Tweet

クロック周波数

① ストーリー性を取り入れた説明: クロック周波数とは？

放課後、パソコン部のユウキは先生にCPUの速度について質問しました。

ユウキ：「先生、パソコンのスペックを見ていたら『クロック周波数』っていうのが書いてあったんですが、これは何ですか？」

先生：「いい質問だね。クロック周波数は、コンピュータのCPUが動くリズムを表すものなんだ。例えば、メトロノームみたいに『チクタク』と一定のリズムで動く信号があって、それに合わせてCPUが処理を進めているんだよ。」

ユウキ：「じゃあ、そのチクタクが速いと、より多くの処理ができるってことですか？」

先生：「その通り！ クロック周波数が高いほど、『チクタク』の間隔が短くなり、CPUは短時間でより多くの計算をこなせるんだ。簡単に言うと、頭の回転が速い人と同じようなイメージだね。」

ユウキ：「でも、クロック周波数が高ければ高いほどパソコンは速くなるんですか？」

先生：「基本的には速くなるけど、それだけでは決まらないよ。他にもコア数やキャッシュメモリ、アーキテクチャの違いも関係してくるんだ。」

ユウキ：「たとえばどういうことですか？」

先生：「まず、コア数について説明しよう。最近のCPUは、1つのチップの中に複数のコアを持っていることが多い。コアが多いと、それぞれのコアが別々の作業を担当できるから、並行して多くの処理をこなせるんだ。」

ユウキ：「つまり、コアが多いほど、一度にたくさんの作業ができるってことですね！」

先生：「そういうこと！ 例えば、ゲームをしながら動画を編集するような作業では、多くのコアを持つCPUの方が快適に動くよ。ただし、ソフトウェアが複数のコアを活かせる設計になっていないと、コアの数が増えても効果がない場合もあるんだ。」

ユウキ：「なるほど！ じゃあ、キャッシュメモリって何ですか？」

先生：「キャッシュメモリは、CPUがすぐに使うデータを一時的に保存しておく場所のことだよ。例えば、テストの問題を解くときに、教科書を毎回本棚から取っていたら時間がかかるけど、机の上に置いておけばすぐに参照できるよね？ キャッシュメモリも同じように、CPUが頻繁に使うデータを手元に置くことで、処理を高速化できるんだ。」

ユウキ：「確かに、それなら計算も速くなりそうですね！」

先生：「最後にアーキテクチャだけど、これはCPUの設計のことだよ。例えば、同じクロック周波数のCPUでも、古いモデルと新しいモデルでは処理の効率が全然違うんだ。新しいCPUの方が、より少ない電力で高速に計算できるように設計されていることが多いんだよ。」

ユウキ：「ということは、クロック周波数だけを見て性能を判断するのは難しいんですね！」

先生：「その通り！ クロック周波数はCPUの重要な性能指標の一つだけど、それだけでなく、コア数、キャッシュメモリ、アーキテクチャなども考慮して選ぶことが大切なんだ。」

先生：「よし、それじゃあ簡単な計算問題を出してみよう。」

先生：「もし、CPUのクロック周波数が3GHz（ギガヘルツ）だとすると、1秒間に何回の動作をすることになるかな？」

ユウキ：「えーっと、1GHzが10億回だから…30億回！」

先生：「正解！簡単すぎたかな。もう一つ問題を出すね。もし、4コアのCPUがあり、それぞれが3GHzで動作していたら、全体としての最大処理回数は何回になるかな？」

ユウキ：「えーっと、1つのコアが3GHzで動くってことは…4コアでは3GHz×4＝12GHz、つまり120億回の動作だね。」

先生：「そのとおり！こういう計算ができると、CPUの性能を数値で比較しやすくなるよ！」

クロック周波数の定義

② 実際の事例

1. 最新のCPU開発とクロック周波数の進化

インテルやAMDは、年々クロック周波数の向上を図りつつ、マルチコア化を進めている。

最新のRyzenやCoreシリーズは5GHz以上のクロック周波数を持ちつつ、省電力技術も採用しています。

2. ゲーム機のCPUとクロック周波数の進化

ゲームではシングルスレッド性能が重要なため、高クロックのCPUが有利となります。
ここではゲーム機ごとのクロック周波数の進化の歴史をご案内します。

3. iPhoneのCPUとクロック周波数の進化

③ クイズや小テスト

クイズ1　　クロック周波数の単位は何ですか？

A. ワット（W）

B. ヘルツ（Hz）

C. ボルト（V）

クイズ2　　クロック周波数が高いほど影響を受けやすいのは？

A. 消費電力と発熱

B. ネットワーク速度

C. ディスプレイの解像度

クイズ3　　クロック周波数だけでCPUの性能が決まるか？

A. はい、クロック周波数が高いほど速い

B. いいえ、他にもコア数やアーキテクチャが影響する

C. いいえ、GPUの性能が全てを決める

回答と解説

クイズ1：B. ヘルツ（Hz）

クロック周波数は1秒間に何回処理を行うかを表す数値で、単位はヘルツ（Hz）。

クイズ2：A. 消費電力と発熱

クロック周波数が高いと、その分消費電力と発熱も増えるため、冷却技術が重要になる。

クイズ3：B. いいえ、他にもコア数やアーキテクチャが影響する

CPUの性能はクロック周波数だけでなく、コア数や内部設計の違いによっても大きく変わる。

応用情報技術者試験　平成22年秋　午前問22

応用情報技術者平成22年秋期問9 MIPS値の計算

www.ap-siken.com