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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024077425
(43)【公開日】2024-06-07
(54)【発明の名称】プロセッサ
(51)【国際特許分類】
G06F 9/38 20180101AFI20240531BHJP
G06F 9/30 20180101ALI20240531BHJP
【ＦＩ】
G06F9/38 350B
G06F9/38 310X
G06F9/30 310A
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022189517
(22)【出願日】2022-11-28
(71)【出願人】
【識別番号】515130201
【氏名又は名称】株式会社Ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ
(71)【出願人】
【識別番号】504150450
【氏名又は名称】国立大学法人神戸大学
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】金子 紘也
(72)【発明者】
【氏名】名村 健
(72)【発明者】
【氏名】安達 知也
(72)【発明者】
【氏名】牧野 淳一郎
【テーマコード（参考）】
5B013
5B033
【Ｆターム（参考）】
5B013CC10
5B033BA00
(57)【要約】
【課題】命令により明示的にデータのバイパスが指示される場合に、データのバイパスを正常に実施してプロセッサの処理性能の低下を抑制する。
【解決手段】プロセッサは、バイパス情報を含む命令をデコードし、前記バイパス情報に基づいてバイパス制御信号を生成する命令デコーダと、命令の実行に使用するデータを保持するデータ保持部と、命令を実行し、演算結果データを出力する演算器と、前記データ保持部に保持されたデータ又は前記演算結果データを前記バイパス制御信号に基づいて選択して前記演算器に出力する第１セレクタと、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】プロセッサは、バイパス情報を含む命令をデコードし、前記バイパス情報に基づいてバイパス制御信号を生成する命令デコーダと、命令の実行に使用するデータを保持するデータ保持部と、命令を実行し、演算結果データを出力する演算器と、前記データ保持部に保持されたデータ又は前記演算結果データを前記バイパス制御信号に基づいて選択して前記演算器に出力する第１セレクタと、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バイパス情報を含む命令をデコードし、前記バイパス情報に基づいてバイパス制御信号を生成する命令デコーダと、
命令の実行に使用するデータを保持するデータ保持部と、
命令を実行し、演算結果データを出力する演算器と、
前記データ保持部に保持されたデータ又は前記演算結果データを前記バイパス制御信号に基づいて選択して前記演算器に出力する第１セレクタと、を有する
プロセッサ。
命令の実行に使用するデータを保持するデータ保持部と、
命令を実行し、演算結果データを出力する演算器と、
前記データ保持部に保持されたデータ又は前記演算結果データを前記バイパス制御信号に基づいて選択して前記演算器に出力する第１セレクタと、を有する
プロセッサ。
【請求項2】
前記演算結果データを保持するラッチと、
前記演算器の出力と前記ラッチとの間に配置され、前記演算器の出力又は前記ラッチの出力を保持制御信号に基づいて前記ラッチの入力に接続する第２セレクタと、を有し、
前記命令デコーダは、先行命令と、前記先行命令の実行に基づいて前記演算器からバイパスされる前記演算結果データを使用して実行される後続命令との間にバブルが挿入されることを検出した場合、バブルの挿入サイクルに対応して前記保持制御信号を生成する
請求項１に記載のプロセッサ。
前記演算器の出力と前記ラッチとの間に配置され、前記演算器の出力又は前記ラッチの出力を保持制御信号に基づいて前記ラッチの入力に接続する第２セレクタと、を有し、
前記命令デコーダは、先行命令と、前記先行命令の実行に基づいて前記演算器からバイパスされる前記演算結果データを使用して実行される後続命令との間にバブルが挿入されることを検出した場合、バブルの挿入サイクルに対応して前記保持制御信号を生成する
請求項１に記載のプロセッサ。
【請求項3】
命令を保持する命令キューと、
前記命令キューに保持された命令を取り出して前記命令デコーダに供給する命令取り出し部と、を有し、
前記命令キューに保持される命令は、さらに、命令パイプラインにおいて自命令の直前の命令と前記自命令との間へのバブルの挿入の禁止又は許可を示すバブル挿入禁止情報を含み、
前記命令取り出し部は、
前記命令キューから取り出す対象命令に含まれる前記バブル挿入禁止情報がバブルの挿入禁止を示す場合、前記対象命令を取り出して前記命令デコーダに供給し、
前記対象命令に含まれる前記バブル挿入禁止情報がバブルの挿入許可を示す場合、前記命令キューに保持された命令の量に応じて、前記対象命令を取り出して前記命令デコーダに供給するか、ノーオペレーション命令を前記命令デコーダに供給するかを判定する
請求項１に記載のプロセッサ。
前記命令キューに保持された命令を取り出して前記命令デコーダに供給する命令取り出し部と、を有し、
前記命令キューに保持される命令は、さらに、命令パイプラインにおいて自命令の直前の命令と前記自命令との間へのバブルの挿入の禁止又は許可を示すバブル挿入禁止情報を含み、
前記命令取り出し部は、
前記命令キューから取り出す対象命令に含まれる前記バブル挿入禁止情報がバブルの挿入禁止を示す場合、前記対象命令を取り出して前記命令デコーダに供給し、
前記対象命令に含まれる前記バブル挿入禁止情報がバブルの挿入許可を示す場合、前記命令キューに保持された命令の量に応じて、前記対象命令を取り出して前記命令デコーダに供給するか、ノーオペレーション命令を前記命令デコーダに供給するかを判定する
請求項１に記載のプロセッサ。
【請求項4】
前記命令取り出し部は、前記対象命令に含まれる前記バブル挿入禁止情報がバブルの挿入許可を示す場合、
前記命令キューに保持された命令の量が第１しきい値より少ない場合、前記命令キューに保持された命令の量が前記第１しきい値以上になるまでノーオペレーション命令を前記命令デコーダに供給し、
前記命令キューに保持された命令の量が第１しきい値以上の場合、前記対象命令を前記命令キューから取り出して前記命令デコーダに供給する
請求項３に記載のプロセッサ。
前記命令キューに保持された命令の量が第１しきい値より少ない場合、前記命令キューに保持された命令の量が前記第１しきい値以上になるまでノーオペレーション命令を前記命令デコーダに供給し、
前記命令キューに保持された命令の量が第１しきい値以上の場合、前記対象命令を前記命令キューから取り出して前記命令デコーダに供給する
請求項３に記載のプロセッサ。
【請求項5】
前記第１セレクタを介して前記演算器からバイパスされる前記演算結果データを使用して演算を実行する命令に含まれるバブル挿入禁止情報は、バブルの挿入禁止に設定され、
前記演算器からバイパスされる前記演算結果データを使用せずに演算を実行する命令に含まれるバブル挿入禁止情報は、バブルの挿入許可に設定される
請求項３又は請求項４に記載のプロセッサ。
前記演算器からバイパスされる前記演算結果データを使用せずに演算を実行する命令に含まれるバブル挿入禁止情報は、バブルの挿入許可に設定される
請求項３又は請求項４に記載のプロセッサ。
【請求項6】
命令を保持する命令キューと、
前記命令キューに保持された命令を取り出して前記命令デコーダに供給する命令取り出し部と、
前記命令キューに供給される命令の前記演算器による演算が、前記第１セレクタを介して前記演算器からバイパスされる前記演算結果データを使用して実行されるか否かを判定する判定部と、
前記命令キューに保持される命令に対応して前記判定部の判定結果を保持し、前記命令キューの更新とともに更新される先読みキューと、を有し、
前記命令取り出し部は、
前記先読みキューの先頭が、前記演算器からバイパスされる前記演算結果データの非使用を示す非使用情報を保持し、前記先読みキューの２番目以降の全てが、前記演算器からバイパスされる前記演算結果データの使用を示す使用情報を保持する場合、ノーオペレーション命令を前記命令デコーダに供給し、
その後、前記先読みキューの２番目以降に連続して保持された前記使用情報の後に前記非使用情報が格納された場合、前記先読みキューの先頭から最後の前記使用情報までに対応して前記命令キューに保持された命令を前記命令デコーダに順次供給する
請求項１に記載のプロセッサ。
前記命令キューに保持された命令を取り出して前記命令デコーダに供給する命令取り出し部と、
前記命令キューに供給される命令の前記演算器による演算が、前記第１セレクタを介して前記演算器からバイパスされる前記演算結果データを使用して実行されるか否かを判定する判定部と、
前記命令キューに保持される命令に対応して前記判定部の判定結果を保持し、前記命令キューの更新とともに更新される先読みキューと、を有し、
前記命令取り出し部は、
