CPIとは？

CPIの意味

1命令の実行に要する平均クロック数。実行時間は命令数×CPI×クロック周期と表せるため、性能改善はこの3つのどれを下げるかという整理になる。パイプラインが理想的に流れればCPIは1に近づき、スーパスカラでは1を下回ることもある。

CPIの具体例

命令数1億、CPIが2.5、クロック周波数2GHzなら実行時間は1億×2.5÷2,000,000,000で0.125秒。分岐予測ミスやキャッシュミスによる待ちが増えると、実効CPIは設計上の値より大きくなる。

CPIは試験でどう引っ掛けられる？

CPIとクロック周波数はしばしばトレードオフになる。周波数を上げるためにパイプライン段数を深くすると、予測が外れたときの損失が増えてCPIが悪化し、期待どおりに速くならないことがある。

CPIと関連する用語

• MIPS
• クロック周波数
• パイプライン

CPIが出た過去問

• ある組織では、プロジェクトのスケジュールとコストの管理にアーンドバリューマネジメントを用いている。期間10日間のプロジェクトの、5日目の終了時点の状況は表のとお…

  正解：150

  要点：EAC＝BAC÷CPI。CPI＝EV÷ACで現在のコスト効率を測る

  コスト効率指数CPIはEV÷AC＝40÷60＝2/3である。このコスト効率が今後も続くと仮定する場合、完成時総コスト見積りEACはBAC÷CPIで求める。100÷(2/3)＝150万円となる。予算100万円に対して50万円の超過が見込まれることを意味する。

  出典：令和1年度 春期 高度共通_午前I試験 am1 問18（IPA）

• 動作周波数1.25GHzのシングルコアCPUが1秒間に10億回の命令を実行するとき、このCPUの平均CPI（Cycles Per Instruction）として…

  正解：1.25

  要点：CPIは動作周波数を毎秒の実行命令数で割って求める

  CPIは1命令の実行に要する平均クロック数なので、1秒あたりのクロック数を1秒あたりの命令数で割れば求まる。1.25GHz＝毎秒12.5億クロック、命令実行数は毎秒10億命令なので、12.5億÷10億＝1.25となる。

  出典：令和5年度 春期 高度共通_午前I試験 am1 問4（IPA）

• EVMで管理しているプロジェクトがある。図は、プロジェクトの開始から完了予定までの期間の半分が経過した時点での状況である。コスト効率、スケジュール効率がこのまま…

  正解：計画に比べてコストは多くなり、プロジェクトの完了は遅くなる。

  要点：EV<AC<PVはコスト超過かつ進捗遅れを意味する

  現時点でEV<AC<PVという関係にある。EV<ACはコスト効率指数CPI＝EV/ACが1未満であること、すなわち出来高に対して実コストが超過していることを示す。EV<PVはスケジュール効率指数SPI＝EV/PVが1未満で、計画より出来高が遅れていることを示す。この傾向が続けば、コストは計画より多くなり完了は遅れる。

  出典：令和6年度 春期 高度共通_午前I試験 am1 問18（IPA）

• 同じ命令セットをもつコンピュータAとBとがある。それぞれのCPUクロック周期、及びあるプログラムを実行したときのCPI（Cycles Per Instructi…

  正解：2

  要点：1命令の実行時間はクロック周期×CPIで求まる

  1命令当たりの実行時間はクロック周期×CPIで求まる。コンピュータAは1ナノ秒×4.0＝4ナノ秒、コンピュータBは4ナノ秒×0.5＝2ナノ秒である。同じ命令セットで同じプログラムなら実行命令数は等しいので、処理時間の比は4÷2＝2倍となる。

  出典：令和7年度 春期 高度共通_午前I試験 am1 問4（IPA）

• EVMを使用してマネジメントをしているプロジェクトで、進捗に関する指標値は次のとおりであった。このプロジェクトに対する適切な評価と対策はどれか。 〔進捗に関する…

  正解：コストが予算を超えているので、完成時総予算を超過するおそれがあるが、スケジュールには余裕があるので、残作業のコスト効率を上げる対策を検討するか、コンティンジェンシー予備費の使用を検討する。

  要点：CPI＜1はコスト超過、SPI＞1は先行、TCPI＞1は効率向上が必要

  CPIが1を下回る0.9はコスト超過、SPIが1を上回る1.1はスケジュール先行を意味する。またTCPIが1.2ということは、完成時総予算内に収めるには残作業を計画より2割高い効率でこなす必要があるということである。したがってコスト面の対策として効率向上策かコンティンジェンシー予備の使用を検討することになる。

  出典：令和7年度 春期 高度共通_午前I試験 am1 問18（IPA）