応用情報技術者 2017年秋期午前2 問08

問題文

パイプライン制御を適切に表しているものはどれか。ここで、図中の記号Dは解読、Eは実行、Fは命令フェッチとする。

選択肢

ア：

イ：

ウ：（正解）

エ：

パイプライン制御を適切に表しているものはどれか【午前2 解説】

要点まとめ

結論：パイプライン制御では命令の各段階（命令フェッチF、解読D、実行E）が時間差で重なりながら順次進行し、ウの図が正しい。
根拠：各命令は前の命令の解読段階の開始時点で命令フェッチを開始し、段階ごとに1クロックずつずれて処理されるため、F→D→Eの順で時間的にずれて並ぶ。
差がつくポイント：命令の各段階が同時に重ならず、かつ正しい順序で時間軸に沿って並んでいるかを見極めることが重要。

正解の理由

ウの図は、命令1のフェッチ(F)、解読(D)、実行(E)が順に並び、命令2は命令1の解読(D)の開始時点からフェッチ(F)を開始し、同様に命令3も命令2の解読(D)の開始時点からフェッチ(F)を開始しています。これにより、各命令の処理段階が時間的にずれて重なり、パイプライン処理の特徴である並列処理が正しく表現されています。

よくある誤解

命令の各段階が同時に重なると考え、すべての段階が同じタイミングで開始されると誤解しやすいです。パイプラインは段階ごとにずれて処理されるため、時間軸でのずれが必須です。

解法ステップ

パイプラインの基本動作を理解する（F→D→Eの順で処理が進む）。
各命令が前の命令の次の段階開始時にフェッチを開始することを確認。
時間軸に沿って各命令の段階がずれて並んでいるかを図でチェック。
同時に複数段階が重ならず、正しい順序で処理されている図を選択。
選択肢の図を比較し、ウが最も正しいパイプライン制御を表していると判断。

選択肢別の誤答解説

ア：命令2と命令3のフェッチ(F)が命令1の解読(D)の真下にあり、時間的にずれているが、命令2と命令3の実行(E)が同じ列に並び不自然。
イ：命令1の段階順序が「D」「F」「E」となっており、フェッチ(F)が解読(D)の後に来ているため誤り。
ウ：正しい順序と時間差で各段階が並んでいる。
エ：命令2と命令3の段階が重なりすぎており、パイプラインの逐次進行が表現されていない。

補足コラム

パイプライン処理はCPUの性能向上に不可欠な技術で、命令を複数段階に分割し、各段階を並列に処理することでスループットを向上させます。命令フェッチ(Fetch)、解読(Decode)、実行(Execute)の3段階は基本的なパイプライン構成の一例です。各段階が重ならず、かつ連続して処理されることが重要です。