コンピュータ

クロック周波数とは

クロック周波数

クロック周波数(英:clock frequency)とは、CPUの性能をあらわすための指標値のひとつで、クロックが1秒間に繰り返される回数のことで、Hz(ヘルツ)という単位で表現します。

クロックとは

クロック信号(英:clock signal)とは、複数の電子回路が信号を送受信するタイミングを揃えるために、規則正しく刻まれる電気信号のことです。

各装置はこの「クロック」と呼ばれる周期的な信号にあわせて動作します。

クロック周波数

コンピュータの頭脳であるCPUもこのクロックという周期信号にあわせて動作します。

各装置が周期的な信号にあわせて動作するため、1周期(1クロック)にかかる時間が短いほどより多くの処理ができます。(例えばクロック周波数3HzのCPUは1秒間にクロックが3回、6HzのCPUは1秒間にクロックが6回繰り返されるということで、6HzのCPUの方が多く処理ができる)

1周期の処理時間

上記の例では同じ時間で「上は3周期」「下は6周期」処理しているので、下の方がよい性能(処理が速い)であることが分かります。

クロック周波数の計算問題

クロック周波数の単位はHz(ヘルツ)だが、クロック周波数の計算ではMHz(メガヘルツ)や GHz(ギガヘルツ)がよく利用され、MHzやGHzをHzに変換して計算します。(1MHzは「1 × 106」、1GHzは「1 × 109」)

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CPUが1秒間に処理できる命令数

例題

1命令を平均0.8クロックで実行する1GHzのCPUがある。このCPUは1秒間に平均何万命令を実行できるか求めよ。

「CPUが1秒間に処理できる命令数」は次の公式で求めることができます。

CPUのクロック周波数 ÷ 1命令に要する平均クロック数

設問の内容を公式にあてはめて計算します。

109Hz ÷ 0.8クロック = 1,250,000,000

※1GHzは109Hz

CPUが1秒間に処理できる命令数は「125,000」万です。

平均命令実行時間

例題

1命令を平均3クロックで実行する1GHzのCPUがある。このパソコンの平均命令実行時間は何ナノ秒か求めよ

「平均命令実行時間(1命令の実行に要する時間)」は次の公式で求めることができます。

1 ÷ CPUのクロック周波数 × 1命令に要する平均クロック数

設問の内容を公式にあてはめて計算します。

1秒 ÷ 109Hz = 10-9秒 = 1ナノ秒

1ナノ秒 × 3クロック = 3ナノ秒

※1GHzは109Hz、10-9秒は1ナノ秒

平均命令実行時間は「3ナノ秒」です。


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