出し
、格納を実行して行（。この場合同一のハスを使用して
いるため、高速化のため例えば命令とデータを並列にア
クセスするようなことは不可能であった。
（分枝処理の問題）ノイマン型コンピュータの命令実行はプログラムカウン
クのソーケンスに従って直列的に行われる。通常、分岐
を含まない処理、即ち連続的に処理してもよい命令は、
例えばパイプライン方式により７＆Ｍ命令をブリフェッ
チして順次処理することができる。しかし分枝命令を含
む場合は分岐光が確定するまでプリフェッチすることが
できずパイプライン処理上問題となる。
そこで本発明は、上記した欠点の根本的な解決策を従来
するものであり、飛曜的な高速処理を可能とする高速処
理計算機を提供することを目的とするものである。
〔間５点を解決するための手段〕上記の問題点を解決するため、本発明においては、計算
機が実行するプログラムの命令をその種別に応じて少な
くとも２種類のグループに分け、それぞれを格納するメ
モリと、３亥メモリにｔ妾続しそれぞれのグループを個
別に実行する複数のプロセッサと、データの転送命令を
含むグループを実行するプロセッサに接続するデータメ
モリと、前記各プロセッサ間を接続する通信線とから高
速処理計算機を構成した。
〔作用〕上記構成による作用を説明すれば、個々のメモリに格納
されたそれぞれの命令は、順次それぞれを個別に実行す
るプロセッサに読み込まれる。それぞれのプロセッサは
、他のプロセッサとの同期を取る必要が生じるまで、各
プロセッサが有すプログラムカウンタに基づき独立して
実行していく。
読み込まれた命令を実行する為に、他のプロセッサと同
期を取る必要が生じた場合は、該プロセッサは、同期を
取るのに必要な情報が、他のプロセッサから通信線を介
して送られてくるのを待つ。
必要な情報が送られてくると、該プロセッサは、始めて
その命令を実行する。この様にしてそれぞれの命令を並
列に実行することにより高速な処理を可能とした。
〔実施例〕本発明をより良く理解するため本発明の実施例を図面に
基づき詳述する。本実施例においては、全ての命令は三
種のグループに分けられる。一つはロード命令やストア
命令などのデータメモリとアキュムレータまたはレジス
タ間のデータ移動を行うデータ転送命令のグループであ
り、また他の一つは、加算や乗算などの計算を行う演算
命令のグループである。残りの一つは、命令の実行順序
を制御する分岐命令のグループである。
また各命令は、該命令を実行するための条件、即ら、同
期を取るための条件が必要な場合には、合わせて記述さ
れているものとする。
第１図は、この様な実施例の構成図である。図中転送命
令メモリ１には、前述したデータ転送命令のグループに
含まれる命令だけが、所定のシーケンスで格納されてい
る。また演算命令メモリ２には、同様に演算命令のグル
ープに含まれる命令だけが格納されている。分岐命令メ
モリ３には、分岐命令のグループに含まれる命令だけが
格納されている。
前記転送メモリ１は、命令バス４を介して転送プロセッ
サ５に接続されている。該転送プロセッサ５は、転送命
令だけを効率よく実行する為の専用プロセッサであり、
その内部には、命令読み込み時に使用するプログラムカ
ウンタを存している。
前記転送プロセッサ５には相方向性のデータバス６を介
してデータメモリ７とレジスタ８が接続されている。前
記転送プロセッサ５は自身のプログラムカウンタのカウ
ント値に従い、前記転送命令メモリ１より、指定された
命令を読みだし、その内容に基づき、前記データメモリ
７とレジスタ間でデータのやりとりを行う。この様な操
作の例としては、たとえば、前記データメモリ７より措
定されたデータを読み出し、同様に指定されたレジスタ
に格納することや、その逆に指定されたレジスタからデ
ータを読み出しデータメモリ７上の指定された位置に格
納することが挙げられる。
前記演算命令メモリ２には、前記転送命令メモリ１のと
きと同様に、命令ハス４を介して演算プロセッサ９が接
線されている。該演算プロセッサ９は、演算操作だけを
高速に実行する為の専用プロセッサであり、先の転送プ
ロセッサ５と同様にプログラムカウンタを有している。
該演算プロセッサ９は、前記レジスタ８がバスを介して
接続されており、前記プログラムカウンタでのカウンタ
値に基づき前記演算命令メモリ７より命令を読み出し、