前記先読みキューの先頭が、前記演算器からバイパスされる前記演算結果データの非使用を示す非使用情報を保持し、前記先読みキューの２番目以降の全てが、前記演算器からバイパスされる前記演算結果データの使用を示す使用情報を保持する場合、ノーオペレーション命令を前記命令デコーダに供給し、
その後、前記先読みキューの２番目以降に連続して保持された前記使用情報の後に前記非使用情報が格納された場合、前記先読みキューの先頭から最後の前記使用情報までに対応して前記命令キューに保持された命令を前記命令デコーダに順次供給する
請求項１に記載のプロセッサ。
【請求項7】
前記命令取り出し部は、前記先読みキューの２番目が前記非使用情報を保持する場合、前記命令キューの先頭に保持された命令を前記命令デコーダに供給する
請求項６に記載のプロセッサ。
請求項６に記載のプロセッサ。
【請求項8】
選択制御信号に基づいて、前記命令デコーダから供給される命令で使用するデータ又は前記演算器から出力される前記演算結果データを選択して前記データ保持部に出力する第３セレクタを有し、
前記命令デコーダがデコードする命令は、さらに選択情報を含み、
前記命令デコーダは、前記選択情報に基づいて前記選択制御信号を生成する
請求項１から請求項４、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載のプロセッサ。
前記命令デコーダがデコードする命令は、さらに選択情報を含み、
前記命令デコーダは、前記選択情報に基づいて前記選択制御信号を生成する
請求項１から請求項４、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載のプロセッサ。
【請求項9】
前記演算結果データを前記第１セレクタに選択させる前記バイパス情報を含む命令は、前記第３セレクタによる前記演算結果データの選択を禁止させる前記選択情報を含む
請求項８に記載のプロセッサ。
請求項８に記載のプロセッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、プロセッサに関する。
【背景技術】
【0002】
プロセッサにおいて、演算により得られた演算結果データが次の演算で使用される場合、レジスタに格納される前の演算結果データを演算器にバイパスして次の演算に使用することで、演算器の使用効率を向上し、プロセッサの性能を向上する技術が知られている。
【0003】
この種のプロセッサは、命令キューに保持された命令をデコードするときにデータの依存性を判定し、演算結果データを演算器にバイパスするか否かを判定する。演算結果データのバイパスは、隣接した命令間で実施される必要があり、演算結果データのバイパスを実施する命令間にバブルが入ると、正しい演算を実施することができない。
【0004】
また、プロセッサは、演算結果データを演算器にバイパスする場合、演算結果データをレジスタにも格納する。レジスタに格納されたデータがその後の演算で使用されない場合、レジスタの使用効率は低下し、プロセッサの処理性能が低下する場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示では、命令により明示的にデータのバイパスが指示される場合に、データのバイパスを正常に実施してプロセッサの処理性能の低下を抑制する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施形態のプロセッサは、バイパス情報を含む命令をデコードし、前記バイパス情報に基づいてバイパス制御信号を生成する命令デコーダと、命令の実行に使用するデータを保持するデータ保持部と、命令を実行し、演算結果データを出力する演算器と、前記データ保持部に保持されたデータ又は前記演算結果データを前記バイパス制御信号に基づいて選択して前記演算器に出力する第１セレクタと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態におけるプロセッサの構成の一例を示すブロック図である。
【図3】本発明の別の実施形態におけるプロセッサの構成の一例を示すブロック図である。
【図5】本発明の別の実施形態におけるプロセッサの構成の一例を示すブロック図である。
【図8】本発明の別の実施形態におけるプロセッサの構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、信号が伝達される信号線には、信号名と同じ符号を使用する。特に限定されないが、以下で説明するプロセッサは、サーバ等のコンピュータに搭載され、プログラムを実行することで、ディープニューラルネットワークの訓練又は推論において畳み込み演算等を実行してもよい。なお、以下で説明するプロセッサは、科学技術計算などに使用されてもよい。
【0009】
図１は、本発明の一実施形態におけるプロセッサの構成の一例を示すブロック図である。図１に示すプロセッサ１００は、命令供給部１０及び演算ユニット２０を有してもよい。命令供給部１０は、命令発生部１１及び命令デコーダ１４を有してもよい。演算ユニット２０は、レジスタファイル２１、演算器２２、セレクタＳＥＬ０、ＳＥＬ１及びラッチＬＴを有してもよい。セレクタＳＥＬ０は、第３セレクタの一例であり、セレクタＳＥＬ１は、第１セレクタの一例である。プロセッサ１００は、クロックに同期して動作してもよいが、クロックの記載は省略される。例えば、レジスタファイル２１及びラッチＬＴに示す三角印は、クロック入力端子を示す。
【0010】
なお、プロセッサ１００は、デコード処理、演算の実行処理及び演算結果の格納処理等を複数のステージに分けて実施するために、複数の命令を並列に処理する命令パイプラインを有してもよい。しかしながら、ステージを区切るラッチ又はレジスタ等の記載は、ラッチＬＴを除いて省略される。
【0011】
命令発生部１１は、演算器２２に実行させる命令を発生して命令デコーダ１４に供給してもよい。例えば、命令発生部１１は、命令が保持されるメモリ部と、メモリ部からの命令の読み出しを制御する制御部とを含む命令キャッシュ等のメモリを有してもよい。あるいは、命令発生部１１は、命令供給部１０に接続されるメモリに保持される命令を命令デコーダ１４に転送するＤＭＡＣ（Direct Memory Access Controller）等のデータ転送回路を有してもよい。なお、命令発生部１１が出力する命令は、命令バッファを介して命令デコーダ１４に供給されてもよい。
【0012】
この実施形態では、プロセッサ１００が実行可能な命令を含む命令セットは、例えば、直前の命令の演算による演算結果データＲＳＬＴを演算器２２にバイパスさせる指示を含むバイパス演算命令を有する。バイパス演算命令は、バイパスさせる演算結果データＲＳＬＴのレジスタファイル２１への格納を禁止する指示を含んでもよい。
【0013】
命令により明示的にバイパスの有無を指示することで、プロセッサ１００を使用するユーザ等は、演算結果データＲＳＬＴを適切なタイミングでバイパスさせるための命令を記述することができる。また、命令デコーダ１４は、受信する命令列に基づいてデータの依存性を判定し、判定結果に基づいて演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせるか否かを決める論理回路を持たなくてよい。このため、命令デコーダ１４の回路規模を低減することができ、プロセッサ１００のコストを低減することができる。
【0014】
命令デコーダ１４は、命令発生部１１から供給される命令をデコードし、デコードした命令に含まれる制御情報及びオペランド情報に応じて制御信号ＣＮＴ０、ＣＮＴ１及びレジスタ制御信号ＲＥＧ等を生成し、演算ユニット２０に出力してもよい。制御信号ＣＮＴ０は、セレクタＳＥＬ０の制御に使用されてもよく、制御信号ＣＮＴ１は、セレクタＳＥＬ１の制御に使用されてもよい。制御信号ＣＮＴ０は、選択制御信号の一例である。制御信号ＣＮＴ１は、バイパス制御信号の一例である。
【0015】
命令デコーダ１４は、選択情報を含む命令をデコードした場合、選択情報に基づいて、セレクタＳＥＬ０の制御に使用する制御信号ＣＮＴ０を生成してもよい。命令デコーダ１４は、バイパス情報を含む命令をデコードした場合、バイパス情報に基づいて、セレクタＳＥＬ１の制御に使用する制御信号ＣＮＴ１を生成してもよい。例えば、バイパス情報は命令中の２ビットの領域であり、２ビットの内１ビットの値（０又は１）がＣＮＴ０の状態（ロウレベル又はハイレベル）に対応し、他方の１ビットの値（０又は１）がＣＮＴ１の状態（ロウレベル又はハイレベル）に対応する。命令デコーダ１４は、レジスタ情報（オペランド情報）を含む命令をデコードした場合、レジスタ情報に基づいて、レジスタファイル２１の読み書きに使用するレジスタ制御信号ＲＥＧを生成してもよい。
【0016】
命令デコーダ１４によりデコードされる命令は、セレクタＳＥＬ０、ＳＥＬ１を直接制御する制御情報を含んでもよい。このため、プロセッサ１００を動作させる命令を記述するユーザ等は、演算結果データＲＳＬＴをレジスタファイル２１を介さずに演算器２２に転送するバイパス処理の有無を、制御情報を含む命令により直接制御することができる。換言すれば、プロセッサ１００を使用するユーザ等は、バイパス処理の有無を命令によりプロセッサ１００に指示することができる。
【0017】
