応用情報技術者 2024年秋期午前2 問08

問題文

RISCプロセッサの5段パイプラインの命令実行制御の順序はどれか。ここで、このパイプラインのステージは次の五つとする。　① 書込み　② 実行とアドレス生成　③ 命令デコードとレジスタファイル読出し　④ 命令フェッチ　⑤ メモリアクセス

選択肢

ア：③、 ④、 ②、 ⑤、 ①

イ：③、 ⑤、 ②、 ④、 ①

ウ：④、 ③、 ②、 ⑤、 ①（正解）

エ：④、 ⑤、 ③、 ②、 ①

RISCプロセッサの5段パイプラインの命令実行制御の順序【午前2 解説】

要点まとめ

結論：RISCの5段パイプラインは「命令フェッチ→命令デコード→実行→メモリアクセス→書込み」の順で処理される。
根拠：命令はまずメモリから取得され、解読後に演算やアドレス計算を行い、必要に応じてメモリ操作し、最後に結果をレジスタに書き込む流れだから。
差がつくポイント：各ステージの役割と順序を正確に理解し、特に「命令フェッチが最初」「書込みが最後」であることを押さえることが重要。

正解の理由

選択肢ウは、①命令フェッチ（④）、②命令デコードとレジスタ読出し（③）、③実行とアドレス生成（②）、④メモリアクセス（⑤）、⑤書込み（①）の順で並んでおり、RISCの基本的な5段パイプラインの流れに完全に一致します。命令はまずメモリからフェッチされ、次に命令の内容を解読し、演算やアドレス計算を行い、必要に応じてメモリにアクセスし、最後に結果をレジスタに書き込みます。

よくある誤解

命令デコードを最初に行うと誤解しやすいですが、実際には命令をまずメモリから取得（フェッチ）してからデコードします。書込みを途中で行う選択肢も誤りです。

解法ステップ

命令フェッチ（④）でメモリから命令を取得する。
命令デコードとレジスタファイル読出し（③）で命令内容を解読し、必要なレジスタ値を読み出す。
実行とアドレス生成（②）で演算やメモリアドレス計算を行う。
メモリアクセス（⑤）で必要に応じてデータメモリの読み書きを行う。
書込み（①）で演算結果や読み出したデータをレジスタに書き込む。

選択肢別の誤答解説

ア: 命令デコードが最初で命令フェッチが後ろにあり、命令取得の順序が逆。
イ: メモリアクセスが命令デコードの前にあり、実行順序が不自然。
ウ: 正解。正しいパイプライン順序。
エ: メモリアクセスが命令デコードの前にあり、命令の流れとして不適切。

補足コラム

RISC（Reduced Instruction Set Computer）プロセッサの5段パイプラインは、命令の高速処理を実現するために設計されています。各ステージは独立して動作し、命令を分割して並列処理することでスループットを向上させます。代表的な5段階は「IF（Instruction Fetch）」「ID（Instruction Decode）」「EX（Execute）」「MEM（Memory Access）」「WB（Write Back）」と呼ばれます。