エンベデッドシステムスペシャリスト 2025年 午前2 問01

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. パイプラインが空の状態から開始すると考えます。
2. 最初の命令が $D$ ステージを通過するのに、$D$ ピッチかかります。
3. 2個目以降の命令は、1ピッチごとに1つずつ処理を終えます。残りの命令数は $I-1$ 個です。
4. 合計のピッチ数は $D+(I-1)=I+D-1$ です。これに1ピッチの時間 $P$ を掛けると、$(I+D-1)P$ になります。

選択肢別の誤答解説

• ア：$(I+D)P$
  最初の命令が完了するまでの $D$ ピッチに、後続の $I$ 個分のピッチを加えています。しかし、最初の命令はすでに最初の $D$ ピッチの中で完了するため、1ピッチ分多く数えています。
• イ：$(I+D-1)P$
  最初の命令の完了までに $D$ ピッチ、残りの $I-1$ 個の完了までに $I-1$ ピッチかかるため、適切です。
• ウ：$(I\times D)+P$
  命令数とステージ数を掛けており、各命令をパイプラインを使わずに順次処理するような数え方になっています。また、$I\times D$ はピッチ数、$P$ は時間なので、そのまま加算すると単位も一致しません。
• エ：$(I\times D-1)+P$
  ウと同様に、パイプライン処理で命令が重なって進むことを考慮できていません。また、ピッチ数と時間を適切に換算できていない式です。

よくある誤解

• 命令ごとに $D$ ピッチかかると考える
  パイプラインでは複数の命令が異なるステージで同時に処理されます。命令数とステージ数を単純に掛けるのではありません。
• 最初の命令の完了に $D-1$ ピッチかかると考える
  最初の命令は、ステージをすべて通過して完了するまでに $D$ ピッチ必要です。
• 最後の命令までに $I$ ピッチ分を追加する
  最初の命令の完了後に必要なのは、残りの $I-1$ 個分です。ここを $I$ 個分とすると、1ピッチ多くなります。

補足コラム

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