MIPSの問題

基本情報技術者試験

【基本情報処理技術者試験のMIPSの問題】コンピュータの性能を問う問題!クロック周波数も同時に覚えておこう!

2020年1月21日

 

実際に出題された基本情報技術者試験MIPSのテーマに関する過去問と解答、解説をしていきます。

ここで紹介する過去問は2つ。

  • 単純に「MIPS」を求める問題
  • クロック周波数(Hz)が提示されている場合の「MIPS」を求める問題

「MIPS」に関する問題は、上記の2つの問題パターンがあります。

ですので、この2つの問題パターンをしっかり押さえておけば良いです。

 

では、はじめに「単純に「MIPS」を求める問題」から紹介し解説していきます。

以下は、平成22年秋期の、基本情報技術者試験に実際に出題された問題です。

 

単純に「MIPS」を求める問題

MIPSを求める問題

平均命令実行時間が20ナノ秒のコンピュータがある。このコンピュータの性能は何MIPSか。

ア.5

イ.10

ウ.20

エ.50

出典:基本情報技術者試験 平成22年秋期 問9

答えはエ

解説します。

 

解説

1.MIPSの問題の解説

まず、問題文冒頭をみてみましょう。

「平均命令実行時間が20ナノ秒のコンピュータ...」

とあります。

これはコンピュータが1個の命令を実行するのに20ナノ秒(20×10-9秒)かかるということ

 

そして問題文最後の部分で、

「...このコンピュータの性能は何MIPSか」

「MIPS」とは、1秒間に実行可能な命令数のことで、単位は100万(106)で表したもの

コンピュータの性能は「MIPS」という単位で表わされます。

(例えば、5MIPSであれば、1秒間に500万の命令を実行できるコンピュータということになります)

 

以上から、このコンピュータの性能(MIPS)は以下の計算で求められます。

1秒 ÷ 20×10-9 × 106 = 50

このコンピュータの性能は50MIPS(1秒間に実行可能な命令数は50×106)となります。

よって答えはエです。

 

以上、単純にコンピュータの性能(MIPS)を求める問題を解説しました。

大切なことをもう一度書いておきます。

「MIPS」とは、コンピュータ性能を表す単位(106)で、1秒間に実行可能な命令数のことである。

 

では次節、クロック周波数が提示されているコンピュータの「MIPS」の問題を紹介し、解説していきます。

 

クロック周波数(Hz)が提示されている場合の「MIPS」を求める問題

2.クロック周波数(Hz)が提示されている場合の「MIPS」を求める問題

動作クロック周波数が700MHzのCPUで,命令の実行に必要なクロック数とその命令の出現率が表に示す値である場合,このCPUの性能は約何MIPSか。

ア.10

イ.50

ウ.70

エ.100

出典:基本情報技術者試験 平成30年秋期 問9

答えはエ。

解説します。

 

解説

クロック周波数がある解説

問題文を少しづつみていきましょう。

問題文冒頭に、

「動作クロック周波数が700MHzのCPUで...」

とあります。

クロック周波数という見慣れない言葉がでてきましたね。

まず、このクロック周波数の説明をしていきます。

 

クロック周波数とは

クロック周波数とは

「クロック(周波数)」とは、1秒間あたりのクロック信号数のことで、単位は Hz(ヘルツ)を用いて表します

CPUというのは、クロック信号に合わせて動作しています。

メトロノームのような「カチッ..カチッ..カチッ...」とタイミングを合わせて動作するイメージと思ってもらって構いません。

 

クロック信号は電圧が高い、電圧が低いを周期的に繰り返していて、電圧が高くなった時から次にまた電圧が高くなる時までが1クロックです。

なので、1クロックの時間が短いほど高速に動作します。

 

問題文の700MHzというのは、1秒間に7億(700×106)回のクロック信号が出ていることになります。

700MHzイメージ

 

マー坊

パソコンで「Intel Core i5 3.0GHz」などの表記があると思いますが、この「3.0GHz」がクロック周波数のことです

 

では上記で解説したクロック周波数を踏まえて、このCPUの性能である「MIPS」を求めます。

 

「MIPS」を求める

「MIPS」を求める

では、「MIPS」(1秒間に実行可能な命令数)を求めます。

 

その前に問題文中頃より、

「命令の実行に必要なクロック数とその命令の出現率が表に示す値である場合...」

とあるので、

それぞれ計算し、1命令に必要なクロック数を求めます。

・レジスタ間演算:4 × 30% = 1.2

・メモリ・レジスタ間演算:8 × 60% = 4.8

・無条件分岐:10 × 10% = 1

 

よって1命令に必要なクロック数は以下の通り

1.2 + 4.8 + 1 =7クロック数/命令

1命令に必要なクロック数

ですので、このCPUの「クロック信号数/秒」を「7クロック/命令」で割ってあげれば良いのです。

以下の計算式となります。

700×106クロック/秒 ÷  7クロック/命令

=700000000 ÷ 7

=100000000

「MIPSは、何百万命令を実行できるか」なので、

答えは100MIPSとなります。

 

まとめ

基本情報技術者試験のMIPSの問題を紹介し、解説しました。

  • MIPS(コンピュータの性能を示す):1秒間に実行可能な命令数
  • クロック周波数(Hz):1秒間あたりのクロック信号数

計算自体はそんなに難しいことはありません。

もし混乱しているようであれば、上記「MIPS」や「クロック周波数」をしっかり抑えておくと、問題も理解しやすくなります。

繰り返し、問題を解くことで慣れていきますので根気よく取り組んでくださいね。

 

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