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直前対策講座：計算機システムの性能

AOBA's Information Processing Education


１９９７／０８／２４

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「平成元年　特種　午前　問１」

問１　計算機システムの性能に関する次の記述中の（　　　）に入れるべき最も適切な数値を、解答群の中から選べ。

(1)　ある計算機システムの平均命令実行時間が0.4マイクロ秒であるとき、このシステムの性能は（　ａ　）ＭＩＰＳである。

(2)　ある計算機システムにおける命令ごとの実行時間と出現比率が、次の表のとおりであるとき、このシステムの性能は約（　ｂ　）ＭＩＰＳである。

命令の種類平均命令実行時間出現比率
ロード/ストア0.8マイクロ秒35％
加減算/比較/分岐1.0マイクロ秒50％
乗除算8.0マイクロ秒5％
その他2.5マイクロ秒10％

(3)　(2)のシステムに付加機能をつけたところ、乗除算の平均命令実行時間は半分の4.0マイクロ秒になった。このときのシステム性能は約（　ｃ　）ＭＩＰＳである。

(4)　あるオンラインシステムがあり、必要なトランザクション処理能力は10万件／時間である。トランザクション１件当たりのプログラム走行ステップ数は、制御プログラム部25,000ステップ、業務プログラム部5,000ステップである。
　これを１台の中央処理装置で処理させ、その最大使用率を70％とするとき、最小限（　ｄ　）ＭＩＰＳの性能を持つ計算機システムが必要である。
　ただし、プログラム中の走行ステップ数は機械語の命令実行数を表すものとする。

解答群

ア　0.5　　イ　0.7　　ウ　0.8　　エ　1.0　　オ　1.2
カ　1.3　　キ　1.5　　ク　2.0　　ケ　2.2　　コ　2.5

解説

　計算機の中央処理装置の性能を表す、ＭＩＰＳ値に関する計算問題です。

　ＭＩＰＳは（Million Instructions Per Second）の略で、１秒間当たりの平均命令実行回数（百万単位）を表します。つまり、１ＭＩＰＳの計算機は１秒間当たり、平均１００万回の命令を実行できるのです。
　ＭＩＰＳは主に汎用機やワークステーションの性能表現に用いられています。

　ところで、命令の種類によって命令実行時間が異なりますので、命令実行時間の短い命令で計算した場合と、それが長い命令で計算した場合とで、ＭＩＰＳ値が変化してしまいます。

　そこで計算機のＭＩＰＳ値を公表する際、命令の種類の組み合わせモデル（問題文の表のようなもの）を作り、それに基づいてＭＩＰＳ値を算出します。
　このモデルを命令ミックス（インストラクションミックス）といい、これには、事務処理計算（分野の計算機）用のコマーシャルミックスや、科学技術計算（分野の計算機）用のギブソンミックスなどがあります。

　この問題には出てきませんでしたが、ついでにＦＬＯＰＳについても覚えておいてください。

　ＦＬＯＰＳは（FLoating Operations Per Second）の略で、１秒間当たりの浮動小数点演算（の平均実行）回数を表します。ＦＬＯＰＳはＭＩＰＳと違って、百万単位ではないことに注意しましょう（ＭＩＰＳと同じように百万を単位とするのに、ＭＦＬＯＰＳがあります）。
　ＦＬＯＰＳ（またはＭＦＬＯＰＳ）は主にスーパーコンピュータの性能表現に用いられています。

　なお、ＭＩＰＳ，ＦＬＯＰＳ共に、単に中央処理装置の性能を表すための一つの指標に過ぎず、計算機そのものの性能を表現する値ではありません。

ａについて

　平均０．４マイクロ秒で１回の命令を実行します。ここから、１秒間当たりに平均何回の命令を実行するかを求めます。

　１秒間当たりの平均命令実行回数＝１／（０．４＊１０-6）＝２．５＊１０6

　したがって、２．５ＭＩＰＳ

ｂについて

　問題文の表から加重平均をとり、このモデルにおける１命令の平均命令実行時間（ｘ）を求めます。

　ｘ＝０．８＊１０-6＊０．３５＋１．０＊１０-6＊０．５０＋８．０＊１０-6＊０．０５＋２．５＊１０-6＊０．１０
　　＝１．４３＊１０-6

　後は設問ａと同じように考えればＯＫです。

　１秒間当たりの平均命令実行回数＝１／（１．４３＊１０-6）＝０．６９９・・・＊１０6

　したがって、約０．７ＭＩＰＳ

ｃについて

　設問ｂでは乗除算の平均命令実行時間は８．０マイクロ秒で計算していましたが、これを４．０マイクロ秒として計算すればよいだけです。

　ｘ＝０．８＊１０-6＊０．３５＋１．０＊１０-6＊０．５０＋４．０＊１０-6＊０．０５＋２．５＊１０-6＊０．１０
　　＝１．２３＊１０-6

　１秒間当たりの平均命令実行回数＝１／（１．２３＊１０-6）＝０．８１３・・・＊１０6

　したがって、約０．８ＭＩＰＳ

ｄについて

　以下の式を順に参照してください。

　１秒間当たりに必要なトランザクション処理件数＝（１０＊１０4）／３６００

　トランザクション１件当たりの走行ステップ数＝２５０００＋５０００＝３００００

　１秒間当たりに必要な平均命令実行回数＝１秒間当たりに必要なトランザクション処理件数＊トランザクション１件当たりの走行ステップ数
　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝（１０＊１０4）＊３００００／３６００＝０．８３３・・・＊１０6

　つまり、もしＣＰＵ使用率（ＣＰＵ利用率）が１００％ならば、約０．８３３ＭＩＰＳのＣＰＵで間に合います。
　ところが本問ではＣＰＵ使用率が７０％ですので、これよりもっと高いＭＩＰＳ値を持つＣＰＵが必要になります（１００％の性能を発揮できないので、実際はもっと高い性能のＣＰＵが必要である、と考えるとよいでしょう）。

　最小限必要とするＭＩＰＳ値＝ＣＰＵ使用率が１００％のときのＭＩＰＳ値／ＣＰＵ使用率
　　　　　　　　　　　　　　＝０．８３３／０．７＝１．１９

　したがって、約１．２ＭＩＰＳのＣＰＵが必要です。

解答

ａ−コ　　ｂ−イ　　ｃ−ウ　　ｄ−オ