レジスタファイル２１は、オペランドデータを保持する図示しない複数のレジスタを有してもよい。レジスタの各々は、レジスタ制御信号ＲＥＧにより選択されてもよい。図１では、一例として、レジスタファイル２１の２つのレジスタからそれぞれ読み出されるデータＲＦａ、ＲＦｂ（ソースオペランド）が示される。レジスタファイル２１は、命令の実行に使用するデータを保持するデータ保持部の一例である。
【0018】
セレクタＳＥＬ０は、例えば、制御信号ＣＮＴ０がロウレベルのとき、端子０で受ける演算結果データＲＳＬＴを選択してレジスタファイル２１に転送する。セレクタＳＥＬ０は、例えば、制御信号ＣＮＴ０がハイレベルのとき、端子１で受けるオペランドデータを選択してレジスタファイル２１に転送するとともに、端子０で受ける演算結果データＲＳＬＴの選択を禁止する。セレクタＳＥＬ０からレジスタファイル２１に転送されるデータの格納先のレジスタは、レジスタ制御信号ＲＥＧに応じて決められる。
【0019】
演算器２２は、命令デコーダ１４がデコードする命令を実行する加算器、乗算器又は論理演算器等であってもよい。なお、演算ユニット２０は、複数種の演算器２２の各々を１個又は複数個有してもよい。演算ユニット２０が複数の演算器２２を有する場合、各演算器２２に対応してセレクタＳＥＬ１及びラッチＬＴが設けられてもよく、各セレクタＳＥＬ１に対応して、異なる又は同一の制御信号ＣＮＴ１が生成されてもよい。
【0020】
以下では、演算器２２が加算器である例について説明される。演算器２２は、セレクタＳＥＬ１から転送されるデータを一方の入力で受けてもよく、レジスタファイル２１から出力されるデータＲＦｂを他方の入力で受けてもよい。演算器２２は、受けたデータを加算し、演算結果データＲＳＬＴとして出力する。
【0021】
例えば、セレクタＳＥＬ１は、制御信号ＣＮＴ１がロウレベルのとき端子０で受ける演算結果データＲＳＬＴを選択し、制御信号ＣＮＴ１がハイレベルのとき端子１で受けるデータＲＦａを選択し、選択したデータを演算器２２の一方の入力に転送する。セレクタＳＥＬ１の端子０を介して演算器２２に転送される演算結果データＲＳＬＴは、レジスタファイル２１を経由されることなくバイパスされるバイパスデータである。
【0022】
ラッチＬＴは、演算器２２から出力される演算結果データＲＳＬＴをラッチしてセレクタＳＥＬ０、ＳＥＬ１に出力してもよい。
【0023】
図２は、図２のプロセッサ１００が実行する命令列と動作タイミングの一例を示す説明図である。図２に示す例では、プロセッサ１００は、５個の加算命令ＡＤＤ、ＡＤＤｂ０、ＡＤＤｂ０、ＡＤＤｂ１、ＡＤＤを順次実行する。各加算命令ＡＤＤ、ＡＤＤｂ０、ＡＤＤｂ０、ＡＤＤｂ１の演算は、１クロックサイクルで実行されるものとする。
【0024】
加算命令ＡＤＤでは、レジスタＲ０、Ｒ１（又は、Ｒ４、Ｒ５）に保持されたデータが演算器２２により加算され、加算結果がレジスタＲ２（又は、Ｒ６）に格納されてもよい。
【0025】
加算命令ＡＤＤｂ０では、直前の加算命令ＡＤＤの加算結果をバイパスしたバイパスデータＢＰと、レジスタＲ１に保持されたデータとが演算器２２により加算されてもよい。また、加算命令ＡＤＤｂ０では、加算結果のレジスタファイル２１への格納が禁止されてもよい（ＤＩＳ）。加算命令ＡＤＤｂ０は、ハイレベルの制御信号ＣＮＴ０を生成する選択情報とロウレベルの制御信号ＣＮＴ１を生成するバイパス情報とを含むバイパス演算命令である。
【0026】
加算命令ＡＤＤｂ１では、直前の加算命令の加算結果をバイパスしたバイパスデータＢＰと、レジスタＲ３に保持されたデータとが演算器２２により加算され、加算結果がレジスタＲ４に格納されてもよい。加算命令ＡＤＤｂ１は、ロウレベルの制御信号ＣＮＴ０を生成する選択情報とロウレベルの制御信号ＣＮＴ１を生成するバイパス情報とを含むバイパス演算命令である。
【0027】
動作タイミングにおいて、命令デコーダ１４は、加算命令ＡＤＤをデコードした場合、例えば、ハイレベルＨの制御信号ＣＮＴ０、ＣＮＴ１を出力してもよい。これにより、セレクタＳＥＬ０は、端子１を選択し、端子０の入力を禁止してもよい（ＤＩＳ）。セレクタＳＥＬ１は、入力１（データＲＦａ）を選択してもよい。
【0028】
命令デコーダ１４は、加算命令ＡＤＤｂ０をデコードした場合、ハイレベルＨの制御信号ＣＮＴ０及びロウレベルＬの制御信号ＣＮＴ１を出力してもよい。これにより、セレクタＳＥＬ０は、端子１を選択し、端子０の入力を禁止してもよい（ＤＩＳ）。セレクタＳＥＬ１は、端子０（バイパスデータＢＰであるデータＤ０又はデータＤ１）を選択してもよい。
【0029】
命令デコーダ１４は、加算命令ＡＤＤｂ１をデコードした場合、ロウレベルの制御信号ＣＮＴ０、ＣＮＴ１を出力してもよい。これにより、セレクタＳＥＬ０は、端子０を選択し、直前の加算命令ＡＤＤｂ０の加算結果データＤ２をレジスタＲ４に転送してもよい。セレクタＳＥＬ１は、端子０（バイパスデータＢＰであるデータＤ２）を選択してもよい。
【0030】
以上、この実施形態では、命令デコーダ１４は、セレクタＳＥＬ１を直接制御するバイパス情報を含む命令をデコードし、セレクタＳＥＬ１を制御する制御信号ＣＮＴ１を出力する。これにより、プロセッサ１００を動作させる命令を記述するユーザ等は、演算結果データＲＳＬＴのバイパスの有無を、命令によりプロセッサ１００に直接指示することができる。プロセッサ１００は、命令デコーダ１４がデコードにより生成した制御信号ＣＮＴ１に基づいて動作することで、バイパス処理を正常に実施することができ、演算器２２の使用効率を向上することができる。
【0031】
命令デコーダ１４は、セレクタＳＥＬ０を直接制御する選択情報を含む命令をデコードし、セレクタＳＥＬ０を制御する制御信号ＣＮＴ０を出力してもよい。これにより、演算器２２からバイパスされる演算結果データＲＳＬＴがレジスタファイル２１に格納されることを抑止することができる。例えば、演算結果データＲＳＬＴのバイパスが繰り返される複数回の演算が実行される場合に、演算の途中のバイパスデータがレジスタファイル２１に格納されることを抑止することができる。これにより、レジスタファイル２１内のレジスタの使用効率が低下することを抑制することができ、プロセッサ１００の処理性能の低下を抑制することができる。
【0032】
また、命令デコーダ１４は、受信する命令列に基づいてデータの依存性を判定し、判定結果に基づいて演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせるか否かを決める論理回路を持たなくてよい。このため、命令デコーダ１４の回路規模を低減することができ、プロセッサ１００のコストを低減することができる。例えば、命令デコーダ１４のデコード処理に掛かる時間を短縮できる場合、プロセッサ１００の処理性能をさらに向上することができる。
【0033】
以上より、プロセッサ１００を使用するユーザ等が命令により明示的にデータのバイパスを指示する場合に、データのバイパスを正常に実施してプロセッサ１００の処理性能の低下を抑制することができる。
【0034】
図３は、本発明の別の実施形態におけるプロセッサの構成の一例を示すブロック図である。図１と同様の要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図３に示すプロセッサ１００Ａは、命令デコーダ１４の代わりに命令デコーダ１４Ａを有してもよく、演算器２２とラッチＬＴとの間にセレクタＳＥＬ２が配置されてもよいことを除き、図１のプロセッサ１００と同様の構成を有する。セレクタＳＥＬ２は、第２セレクタの一例である。
【0035】
セレクタＳＥＬ２は、端子０がラッチＬＴの出力に接続されてもよく、端子１が演算器２２の出力に接続されてもよい。セレクタＳＥＬ２は、制御信号ＣＮＴ２がロウレベルのときにラッチＬＴから出力される演算結果データＲＳＬＴを選択してもよく、制御信号ＣＮＴ２がハイレベルのときに演算器２２から出力される演算結果データＲＳＬＴを選択してもよい。これにより、セレクタＳＥＬ２は、ロウレベルの制御信号ＣＮＴ２を受けている期間、ラッチＬＴの出力を選択し続けて演算結果データＲＳＬＴを保持し続けることができる。
【0036】
命令デコーダ１４Ａは、図１の命令デコーダ１４の機能に加えて、演算結果データＲＳＬＴがバイパスされる命令間にバブルが発生するか否かに応じて、セレクタＳＥＬ２の制御に使用する制御信号ＣＮＴ２を生成する機能を有してもよい。例えば、命令デコーダ１４Ａは、直前の命令の演算結果データＲＳＬＴをバイパスして使用する命令の前にバブルが発生することを検出した場合、ロウレベルの制御信号ＣＮＴ２を生成する。制御信号ＣＮＴ２は、保持制御信号の一例である。
【0037】
図４は、図３のプロセッサ１００Ａが実行する命令列と動作タイミングの一例を示す説明図である。図２と同様の動作については詳細な説明は省略する。図４に示す例では、プロセッサ１００Ａは、図２と同様に、加算命令ＡＤＤ、ＡＤＤｂ０、ＡＤＤｂ０、ＡＤＤｂ１、ＡＤＤを順次実行してもよい。以下では、最初の加算命令ＡＤＤの次に実行される加算命令ＡＤＤｂ０は、２番目の加算命令ＡＤＤｂ０と称される。
【0038】