前記レジスタ中に格納されているデータに演ゴγを施す
ものである。
前記分岐命令メモリ３にも、分岐処理専用のプロセッサ
である分岐プロセッサ１０が命令バス４を介して接続さ
れている。該分岐プロセッサ１０も、先の二つのプロセ
ッサ同様にプログラムカウンタを有しており、ここでの
カウント値に基づき前記分岐命令メモリ３から命令を読
み出している。
前記分岐プロセッサ１０は、前記転送プロセッサ５と前
記演算プロセッサ９と、アドレス転送バス１１を介して
接続されている。該分岐プロセッサｌＯは、読み出され
た命令を実行した結果での分枝光アドレスをこのアドレ
ス転送ハス１１を介して前記転送プロセッサ５と演算プ
ロセッサに送り出している。前記転送プロセッサ５と前
記演算プロセソサ９は、この分岐先アドレスを受けとり
それぞれ自身のプログラムカウンタを変更する。前記転
送プロセッサ５、演算プロセッサ９、分岐プロセッサ１
０は、それぞれ同期をとるための通信線１２で接続され
ている。この通信線１２を介して各プロセッサは同期を
とるための情報を交換している。各命令には、先にも述
べた様に（必要な場合には）同期をとるための条件が記
述されており、これはたとえば、この命令が終わったら
信号を発生、所定のプロセッサからの１３号の人力を待
って命令を実行という様なものであり、各プロセッサは
、前記通信線を介して受は渡された情報が命令に記述さ
れた情報を満足すると始めてその命令を実行するもので
ある。また同期を取る必要がない場合には、各プロセッ
サは、独自に各命令を処理するものである。
以上の構成における動作を以下に詳述する。尚、説明に
あたっては、一連の処理を想定しそれに基づき説明を進
める。いま、ａ、ｂという２つの数値が前記したデータ
メモリ７に格納されており、この値を用いて（ａ＋２）
Ｘｂという演算と、ａ＋２が正ならば（ａ＋２）Ｘ （
１−ｂ）という演算、それ以外なら（ａ＋２）Ｘ （１
＋ｂ）という／ａｉ算を実行しここで得られた２つの値
を前記データメモリ７上に格納するという処理を想定す
る。
この処理は、（ａ＋２）Ｘｂという計算を実施し、まず
は前記データメモリ７へ格納した後、ａ＋２の符号をテ
ストしそれに基づきａ＋２に先に計算した（、１＋２）
ｘｂを減算もしくは加算を施しその結果を前記データメ
モリ７上に格納することにより行われる。この処理の流
れを直列的に示したものが第２図である。
本発明によれば、すべての処理は、転送、演算。
分岐の三種のグループに分けられこれらが並行して処理
されるのでこのような直列的な記載は適当ではないが、
各ステップを一応順を追って説明すれば、データメモリ
内のＩＩ ａｌｌを第１のレジスタ（Ｒ１）に転送（工
程Ｍ１）、データメモリ内のＩＩ ｂ １１を第２のレ
ジスタ（Ｒ２）に転送（工程Ｍ２）、第１のレジスタに
格納された値に２を加算し、第３のレジスタ（Ｒ３）に
格納（工程Ａ１）。
第２のレジスタの値と第３のレジスタの値の積をとり第
４のレジスタ（Ｒ４）に格納（工程Ａ２）。
第４のレジスタに格納された値をデータメモリに格納（
工程Ｍ３）、第３のレジスタの値が正であるかを判断（
工程Ｂｌ）、真であった場合は、第３のレジスタの値か
ら第４のレジスタの値を引き第５のレジスタ（Ｒ５）に
格納（工程Ａ３）、第５のレジスタの値をデータメモリ
に格納（工程Ｍ４）して終了。
また、工程Ｂ１での結果が偽であった場合は、第３のレ
ジスタの値と第４のレジスタの値の和をとって第５のレ
ジスタ（Ｒ６）に格納しく工程Ａ４）、第６のレジスタ
の値をデータメモリに格納（工程Ｍ５）して終了である
。
さて、これら一連の処理を先に示した三種の処理、即ち
、転送、演算２分岐に分けると、前記したＭｌの工程、
Ｍ２の工程、Ｍ３の工程、Ｍ４の工程、Ｍ５の工程が転
送の命令グループとして分けられ、初期状態においては
この順序で前記転送命令メモリ１に格納されている。ま
た前記したＡ・１の工［、Ａ２の工程、Ａ３の工程、Ａ
４の工程が、／ｙｉ算命令グループとして同様に前記演
算命令メモリ２に格納される。Ｂ１の工程は分岐命令グ
ループとして前記分岐命令メモリ３に格納される。
ここで、Ｍｌの命令並びにＭ２の命令には、該命令を終
了した後に前記演算プロセッサ９に対して信号を送信す
る旨の付帯情報が、Ｍ３．Ｍ４．Ｍ５の命令には、前記
演算プロセッサ９からの信号の入力を待って実行する旨
