エンベデッドシステムスペシャリスト 2023年 午前2 問03

パイプライン実行時間【午前2解説】

正解の理由

解法ステップ

1. 最初の命令が完了するまでの時間を考えます。
   $D$ ステージを1ピッチずつ処理するため、$D$ ピッチかかります。
2. 2個目以降の命令の完了間隔を考えます。
   パイプラインが動作中なら、命令は1ピッチごとに完了します。残りの命令は $I-1$ 個なので、追加で $I-1$ ピッチかかります。
3. 合計ピッチ数に $P$ を掛けます。
   $(D+I-1)\times P$

選択肢別の誤答解説

• ア：$(I+D)\times P$
  最初の命令の完了に必要な $D$ ピッチと、その後の命令に必要な $I-1$ ピッチを足す際に、1ピッチ多く数えています。
• イ：$(I+D-1)\times P$
  最初の命令に $D$ ピッチ、残りの $I-1$ 個の命令に追加で $I-1$ ピッチかかることを正しく表しています。
• ウ：$(I\times D)+P$
  $I\times D$ としているため、各命令がパイプライン全体を通過する時間を命令ごとに加算しています。これはパイプライン処理ではなく、命令を順番に処理する場合に近い考え方です。また、時間の単位も式の中で整合していません。
• エ：$(I\times D-1)+P$
  命令ごとに $D$ ステージ分の時間を加算しており、パイプラインによる重ね合わせを考慮できていません。さらに、ピッチ数と時間の単位も適切に扱えていません。

よくある誤解

• 命令数にステージ数をそのまま掛ける
  パイプラインでは複数の命令を別々のステージで同時に処理できます。したがって、単純に $I\times D$ ピッチとはなりません。
• 最初の命令も1ピッチで完了すると考える
  最初の命令は全ステージを通過する必要があるため、完了までに $D$ ピッチかかります。
• 最後にもう1ピッチ加える
  最後の命令が完了した時点で実行は終了します。完了後の追加ピッチは不要です。

補足コラム

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