図４に示す例では、先行命令である２番目の加算命令ＡＤＤｂ０と、後続命令である３番目の加算命令ＡＤＤｂ０との間にバブルが２クロックサイクル発生する。命令デコーダ１４Ａは、加算命令ＡＤＤｂ０の直前にバブルが発生することを検出した場合、バブルの挿入サイクルに対応してロウレベルＬの制御信号ＣＮＴ２を出力してもよい。なお、命令デコーダ１４Ａは、加算命令ＡＤＤｂ０の直前にバブルが発生することを検出したとき以外、ハイレベルＨの制御信号ＣＮＴ２を出力してもよい。
【0039】
加算命令ＡＤＤ、ＡＤＤｂ０、ＡＤＤｂ１がデコードされた場合のプロセッサ１００Ａの動作は、図２に示す動作と同様である。セレクタＳＥＬ２は、ロウレベルＬの制御信号ＣＮＴ２を受けている間、２番目の加算命令ＡＤＤｂ０の演算結果データＲＳＬＴを保持し、保持している演算結果データＲＳＬＴをラッチＬＴに出力してもよい。これにより、演算ユニット２０において、バイパスする演算結果データＲＳＬＴを生成する命令と、バイパスされる演算結果データＲＳＬＴを使用する命令との間にバブルが発生する場合にも、演算を破綻させることなく正しく実行することができる。
【0040】
以上、この実施形態においても上述した実施形態と同様に、演算結果データＲＳＬＴのバイパスの有無を、命令に付加するバイパス情報によりプロセッサ１００Ａに指示することができる。これにより、プロセッサ１００Ａは、バイパス処理を正常に実施することができ、演算器２２の使用効率を向上することができる。
【0041】
さらに、この実施形態では、プロセッサ１００Ａは、演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせる命令間で発生するバブルを検出して制御信号ＣＮＴ２を出力する命令デコーダ１４Ａと、制御信号ＣＮＴ２に応じて演算結果データＲＳＬＴを保持するセレクタＳＥＬ２とを有してもよい。これにより、演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせる命令間にバブルが発生する場合にも、演算を破綻させることなく正しく実行することができる。
【0042】
この結果、プロセッサ１００Ａを使用するユーザが命令により明示的にデータのバイパスを指示する場合に、データのバイパスを正常に実施してプロセッサ１００Ａの処理性能の低下を抑制することができる。
【0043】
図５は、本発明の別の実施形態におけるプロセッサの構成の一例を示すブロック図である。図１と同様の要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図５に示すプロセッサ１００Ｂは、命令発生部１１と命令デコーダ１４との間に配置された命令キュー１２及び命令取り出し部１３を有してもよい。演算ユニット２０は、図１の演算ユニット２０と同じでもよく、図３の演算ユニット２０と同じでもよい。演算ユニット２０が図３の演算ユニット２０と同じ場合、命令供給部１０は、デコーダ１４の代わりに図３のデコーダ１４Ａを有してもよい。
【0044】
命令キュー１２は、複数のエントリを有するＦＩＦＯ（First-In First-Out）タイプのキューであってもよく、命令発生部１１から出力される命令をエントリに順次保持してもよい。例えば、命令キュー１２に保持される命令は、命令コードＯＰ、オペランドＲｘ、Ｒｙ、Ｒｚ及びバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲを含んでもよい。
【0045】
例えば、命令コードＯＰは、図２及び図４に示した加算命令ＡＤＤ、ＡＤＤｂ０、ＡＤＤｂ１の識別コードを含む。オペランドＲｘ、Ｒｙ、Ｒｚは、それぞれレジスタファイル２１のレジスタの番号を示す。各命令に含まれるオペランドＲｘ、Ｒｙ、Ｒｚの数は３個に限定されず、３個より多くあってもよいし、３個より少なくてもよい。
【0046】
バブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲは、命令パイプラインにおいて、自命令が、自命令の直前に実行される命令のバイパスデータを使用して演算を実行する場合、バブルの挿入禁止を示す論理値（例えば、"１"）に設定される。バブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲは、自命令が、自命令の直前に実行される命令後、クロックサイクルを空けて演算を実行可能な場合、バブルの挿入許可を示す論理値（例えば、"０"）に設定される。
【0047】
命令取り出し部１３は、命令キュー１２から取り出す対象命令に含まれるバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲがバブルの挿入禁止を示す場合、対象命令を取り出して命令デコーダ１４に供給してもよい。命令取り出し部１３は、命令キュー１２から取り出す対象命令に含まれるバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲがバブルの挿入許可を示す場合、命令キュー１２に保持された命令の量に応じて、対象命令を取り出すか否かを判定してもよい。
【0048】
例えば、命令取り出し部１３は、命令キュー１２に保持された命令の量が第１しきい値ＶＴ１より少ない場合、命令キュー１２に保持された命令の量が第１しきい値ＶＴ１以上になるまでノーオペレーション命令ＮＯＰを命令デコーダ１４に供給してもよい。命令取り出し部１３は、命令キュー１２に保持された命令の量が第１しきい値ＶＴ１以上の場合、取り出しの対象命令を命令キュー１２から取り出して命令デコーダ１４に供給してもよい。
【0049】
第１しきい値ＶＴ１は、演算結果データＲＳＬＴのバイパスが必要な命令の最大連続数以上に設定されてもよい。すなわち、プロセッサ１００Ｂを使用するユーザ等は、演算結果データＲＳＬＴのバイパスが必要な命令の連続数が第１しきい値ＶＴ１により示される命令数以下になるように命令（プログラム）を記述してもよい。
【0050】
なお、先行命令の演算結果データＲＳＬＴをバイパスデータとして使用して演算を実行する後続命令に含まれるバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲは、バブルの挿入禁止に設定されてもよい。先行命令の演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせずに演算を実行する後続命令に含まれるバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲは、バブルの挿入許可に設定されてもよい。
【0051】
【0052】
まず、ステップＳ１０において、命令取り出し部１３は、命令キュー１２の先頭に保持された取り出しの対象命令を参照してもよい。次に、ステップＳ１１において、命令取り出し部１３は、取り出しの対象命令に含まれるバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲが"１"を示すか否かを判定してもよい。命令取り出し部１３は、バブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲが"１"（バブルの挿入禁止）を示す場合、ステップＳ１４を実施してもよく、バブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲが"０"（バブルの挿入許可）を示す場合、ステップＳ１２を実施してもよい。
【0053】
ステップＳ１２において、命令取り出し部１３は、命令キュー１２に保持されている命令の量が第１しきい値ＶＴ１より少ない場合、ステップＳ１３を実施してもよく、命令キュー１２に保持されている命令の量が第１しきい値ＶＴ１以上の場合、ステップＳ１４を実施してもよい。
【0054】
ステップＳ１３において、命令取り出し部１３は、取り出しの対象命令を命令キュー１２から取り出さずにノーオペレーション命令ＮＯＰを命令デコーダ１４に供給し、図６に示す動作を終了してもよい。
【0055】
このように、命令取り出し部１３は、命令キュー１２に保持されている命令の量が少ない場合、ノーオペレーション命令ＮＯＰを命令デコーダ１４に供給してもよい。これにより、バブルの挿入禁止を示す複数の命令が命令キュー１２から順次取り出される場合にも、命令キュー１２が空になることを抑止することができる。この結果、演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせる演算を繰り返し実行する場合に、命令キュー１２が空になることでバブルが挿入されることを抑止することができ、データのバイパスが正常に実施されずにデータが破壊されることを抑止することができる。
【0056】
ステップＳ１４において、命令取り出し部１３は、取り出しの対象命令を命令キュー１２から取り出して命令デコーダ１４に供給し、図６に示す動作を終了してもよい。例えば、命令取り出し部１３は、バブルの挿入禁止を示す対象命令を命令キュー１２から取り出して命令デコーダ１４に供給することで、対象命令の直前の命令と対象命令との演算を連続して演算器２２に実行することができる。
【0057】
これにより、演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせる命令間にバブルを発生させることなく、演算を正しく実行することができる。また、命令キュー１２に所定量以上の命令が保持されている場合に、命令キュー１２から命令を順次取り出して命令デコーダ１４に供給することで、命令キュー１２がオーバーフローすることを抑止することができる。