の付帯情報が、Ａ１の命令には、前記転送プロセッサ５
からの信号を待って実行、実行が終了したら前記分岐プ
ロセッサ１０に信号を送信する旨の付帯情報が、Ａ２の
命令には、前記転送プロセッサ５からの信号を待って実
行、実行が終了したら前記転送プロセ・７す５へ信号を
送信する旨の付帯情報が、Ａ３．Ａ−４の命令には、前
記演算プロセッサ９からの信号を待って実行、実行が終
了したら前記演算プロセ・ノサ９に信号を出力する旨の
付帯情報が、Ｂ１の命令には前記演算プロセッサ９から
の信号の入力を待って実行、実行が終了したら前記演算
プロセッサ９に対して信号を出力する旨の付帯情報がそ
れぞれ書き込まれているものである。
各プロセッサの実行の様子を表したものが第３図であり
上から順に転送プロセッサ５、演算プロセッサ９、分岐
プロセッサ１０の実行を示している。
また図中の矢印は各プロセッサ間の信号のやりとりを示
し、また、命令の読み込みは実行の４倍（実際にはＩＯ
倍程度であるが）として表現されている。また、各プロ
セッサは、前の命令を実行した後に遅れなく引き続く命
令を読み込み解釈するものとする。このときプロセッサ
は、この命令が連続して実行できるならば、命令を実行
に移すが、他のプロセッサとの同期をとるために命令の
実行を持たねばならないときは、この状態で条件がとと
のうまで待機する。
さて、前記した一連の処理の実行が指示されると、前記
転送、演算１分岐の各プロセッサ５．９゜ｌＯはそれぞ
れの命令メモリから最初の命令即ちＭｌ、Ａ１．Ｂｌを
それぞれのプログラムカウンタの値に基づき読み込んで
くる。ここでＭｌには、付帯（ｎｆ［ｉが記述されてい
す、従って前記転送プロセッサ５は、速やかにこの命令
を実行する。一方Ａ１．１！：Ｂｌには先に示した付帯
情報が記述されており、現段階ではそれぞれの条件を満
たしていないので前記演算プロセッサ９と分岐プロセッ
サｌＯは待機状態となる。
前記転送プロセッサ５は、Ｍｌの命令の実行を終了する
と他のプロセッサに対して前記通信線１２を介してその
情報を出力する。それと同時に自身のプログラムカウン
タをカウントアツプし次の転送命令Ｍ２を転送命令メモ
リ１から読み込んでくる。このＭ２にも先のＭ１同様、
付帯情＞ｉｔは書き込まれていないので引き続き実行に
移される。これと並行して前記転送プロセッサ５からの
Ｍｌの終了情報を受けた前記演算プロセッサ９は、これ
を実行の条件としているＡｌの命令を実行に移す。
前記演算プロセッサ９は、ＡＩの実行を終了すると外部
に対し終了を送信する。これと同時に自身のプログラム
カウンタを更新し次のＡ２の命令を読み込む。ここでＡ
２の命令には、前記転送プロセッサ５でのＭ２の処理が
終了した後に実行するとの付帯条件が書き込まれている
が、この時点ではすでに終了しており、引き続き実行に
移す。これと並行し前記分岐プロセッサ１０は、前記演
算プロセッサ９からのＡ１の終了情報を受け、すでに読
み込まれているＢ１の処理を実行に移す。該分岐プロセ
ッサ５は、前記演算プロセッサ９でＡ１の実行結果に基
づき分岐先を決定し、その行先での命令アドレスを各プ
ロセッサに対し、アドレス転送ハス１１を介して出力し
、この処理を終了すると共にこのＢ１の工程が終了した
ことを示す信号を他のプロセッサに対し出力する。前記
転送プロセッサ５は、Ｍ２の処理を終了すると、この処
理の終了信号を他のプロセッサに対し出力する。
これと同時に自身のプログラムカウンタを更新しＭ３の
命令を読み込む。これと並行して前記転送プロセッサ５
からのＭ２の終了信号を受け、前記ｌ寅算プロセッサ９
でのＡ２の実行が開始される。
Ｍ３の命令は、前記演算プロセッサ９でのＡ２の処理が
終了しないうちは実行できないが読み込みが終了した時
点では、すてにＡ２の処理は終了しており引き続き実行
される。前記演算プロセッサ９は、Ａ２の処理が終了す
ると引き続き次の命令を読み込むが、この先、Ａ３の命
令を読み込むか、Ａ４の命令を読み込むかを、前記分岐
プロセッサ１０から送られてきた分岐先の命令アドレス
を介して決定する。即ち、前記演算プロセッサ９は、送
られてきた命令アドレスを、自身のプログラムカウンタ
に書き込み、それに基づき、Ａ３もしくはＡ４の命令を
前記演算メモリ２から読み込んでくる。この段階では当
然Ｂｌの処理は終了しているので即時にＡ３もしくはＡ
４の処理が実行に移される。この処理と並行して前記転
