CPUのアーキテクチャと命令実行時間など
CPUのアーキテクチャ
CISCとRISC
- CISC
- 複数の処理を一度に行える命令を多数持つ方式。
- 複合命令セットコンピュータ
- RISC
- 命令を、実行時間が等しい単純なものに絞って数を減らした方式。
- 縮小命令セットコンピュータ
- 登場は1980年代でCISCより後。
| 内容 | CISC | RISC |
|---|---|---|
| 命令語数 | 多い | 少ない |
| 命令語調 | 可変 | 固定 |
| 命令の種類 | 多くて複雑 | 基本のみ |
| レジスタ数 | 少ない | 多い |
| メモリのアクセス | 多様 | ロード、ストア処理のみ |
| 制御方式 | マイクロプログラム | ワイヤードロジック |
| パイプライン処理 | 適さない | 適する |
高速化技術
| 名称 | 概要 |
|---|---|
| 逐次制御方式 | 命令を1つずつ実行する方式 |
| 先行制御方式 | 命令実行時に並行して次の命令を読みだす方式 |
| パイプライン方式 | 目入れを複数の手順に分けて、 それぞれの手順を流れ作業で処理する方式 |
| スーパースカラ方式 | パイプライン処理を同時実行できるようにしたもの ハードウェア構成が複雑化する |
命令実行関係
CPI
- 1命令の実行に必要なクロック数(サイクル数)
- 通常、1命令の実行には１から数クロックかかる。
クロック
- クロック周波数(Hz)
- CPU命令実行のタイミングを制御
- 同じアーキテクチャでクロック周波数が高いほど命令実行時間は短くなる。
MIPS
- 100万命令(10^{6})を1単位として1秒間に何回実行できるかを表す。
- クロック周波数を
f(Hz)、命令実行に必要な平均クロック数をC(クロック)とすると、以下の計算式でMIPSが求められる。
命令ミックス
良く使用される命令の使用頻度と実行時間を設定して、CPUのMIPS値を求める方法。
| 命令ミックス | 概要 |
|---|---|
| コマーシャルミックス | 事務計算用のコンピュータの性能を評価する際の手法。 使用する命令は主に四則演算と転送命令 |
| ギブソンミックス | 科学技術計算用コンピュータの性能を評価する際の手法。 使用する命令は主に様々な演算命令 |
FLOPS
- 一秒間に処理できる浮動小数点演算の回数
- 科学技術計算などの浮動小数点数演算を多用するスーパーコンピューターの性能評価などに用いられる。
- MFLOPS
- 1秒間に100万回浮動小数点演算が出来れば1MFLOPS
平均命令実行時間
- 1命令の実行時間の平均
- MIPSの逆数で単位は
μS(マイクロ秒)
平均使用率
- 全運転時間に対してCPUを実際に使用している時間の割合
- CPUの平均使用率は、全運転時間とCPUの使用時間、CPUを使用していない遊休時間を使って以下に示す式で算出される。
