基本情報 平成25年度 秋期 問9：テクノロジ系に関する問題

答えは a「20ナノ秒」 です。

「MIPS（ミップス）」は 1秒間に何百万回の命令を処理できるか を表す単位。50MIPSなら「1秒に5000万命令」処理できます。

1命令にかかる時間は「1秒 ÷ 5000万命令」＝20ナノ秒（1ナノ秒は10億分の1秒）。

計算は割り算だけ。1÷50,000,000＝0.00000002秒＝20ナノ秒。

👉 覚え方：「MIPS＝Million Instructions Per Second」＝百万命令/秒。1命令時間＝1000÷MIPS値でナノ秒。

ほかの選択肢：b 50ナノ秒、c 2マイクロ秒、d 5マイクロ秒は単位換算ミスや桁ズレ。

なぜこれが正解か

正解は a（20ナノ秒）。MIPS = Million Instructions Per Second（百万命令/秒）。50MIPSは1秒に50×10⁶＝5×10⁷命令を実行する性能。1命令あたりの平均実行時間は逆数で求まる。

計算: 1秒 ÷ (50×10⁶命令) = 2×10⁻⁸秒 = 20×10⁻⁹秒 = 20ナノ秒。

各選択肢の解説

• b 50ナノ秒：50を逆数取らずそのまま使った誤り。
• c 2マイクロ秒：1秒÷50で得た値（命令時間ではなく0.02秒の誤解）。
• d 5マイクロ秒：単位を完全に間違えた値。

覚え方・ひっかけ注意

「N MIPS → 1命令 = 1000÷N ナノ秒」 が暗算公式。50MIPSなら1000÷50＝20ナノ秒。100MIPSなら10ナノ秒。クロック周波数とは別概念で、1クロックで複数命令を実行するパイプライン/スーパースカラCPUではMIPS＞クロック周波数となる。MIPSは命令種別を区別しない単純指標のため、現代CPUの性能比較にはあまり使われない点も覚える。

理論的背景

MIPSは1秒あたりの命令実行数で、CPU性能の最も基本的な指標。実行時間T、命令数N、平均CPI（Cycles Per Instruction）、クロック周波数fとの関係は次の3式に集約される:

• T = N × CPI / f
• MIPS = f / (CPI × 10⁶)
• 1命令時間 = CPI / f = 1 / (MIPS × 10⁶)

50MIPSは命令種別やクロックを問わず平均で1命令20nsの実行能力を示す。

実務での使われ方

MIPS指標は組込み系SoC（マイコン）の性能カタログで今も使われる（例: ARM Cortex-M0は約48MIPS@48MHz）。一方サーバ・PC向けCPUではSPEC CPUベンチマーク（SPECint/SPECfp）やGeekbench、命令種類混合を考慮した「真のスループット」指標が主流。MIPSは命令の重さ（1サイクル命令 vs 多サイクル命令）を区別しないため、命令セット間（RISC vs CISC）の比較には不適切で、「Meaningless Indicator of Processor Speed」と揶揄されることもある。

試験での位置づけ

FE午前のテクノロジ系（コンピュータ構成要素）で頻出。①MIPS↔CPI↔クロック周波数の換算、②パイプラインのスループット計算、③命令ミックスを考慮した実効MIPS算出、の3パターン。AP試験ではAmdahlの法則と組み合わせた高速化率計算も出題。

選択肢の発展補足

GFLOPSは浮動小数点演算の指標で、科学技術計算（GPU/HPC）で使う。FE試験ではあまり問われないが、AI/機械学習領域の知識として重要。FLOPS=Floating point Operations Per Second。なおクロック周波数fと1サイクル時間τの関係はτ=1/fで、3GHzなら1サイクル≒0.333ns。これがCPI=1の理論最速＝3000MIPSの根拠となる。実際は分岐予測ミスやキャッシュミスでCPI＞1となるため理論値に到達しない。