CPUの性能指標(クロック周波数/CPI/MIPS)と高速化技術

応用技術者試験に合格するのを目標にITパスポートから基本情報技術者試験と段階を踏んで学習しています。

(ただのアウトプット記事となりますので悪しからず。)

ここで出てくる新しい用語

  • クロック周波数
  • クロックサイクル時間
  • CPI
  • MIPS
  • 命令ミックス
  • CISC
  • RISK

CPUの性能がコンピュータの処理能力を決める主要な要素です。

クロック周波数とクロックサイクル時間

クロック周波数

クロック周波数とはCPUが処理を行う速さのことで、1秒間に繰り返されるクロックの回数のことです。

1GHzの周波数というのは、1秒間に1×10*9=10億回の周期があるということです。(G=10の9乗)

この数値が大きいほど処理能力が高くなりますが、電気回路の物理的な要因により制約があります。

CPUの商品紹介などでは定格クロックとも書かれていることが多いです。。

下の商品では4.00GHzが定格クロック数です。1秒間に4.00×10*9回もの周期を発生させることができます。

 

じゃあ、定格クロック数だけ見れば良いのかというとまた他の要素も絡んでくるんですね。

下の商品は3.7GHzですが12コアでスレッドの数が24もあります。

CPUの性能はひとつの要素だけで決まるわけではないので、下のようなサイトで性能を比較してから購入しましょう。

インテル(Intel)CPU性能比較|ドスパラ公式通販サイト

クロックサイクル時間

1周期にかかる時間のことです。周期の逆です。

1周期にかかる時間は周波数の逆数で求められます。

たとえば1秒でに2周期動くとすると、1秒を2で割れば1周期の時間になりますよね。

1(秒)÷2(周期)をすれば良いのです。

CPI(Clock cycles Per Instruction)とは

インストラクションとは命令のことなので、「1命令あたり何サイクル必要か」を表す数値です。(消費者物価指数もCPIですので、間違えないようにしましょう。笑)

 

命令の実行に2クロックサイクル必要なら2CPIとなります。

CPIは数値が小さいほどより多くの命令を処理することができるとわかります。

MIPS(Million Instructions Per Second)

 MIPSは

1秒間に実行できる命令数」のことです。ミリオンとあるので100万単位で表します。

20 MIPSのCPUは1秒間に20×100万個=2,000万個の命令が実行できます。数字が大きいほど高速なCPUとなります。

命令ミックス

命令ミックスとは、コンピューターの処理能力を測定する際に、用いる命令の組み合わせのことです。

コンピュータの処理能力はMIPSを用いて評価しますが、命令の種類によって所要時間は異なるため、複数の命令をまとめて期待値として評価する考え方です。

この合計の平均実行時間からMIPSを求めるには、

CPUのクロック周波数÷1命令に要する平均クロック数の合計

命令の種別

命令実行に必要なクロック数

出現率(%)

平均クロック数

レジスタ間演算

10

10

1

メモリ・レジスタ間演算

4

30

1.2

無条件分岐

8

60

4.8

 

 

 

7

1GHzのCPUなら

1×10*9÷7

142857142.857143...(小数点を6個動かす)

約143MIPS(小数第一位を四捨五入)

とMIPSで表すことができます。

CISC

単純な命令から高機能な命令を備えているCPUです。

高機能で便利ですが、ハードウェアだけで動作させるのは無理があるのでソフトウェア的に動作させます。(マイクロプログラム制御)

その分動作は遅くなってしまいます。

RISK

基本的な命令に縛ったCPUで、命令長も固定されています。CISCと違ってハードウェアで全て動作させることができます。(ワイヤードロジック制御)

CISCに比べ高速です。

オススメの参考書

ITパスポート試験

 

 

基本情報技術者試験