【0058】
図７は、図５の命令取り出し部１３の動作の一例を示す説明図である。命令キュー１２に網掛けで示す領域は、命令キュー１２が保持している相対的な命令の量を示している。命令キュー１２が保持する命令の量は、命令発生部１１から供給される命令の量が命令取り出し部１３により取り出される命令の量より多い場合に増加する。命令キュー１２が保持する命令の量は、命令発生部１１から供給される命令の量が命令取り出し部１３により取り出される命令の量より少ない場合に減少する。
【0059】
状態（Ａ）、（Ｃ）において、命令取り出し部１３は、命令キュー１２からの取り出しの対象命令に含まれるバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲが"１"の場合（バブルの挿入禁止）、命令キュー１２に保持されている命令の量にかかわりなく、対象命令を取り出して命令デコーダ１４に供給してもよい。
【0060】
状態（Ｂ）において、命令取り出し部１３は、取り出しの対象命令に含まれるバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲが"０"（バブルの挿入許可）で、命令キュー１２に保持されている命令がしきい値ＶＴ１より少ない場合、ノーオペレーション命令ＮＯＰを命令デコーダ１４に供給してもよい。
【0061】
状態（Ｂ）では、取り出しの対象命令は、命令キュー１２から取り出されない。状態（Ｂ）の動作により、命令キュー１２に保持される命令の量を増加させることができる。これにより、状態（Ｃ）の動作において、演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせる命令が連続する場合にも、命令キュー１２が空になることでバブルが挿入されることを抑止することができる。
【0062】
状態（Ｄ）において、命令取り出し部１３は、取り出しの対象命令に含まれるバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲが"０"（バブルの挿入許可）で、命令キュー１２に保持されている命令がしきい値ＶＴ１以上の場合、命令を取り出して命令デコーダ１４に供給してもよい。これにより、命令キュー１２がオーバーフローすることを抑止することができる。
【0063】
以上、この実施形態においても上述した実施形態と同様に、演算結果データＲＳＬＴのバイパスの有無を、命令に付加するバイパス情報によりプロセッサ１００Ｂに指示することができる。これにより、プロセッサ１００Ｂは、バイパス処理を正常に実施することができ、演算器２２の使用効率を向上することができる。また、演算結果データＲＳＬＴのバイパスを判断する論理回路が不要になるため、命令デコーダ１４の回路規模を低減することができ、プロセッサ１００Ｂのコストを低減することができる。
【0064】
さらに、この実施形態では、命令取り出し部１３は、バブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲがバブルの挿入禁止を示す場合、命令キュー１２から命令を取り出して命令デコーダ１４に供給する。これにより、先行の命令の演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせて後続の命令の演算に使用することができ、データを正常にバイパスさせて演算を実行することができる。
【0065】
命令取り出し部１３は、バブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲがバブルの挿入許可を示す場合、命令キュー１２の命令の保持量に応じて、命令を取り出して命令キュー１２に供給するか、ノーオペレーション命令ＮＯＰを命令キュー１２に供給するかを判定してもよい。これにより、バブルの挿入禁止を示す複数の命令が命令キュー１２から順次取り出される場合にも、命令キュー１２が空になることを抑止することができる。
【0066】
この結果、プロセッサ１００を使用するユーザが明示的にデータのバイパスを指示する場合であって、演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせる演算を繰り返し実行する場合に、命令キュー１２が空になることでバブルが挿入されることを抑止することができる。これにより、データのバイパスが正常に実施されずにデータが破壊されることを抑止することができ、プロセッサ１００Ｂの処理性能の低下を抑制することができる。また、命令キュー１２に所定量以上の命令が保持されている場合に、命令キュー１２から命令を順次取り出して命令デコーダ１４に供給することで、命令キュー１２がオーバーフローすることを抑止することができる。
【0067】
図８は、本発明の別の実施形態におけるプロセッサの構成の一例を示すブロック図である。図１及び図５と同様の要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図８に示すプロセッサ１００Ｃは、図５の命令取り出し部１３の代わりに命令取り出し部１３Ｃを有し、バブル判定部１５及び先読みキュー１６が命令供給部１０に追加されていることを除き、図５のプロセッサ１００Ｂの構成と同じでもよく、図３の演算ユニット２０と同じでもよい。演算ユニット２０が図３の演算ユニット２０と同じ場合、命令供給部１０は、デコーダ１４の代わりに図３のデコーダ１４Ａを有してもよい。
【0068】
バブル判定部１５は、命令発生部１１から命令キュー１２に供給される命令を先読みしてもよい。なお、命令キュー１２に保持される命令は、図５に示したバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲを含まなくてもよい。バブル判定部１５は、先読みした命令の演算器２２による演算が、先読みした命令の直前に実行される命令の演算結果データＲＳＬＴのバイパスデータを使用して実行されるか否かを判定してもよい。このため、バブル判定部１５は、過去に先読みした複数の命令の情報を保持する図示しない命令保持部を有する。
【0069】
バブル判定部１５は、先読みした命令の演算がバイパスデータを使用して実行されると判定した場合、先読みした命令が格納される命令キュー１２のエントリに対応する先読みキュー１６のエントリにフラグ"１"を格納してもよい。フラグ"１"は、命令パイプラインにおいて先読みした命令と、先読みした命令の直前の命令との間へのバブルの挿入禁止を示す。フラグ"１"は、演算器２２からバイパスされる演算結果データＲＳＬＴの使用を示す使用情報の一例である。
【0070】
バブル判定部１５は、先読みした命令の演算がバイパスデータを使用せずに実行されると判定した場合、先読みした命令が格納される命令キュー１２のエントリに対応する先読みキュー１６のエントリにフラグ"０"を格納してもよい。フラグ"０"は、命令パイプラインにおいて先読みした命令と、先読みした命令の直前の命令との間へのバブルの挿入の許可を示す。フラグ"０"は、演算器２２からバイパスされる演算結果データＲＳＬＴの非使用を示す非使用情報の一例である。なお、使用情報と非使用情報とを示すフラグの論理値の"１"と"０"は、逆に設定されてもよい。バブル判定部１５の動作の例は、図９に示される。
【0071】
先読みキュー１６は、例えば、命令キュー１２のエントリと同数又は異なる数のエントリを有するＦＩＦＯタイプのキューである。先読みキュー１６と命令キュー１２とは連動して更新される。例えば、先読みキュー１６と命令キュー１２とは、共通の先頭ポインタと共通の末尾ポインタとを使用して、情報の格納及び取り出しが実施されてもよい。
【0072】
命令キュー１２において、先頭ポインタで示されるエントリから末尾ポインタで示されるエントリには、有効な命令が保持されてもよい。同様に、先読みキュー１６において、先頭ポインタで示されるエントリから末尾ポインタで示されるエントリには、有効なフラグが保持されてもよい。以下では、命令キュー１２及び先読みキュー１６において、先頭ポインタで示されるエントリは、先頭エントリとも称され、末尾ポインタで示されるエントリは、末尾エントリとも称される。
【0073】
命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６に保持されたフラグの値に応じて、命令キュー１２に保持された命令を取り出すか否かを判定してよもい。命令取り出し部１３Ｃは、命令を取り出すと判定した場合、命令キュー１２から命令を取り出して命令デコーダ１４に供給してもよい。命令取り出し部１３Ｃは、命令を取り出さないと判定した場合、ノーオペレーション命令ＮＯＰを命令デコーダ１４に供給してもよい。命令取り出し部１３Ｃの動作の例は、図１０に示される。
【0074】
図９は、図８のバブル判定部１５の動作の一例を示すフロー図である。図９に示すフローは、例えば、プロセッサ１００Ｃの起動時に開始される。まず、ステップＳ２０において、バブル判定部１５は、命令発生部１１から命令が出力されるのを待ち、命令発生部１１から命令が出力された場合、ステップＳ２１を実施してもよい。
【0075】
