CPU効率を最大化するパイプライン制御の計算方法

全ての命令が5ステージで完了するように設計された，パイプライン制御のコンピュータがある。20命令を実行するのには何サイクル必要となるか。ここで，全ての命令は途中で停止することなく実行でき，パイプラインの各ステージは1サイクルで動作を完了するものとする。

パイプライン制御の技術は、CPUの効率を上げるために命令を複数のステージに分割して並行処理を可能にする手法です。これにより、全体の処理時間を短縮することができます。問題では5つのステージに分かれているので、1つの命令が5つのステージを経て完了します。

5ステージのパイプラインでは、最初に1命令が全てのステージを通過するのに5サイクルが必要です。その後は、各サイクルごとに1つの命令が完了します。したがって、20命令を完了するためには、最初の5サイクルでパイプラインを埋め、残りの15命令を15サイクルで処理することになります。よって、合計で5 + (20 - 1) = 24サイクルが必要です。

パイプライン処理時間の計算は、I (命令数) + D (パイプラインの深さ) - 1サイクルで求められます。問題の場合、Iが20、Dが5なので、24サイクルとなることが確認できます。