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クロック周波数、CPI、MIPSの計算と求め方

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このページでは、CPUの性能を表す『クロック周波数』『CPI』『MIPS』などの指標を相互に変換する計算の仕方を案内します。

用語の確認をしつつ、互いの指標への変換をしていきましょう。

クロック

コンピュータは『クロック』と呼ばれる周期的な信号に合わせて動きます。

よくみる以下のような波形のひとうねりを『1周期』=『1クロック』といいます。

周波数、1 Hz、イメージ

クロック周波数 [Hz]

1秒あたりに波形(クロック)が何個あるかを示したのが『クロック周波数(Hz)』

1GHzのCPUがあった場合、1秒間に109(=1ギガ)回振動します。

  • 1GHz / s

クロック時間(クロックサイクル時間)[s]

1クロックに要する時間が何秒かを表したのが『クロック時間』(または、クロックサイクル時間)。

クロック周波数の逆数で求めることができます。

クロック周波数が1GHzであれば、クロック時間は1ns(ナノ秒)

  • 1 / 1GHz = 1ns

命令 (Instructions)

コンピュータを動かすための最小単位、要するに命令です。

1命令を実行するのに1クロックと決まっているわけではなく、5クロック必要だったり10クロック必要だったりします。

MIPS(Million Instructions Per Second)

1秒あたり何命令実行できるかを表した指標です。

補助単位『M(ミリオン)』が付いているので、×106となります。

1秒に500百万回(5億回)命令が実行できるなら、500MIPS。

平均命令実行時間 [s]

1命令を何秒で実行できるかを表した指標です。

MIPSの逆数で求めることができます。

500MIPSなら平均命令実行時間は、

  • 1 / 500×106 = 2ns 

CPI (Clock Per Instructions)

またはClock Cycles Per Instructions。

1命令を実行するのに何クロック必要とするかを表した指標です。

1命令を実行するのに3クロック必要だったら、3CPIとなります。

おわりに

  • クロック周波数の逆数→クロック時間
  • MIPSの逆数→平均命令時間
  • CPI → Clock Per Instructions → クロック / 命令

を覚えておけば大体大丈夫なはず。