ステップＳ２１において、バブル判定部１５は、命令発生部１１から出力された判定対象の命令が、判定対象の命令の直前に実行される命令の演算結果をバイパスしたデータを使用して実行されるか否かを判定してもよい。バブル判定部１５は、判定対象の命令が、直前に実行される命令の演算結果のバイパスデータを使用して実行される場合、ステップＳ２２を実施してもよい。バブル判定部１５は、判定対象の命令が、直前に実行される命令の演算結果のバイパスデータを使用しない場合、ステップＳ２３を実施してもよい。
【0076】
ステップＳ２２において、バブル判定部１５は、判定対象の命令が格納される命令キュー１２のエントリに対応する先読みキュー１６のエントリに、バブル挿入の禁止を示す"１"を格納し、図９に示す動作を終了してもよい。ステップＳ２３において、バブル判定部１５は、判定対象の命令が格納される命令キュー１２のエントリに対応する先読みキュー１６のエントリに、バブル挿入の許可を示す"０"を格納し、図９に示す動作を終了してもよい。
【0077】
【0078】
まず、ステップＳ３０において、命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６において先頭ポインタで示される先頭のエントリの次のエントリである２番目のエントリに保持されているフラグを参照してもよい。なお、フラグが先読みキュー１６の先頭のみに保持される場合、２番目のエントリにはフラグが存在しないため、図１０に示す動作は実行されず、演算ユニットには、バブルが挿入されてもよい。
【0079】
次に、ステップＳ３１において、命令取り出し部１３Ｃは、ステップＳ３０で参照したフラグが"０"の場合、ステップＳ３２を実施し、フラグが"０"でない場合（すなわち、"１"の場合）、ステップＳ３４を実施してもよい。
【0080】
ステップＳ３２において、命令取り出し部１３Ｃは、命令キュー１２の先頭のエントリに保持されている命令を取り出して命令デコーダ１４に供給してもよい。次に、ステップＳ３３において、命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６の先頭のエントリからフラグを取り出し、図１０に示す動作を終了してもよい。
【0081】
なお、ステップＳ３２、Ｓ３３の動作により、命令キュー１２及び先読みキュー１６の状態が互いに連動して更新されてもよい。また、命令キュー１２に命令が格納される場合、先読みキュー１６にもフラグが格納されるため、命令キュー１２及び先読みキュー１６の状態が互いに連動して更新されてもよい。
【0082】
ステップＳ３４において、命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６において２番目のエントリから末尾エントリまでに保持されているフラグが全て"１"か否かを判定してもよい。命令取り出し部１３Ｃは、２番目のエントリから末尾エントリまでのフラグが全て"１"の場合、ステップＳ３７を実施してもよく、２番目のエントリから末尾エントリまでのフラグの少なくともいずれかが"０"の場合、ステップＳ３５を実施してもよい。
【0083】
ステップＳ３５において、命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６の２番目のエントリからフラグ"１"を連続して保持するエントリの数に"１"（すなわち、先頭エントリ）を加えた数の命令を命令キュー１２から順次取り出し、命令デコーダ１４に供給してもよい。
【0084】
なお、フラグ"１"は連続せずに１個のみでもよい。すなわち、２番目のエントリのフラグ"１"が先頭エントリのフラグ"０"と３番目のエントリのフラグ"０"に挟まれてもよい。換言すれば、命令取り出し部１３Ｃは、フラグ"０"を保持する先頭エントリから、先頭エントリの次にフラグ"０"が現れるエントリの直前のエントリに保持されている命令を順次取り出し、命令デコーダ１４に供給してもよい。
【0085】
次に、ステップＳ３６において、命令取り出し部１３Ｃは、命令キュー１２から取り出した命令と同数のフラグを先読みキュー１６から取り出して破棄し、図１０に示す動作を終了してもよい。
【0086】
ステップＳ３７において、命令取り出し部１３Ｃは、命令キュー１２及び先読みキュー１６を操作することなく、ノーオペレーション命令ＮＯＰを命令デコーダ１４に供給し、図１０に示す動作を終了してもよい。この後、先読みキュー１６の末尾エントリにフラグ"０"が格納されるまで、ステップＳ３０、Ｓ３１、Ｓ３４、Ｓ３７が繰り返し実施され、ノーオペレーション命令ＮＯＰが命令デコーダ１４に順次供給されてもよい。
【0087】
図１１は、図８の命令取り出し部１３Ｃの動作の一例を示す説明図である。命令キュー１２において、符号Ｉ０－Ｉ７は、エントリに格納される命令を示す。先読みキュー１６において、"０"、"１"は、フラグの値を示す。命令キュー１２及び先読みキュー１６において、空欄のエントリは、空きであることを示す。図１では、番号の小さい命令を保持する命令キュー１２のエントリと、対応する先読みキュー１６のエントリとが先頭のエントリである。
【0088】
フラグ"１"を保持するエントリに対応して命令キュー１２に保持される命令Ｉ２－Ｉ５は、直前の命令の演算による演算結果データＲＳＬＴを演算器２２にバイパスさせる指示を含むバイパス演算命令である。
【0089】
状態（Ａ）において、命令キュー１２は、命令Ｉ０－Ｉ４を保持しており、命令Ｉ０－Ｉ４に対応して先読みキュー１６が保持するフラグは、先頭のエントリから順に"０"、"０"、"１"、"１"、"１"である。
【0090】
命令取り出し部１３Ｃは、２番目のエントリのフラグが"０"であるため、命令キュー１２の先頭のエントリから命令Ｉ０を取り出して命令デコーダ１４に供給してもよい。また、命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６の先頭のエントリからフラグ"０"を取り出して破棄してもよい。
【0091】
次に、状態（Ｂ）において、命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６の２番目のエントリから末尾のエントリまでのフラグが全て"１"であると判定してもよい。このため、命令取り出し部１３Ｃは、命令キュー１２から命令を取り出すことなく、ノーオペレーション命令ＮＯＰを命令デコーダ１４に供給してもよい。
【0092】
次に、状態（Ｃ）において、先読みキュー１６の２番目のエントリから末尾のエントリまでのフラグが全て"１"であるため、命令取り出し部１３Ｃは、命令キュー１２から命令を取り出すことなく、ノーオペレーション命令ＮＯＰを命令デコーダ１４に供給してもよい。
【0093】
次に、状態（Ｄ）において、命令発生部１１から命令キュー１２に新たな命令Ｉ５が供給されてもよい。バブル判定部１５は、演算器２２による命令Ｉ５が、直前の命令Ｉ４の演算結果のバイパスデータを使用して実行されると判定してもよい。このため、バブル判定部１５は、命令キュー１２の末尾のエントリに対応する先読みキュー１６のエントリにフラグ"１"を格納してもよい。
【0094】
命令取り出し部１３Ｃは、状態（Ｂ）と同様に、先読みキュー１６の２番目のエントリから末尾のエントリまでのフラグが全て"１"であるため、命令キュー１２から命令を取り出すことなく、ノーオペレーション命令ＮＯＰを命令デコーダ１４に供給してもよい。
【0095】
先読みキュー１６の２番目のエントリから末尾のエントリまでのフラグが全て"１"である場合に、命令キュー１２からの命令の取り出しを抑止することで、バイパスデータを使用して演算を実行する命令が命令キュー１２から全て取り出されることを抑止することができる。
【0096】
これにより、例えば、第１の命令が命令キュー１２から取り出された後に、第１の命令の演算結果のバイパスデータを使用して演算を実行する第２の命令が命令キュー１２に格納されることを抑止することができる。この結果、第１の命令と第２の命令との間にバブルが挿入されることを抑止することができ、第２の命令の演算が正常に実行されないことを抑止することができる。
【0097】
次に、状態（Ｅ）において、命令発生部１１から命令キュー１２に新たな命令Ｉ６、Ｉ７が供給される。バブル判定部１５は、演算器２２による命令Ｉ６、Ｉ７が、それぞれ直前の命令Ｉ５、Ｉ６の演算結果のバイパスデータを使用せずに実行されると判定してもよい。このため、バブル判定部１５は、命令Ｉ６、Ｉ７が保持される命令キュー１２の２つのエントリに対応する先読みキュー１６の２つのエントリにフラグ"０"を格納してもよい。
【0098】
命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６の２番目のフラグが"１"であり、先読みキュー１６の３番目以降のフラグのいずれかが"０"であると判定してもよい。すなわち、命令取り出し部１３Ｃは、２番目のエントリから連続して保持されたフラグ"１"の後にフラグ"０"が格納されたと判定してもよい。
【0099】
このため、命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６の先頭のエントリから最後のフラグ"１"を保持するエントリまでに対応して命令キュー１２に保持された５個の命令Ｉ１－Ｉ５を取り出して、命令デコーダ１４に順次供給してもよい。また、命令取り出し部１３Ｃは、命令Ｉ１－Ｉ５を取り出した命令キュー１２の５つのエントリに対応する先読みキュー１６の５つのエントリからフラグを取り出して破棄してもよい。
