のんびりやろう！情報処理試験！　〜１問１問コツコツと〜

• 最新号：2008-10-10
• 発行周期：週5日（土日休み）
• 読んでる人：4958人
• 創刊日：1999-02-23
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J Question vol.1854

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┃┃　　のんびりやろう！情報処理試験！　〜１問１問コツコツと〜　　┃┃
┃┃ 2008.6.30　vol.1854　19,712 部発行  http://www.shunzei.com/  ┃┃
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■今日の問題■☆（等幅フォントで見てね！）
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　すべての命令が 5 サイクルで完了するように設計された
　コンピュータがある。パイプライン制御の下で、20 命令を実行するには
　何サイクル必要となるか。ここで、すべての命令は途中で停止することなく
　実行できるものとする。

　ア　20

　イ　21

　ウ　24

　エ　25




















━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
■解答■（出典：H17.秋　基本情報　問17）
----------------------------------------------------------------------
　ウ　24

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
■解説■
----------------------------------------------------------------------
　コンピュータアーキテクチャの特集に入っています。
　今日は CPU の RISC 方式で使われるパイプラインに関する問題でした。


　パイプライン(pipeline) とは、CPU が行う１個の命令の処理過程を
　複数の小さな処理単位（ステージ）に分割して、
　複数の命令を少しづつ段階をずらしながら、同時に実行する方式です。

　ステージをいくつにするかは、CPU によって異なりますが
　６ステージに分けた場合は、次のようになります。

　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┬─┐
　１つ目の命令│１│２│３│４│５│６│
　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┴─┘
　　　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┬─┐
　　　２つ目の命令│１│２│３│４│５│６│
　　　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┴─┘
　　　　　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┬─┐
　　　　　３つ目の命令│１│２│３│４│５│６│
　　　　　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┴─┘
　　　　　　　　　　　　　　　：
　　　　　　　　　　　　　　　：

　┌────┬──────────┐
　│ステップ│　　　処理内容　　　│
　├────┼──────────┤
　│　１　　│命令コード部の取出し│
　│　２　　│命令の解読　　　　　│
　│　３　　│アドレス部の取出し　│
　│　４　　│実効番地の計算　　　│
　│　５　　│データの取出し　　　│
　│　６　　│演算の実行　　　　　│
　└────┴──────────┘

　各ステップの数字が上の図の中の数字に対応しています。

　このパイプライン処理を有効に機能させるためには、
　分岐命令を少なくするようなプログラミングを行うと良いでしょう。

　分岐命令によって、先読みした命令がムダになってしまったり、
　前の命令の演算結果を参照する必要が出てきてしまい、
　実行待ちが起こったりしてしまうことがあります。


　さて、問題に戻りましょう。

> すべての命令が 5 サイクルで完了するように設計された
> コンピュータがある。パイプライン制御の下で、20 命令を実行するには
> 何サイクル必要となるか。ここで、すべての命令は途中で停止することなく
> 実行できるものとする。

　この問題では、5 サイクルで完了と書いてあるので、イメージとしては
　次のようになります。

　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┐
　１つ目の命令│１│２│３│４│５│
　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┘
　　　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┐
　　　２つ目の命令│１│２│３│４│５│
　　　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┘
　　　　　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┐
　　　　　３つ目の命令│１│２│３│４│５│
　　　　　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┘
　　　　　　　　　　　　　　　：
　　　　　　　　　　　　　　　：

　これを 20 命令まで考えれば良いと言うことになりますね。

　これが理解できれば、あとは数えるだけです(^^)

　　　1 つ目の命令の実行が完了するのは、5 サイクル
　　　2 つ目の命令の実行が完了するのは、6 サイクル
　　　3 つ目の命令の実行が完了するのは、7 サイクル
　　　　　　　　　　　　　　：
　　　　　　　　　　　　　　：
　　　　　　　　　　　　　　：
　　　20コ目の命令の実行が完了するのは、24 サイクル

　となりますので、正解は「ウ」の 24 サイクルとなります。

　数字を追っていけばわかると思いますが、式（等差数列）で書くなら

　　　5＋1×(20−1)＝24

　というカンジでしょうか。


　ちなみに、このパイプラインのクロック周波数を高くして、パイプラインの
　ステージ数を増やした方式をスーパーパイプライン(super pipeline)
　といいます。

