CPIとMIPS（プロセッサの性能指標）とは？

CPIとMIPS（プロセッサの性能指標）の意味

一命令の実行に要する平均クロック数がCPI、毎秒何百万命令を実行できるかがMIPS。実行時間は命令数×CPI×クロック周期で表され、クロック周波数だけでは性能を語れないことを示す。サイジングや機種選定で、指標の意味を取り違えないことが求められる。

CPIとMIPS（プロセッサの性能指標）の具体例

二GHz・CPI二.〇の機器は毎秒一〇億命令＝一〇〇〇MIPSとなる。命令混在比率（分岐三〇%・演算五〇%など）ごとのサイクル数から加重平均でCPIを求め、業務処理の命令数見積りと掛け合わせて必要な処理能力を算出する、という手順で使う。

CPIとMIPS（プロセッサの性能指標）は試験でどう引っ掛けられる？

MIPSは命令セットが異なる機種同士の比較には使えない。一命令の仕事量が違うため、命令数が多い機種のほうが数値上は大きく出ることすらある。機種比較には実業務に近い基準試験（ベンチマーク）の結果を使う。

CPIとMIPS（プロセッサの性能指標）と関連する用語

• ベンチマーク（TPC・SPEC）

CPIとMIPS（プロセッサの性能指標）が出た過去問

• 平均命令実行時間が20ナノ秒のコンピュータがある。このコンピュータの性能は何MIPSか。

  正解：50

  要点：MIPS＝1÷平均命令実行時間(秒)÷100万。20nsなら50MIPS

  MIPSは1秒間に実行できる命令数を百万単位で表した指標である。1命令に20ナノ秒＝20×10のマイナス9乗秒かかるので、1秒あたりの実行命令数は 1 ÷ (20×10^-9) ＝ 5000万命令となる。5000万は50×10^6なので50MIPSとなる。

  出典：平成29年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問9（IPA）

• 動作クロック周波数が700MHzのCPUで，命令実行に必要なクロック数及びその命令の出現率が表に示す値である場合，このCPUの性能は約何MIPSか。

  正解：100

  要点：MIPS＝クロック周波数÷加重平均クロック数

  まず1命令あたりの平均クロック数を求めます。4×0.3＋8×0.6＋10×0.1＝1.2＋4.8＋1.0＝7クロックです。動作クロック周波数700MHzを7で割ると1秒間に100×10^6命令、すなわち約100MIPSとなります。

  出典：平成29年度 春期 基本情報技術者試験 午前 問8（IPA）

• 動作クロック周波数が700MHzのCPUで，命令実行に必要なクロック数及びその命令の出現率が表に示す値である場合，このCPUの性能は約何MIPSか。

  正解：100

  要点：MIPS＝クロック周波数(MHz)÷平均クロック数

  まず1命令あたりの平均クロック数を求めると、4×0.3＋8×0.6＋10×0.1＝1.2＋4.8＋1.0＝7.0クロックとなる。700MHzを7で割ると毎秒1億命令、すなわち100MIPSである。

  出典：平成30年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問9（IPA）

• 1GHzのクロックで動作するCPUがある。このCPUは、機械語の1命令を平均0.8クロックで実行できることが分かっている。このCPUは1秒間に平均何万命令を実行…

  正解：125,000

  要点：命令実行数＝クロック周波数÷1命令あたりクロック数（CPI）

  1GHzは1秒間に10億（10^9）クロックを刻むことを意味する。1命令あたり平均0.8クロックなので、1秒間の命令数は 10^9 ÷ 0.8 ＝ 1.25×10^9 命令となる。これを万命令単位に直すと 1.25×10^9 ÷ 10^4 ＝ 125,000万命令である。単位の換算（億→万）を間違えやすいので注意する。

  出典：令和1年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問12（IPA）