CPU処理速度の計算は「速さの公式」から考える
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CPU処理速度は「速さ」と同じ考え方
基本情報技術者試験では、CPU性能に関する問題で MIPS が登場します。
しかし、初学者の多くは、
MIPS ＝ 1秒間に何百万命令実行できるか
と丸暗記してしまいます。
すると問題を解くときに、
- Million（100万）
- 命令数
- 秒あたり
という複数の情報を同時に処理する必要があり、混乱しやすくなります。
まず理解すべきことは、
CPUの処理速度も、車の速さと同じ考え方である
ということです。
速さの公式を思い出そう
車の速さは、次の公式で求めます。
\text{速度}=\frac{\text{距離}}{\text{時間}}
図で表すと、
になります。
この形を覚えておけば、必要な公式は後から作れます。
覚える公式は1つだけ
覚えるのは、
だけです。
あとは、求めたいものを考えます。
速度を求める場合
速度を求める場合は、そのままです。
\text{速度}=\frac{\text{距離}}{\text{時間}}
例えば、
100kmを2時間で走った場合、
100÷2=50
なので、
50km/h
になります。
距離を求める場合
距離が分からない場合を考えます。
求めたいものは分子側なので、
\text{距離}=\text{速度}\times\text{時間}
になります。
例えば、
時速60kmで3時間走ると、
60\times3=180
なので、
180km進みます。
時間を求める場合
時間を求めたい場合は、
になります。
したがって、
\text{時間}=\frac{\text{距離}}{\text{速度}}
です。
CPUの場合は何に置き換えるか
ここからCPUの処理速度を考えます。
車の場合、
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 距離 | 進んだ距離 |
| 時間 | かかった時間 |
| 速度 | 1時間あたりの距離 |
でした。
CPUでは、
| 車 | CPU |
|---|---|
| 距離 | 命令数 |
| 時間 | 秒 |
| 速度 | 処理速度 |
になります。
つまり、
です。
数式では、
\text{処理速度}=\frac{\text{命令数}}{\text{時間}}
になります。
CPU処理速度も同じように変形できる
処理速度を求める
\text{処理速度}=\frac{\text{命令数}}{\text{時間}}
です。
例：
10秒間で500万命令処理した場合、
500万÷10
なので、
1秒あたり50万命令です。
命令数を求める
命令数を求める場合は、
\text{命令数}=\text{処理速度}\times\text{時間}
になります。
例：
1秒あたり100万命令処理できるCPUが5秒動いた場合、
100万\times5
なので、
500万命令処理できます。
時間を求める
時間を求める場合は、
\text{時間}=\frac{\text{命令数}}{\text{処理速度}}
になります。
例：
1000万命令を、1秒100万命令処理できるCPUで実行すると、
1000万÷100万
なので、
10秒かかります。
ここでMIPSが登場する
CPUの処理速度は、
\frac{\text{命令数}}{\text{秒}}
で表せます。
しかしCPUが扱う命令数は非常に大きな数字になります。
例えば、
100,000,000命令/秒のような値になります。
そこで、100万命令を1つの単位としてまとめます。
MIPSとは何か
MIPSは、
Million Instructions Per Second
の略です。
分解すると、
| 文字 | 意味 |
|---|---|
| M | Million（100万） |
| I | Instructions（命令） |
| P | Per（〜あたり） |
| S | Second（秒） |
です。
つまり、
1MIPS=100万\text{命令}/\text{秒}
になります。
km/h、MB/s、MIPSは同じ考え方
単位は違いますが、考え方は同じです。
| 単位 | 意味 |
|---|---|
| km/h | 1時間あたり何km進むか |
| MB/s | 1秒あたり何MB送れるか |
| MIPS | 1秒あたり何百万命令できるか |
すべて、
\frac{\text{処理量}}{\text{時間}}
という考え方です。
まとめ
CPU性能の問題で大切なのは、
「MIPSという単位を暗記すること」
ではありません。
まず、
という考え方を理解することです。
車なら、
CPUなら、
になります。
つまり、
CPU処理速度は、コンピュータ版の「速さ」の問題である
と考えることで、MIPSの計算問題は公式暗記ではなく、意味から解けるようになります。
まとめ