【0100】
次に、状態（Ｆ）において、状態（Ａ）と同様に、命令取り出し部１３Ｃは、２番目のエントリのフラグが"０"であるため、命令キュー１２の先頭のエントリから命令Ｉ６を取り出して命令デコーダ１４に供給してもよい。また、命令取り出し部１３Ｃは、先読みキュー１６の先頭のエントリからフラグ"０"を取り出して破棄してもよい。
【0101】
命令Ｉ６が命令キュー１２から取り出された後、命令キュー１２には命令Ｉ７のみが保持され、先読みキュー１６には命令Ｉ７に対応するフラグ"０"のみが保持してもよい。このとき、図１０のステップＳ３０において２番目のエントリのフラグが存在しないため、命令取り出し部１３Ｃは、命令キュー１２からの命令Ｉ７の取り出しを抑止してもよい。
【0102】
以上、この実施形態においても上述した実施形態と同様に、演算結果データＲＳＬＴのバイパスの有無を、命令に付加するバイパス情報によりプロセッサ１００Ｃに指示することができる。これにより、プロセッサ１００Ｃは、バイパス処理を正常に実施することができ、演算器２２の使用効率を向上することができる。
【0103】
さらに、この実施形態では、バブル判定部１５及び先読みキュー１６により、命令取り出し部１３Ｃは、直前の命令の演算結果データＲＳＬＴをバイパスさせて取り出しの対象命令の演算に使用するか否かを判定することができ、データを正常にバイパスさせて演算を実行することができる。すなわち、この実施形態では、図５に示したバブル挿入禁止情報ＮＯＩＮＴＲを命令に含ませることなく、データのバイパスを正常に実施してプロセッサ１００Ｃの処理性能の低下を抑制することができる。
【0104】
また、命令取り出し部１３Ｃは、先頭のエントリのフラグ"０"と末尾側のエントリのフラグ"０"とに挟まれる１以上のフラグ"１"がある場合、命令キュー１２において先頭のエントリから最終のフラグ"１"に対応するエントリまでに保持された命令を取り出して命令デコーダ１４に供給する。フラグ"０"に挟まれたフラグ"１"に対応する命令をまとめて命令デコーダ１４に順次供給することで、図７で説明したような命令キュー１２に保持される命令の量の管理を不要にすることができる。
【0105】
以上より、プロセッサ１００Ｃを使用するユーザが命令により明示的にデータのバイパスを指示する場合に、データのバイパスを正常に実施してプロセッサ１００Ｃの処理性能の低下を抑制することができる。
【0106】
図１２は、図１に示したプロセッサ１００が搭載される計算機のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１２では、計算機は、一例として、プロセッサ１００と、主記憶装置３０（メモリ）と、補助記憶装置４０（メモリ）と、ネットワークインタフェース５０と、デバイスインタフェース６０と、を備え、これらがバス７０を介して接続されたコンピュータ２００として実現されてもよい。なお、コンピュータ２００は、プロセッサ１００の代わりに、図３に示したプロセッサ１００Ａ、図５に示したプロセッサ１００Ｂまたは図８に示したプロセッサ１００Ｃを有してもよい。
【0107】
図１２のコンピュータ２００は、各構成要素を一つ備えているが、同じ構成要素を複数備えていてもよい。また、図１２では、１台のコンピュータ２００が示されているが、ソフトウェアが複数台のコンピュータにインストールされて、当該複数台のコンピュータそれぞれがソフトウェアの同一の又は異なる一部の処理を実行してもよい。この場合、コンピュータそれぞれがネットワークインタフェース５０等を介して通信して処理を実行する分散コンピューティングの形態であってもよい。つまり、１又は複数の記憶装置に記憶された命令を１台又は複数台のコンピュータ２００が実行することで機能を実現するシステムが構成されてもよい。また、端末から送信された情報をクラウド上に設けられた１台又は複数台のコンピュータ２００で処理し、この処理結果を端末に送信するような構成であってもよい。
【0108】
各種演算は、コンピュータ２００に搭載される１又は複数のプロセッサ１００を用いて、又はネットワークを介した複数台のコンピュータ２００を用いて、並列処理で実行されてもよい。また、各種演算が、プロセッサ１００内に複数ある演算コアに振り分けられて、並列処理で実行されてもよい。また、本開示の処理、手段等の一部又は全部は、ネットワークを介してコンピュータ２００と通信可能なクラウド上に設けられたプロセッサ及び記憶装置の少なくとも一方により実現されてもよい。このように、前述した実施形態における各装置は、１台又は複数台のコンピュータによる並列コンピューティングの形態であってもよい。
【0109】
プロセッサ１００は、少なくともコンピュータの制御又は演算のいずれかを行う電子回路（処理回路、Processing circuit、Processing circuitry、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等）であってもよい。また、プロセッサ１００は、汎用プロセッサ、特定の演算を実行するために設計された専用の処理回路又は汎用プロセッサと専用の処理回路との両方を含む半導体装置のいずれであってもよい。また、プロセッサ１００は、光回路を含むものであってもよいし、量子コンピューティングに基づく演算機能を含むものであってもよい。
【0110】
プロセッサ１００は、コンピュータ２００の内部構成の各装置等から入力されたデータやソフトウェアに基づいて演算処理を行ってもよく、演算結果や制御信号を各装置等に出力してもよい。プロセッサ１００は、コンピュータ２００のＯＳ（Operating System）や、アプリケーション等を実行することにより、コンピュータ２００を構成する各構成要素を制御してもよい。
【0111】
主記憶装置３０は、プロセッサ１００が実行する命令及び各種データ等を記憶してもよく、主記憶装置３０に記憶された情報がプロセッサ１００により読み出されてもよい。補助記憶装置４０は、主記憶装置３０以外の記憶装置である。なお、これらの記憶装置は、電子情報を格納可能な任意の電子部品を意味するものとし、半導体のメモリでもよい。半導体のメモリは、揮発性メモリ又は不揮発性メモリのいずれでもよい。コンピュータ２００において各種データ等を保存するための記憶装置は、主記憶装置３０又は補助記憶装置４０により実現されてもよく、プロセッサ１００に内蔵される内蔵メモリにより実現されてもよい。
【0112】
コンピュータ２００が、少なくとも１つの記憶装置（メモリ）と、この少なくとも１つの記憶装置に接続（結合）される少なくとも１つのプロセッサ１００で構成される場合、記憶装置１つに対して、少なくとも１つのプロセッサ１００が接続されてもよい。また、１つのプロセッサ１００に対して、少なくとも１つの記憶装置が接続されてもよい。また、複数のプロセッサ１００のうち少なくとも１つのプロセッサ１００が、複数の記憶装置のうち少なくとも１つの記憶装置に接続される構成を含んでもよい。また、複数台のコンピュータ２００に含まれる記憶装置とプロセッサ１００によって、この構成が実現されてもよい。さらに、記憶装置がプロセッサ１００と一体になっている構成（例えば、Ｌ１キャッシュ、Ｌ２キャッシュを含むキャッシュメモリ）を含んでもよい。
【0113】
ネットワークインタフェース５０は、無線又は有線により、通信ネットワーク３００に接続するためのインタフェースである。ネットワークインタフェース５０は、既存の通信規格に適合したもの等、適切なインタフェースを用いればよい。ネットワークインタフェース５０により、通信ネットワーク３００を介して接続された外部装置４１０と情報のやり取りが行われてもよい。なお、通信ネットワーク３００は、ＷＡＮ（Wide Area Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＰＡＮ（Personal Area Network）等の何れか又はそれらの組み合わせであってよく、コンピュータ２００と外部装置４１０との間で情報のやり取りが行われるものであればよい。ＷＡＮの一例としてインターネット等があり、ＬＡＮの一例としてＩＥＥＥ８０２．１１やイーサネット（登録商標）等があり、ＰＡＮの一例としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＮＦＣ（Near Field Communication）等がある。
【0114】
デバイスインタフェース６０は、外部装置４２０と直接接続するＵＳＢ等のインタフェースである。
【0115】
外部装置４１０はコンピュータ２００とネットワークを介して接続されている装置である。外部装置４２０はコンピュータ２００と直接接続されている装置である。
【0116】
外部装置４１０又は外部装置４２０は、一例として、入力装置であってもよい。入力装置は、例えば、カメラ、マイクロフォン、モーションキャプチャ、各種センサ、キーボード、マウス、タッチパネル等のデバイスであり、取得した情報をコンピュータ２００に与える。また、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等の入力部とメモリとプロセッサを備えるデバイスであってもよい。
【0117】
