CPI・MIPSとクロック周波数とは？

CPI・MIPSとクロック周波数の意味

CPUの処理性能を表す指標。CPIは1命令あたりの平均クロック数、MIPSは1秒間に実行できる命令数を百万単位で表したもの。実行時間は「命令数×CPI÷クロック周波数」で求まり、周波数だけでなく命令数とCPIの両方が性能を決めることが分かる。

CPI・MIPSとクロック周波数の具体例

2GHzでCPIが1.6なら、1秒あたり2×10^9÷1.6＝12.5億命令、すなわち1250MIPS。命令構成が「演算60%・CPI1、分岐20%・CPI2、メモリ20%・CPI4」なら平均CPIは0.6+0.4+0.8＝1.8、という形で加重平均を取るのが典型的な計算。

CPI・MIPSとクロック周波数は試験でどう引っ掛けられる？

MIPSは命令の中身を問わないため、命令1つで多くを行うCISCと単純命令のRISCを直接比較できない。周波数が高いほうが必ず速いとも限らず、パイプライン段数を伸ばして周波数を上げるとCPIが悪化する場合がある。

CPI・MIPSとクロック周波数と関連する用語

• CPUの命令実行サイクル
• 性能評価指標（スループット・応答時間・ターンアラウンドタイム）
• CISCとRISC

CPI・MIPSとクロック周波数が出た過去問

• 表のCPIと構成比率で、3種類の演算命令が合計1,000,000命令実行されるプログラムを、クロック周波数が1GHzのプロセッサで実行するのに必要な時間は何ミリ…

  正解：2.8

  要点：実行時間は平均CPI×命令数÷クロック周波数で求める

  まず構成比率で重み付けした平均CPIを求める。3×0.2＋5×0.2＋2×0.6＝0.6＋1.0＋1.2＝2.8サイクル／命令となる。1,000,000命令では2,800,000サイクル必要で、1GHz（1サイクル1ナノ秒）のプロセッサではこれに1ナノ秒を掛けて2.8ミリ秒となる。

  出典：令和3年度 春期 ネットワークスペシャリスト試験 午前Ⅱ 問22（IPA）