令和5年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問9
テクノロジハードウェアプロセッサ・性能計算
全ての命令が5ステージで完了するように設計された，パイプライン制御のCPUがある。20命令を実行するには何サイクル必要となるか。ここで，全ての命令は途中で停止することなく実行でき，パイプラインの各ステージは1サイクルで動作を完了するものとする。
解答・解説
正解: ウ. 24
パイプライン制御における実行サイクル数は、パイプラインの深さ（ステージ数）と実行する命令数から算出できます。
正解の根拠
パイプライン処理では、最初の1命令を処理し終えるのにステージ数分のサイクルが必要ですが、それ以降の命令は1サイクルごとに次々と完了します。
これを計算式で表すと以下のようになります。
- 必要サイクル数 = パイプラインのステージ数 + 命令数 - 1
本設問では、ステージ数が5、命令数が20であるため、以下のように計算できます。
別の考え方として、「最初の1命令を実行するのに5サイクルかかり、残りの19命令は1サイクルごとに完了する」と捉えると、と導き出すこともできます。
したがって、24サイクルとなる「ウ」が正解です。
各選択肢の解説
- ア: 命令数そのままの数値です。パイプラインのステージを満たすための初期サイクル（レイテンシ）を考慮していません。
- イ: 誤った計算式による導出です。
- ウ: 正解です。
- エ: ステージ数と命令数を単純に足し合わせた数値（）であり、「-1」を忘れた誤った計算です。