また、外部装置４１０又は外部装置４２０は、一例として、出力装置でもよい。出力装置は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等の表示装置であってもよいし、音声等を出力するスピーカ等であってもよい。また、パーソナルコンピュータ、タブレット端末又はスマートフォン等の出力部とメモリとプロセッサを備えるデバイスであってもよい。
【0118】
また、外部装置４１０また外部装置４２０は、記憶装置（メモリ）であってもよい。例えば、外部装置４１０はネットワークストレージ等であってもよく、外部装置４２０はＨＤＤ等のストレージであってもよい。
【0119】
また、外部装置４１０又は外部装置４２０は、コンピュータ２００の構成要素の一部の機能を有する装置でもよい。つまり、コンピュータ２００は、外部装置４１０又は外部装置４２０に処理結果の一部又は全部を送信してもよいし、外部装置４１０又は外部装置４２０から処理結果の一部又は全部を受信してもよい。
【0120】
本明細書（請求項を含む）において、「ａ、ｂ及びｃの少なくとも１つ（一方）」又は「ａ、ｂ又はｃの少なくとも１つ（一方）」の表現（同様な表現を含む）が用いられる場合は、ａ、ｂ、ｃ、ａ－ｂ、ａ－ｃ、ｂ－ｃ又はａ－ｂ－ｃのいずれかを含む。また、ａ－ａ、ａ－ｂ－ｂ、ａ－ａ－ｂ－ｂ－ｃ－ｃ等のように、いずれかの要素について複数のインスタンスを含んでもよい。さらに、ａ－ｂ－ｃ－ｄのようにｄを有する等、列挙された要素（ａ、ｂ及びｃ）以外の他の要素を加えることも含む。
【0121】
本明細書（請求項を含む）において、「データを入力として／を用いて／データに基づいて／に従って／に応じて」等の表現（同様な表現を含む）が用いられる場合は、特に断りがない場合、データそのものを用いる場合や、データに何らかの処理を行ったもの（例えば、ノイズ加算したもの、正規化したもの、データから抽出した特徴量、データの中間表現等）を用いる場合を含む。また、「データを入力として／を用いて／データに基づいて／に従って／に応じて」何らかの結果が得られる旨が記載されている場合（同様な表現を含む）、特に断りがない場合、当該データのみに基づいて当該結果が得られる場合や、当該データ以外の他のデータ、要因、条件及び／又は状態にも影響を受けて当該結果が得られる場合を含む。また、「データを出力する」旨が記載されている場合（同様な表現を含む）、特に断りがない場合、データそのものを出力として用いる場合や、データに何らかの処理を行ったもの（例えば、ノイズ加算したもの、正規化したもの、データから抽出した特徴量、各種データの中間表現等）を出力として用いる場合を含む。
【0122】
本明細書（請求項を含む）において、「接続される（connected）」及び「結合される（coupled）」との用語が用いられる場合は、直接的な接続／結合、間接的な接続／結合、電気的（electrically）な接続／結合、通信的（communicatively）な接続／結合、機能的（operatively）な接続／結合、物理的（physically）な接続／結合等のいずれをも含む非限定的な用語として意図される。当該用語は、当該用語が用いられた文脈に応じて適宜解釈されるべきであるが、意図的に或いは当然に排除されるのではない接続／結合形態は、当該用語に含まれるものして非限定的に解釈されるべきである。
【0123】
本明細書（請求項を含む）において、「ＡがＢするよう構成される（A configured to B）」との表現が用いられる場合は、要素Ａの物理的構造が、動作Ｂを実行可能な構成を有するとともに、要素Ａの恒常的（permanent）又は一時的（temporary）な設定（setting/configuration）が、動作Ｂを実際に実行するように設定（configured/set）されていることを含んでよい。例えば、要素Ａが汎用プロセッサである場合、当該プロセッサが動作Ｂを実行可能なハードウェア構成を有するとともに、恒常的（permanent）又は一時的（temporary）なプログラム（命令）の設定により、動作Ｂを実際に実行するように設定（configured）されていればよい。また、要素Ａが専用プロセッサ、専用演算回路等である場合、制御用命令及びデータが実際に付属しているか否かとは無関係に、当該プロセッサの回路的構造等が動作Ｂを実際に実行するように構築（implemented）されていればよい。
【0124】
本明細書（請求項を含む）において、含有又は所有を意味する用語（例えば、「含む（comprising/including）」、「有する（having）」等）が用いられる場合は、当該用語の目的語により示される対象物以外の物を含有又は所有する場合を含む、open-endedな用語として意図される。これらの含有又は所有を意味する用語の目的語が数量を指定しない又は単数を示唆する表現（a又はanを冠詞とする表現）である場合は、当該表現は特定の数に限定されないものとして解釈されるべきである。
【0125】
本明細書（請求項を含む）において、ある箇所において「１つ又は複数（one or more）」、「少なくとも１つ（at least one）」等の表現が用いられ、他の箇所において数量を指定しない又は単数を示唆する表現（a又はanを冠詞とする表現）が用いられているとしても、後者の表現が「１つ」を意味することを意図しない。一般に、数量を指定しない又は単数を示唆する表現（a又はanを冠詞とする表現）は、必ずしも特定の数に限定されないものとして解釈されるべきである。
【0126】
本明細書において、ある実施形態の有する特定の構成について特定の効果（advantage/result）が得られる旨が記載されている場合、別段の理由がない限り、当該構成を有する他の１つ又は複数の実施形態についても当該効果が得られると理解されるべきである。但し、当該効果の有無は、一般に種々の要因、条件及び／又は状態に依存し、当該構成により必ず当該効果が得られるものではないと理解されるべきである。当該効果は、種々の要因、条件及び／又は状態が満たされたときに実施形態に記載の当該構成により得られるものに過ぎず、当該構成又は類似の構成を規定したクレームに係る発明において、当該効果が必ずしも得られるものではない。
【0127】
本明細書（請求項を含む）において、複数のハードウェアが所定の処理を行う場合、各ハードウェアが協働して所定の処理を行ってもよいし、一部のハードウェアが所定の処理の全てを行ってもよい。また、一部のハードウェアが所定の処理の一部を行い、別のハードウェアが所定の処理の残りを行ってもよい。本明細書（請求項を含む）において、「１又は複数のハードウェアが第１の処理を行い、前記１又は複数のハードウェアが第２の処理を行う」等の表現（同様な表現を含む）が用いられている場合、第１の処理を行うハードウェアと第２の処理を行うハードウェアは同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。つまり、第１の処理を行うハードウェア及び第２の処理を行うハードウェアが、前記１又は複数のハードウェアに含まれていればよい。なお、ハードウェアは、電子回路、電子回路を含む装置等を含んでよい。
【0128】
本明細書（請求項を含む）において、複数の記憶装置（メモリ）がデータの記憶を行う場合、複数の記憶装置のうち個々の記憶装置は、データの一部のみを記憶してもよいし、データの全体を記憶してもよい。また、複数の記憶装置のうち一部の記憶装置がデータを記憶する構成を含んでもよい。
【0129】
以上、本開示の実施形態について詳述したが、本開示は上記した個々の実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲において、種々の追加、変更、置き換え、部分的削除等が可能である。例えば、前述した実施形態において、数値又は数式を説明に用いている場合、これらは例示的な目的で示されたものであり、本開示の範囲を限定するものではない。また、実施形態で示した各動作の順序も例示的なものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【0130】
１０ 命令供給部
１１ 命令発生部
１２ 命令キュー
１３、１３Ｃ 命令取り出し部
１４、１４Ａ 命令デコーダ
１５ バブル判定部
１６ 先読みキュー
２０ 演算ユニット
２１ レジスタファイル
２２ 演算器
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ プロセッサ
ＣＮＴ０、ＣＮＴ１、ＣＮＴ２ 制御信号
ＬＴ ラッチ
ＲＥＧ レジスタ制御信号
ＲＳＬＴ 演算結果データ
ＳＥＬ０、ＳＥＬ１、ＳＥＬ２ セレクタ
１１ 命令発生部
１２ 命令キュー
１３、１３Ｃ 命令取り出し部
１４、１４Ａ 命令デコーダ
１５ バブル判定部
１６ 先読みキュー
２０ 演算ユニット
２１ レジスタファイル
２２ 演算器
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ プロセッサ
ＣＮＴ０、ＣＮＴ１、ＣＮＴ２ 制御信号
ＬＴ ラッチ
ＲＥＧ レジスタ制御信号
ＲＳＬＴ 演算結果データ
ＳＥＬ０、ＳＥＬ１、ＳＥＬ２ セレクタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】