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CPUの高速化 パイプライン処理 基本情報技術者試験

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コンピューターの構成

CPUの高速化 パイプライン処理

CPUを高速にするためのいろいろな制御方式を見ていきましょう。

まず、以前にこの講習でもあったようにCPUは命令を実行するのにいくつかの段階を経て処理を実行していきます。

通常、

1.命令の読み出し(フェッチ)

2.命令の解読(デコード)

3.命令の実行(イグジキュート)

4.結果の書込み(ライト)

これらの命令実行の手順を「ステージ」といいます。

CPUはこの命令のステージを順番に実行していきます。

1つの命令の全てのステージが終了をして、初めて次の命令に移ることができます。

このように、命令を一つずつ順番に処理していくのが「逐次制御方式」です。

この方式では、同時に一つの命令しか実行ができません。

 

パイプライン方式

では、パイプライン方式を見てみましょう。

パイプライン方式では、各ステージの処理を専用のユニットに分担させ、一つの命令のステージが完了すると、次の命令のステージを実行します。

フェッチユニットは、次のデコードユニットに処理を渡すと、すぐに次の命令のフェッチ作業を行えるようになります。

図を見てみると、1番目の命令のフェッチが終わった段階で、1番目の命令のデコードと2番目の命令のフェッチが同時に開始されます。

このようにステージ単位で、CPUが命令の処理ユニットを4つに分割することにより、複数の命令を同時に行うことが可能となります。

この図では、最大4つの命令が同時に処理をされているのが分かります。

図のように、通常の逐次制御方式で2つの命令が完了する間に、パイプライン処理では、5つの命令が完了していることが分かります。

 

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