キャッシュとCPU時間 想定問題 3
クロック周波数2.5GHzのプロセッサで，次の表の命令からなるプログラムを実行する。CPI（1つの命令の実行にかかるクロック数）は命令の種類ごとに表のとおりで，ほかの待ち時間は考えないものとする。このプログラムに関する次の記述の，正誤の組合せとして，最も適切なものはどれか。
命令の種類 ／ 命令の個数 ／ CPI
演算命令 ／ 10,000 ／ 1
ロード・ストア命令 ／ 6,000 ／ 3
分岐命令 ／ 4,000 ／ 3
（ア）合計クロック数は40,000で，1命令あたりの平均CPIは2.0である。
（イ）クロック周波数が2.5GHzなので1クロックは2.5nsであり，CPU実行時間は100μsである。
（ウ）このプロセッサのMIPS値（1秒間に何百万個の命令を実行できるかを表す値）は，このプログラムでは1,250となる。
（エ）ロード・ストア命令のCPIを3から2に下げると，ほかの条件が同じなら，CPU実行時間はちょうど半分になる。
アイウエ
解説
ポイント
命令の個数とCPIから，合計クロック数・平均CPI・CPU実行時間・MIPS値を求め，記述の正誤を問う問題です。
考え方と解き方
合計クロック数 ＝ 種類ごとの（個数 × CPI）の合計です。1クロックの時間は 1 ÷ 周波数 ＝ 1 ÷ (2.5×109) ＝ 0.4[ns] です。
ア：正しい。合計クロック数は 10,000 × 1 ＋ 6,000 × 3 ＋ 4,000 × 3 ＝ 40,000。命令は 20,000 個なので，平均CPIは 2.0 です。
イ：誤り。1クロックは 2.5ns でなく 0.4ns です。CPU実行時間は 40,000 × 0.4 ＝ 16,000[ns] ＝ 16[μs] で，100μs ではありません。
ウ：正しい。MIPS値は 2.5×109 ÷ 2.0 ÷ 106 ＝ 1,250 です。
エ：誤り。ロード・ストアのCPIを2にすると 34,000 クロックで，34,000 × 0.4 ＝ 13.6[μs] です。16[μs] の半分（8[μs]）にはなりません。答えは ア ○，イ ×，ウ ○，エ ×
覚えておくこと
- CPU 実行時間 ＝（命令の個数 × CPI を種類ごとに足した合計クロック数）÷ クロック周波数（テキスト・覚えること）
- 2.0GHz は1秒に 2.0×109 回のクロック，1クロックは 0.5ns。1クロックの時間 ＝ 1 ÷ 周波数（2.5GHz なら 0.4ns）（テキスト・覚えること）
- MIPS 値（1秒に何百万個の命令を実行できるか）＝ クロック周波数 ÷ 平均 CPI ÷ 106（テキスト・覚えること）
- 一部の命令のCPIだけ下げても，全体の時間は同じ割合では減らない（合計クロック数で比べる）（テキスト・ひっかけ）
類似する過去問：平成29年度 基礎科目 I-2-6、平成25年度 基礎科目 I-2-6
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