CPUの性能指標
CPUの性能はクロック周波数やCPI、MIPSなどの指標値を用いて評価される。
クロック周波数とは
コンピュータには色んな装置が入っている。それらがてんでバラバラに動いていてはまともに動作しないので
「クロック」と呼ばれる周期的な信号に合わせて動くのが決まり事になっている。
また、クロックが１秒間に繰り返される回数のことをクロック周波数と呼ぶ。
単位は「Hz」例えば「クロック周波数1GHzのCPU」の場合は１秒間に10億回振動していることになる。
CPI(Clock cycles Per Instruction)
CPIというのは「1命令あたり何クロックサイクル必要か」という意味
例えば、CPUが「1GHz」で実行に3クロックを要する命令(3CPI)だった場合は以下の通りになる。
MIPS(Million Instrucutions Per Seccond)
MIPSは「１秒間に実行できる命令の数」という意味
例えば「１つの命令を実行するのに平均して２ナノ秒かかる」CPUがあった場合、MIPS値は以下のようになる。
CPUの高速化技術
随時制御方式で命令を単純に実行していくと以下の通りの手順を要します。
ただ、この手順だとほとんどの回路が出万待ちしているだけでもったないない
なので、下記の処理で無駄をなくす方法は以下の通り
パイプライン処理
複数の命令を平行して実行させることができれば、回路の遊び時間をなくし、処理効率を高めることできる
パイプライン処理による高速化をさらに推し進める手法として、スーパーパイプラインやスーパースカラがある
スーパーパイプライン
各ステージの中身をさらに細かいステージに分割することで、パイプライン処理の効率アップを図るもの。
スーパースカラ
パイプライン処理を行う回路を複数持たせることで、まったく同時に複数の命令を実行できるようにしたもの。
CPUアーキテクチャ
CPUには、高機能な命令を持つCISCと単純な命令のみで構成されるRISCという２つのアーキテクチャがある
CISC(Complex Instruciton Set Computer)
主に以下の機能がある
・マイクロプログラムを内部に記憶させることで高機能な命令が実現できる
・命令の追加や変更が用意
・便利な命令がそろっているので、機械語のプログラム作成が楽
・命令の実行速度は遅い
・命令の長さや実行速度がバラバラ
RISC(Reduced Instruction Set Copmputer)
・ワイヤードロジックによってすべての命令をハードウェア的に実装
・命令の追加や変更は難しい
・単純な命令があるだけなので、手作業による機械語のプログラム作成は困難
・命令の実行速度が速い
・命令の長さや実行速度がほとんど等しい