CPU性能と高速化・並列処理

イントロ

計算や記法の入口をつくる

基本情報技術者試験で扱う「CPU性能と高速化・並列処理」を、IT知識なしでも意味と使いどころから学べるように整理します。まず目的をつかみ、似た言葉や条件の違いを短く見分けます。

定義

一命令に必要な平均クロック数をといいます。
見分けるポイント: は、命令処理を段階に分けて複数命令を重ねて進める方式です。は、CPU内部で命令やデータを一時保持する高速な記憶領域です。は、一秒間に発生するクロック信号の回数を表す値です。

公式

計算・記法を、問題文の条件に当てはめて読む。

CPU実行時間

実行時間=命令数×CPIクロック周波数

命令数、1命令当たりのクロック数、クロック周波数で処理時間を見ます。

使うときのコツ

周波数だけで性能を判断しません。

アムダールの法則

高速化率=1((1-p)+pn)

並列化できる割合pと並列数nから、理論上の高速化上限を見ます。

使うときのコツ

並列化できない部分が上限を決めます。

解くコツ

周波数だけでなく、1命令あたりのサイクル数と並列化できる割合を見る。単位、条件、対象範囲をそろえてから式や記法を使います。

例

場面: クロックとCPIから命令実行時間を概算する例
順に考えると: まずクロック周波数が何を表すかを確認します。次にCPIとの違いを、問題文の対象・条件・順序から分けます。ここでは周波数だけでなく、1命令あたりのサイクル数と並列化できる割合を見る。
ここが結論: この例では、周波数だけでなく、1命令あたりのサイクル数と並列化できる割合を見ることが要点です。答えを選ぶときは、クロック周波数が高いほど常に処理性能が高いと思うという読み違いを避けます。

注意

確認

Q1

CPU性能と高速化・並列処理を問題で読むとき、最も適切な見方はどれですか。

まとめ