CPI

読み：しーぴーあい　／　英語表記：Cycles Per Instruction

• サーバ・ストレージ
• 通信の基礎

CPUが1命令を実行するのに要する平均クロックサイクル数を表す指標。CPUの実行時間は、命令数 × CPI ÷ クロック周波数 で求められる。

イマシルちゃんの解説

CPUはクロックという周期的な信号に合わせて命令を処理するんだ。
CPIは1命令あたりに平均何回分のクロックを使ったかを表す指標だよ。
処理全体で使ったクロックの回数を、実行した命令の数で割って求めるの。
たとえば100命令の処理に200回分を使ったなら、CPIは2になるよ。
命令数にCPIを掛けると必要なクロックの回数が分かるんだ。
そこに1回分の時間を掛ければ、CPUでの処理時間を見積もれるよ。
同じ命令数とクロックの速さなら、CPIが小さいほど短い時間で処理できるんだ。

より深い解説

定義

CPI（Cycles Per Instruction）は、1命令あたりの平均クロックサイクル数である。クロック周波数は、1秒あたりのクロックの数で、1GHzなら1秒に10⁹回、1クロックの時間（クロックサイクル時間）は1ナノ秒になる。

実行時間の求め方

実行時間 ＝ 命令数 × 平均CPI × クロックサイクル時間
         ＝ 命令数 × 平均CPI ÷ クロック周波数

命令の種類ごとにCPIが違う場合は、出現する割合（構成比率）で重み付けした平均をとる。

平均CPI ＝ Σ（命令の種類ごとのCPI × 構成比率）

計算例

• 平均CPI ＝ 4 × 0.25 ＋ 3 × 0.25 ＋ 1 × 0.5 ＝ 1 ＋ 0.75 ＋ 0.5 ＝ 2.25
• 2,000,000命令を、クロック周波数 500MHz のCPUで実行すると
• 実行時間 ＝ 2,000,000 × 2.25 ÷ 500,000,000 ＝ 0.009秒 ＝ 9ミリ秒

単位をそろえるのがポイントで、GHzは10⁹、MHzは10⁶として計算する。

MIPS

MIPS（Million Instructions Per Second）は、1秒間に実行できる命令の数を、百万単位で表した性能の指標である。

MIPS ＝ クロック周波数 ÷ 平均CPI ÷ 10⁶

上の例では、500,000,000 ÷ 2.25 ÷ 10⁶ ≒ 222 MIPS となる。

性能を上げる方法

使用率を含む処理能力の見積り

必要な命令実行数を、CPUを使える時間で割る。平均の命令数は、処理の種類ごとの命令数を件数の割合で重み付けして求める。

独自の例として、1秒に40件の処理があり、半分が100万命令、残りが300万命令を使うとする。平均は200万命令なので、毎秒8,000万命令が必要になる。CPU使用率を50%に抑えるなら、必要な能力は80÷0.5＝160MIPSである。

使用率を掛けて能力を小さくするのではなく、使用できない時間の分だけ余裕を見込む。実際の性能比較では、命令体系や入出力待ちも異なるため、MIPSだけで異機種の業務性能を断定しない。

実際の試験ではここに出る！全2問

ネットワークスペシャリスト

午前Ⅱ

• R3春 問22

テクニカルエンジニア（ネットワーク）

午前

• H20秋 問2