「パイプライン処理と並列処理って何が違うの?」
応用情報技術者試験でもCPU分野で超頻出ですが、
- どっちも高速化?
- 同時実行?
- マルチコアとの関係は?
で混乱する人がかなり多いテーマです。
この記事では、
- パイプライン処理とは?
- 並列処理とは?
- 違い
- 試験での頻出ポイント
を分かりやすく解説します!
まず結論
パイプライン処理
「作業を流れ作業化する」
並列処理
「複数作業を同時実行する」
これが最大の違い!
超簡単にいうと
| 技術 | イメージ |
|---|---|
| パイプライン | 工場の流れ作業 |
| 並列処理 | 作業員を増やす |
レストランで理解しよう
かなり分かりやすい👇
パイプライン処理
1人目:
注文確認
↓
2人目:
調理
↓
3人目:
盛付け
ポイント
作業を分担して流す
並列処理
料理人を:
4人に増やす
ポイント
複数料理を同時調理
パイプライン処理とは?
CPU命令実行を:
段階分割
する技術。
CPU命令の流れ
代表例👇
| 段階 | 内容 |
|---|---|
| Fetch | 命令取得 |
| Decode | 解読 |
| Execute | 実行 |
通常処理
命令1 完了
↓
命令2 開始
パイプライン処理
命令1 実行中
+
命令2 解読中
+
命令3 取得中
つまり
命令を重ねて実行!
イメージ図
時刻1: 命令1取得
時刻2: 命令1解読 + 命令2取得
時刻3: 命令1実行 + 命令2解読 + 命令3取得
メリット
CPU利用効率向上
デメリット
分岐に弱い
超頻出!
なぜ?
条件分岐で:
次命令が変わる
から。
パイプラインハザード
応用情報で超頻出!
ハザードとは?
処理衝突問題
代表例
| 種類 | 内容 |
|---|---|
| データハザード | データ待ち |
| 制御ハザード | 分岐問題 |
| 構造ハザード | 資源競合 |
並列処理とは?
複数CPUや複数コアで同時処理
例
- マルチコアCPU
- GPU
- 分散処理
イメージ
CPU1 → A処理
CPU2 → B処理
CPU3 → C処理
メリット
大量処理高速化
デメリット
同期制御必要
同期問題
例えば:
同じデータを同時更新すると…
データ破壊
の可能性。
だから必要
- 排他制御
- セマフォ
- ロック
パイプラインと並列処理の違い
| 比較 | パイプライン | 並列処理 |
|---|---|---|
| 方法 | 流れ作業 | 同時作業 |
| 対象 | 命令段階 | 複数処理 |
| 主用途 | CPU内部高速化 | システム高速化 |
関係性
実は:
両方同時利用される!
例
マルチコアCPU内で:
- 各コアが並列処理
- 各コア内部でパイプライン
を実施。
応用情報で超頻出
かなり狙われる👇
- パイプライン
- 並列処理
- ハザード
- マルチコア
- 排他制御
よくあるひっかけ
「パイプライン=複数CPU」
→ 違う!
パイプラインは:
1CPU内部高速化技術
1分で復習!
パイプライン
流れ作業
並列処理
同時作業
パイプライン問題
ハザード
並列処理問題
同期制御
練習問題
問題
パイプライン処理の説明として最も適切なものはどれか。
ア
複数CPUで異なる処理を同時実行する
イ
命令実行を段階分割して重ね合わせる
ウ
通信経路を分散する
エ
補助記憶装置を共有する
解答
正解:イ
解説
パイプライン処理は、命令実行を複数段階に分割し、各段階を並行動作させて高速化する技術です。
まとめ
パイプライン処理とは
「流れ作業化」
並列処理とは
「同時作業化」
超重要
- パイプライン
- ハザード
- 並列処理
- 排他制御
まずは、
「パイプライン=工程分担」
「並列処理=人数増加」
このイメージを持つとかなり理解しやすくなります!
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