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CPUの1周期で行われること

こんにちは。前から疑問に思っていたことを質問させていただきます。 それは、CPUのクロック周波数のことです。 クロック周波数とは、CPUのリズムのようなものであると思っています。例えば、512MHzだったら、1秒間に512M回のリズムでCPUがデータを処理しているという風に想像しています。 ここでの「データの処理」というのが、自分の頭の中ではっきりしていません。CPUの1周期では一体何が、どれだけ実行されるのでしょうか。 （CPUの中でどのようなことが行われているのかは大体わかります。CPUの1周期で何が起きているということがわかりません。） どれだけという点で言うなら、例えば32bitCPUなら、単純に1秒間に32bit*512Mのデータを処理する（100％能力を発揮したとして）ということになるのでしょうか。

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インテルのCPUは１クロックで１命令の実行はできません。 命令の種類によっては、数クロック以上かかります。 （近頃は工夫してなるべく１クロックで１命令できる ようにはなってきている） メモリへのアクセスはもっとクロック数がかかります。 （メモリはCPUの速度よりも遅いので）。そこでいろいろ 苦労するわけです。CPUの中に小容量の高速メモリを 入れたり（「キャッシュメモリ」と言います）。 その量は、せいぜい５１２ｋバイト程度です。（５１２ Ｍバイトの1/1000）　そのキャッシュメモリでさえ １クロックでアクセスできるかどうか。 仮にメモリに書き込む命令が１クロックで実行できると しても、「メモリのどこに書き込むかを決める命令」も 実行しなければなりませんし、それらを「繰り返す命令」 も実行しなければなりません。ですので、 >>32bitCPUなら、単純に1秒間に32bit*512Mのデータを >>処理する（100％能力を発揮したとして）ということに >>なるのでしょうか。 ということにはなりません。非常に単純に言えば、 １回メモリに書くのに３命令必要ですから、３倍の 時間がかかります（実際はもっとかかります）

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質問者からの補足

１クロックで扱えるデータや命令そのものの量はどれくらいなのでしょうか。 データも命令もコンピュータ内（ＣＰＵ内）では、２進数で表現されていますね。実際は電圧の高低で表されると思うのですが、ＣＰＵは１クロックで何ビット扱えるのでしょうか。 また、命令と一口に言っても、命令そのものは何ビットくらいあるのか？とか、命令によってビット数が違うのか？などが想像もつきません。 まだまだ、そのあたりのメカニズムがわからず、すっきりしません。もしよければここで教えていただくか、参考になるサイトを教えていただければと思います。

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  • 回答No.1
  • asuca
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ＣＰＵにはいろいろあるので一概にはいえませんが１クロックで１命令を処理します。 つまり単純なものだったら メモリからデータＡの読み込み メモリからデータＢの読み込み 数式（たとえばかけ算） 計算結果をストアする ストアされたものをメモリに書き込む などこれだけのステップがかかります。 ですからクロック数では一概に処理数は読めません。 ＣＰＵによてはたとえばＲＩＳＣ型のものだったら複数の命令を１クロックで処理できるなどして高速化できます。アップルのマッキントッシュなどに使われているＰｏｗｅｒＰＣなんかはこのタイプですね。ですからＷｉｎｄｏｗｓマシンと単純にクロックによる速度比較ができないんです。 ＞例えば32bitCPUなら、単純に1秒間に32bit*512Mのデータを処理する（100％能力を発揮したとして）ということになるのでしょうか。 上記に書いたように処理手順があるのでそんなことはないです。

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