【クロック周波数とは】クロック数、MIPSとの違い

プロセッサの種類、構成・動作原理、割込み、性能と特性などについて解説します。

【クロック周波数とは】定義

クロック周波数(Clock frequency)とは回路が処理の歩調をあわせるために用いる信号が、1秒間に何回発生するかを示す値です。
クロック数ともいいます。つまり、クロック数とクロック周波数は同じものです。
1秒間にクロックが100個あれば動作周波数は100[Hz]となり、1クロックが0.01秒間で発生したことになります。
クロック周波数の値が高いほど、多くの処理を同一時間内にこなすことができ、処理性能が高さを表します。

【MIPSとは】定義

MIPS(Million Instructions Per Secondとは、CPUが1秒間に実行可能な命令数を百万単位で表したものです。
例えば、平均命令実行時間が「20ns」(ナノ秒)の場合、

(1) \begin{eqnarray*} \frac{1}{(20\times 10^{-9})}=\frac{1,000,000,000}{20}=50,000,000=50[MIPS] \end{eqnarray*}

※1秒間に50,000,000回実行可能なので、100万単位に直すと50[MIPS]

【例題】クロック周波数とMIPS

動作クロック周波数が700MHzのCPUがある。
命令の実行に必要なクロック数とその命令の出現率が以下の表に示す値である場合、このCPUの性能は約何MIPSになるか。

命令種別 命令実行に必要なクロック数 出現率[%]
レジスタ間演算 4 30
メモリ・レジスタ間演算 8 60
無条件分岐 10 10

①1命令を実行するのに必要な平均クロック数は「7.0」となります。

(2) \begin{eqnarray*} (4\times 0.3)+(8\times 0.6)+(10\times 0.1)=1.2+4.8+1.0=7.0 \end{eqnarray*}

②1秒間の命令実行可能回数は、「100MIPS(100\times 10^6)」となります。

(3) \begin{eqnarray*} \frac{700\times 10^6}{7}=100\times 10^6 \end{eqnarray*}

※MIPSは1秒間に実行できる命令数を百万単位で表す指標

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