パイプライン・スーパースカラ・投機実行（情報処理安全確保支援士対策）
■ ① パイプライン
● パイプラインとは
説明
命令実行を複数の段階（フェッチ・デコード・実行など）に分けて、重ねて処理する技術。
● イメージ
- 命令1：実行
- 命令2：デコード
- 命令3：フェッチ
→ 同時並行で進む
● 特徴
- スループット向上
- 1命令あたりの処理時間（レイテンシ）は基本変わらない
● ハザード（問題点）
データハザード
前の命令の結果待ち
制御ハザード
分岐命令による遅延
構造ハザード
ハードウェア資源の競合
問題
パイプラインの説明として適切なものはどれか？
A. 命令を順番に1つずつ処理する
B. 命令を段階に分けて重ねて処理する
C. メモリ容量を増やす
D. クロックを停止する
答え：B
問題
パイプラインの効果として適切なものはどれか？
A. レイテンシの短縮
B. スループットの向上
C. メモリ削減
D. 電力削減
答え：B
問題
分岐命令によって発生する問題はどれか？
A. データハザード
B. 制御ハザード
C. 構造ハザード
D. メモリハザード
答え：B
■ ② スーパースカラ
● スーパースカラとは
説明
複数の命令を同時に実行する技術。
● 特徴
- 複数の実行ユニット
- 命令レベル並列性（ILP）を利用
- パイプラインと併用されることが多い
● ポイント
- 同時に複数命令を実行できる
- 依存関係があると並列化できない
問題
スーパースカラの説明として適切なものはどれか？
A. 命令を分割して処理する
B. 複数命令を同時に実行する
C. メモリを圧縮する
D. クロックを下げる
答え：B
問題
スーパースカラの特徴として適切なものはどれか？
A. 必ずすべての命令を並列実行できる
B. 命令の依存関係に影響される
C. メモリ容量が増える
D. 分岐が不要になる
答え：B
■ ③ 投機実行
● 投機実行とは
説明
分岐結果を予測し、実際の結果が確定する前に命令を先に実行する技術。
● 特徴
- 分岐予測を利用
- 予測が外れると処理を破棄してやり直す
● 目的
- パイプラインの停止を防ぐ
- 性能向上
問題
投機実行の説明として適切なものはどれか？
A. 命令を保存する
B. 分岐を待ってから実行する
C. 分岐を予測して先に実行する
D. メモリを増やす
答え：C
問題
投機実行に関する説明として適切なものはどれか？
A. 常に正しい結果になる
B. 予測が外れると再実行する
C. 処理時間が必ず増える
D. 並列処理はできない
答え：B
■ ④ 3つの関係
- パイプライン：処理の流れを重ねる
- スーパースカラ：複数命令を同時実行
- 投機実行：分岐を予測して先行処理
● イメージまとめ
- パイプライン → 流れを効率化
- スーパースカラ → 横に増やす
- 投機実行 → 先読みする
■ ⑤ 整理
- パイプライン：段階並列
- スーパースカラ：命令並列
- 投機実行：分岐予測
■ 最終確認
問題①
命令を段階に分けて重ねて処理する技術はどれか？
A. スーパースカラ
B. パイプライン
C. 投機実行
D. キャッシュ
答え：B
問題②
分岐結果を予測して処理を先に行う技術はどれか？
A. パイプライン
B. スーパースカラ
C. 投機実行
D. 割込み
答え：C
問題③
複数の命令を同時に実行する技術はどれか？
A. パイプライン
B. スーパースカラ
C. 投機実行
D. 仮想記憶
答え：B