[일본 기본정보기술자 자격증] 2-2 CPU 성능과 고속화

1. CPU 성능 계산
   - CPU 성능에 관한 문제는 다 계산문제임.
   - CPU 성능은 클럭 주파수(クロック周波数＝しゅうはすう)에서 도출한다.
   - 클럭 : 컴퓨터의 기반에서 발생하는 신호.
   - 클럭 주파수 : 그 신호의 둘레, 파수(시간당 발생 횟수)를 나타낸다.
   - CPU는 클럭에 동기하여 작동하기 때문에 클럭 주파수가 높을수록 고속으로 작동한다.
   - 다만 고속 성능이 요구되는 CPU는 베이스가 되는 클럭을 몇배 증폭시키므로, 실제로 주기억장치나 주변 기기가 동작하는 클럭과는 다르다.
   - MIPS (Million Instruction Per Second) = 1초간 몇백만(10^6) 명령을 실행했는지 나타내는 단위.
   
   CPU 1초당 처리하는 명령 수 = CPU의 클럭 주파수 ÷ 명령 한 개당 평균 클럭 수
   
   
   예시 문제 1) 1GHz 클럭으로 동작하는 CPU가 있다. 이 CPU는 기기어의 명령 하나를 평균 0.8클럭으로 실행할 수 있다. 이 CPU가 1초간 평균 몇만 명령을 실행할 수 있는가?
   정답 125000만 명령.
   
   
   예시 문제 2) 주파수가 2000MHz인 컴퓨터가있다. 명령 한 개를 실행하는 데에 평균 5클럭이 필요하다. 이 컴퓨터의 평균 명령 실행 시간은 몇 마이크로초 인가?
   정답 0.025 마이크로 초
   해설 명령 한 개를 실행하는 데에 5클럭이 필요하니, 5/2000M 초가 필요하다는 뜻. 
   5/200000000 = 1/40000000 = 0.25 x 10^-7 = 0.025 마이크로(10^-6) 초
   
   예시 문제 3) 평균 명령 실행 시간이 20나노초인 컴퓨터가 있다. 이 컴퓨터의 성능은 몇 MIPS인가?
   정답 50MIPS
   해설 명령 하나 하는데 20*10^-9초. 그럼 1초당 1/ 20*10^-9 명령 
   = 5*10^7 = 50 * 10^6
   
   
   
   
2. 명령의 종류별로 실행시간을 계산하는 "명령 믹스 (命令ミックス)"
   - 명령 믹스 : CPU의 처리 성능을 측정하는 척도로, 각 명령의 종류별 실행 시간, 무게를 고려하여 계산한다.
   - 평균 명령 실행 시간으로 도출한다.
   - 사무 처리용 커머셜 믹스 (コマーシャルミックス), 과학기술계산용 깁슨 믹스（ギブソンミックス)가 있다.
   
   예시 문제) 동작 클럭 주파수가 700MHz의 CPU에 명령 실행에 필요한 클럭수 및 그 명령의 출현율이 다음과 같을 때, 이 CPU의 성능은 약 몇 MIPS인가?
   
   정답 100MIPS

 

명령의 종류	명령실행에 필요한 클럭 수	출현율
레지스터 간 연산	4	30%
메모리-레지스터 간 연산	8	60%
무조건 분기	10	10%

3. CPU의 고속화
- CPU의 고속화 방법에는 대표적으로 '파이프라인 처리(パイプライン処理)'가 있다.
- 파이프라인 처리는 1개의 프로세스에 명령의 실행 단계를 조금씩 밀어가면서 복수의 명령을 동시 병행적으로 실행함으로써 처리 속도를 올린다. 
- 제일 효율적일 때는, 각 스테이지의 처리 시간이 같을 경우이다.