MIPS・FLOPSと命令ミックスとは？

MIPS・FLOPSと命令ミックスの意味

MIPSは1秒あたりの実行命令数（百万命令単位）、FLOPSは1秒あたりの浮動小数点演算回数で、いずれもCPUの処理能力を表す指標。命令ミックスは、実際の業務で各種命令が出現する割合を重み付けした構成のことで、これを使って平均命令実行時間を求め、MIPS値へ換算する。

MIPS・FLOPSと命令ミックスの具体例

演算命令が実行時間20ns・出現率50%、転送命令が30ns・30%、分岐命令が40ns・20%なら、平均実行時間は 20×0.5+30×0.3+40×0.2＝27ns。1秒÷27ns＝約3,700万命令なので約37MIPS。科学技術計算のサーバ選定ではMIPSでなくFLOPSで比較する。

MIPS・FLOPSと命令ミックスは試験でどう引っ掛けられる？

MIPSは命令の重さを区別しないため、命令セットの異なるCPU同士を比べる指標としては信頼できない（俗に Meaningless Indicator と揶揄される）。実性能の比較には実業務に近いベンチマークを使うのが原則。

MIPS・FLOPSと命令ミックスと関連する用語

• クロック周波数とCPI
• ベンチマークとキャパシティプランニング
• CISCとRISC

MIPS・FLOPSと命令ミックスが出た過去問

• オンライントランザクション処理システムにおいて、1分当たりの平均トランザクション数が1,200件であり、1件のトランザクション処理で100万命令を実行する場合、…

  正解：20

  要点：CPU利用率は必要MIPS÷性能MIPSで求める

  1分あたり1,200件は1秒あたり20件です。1件で100万命令を実行するので、必要な処理能力は毎秒2,000万命令、すなわち20 MIPSにあたります。CPUの性能が100 MIPSなので、平均利用率は20÷100で20%となります。分と秒の単位換算と、100万命令＝1 MIPS秒分である点を押さえるのがポイントです。

  出典：平成28年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問15（IPA）

• 表に示す命令ミックスによるコンピュータの処理性能は何MIPSか。

  正解：40

  要点：MIPS＝1÷（頻度で重み付けした平均命令実行時間）

  命令ミックスでは、各命令の実行時間を出現頻度で重み付けした平均命令実行時間を求める。10×0.5＋40×0.3＋40×0.2＝5＋12＋8＝25ナノ秒。1秒あたりの実行命令数は1÷(25×10^-9)＝4,000万命令なので、40MIPSとなる。

  出典：令和3年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問9（IPA）

• あるクライアントサーバシステムにおいて、クライアントから要求された1件の検索を処理するために、サーバで平均100万命令が実行される。1件の検索につき、ネットワー…

  正解：50

  要点：システムの処理能力は最も遅い資源（ボトルネック）で決まる

  サーバ側は100 MIPS＝1億命令／秒を1件あたり100万命令で割り、毎秒100件を処理できる。ネットワーク側は1件あたり2×10^5バイト＝1.6×10^6ビットで、転送速度8×10^7ビット／秒を割ると毎秒50件となる。全体のスループットは遅いほうで決まるため、答えは50件である。

  出典：令和6年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問15（IPA）