パイプライン処理とは？ぱいぷらいんしょり
パイプライン処理とは、1つの命令の実行をフェッチ・デコード・実行・書込みといった段に分け、段ごとの回路を別々の命令が同時に使うことで処理能力を上げる方式。1命令が完了するまでの時間（レイテンシ）は縮まらず、単位時間に完了する命令数（スループット）が増えるのが効果である。
最終更新：2026-10-06
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回路を素直に作ると、命令を1つずつ最後まで処理する間、デコード回路も演算器も自分の出番以外は遊んでいる。クロック周波数を上げるだけの高速化は消費電力と発熱で頭打ちになるため、遊んでいる段を別の命令で埋めるという方向に高速化の軸が移った。段をさらに細かく刻んで周波数を上げるスーパーパイプライン、パイプラインを複数本並べて同時に流すスーパースカラは、いずれもこの延長にある。応用情報では段数・段あたりのサイクル数・命令数から実行時間を計算させる形で問われる。
具体例
インテルのPentium 4は20段を超える深いパイプラインで高い周波数を得る設計、組込み向けのARM Cortex-M0は3段の浅い設計と、同じ手法でも狙いが正反対に振れる。深いほど1段あたりが短く周波数を上げやすいが、分岐を読み違えたときに捨てる段数も増える。
試験での引っ掛け
乱れの原因は分岐だけではなく、同じ回路を取り合う構造ハザード、直前の命令の結果を待つデータハザード、分岐で先読みが無駄になる制御ハザードの3種があり、どれかを名指しで選ばせる出題が多い。またパイプライン化で速くなるのはスループットであって、1命令あたりの所要時間が短くなるわけではない。
関連用語
出た過去問
問題文で直接問われたものと、解説の中で触れられたものが含まれます。
出典：令和3年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問56（IPA）解説で登場
ITIL 2011 editionによれば、サービス・ポートフォリオの説明のうち、適切なものはどれか。
正解：サービス・プロバイダの約束事項と投資を表すものであって、サービス・プロバイダによって管理されている“検討中か開発中”，“稼働中か展開可能”及び“廃止済み”の全てのサービスが含まれる。
要点：サービスポートフォリオは検討中から廃止済みまで全サービスを含む
サービスポートフォリオは、サービスプロバイダが管理する全サービスの一覧であり、検討中・開発中のサービスパイプライン、稼働中または展開可能なサービスカタログ、廃止済みサービスの3つをすべて含む。顧客に公開されるのはこのうちサービスカタログの部分だけである。
出典：平成28年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問8（IPA）
全ての命令が5ステージで完了するように設計された、パイプライン制御のコンピュータがある。20命令を実行するには何サイクル必要となるか。ここで、全ての命令は途中で…
正解：24
要点：パイプラインの所要サイクルはステージ数＋命令数−1
パイプラインでは最初の命令が完了するまでにステージ数分のサイクルが必要で、その後は1サイクルごとに1命令が完了します。したがって必要サイクル数は「ステージ数＋（命令数−1）」で求められます。5＋（20−1）＝24サイクルが答えです。停止がない理想的な条件なので、この式がそのまま使えます。
出典：平成29年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問8（IPA）
パイプライン制御を適切に表しているものはどれか。ここで、図中の記号Dは解読、Eは実行、Fは命令フェッチとする。
正解：ウ：命令1がF→D→E、命令2はFが命令1のDと重なって開始、命令3はFが命令2のDと重なって開始する、正しくパイプライン化された図
要点：パイプラインはF→D→Eを1段ずつずらして重ねる
パイプライン制御は1命令の処理をフェッチ(F)・解読(D)・実行(E)などの段に分け、先行命令が次の段へ進んだ時点で後続命令の第1段を開始する方式である。したがって各命令がF→D→Eという正しい順序を保ちながら、1段ずつずれて時間的に重なって進む図が該当する。
出典：令和元年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問15（IPA）解説で登場
1件のデータを処理する際に、読取りには40ミリ秒、CPU処理には30ミリ秒、書込みには50ミリ秒掛かるプログラムがある。このプログラムで、n件目の書込みと並行し…
正解：1,200
要点：パイプラインの処理能力は最も遅い工程の時間で決まる
読取り・CPU処理・書込みを別々の件に対して並行実行できるので、全体はパイプラインとして動きます。パイプラインのスループットは最も遅い工程で決まり、ここでは書込みの50ミリ秒です。1分＝60,000ミリ秒を50ミリ秒で割ると1,200件となります。
出典：令和3年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問15（IPA）解説で登場
1件のデータを処理する際に、読取りには40ミリ秒、CPU処理には30ミリ秒、書込みには50ミリ秒掛かるプログラムがある。このプログラムで、n件目の書込みと並行し…
正解：1,200
要点：パイプラインのスループットは最も遅い工程で決まる
読取り40、CPU処理30、書込み50ミリ秒の3工程を並行して流すパイプライン処理なので、全体のスループットは最も遅い工程（ボトルネック）で決まる。ここでは書込みの50ミリ秒が律速となり、1件あたり50ミリ秒間隔で処理が完了する。1分＝60,000ミリ秒を50で割ると1,200件になる。
出典・参考
公式シラバスの2 コンピュータシステム ＞ 1. プロセッサ ＞ (9) プロセッサの高速化技術に掲載されている用語です。
解説は資格暗記が独自に作成しています。過去問の出典は各問題に記載のとおりです。