　　　　　　　┌┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┐
　１つ目の命令│││││││││││││
　　　　　　　└┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘
　　　　　　　　┌┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┐
　　２つ目の命令│││││││││││││
　　　　　　　　└┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘
　　　　　　　　　┌┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┐
　　　３つ目の命令│││││││││││││
　　　　　　　　　└┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘

　また、複数のパイプラインで並列に命令を処理できるようにしたものを
　スーパースカラ(superscalar) といいます。

　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┬─┐
　１つ目の命令│１│２│３│４│５│６│
　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┴─┘
　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┬─┐
　２つ目の命令│１│２│３│４│５│６│
　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┴─┘
　　　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┬─┐
　　　３つ目の命令│１│２│３│４│５│６│
　　　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┴─┘
　　　　　　　　　┌─┬─┬─┬─┬─┬─┐
　　　４つ目の命令│１│２│３│４│５│６│
　　　　　　　　　└─┴─┴─┴─┴─┴─┘




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★これ、おしえてっ！（質問編）★　回答期限：６月３０日（月）の夜まで
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　「この問題がわからないっ！！」という、
　読者からの質問をみなさんに回答してもらおう！というコーナーです。


　今回の質問はこちらです。（出典：H20.春　ソフトウェア　問17）
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　パイプラインの深さを D，パイプラインピッチを P 秒とすると、
　I 個の命令をパイプラインで実行するのに要する時間を表す式はどれか。
　ここで、パイプラインの各ステージは 1 ピッチで処理されるものとし、
　パイプラインハザードについては、考慮しなくてよい。

　ア　(I＋D)×P

　イ　(I＋D−1)×P

　ウ　(I×D)＋P

　エ　(I×D−1)＋P


--[回答のめやす（横幅：全角３４文字）]--------------------------------
> １２３４５６７８９０１２３４５６７８９０１２３４５６７８９０１２３４
----------------------------------------------------------------------

　この問題、春のデータベースやシステム管理、エンベデッドでも
　出た問題ですね。見ただけであきらめてしまう人もいるかも？


　これに対する回答（解説）を６月３０日（月）の夜までにお願いします。

　このコーナーで取り上げてほしい問題のリクエストも募集中です。
　回答＆お便りはこちらからでもＯＫです。
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▼選択肢で勉強しよっ！▼（答えはこのメールの一番下にあります）
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> NAS(Network Attached Storage) って？



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　のんびりやろう！情報処理試験！　〜１問１問コツコツと〜（週３日発行）
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▼選択肢で勉強しよっ！の答え▼
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　（基本情報平成１９年春問３１ウ）の選択肢より

> 複数のプロトコルに対応しているので、異なる OS のサーバ間でも
> ファイル共有が可能である。

　（ソフトウェア平成１８年秋問３０ア）の選択肢より

> サーバごとに専用の磁気ディスクを接続しているシステムで、
> 各磁気ディスクに発生している空き領域をシステム全体で有効に利用する。

　（基本情報平成１７年春問２４）より

> NAS(Network Attached Storage)のデータ共有を実現する単位はどれか。
> 
> ウ　ファイル

　NAS(Network Attached Storage)とは、ネットワークに直接接続される
　ストレージ機器のことをいいます。

　ネットワーク上の他のコンピュータ（サーバ）からは、
　ファイルサーバのように、共有ディスクとして利用可能です。

　多くの機器は、複数のプロトコルに対応しているので、
　異なる OS のサーバ間でもファイル共有が可能です。

　紛らわしいですが、似たような言葉に SAN(Storage Area Network) があり、
　SANは、サーバとストレージを接続する専用のネットワークをいいます。



=-=[あとがき]=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=

　先日もお知らせしましたが、一番上に載せた「30才まで」で
　「はじめての転職」を考えている人向けのサイト、本日オープンです！
　http://haji-ten.jp/ 


　日曜日は、夏フェス第一弾ということで、湘南音祭に参戦してきました。
　会場は江ノ島でしたが、見事に朝からどしゃぶりだったので、
　藤沢駅のコインロッカーに荷物を入れ、カッパを着て、江ノ島へ。

　いやー、雨のフェスは結構キツかったです(^^;;
　途中、１時間ぐらい雨が上がっていたので、
　その時はカッパを脱いでたっぷりはしゃぎましたが・・・
　やっぱりカッパ着てるとはしゃげないですね。

　ちなみに、次は７月に京都まで行きます（笑）
　もし、「京都大作戦」に行かれる方がいたら、声かけてください。


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