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基本情報技術者 2013年 春期 午前(科目A)09


問題文

50MIPSのプロセッサの平均命令実行時間は幾らか。

選択肢

20ナノ秒(正解)
50ナノ秒
2マイクロ秒
5マイクロ秒

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命令実行時間の計算【午前解説】

正解の理由

正解は 20ナノ秒です。
理由は単純な逆数計算です。50 MIPSは「50 × 10^6命令/秒」を意味するため、1命令あたりの平均実行時間はその逆数になります。数式で表すと次の通りです。

解法ステップ

  1. MIPSの定義を確認:1 MIPS = 10^6命令/秒。
  2. 与えられた値を命令/秒に直す:50 MIPS = 命令/秒。
  3. 1命令当たりの時間は逆数: 秒を計算。
  4. 単位をナノ秒に変換: を使って20 nsにする。

選択肢別の誤答解説

  • 20ナノ秒:正解。上記の通り
  • イ50ナノ秒:誤り。50 nsは 命令/秒、つまり約20 MIPSに相当し、与えられた50 MIPSとは異なります。
  • ウ2マイクロ秒:誤り。2 µsは 命令/秒=0.5 MIPSで、桁が大きく違います。
  • エ5マイクロ秒:誤り。5 µsは 命令/秒=0.2 MIPSで、与えられた50 MIPSとは全く合いません。

よくある誤解

  • 「50をそのまま逆数して1/50 = 0.02秒」として単位百万を忘れ、秒やミリ秒で答えてしまうミス。
  • ナノ秒(ns)とマイクロ秒(µs)の桁を取り違え、 を混同する誤り。
  • MIPSをそのまま性能評価の最終判断に使い、CPIや命令の種類差を無視してしまう理解不足。

補足コラム

MIPSは簡便に性能感を得る指標ですが、命令ごとの処理量やCPI(cycles per instruction)、クロック周波数を無視するため誤解を生みやすいです。実際の性能比較では次の関係式が役立ちます。

例えばクロック1 GHz(1000 MHz)でCPI=2の場合、MIPSは MIPS、1命令の平均時間は になります。性能を正しく評価するにはIPC/CPI、ベンチマーク結果、命令の種類を考慮してください。

FAQ

Q1: MIPSとMHzはどう違いますか?
A1: MHzはクロック周波数(サイクル/秒)であり、MIPSは命令実行速度(百万命令/秒)です。両者はCPIにより結び付けられます(MIPS = MHz / CPI)。
Q2: MIPSが高ければ常に速いCPUですか?
A2: いいえ。命令の複雑さやCPIに依存するため、同じMIPSでも実際の処理性能は異なることがあります。
Q3: 単位変換で覚えておくべきポイントは?
A3: 「M」を百万(10^6)、「ns」は10^-9秒、「µs」は10^-6秒。逆数を取るときに桁(10^6や10^-9)を正確に扱うことが重要です。

関連キーワード: MIPS、ナノ秒、命令実行時間、CPI、クロック周波数、性能評価
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