送プロセッサ５にて実行されているＭ３の処理が終了す
ると、該転送プロセッサ５は、前記演算プロセッサのと
きと同様に、前記分岐プロセッサ１０から送られてきた
分岐先での命令アドレスを自身のプログラムカウンタに
書き込み、これに基づき、Ｍ４もしくはＭ５の命令を読
み込んでくる。この時点てはすでに前記演算プロセッサ
９は、Ａ３もしくはＡ４の処理を終了しているので、前
記転送プロセッサ５は、命令の読み込みに引き続き読み
込んだ命令を実行する。この命令の終了をもってこの処
理全体の終了である。本実施例においては、演算プロセ
ッサ、分岐プロセッサが、はとんど転送プロセッサと並
行に動作しており、そのふん全体での処理時間が半分以
下に圧縮されている。
またそれぞれのプロセッサは、各グループを個別に実行
すればよく、それ由、構成を筒略化でき従来のプロセッ
サに比して高速に動作が可能なものである。
第４図は、本発明の他の実施例であるが、基本的には、
先に示した実施例と同一である。異なる点だけを説明す
れば、前記命令メモリ１． ２． ３と、前記各プロセ
ッサ５．９．１０の間に、命令フェノチャ１３とレジス
タ１４をそれぞれ介した点である。これにより各プロセ
ッサの命令の読み込みを高速化し更に処理時間を圧縮す
るものである。前記フエ・７チヤ１３は、前記各命令メ
モリ１゜２．３とそれぞれ独立なバスを介して接続され
ていると同時、それぞれその内部に命令フェノチャのた
めのカウンタを有している。該命令フェノチャの出力は
、それぞれ命令レジスタ１４に接続されている。このレ
ジスタは複数の命令を蓄積するためのものであり、各プ
ロセッサの動作に追従し高速に動作が可能なものである
。該レジスタは、また各プロセッサ５，９．１１とバス
を介して接続されるものであり、これにより、各プロセ
ッサ５．９．１１は前記レジスタ１４より命令を読み込
むものである。前記それぞれのフェノチャ１３と前記各
プロセッサ５，９．１１はそれぞれフェッチアドレス転
送バスＩ５によって接続されている。ｒｒ１記各プロセ
ッサ５，９．１１は、分岐命令を実行した結果に従い、
該フェンチアドレス転送バス１５を介し前記それぞれの
フェノチャ１３のカウンタを書き変える。これにより分
岐先での命令がレジスタ１４内に読み込まれ蓄積される
。前記命令フェノチャ１３は、前記各命令メモリ１゜２
．３より複数のデータを自身のカウンタに従って並列に
読み込み、並列度をおとすかもしくは直列に変換し高速
にデータを前記レジスタ１４内に順次格納していく。該
命令フェノチャは、動作の遅い命令メモリと高速に動作
の可能なレジスタ。
プロセッサ間での速度的かんしょう機能を担うものであ
る。この様な構成により先の実施例と同一の処理を実行
した様子を第５図に示す、いまの場合直接命令メモリを
各プロセッサにつないだものに比べて４倍の速さでプロ
セッサが命令をとり込むものとする。すなわちプロセッ
サが命令を実行するのと等しい時間で命令を読み込める
ことになる。これによれば、先の実施例に比して更に半
分以下の時間となり、従来のものと比せば５分の１以下
の速度で全処理を実行しているものである。
また上記２つの実施例は、命令をあらかじめグループに
分けそれぞれを独立なメモリに格納してあったが、これ
をグループ分けされていないオリジナルプログラムメモ
リと、該メモリから命令を読み出し、命令をグループに
分け、それぞれのグループを実行するプロセッサに分配
する命令取り出しユニフトをもって代替することも本願
発明に含まれるものである。
〔発明の効果〕以上説明した様に本発明によれば、直列に各処理を処理
していたのでは、達成が困難であったレベルでの高速処
理が可能となり、その産業利用性は極めて高いものであ
る。
【図面の簡単な説明】第１図は、本発明の一実施例を示す構成図、第２図は実
施例に用いる処理の流れを示す図、第３図は各プロセッ
サの実行の様子を示す図、第４図は他の実施例を示す図
、第５図は各プロセッサの実行の様子を示す図である。１・・・転送命令メモリ２・・・演算命令メモリ３・・・分岐命令メモリ５・・・転送プロセッサ７・・・データメモリ９・・・演算プロセノサ１０・・・分岐プロセッサ以上出願人 曽 和 将 容セイコー電子工業株式会社代理人 弁理士 最 上 務（他１名）第１図処理の（君をホ１図第２図各７・ロセッサＬｆ）実行の慮子４依十図第３図