【応用情報技術者試験-用語解説】クロック周波数とは

クロック周波数は、CPUなどの動作の基準となるクロックの、1秒当たりのサイクル数です。単位のHzやGHzを読めるようになると、CPUの実行時間の計算にも進めます。

この記事では周波数の意味と命令数との違いを整理します。問題文から途中の値を求める練習は、末尾の無料noteでCPUの例題に進めます。

1．Hz・MHz・GHzの意味

3GHzなら、1秒当たり30億サイクルです。クロックをメトロノームのような動作の基準と考えると、周波数は刻むテンポに当たります。

3GHzだから毎秒30億命令を実行する、とは限りません。1命令に複数のサイクルが必要な場合も、1サイクルで複数の命令が進む場合もあります。CPUの性能は周波数だけでなく、命令当たりの処理、内部構造、コア数、メモリなどの条件にも影響されます。

同じ命令数・平均CPIなどの条件で比較する基本モデルなら、クロック周波数が高いほどCPU実行時間は短くなります。異なるCPUをGHzの数値だけで比較するのは避けましょう。消費電力や発熱も、周波数以外の条件に左右されます。

CPIは、1命令当たりに必要な平均クロック数です。計算では、まず命令数とCPIから必要なクロック数を求め、その後で周波数で割ります。ここではほかの待ち時間を考えない基本モデルを使います。

必要なクロック数 ＝ 命令数 × 平均CPI
CPU実行時間（秒）＝ 必要なクロック数 ÷ クロック周波数（Hz）

周波数がGHzで示されているときは、10億倍してHzへそろえます。求めるものが時間なのか、命令数なのかも先に確認してください。

3GHzは、毎秒30億サイクルと毎秒30億命令のどちらを直接表すでしょうか。

解答・解説を見る

毎秒30億サイクルです。命令数を求めるには、平均CPIなど命令実行に関する条件も必要です。

GHzを命令数に置き換えず、周波数・命令数・CPIをそれぞれの役割で整理しましょう。次は数値のある問題で、どの途中の値を先に求めるかを練習できます。