I-27-3. マルチプロセッサによるシステムの最適化

性能の最適化方法、CPU高速化、入出力方法に関する工夫、低電力処理など、マルチプロセッサを使用したシステムを最適化する手順や配慮すべき項目ついて解説する。

【学習の要点】

* CPU性能の高速化のためにパイプライン処理を行われる。パイプライン処理により複数の命令が並列して処理されていく。

* ハードウェアによるパイプラインには、命令パイプラインとデータパイプラインがある。

* 並列処理、多段パイプライン、低電圧動作の組み合せによる低電力処理が行われてきた。

図I-27-3. パイプライン処理(命令パイプライン)

 

【解説】

1) パイプライン処理によるCPU 高速化の仕組み

RISCプロセッサでパイプライン処理を利用することにより、1クロックサイクルで命令フェッチ-実行サイクルの全てのステップを実行するのと同等の処理ができる。

* プロセッサが命令をフェッチし実行するサイクルに対してパイプライン処理を行う場合、一般に以下のモデルで説明される。

- 命令フェッチ

- オペコード解析

- オペランドフェッチ

- 命令実行

- 結果格納

* 命令を流れ作業のようにパイプラインを通して実行させることにより、常に5つの命令がパイプラインに含まれることとなる。

2) 低電力処理

* 動作電力は、デバイスの動作を通じて消費される電力のことで、周波数、電圧、負荷に依存する。

* 多段パイプラインによる並列処理でスループットを上げることにより、結果として消費電力を抑制できる。

* マルチプロセッサは動作領域を制限できるため平均消費電力を下げることができる。

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