令和5年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午前II 問3

パイプライン処理の実行時間について

パイプライン処理において、$I$ 個の命令を実行するのに要する時間を考えます。

1. 最初の1命令 が処理を完了するまでには、パイプラインの深さ（ステージ数）分である $D$ ピッチの時間がかかります。
2. 続く残りの $I - 1$ 個の命令 は、パイプラインが満たされているため、ハザードがない状態ではそれぞれ 1ピッチ ごとに次々と処理を完了していきます。

したがって、すべての命令が完了するまでに必要な合計ピッチ数は、
$D + (I - 1) = I + D - 1$ ピッチとなります。

1ピッチにかかる時間は $P$ 秒 であるため、全体の処理にかかる時間は、
$(I + D - 1) \times P$ となります。
よって、正解は「イ」です。

各選択肢の解説

• ア: $(I + D) \times P$
  必要なピッチ数よりも1ピッチ分多く計算されています。最初の命令完了までのピッチ数を $D+1$ と誤解した場合などに導かれる式です。
• イ: $(I + D - 1) \times P$
  正解です。 上記の通り、パイプライン処理における正しい実行時間の式です。
• ウ: $(I \times D) + P$
  単位や式の意味が不適切です。パイプラインを用いず逐次処理した場合にかかる実行時間は $(I \times D) \times P$ となります。
• エ: $(I \times D - 1) + P$
  こちらも単位や式の意味が不適切であり、誤りです。