クロックを理解する

クロックはCPU内部処理の時間基準で、周波数と周期は逆数関係にある。性能問題ではHzの接頭辞と時間単位の換算を正確に行い、CPIや命令数と組み合わせる。

この単元で学ぶこと

  • Hzの意味と役割を説明できる
  • MHzの意味と役割を説明できる
  • GHzの意味と役割を説明できる
  • MHz・GHz・ns・msを変換しながらCPU実行時間を計算できる

本文解説

クロック周波数f[Hz]は1秒間のクロック回数で、1周期TはT=1/f秒。MHzは10^6Hz、GHzは10^9Hzであり、1ns=10^-9秒。周波数だけで総合性能は決まらないが、実行時間計算の重要な要素である。

Hz 1秒間に1回の周期現象を1Hzとする周波数の単位。 CPUクロックでは毎秒何クロックかを表す。

MHz 10^6Hzを表す単位。 1000MHz=1GHz。

GHz 10^9Hzを表す単位。 2GHzなら1秒間に20億クロック。

クロック周期 1クロックに要する時間で、周波数の逆数。 2GHzなら0.5ns。

実行時間 必要クロック数をクロック周波数で割って求める時間。 必要クロック数は命令数×平均CPIで求められる。

周波数から周期を求めるときは逆数を取る。10^9Hzと10^-9秒の対応を使うとGHz↔nsが扱いやすい。実行時間は「クロック数÷Hz」で秒になることを単位で確認する。

4GHzの周期は1/(4×10^9)秒=0.25ns。800万クロック必要なら800万÷40億=0.002秒=2ms。

図解

周波数・周期・実行時間
Hzの逆数が周期、必要クロック数÷Hzが実行時間となる。

重要ポイント

  • Hz: 1秒間に1回の周期現象を1Hzとする周波数の単位。
  • MHz: 10^6Hzを表す単位。
  • GHz: 10^9Hzを表す単位。
  • クロック周期: 1クロックに要する時間で、周波数の逆数。
  • 周波数と周期は逆数。GHzとnsの指数は互いに反対になる。

間違えやすい点

  • 周波数が2倍なら周期も2倍になると考えない。周期は1/2になる。
  • MHz=10^3Hzではなく10^6Hz。
  • クロック数を周波数へ掛けず、時間を求めるときは割る。

用語解説

Hz
1秒間に1回の周期現象を1Hzとする周波数の単位。
MHz
10^6Hzを表す単位。
GHz
10^9Hzを表す単位。
クロック周期
1クロックに要する時間で、周波数の逆数。
実行時間
必要クロック数をクロック周波数で割って求める時間。

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参考資料

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