クロック周波数とは？

クロック周波数の意味

CPUが1秒間に刻む処理タイミング（信号）の回数。単位はHz（ヘルツ）で、数値が大きいほど1秒間に処理できる命令数が多くなる傾向がある。

クロック周波数の具体例

クロック周波数が3GHzのCPUは1秒間に約30億回のタイミング信号を刻む。ただしクロック周波数だけで処理性能の全てが決まるわけではなく、コア数や設計にも左右される。

クロック周波数は試験でどう引っ掛けられる？

「クロック周波数が高い＝必ず高性能」とは限らない（アーキテクチャやコア数の違いも影響する）。

クロック周波数と関連する用語

• CPU
• マルチコアプロセッサ

クロック周波数が出た過去問

• クロック周波数2GHzのプロセッサにおいて一つの命令が5クロックで実行できるとき、1命令の実行に必要な時間は何ナノ秒か。

  正解：2.5

  要点：1命令の時間＝クロック周期×必要クロック数

  クロック周波数2GHzは1秒間に20億回のクロックが刻まれることを意味し、1クロックの時間は1÷(2×10^9)秒＝0.5ナノ秒になる。1命令が5クロックで実行できるなら、0.5×5＝2.5ナノ秒が必要な時間である。

  出典：平成22年度 秋期 ITパスポート試験 問57（IPA）

• CPUのクロック周波数に関する記述のうち，適切なものはどれか。

  正解：同一種類のCPUであれば，クロック周波数を上げるほどCPU発熱量も増加するので，放熱処置が重要となる。

  要点：クロック周波数を上げると発熱も増える。放熱が要る

  クロック周波数はCPUの動作の刻みの速さで、同一種類のCPUなら高いほど処理は速くなるが、その分だけ消費電力と発熱が増えるため冷却が重要になる。ビット数の異なるCPU同士やコア数の異なるCPU同士では、周波数だけで性能を比較することはできない。

  出典：平成27年度 秋期 ITパスポート試験 問63（IPA）

• CPUの性能に関する記述のうち、適切なものはどれか。

  正解：同じ構造のCPUにおいて、クロック周波数を上げると処理速度が向上する。

  要点：同一構造ならクロック周波数が高いほど高速

  クロック周波数はCPUが動作の歩調を取る信号の速さであり、同じ構造のCPU同士であれば、周波数が高いほど単位時間あたりの処理量が増えて処理速度が向上する。ただし構造が異なるCPU同士では周波数だけで性能を比較できない点に注意が必要である。

  出典：平成29年度 秋期 ITパスポート試験 問75（IPA）

• PCのCPUに関する記述のうち、適切なものはどれか。

  正解：1GHzCPUの"1GHz"は、そのCPUが処理のタイミングを合わせるための信号を1秒間に10億回発生させて動作することを示す。

  要点：クロック周波数は1秒間に刻む同期信号の回数

  クロック周波数は、CPUが動作の歩調を合わせるために刻む信号の1秒あたりの回数を表し、1GHzなら1秒間に10億回となる。ビット数は一度に扱えるデータの幅、キャッシュの一次・二次はCPUから見た近さの順位、コア数は演算の核の数を指しており、いずれも他の選択肢の説明は取り違えている。

  出典：令和1年度 春期 ITパスポート試験 問97（IPA）

• CPUの性能に関する記述のうち，適切なものはどれか。

  正解：32ビットCPUと64ビットCPUでは，64ビットCPUの方が一度に処理するデータ長を大きくできる。

  要点：64ビットCPUは一度に扱えるデータ幅が32ビットより大きい

  CPUのビット数は、一度に扱えるデータの幅を表します。64ビットCPUは32ビットCPUより一度に処理できるデータ長が大きく、扱えるメモリ空間も広くなります。キャッシュ容量やクロック周波数、コア数はいずれも「多い・高い」ほうが性能面で有利です。

  出典：令和4年度 秋期 ITパスポート試験 問81（IPA）