40-03.クロック周波数(動作周波数)

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クロック周波数(動作周波数)とは?

プロセッサの処理(命令の実行)のタイミングを合わせる信号クロックといいます。

クロック周波数(動作周波数)とは、クロックが1秒間あたりに何回発生するかという数値です。単位は[Hz(ヘルツ)]を用います。

このクロック周波数が大きいほど、クロックが1秒間あたり多く発生するので、処理速度は速くなります。

上の図は、1秒間あたりクロックが5回発生しているので、クロック周波数は5[Hz]です。下の図は、1秒間あたりクロックが10回発生しているので、10[Hz]になります。したがい、クロック周波数の大きい、下の図のプロセッサの処理速度が速いことになります。

具体的には、クロック周波数はプロセッサの性能指標の1つとして扱われます。

クロック周波数(動作周波数)具体例

出典:インテル Corei5 プロセッサー

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クロック周波数(動作周波数)に関する計算方法

クロック周波数に関する計算問題が、ITパスポート試験で出題されます。計算式を3つ理解しておけば柔軟に対応可能です。

●クロック周波数に関する計算方法
計算①:1クロックあたりかかる時間[秒]

    =1[秒]÷クロック周波数[Hz]

計算②:1命令にかかる時間[秒]
    =1命令に必要なクロック数[回]×1クロックあたりかかる時間[秒]

計算③:1秒間の命令実行回数
    =クロック周波数[Hz]÷1命令に必要なクロック数[回]

計算①:1クロックあたりかかる時間

1クロックあたりかかる時間を求める計算式を例題で確認します。

計算①:1クロックあたりかかる時間[秒]
    =1[秒]÷クロック周波数[Hz]
例題1.
クロック周波数が10[Hz]の場合、1クロックにかかる時間を求めよ。

1クロックあたりかかる時間[解説]
クロック周波数とは、クロックが1秒間あたりに何回発生するかという値です。つまり、クロック周波数が10[Hz]は、「1秒間に10クロック発生すること」を意味します。

よって、「1秒」を「クロック周波数」で割ると、1クロックにかかる時間が求められます。

1クロックあたりかかる時間[秒]
=1[秒]÷クロック周波数[Hz]
=1[秒]÷10[Hz]=0.1秒

したがって、1クロックあたりかかる時間[秒]は、0.1[秒]になります。

計算②:1命令にかかる時間

1命令にかかる時間の計算式を例題で確認します。

計算②:1命令にかかる時間[秒]
    =1命令に必要なクロック数[回]×1クロックあたりかかる時間[秒]
例題2.
1命令に2クロック要し、1クロックにかかる時間0.1[秒]の場合、1命令にかかる時間は?

1命令にかかる時間[解説]
「1命令にかかるクロック数[回]」と「1クロックにかかる時間[秒]」をかければ、1命令にかかる時間を求められます。

1命令にかかる時間[秒]
=1命令にかかるクロック数[回]×1クロックにかかる時間[秒]
=2[回]×0.1[秒]=0.2秒

したがって、1命令にかかる時間[秒]は、0.2[秒]になります。

計算③:1秒間の命令実行回数

1秒間の命令実行回数の計算式を例題で確認します。

計算③:1秒間の命令実行回数
    =クロック周波数[Hz]÷1命令に必要なクロック数[回]
例題3.
クロック周波数が10[Hz]、1命令に2クロックの場合、1秒間の命令実行回数は?

1秒間の命令実行回数[解説]
クロック周波数とは、クロックが1秒間あたりに何回発生するかという値です。つまり、クロック周波数が10[Hz]は、「1秒間に10クロック発生すること」を意味します。

よって、1秒間の命令実行回数は、「10回(クロック周波数[Hz])」を「2クロック(1命令にかかるクロック数[回])」で割れば求められます。

1秒間の命令実行回数[回]
=クロック周波数[Hz]÷1命令にかかるクロック数[回]
=10[Hz]÷2[クロック]=5[回]

したがって、1秒間の命令実行回数[回]は、5[回]です。

クロック周波数に関するの3つの式を覚えれば、計算問題を解答できます。しかし、クロック周波数が「1秒間に何クロック発生するのかという数値」という定義を理解すれば、式を丸暗記する必要はありません。まずは、クロック周波数の定義はしっかりと抑えておきましょう。

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ターボブーストとは?

ターブブーストとは、これまで説明してきたクロック周波数を一時的に上げることで、プロセッサの処理速度を速くする技術です。

また、プロセッサの許容発熱量や消費電力量に余裕があるときのみ、ターボブーストを実施可能になります。

ターボブーストは、 半導体素子メーカー 大手のインテル社が開発した技術になります。インテル社では、ターボブーストを「インテル ターボ・ブースト・テクノロジー」と呼んでいます。

ターボブースト
インテル® ターボ・ブースト・テクノロジー 2.01 は、ピーク負荷時にプロセッサーやグラフィックスのパフォーマンスを加速します。プロセッサー・コアが電力、電流、温度の仕様限界未満で稼動している場合には、自動的に定格の動作周波数よりも高速でプロセッサー・コアを動作させることができます。プロセッサーがインテル® ターボ・ブースト・テクノロジー 2.0 による高クロック状態に移行するかどうか、またその状態がどのくらい持続するかは、ワークロードや動作環境によって異なります。
出典:インテル ターボ・ブースト・テクノロジー 2.0

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【まとめ】クロック周波数(動作周波数)

それでは、最後におさらいをしておきましょう。

用語説明
クロック周波数
(動作周波数)
クロックと呼ばれる信号(処理を同期する)が1秒間に何回発生するかという数値
数値が大きいほど、処理速度が速いことを表すプロセッサの性能指標
①1クロック当たりかかる時間[秒]
 =1[秒]÷クロック周波数[Hz]
②1命令にかかる時間[秒]
 =1命令にかかるクロック数[回]×1クロックにかかる時間[秒]
③1秒間の命令実行回数[回]
 =クロック周波数[Hz]÷1命令にかかるクロック数[回]
ターボブーストプロセッサのクロック周波数(動作周波数)を一時的に上げ、コアの処理速度を速くする技術
プロセッサの許容発熱量や消費電力量に余裕があるときに動作する
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ぽん之助

20代サラリーマン、前職4年間で20個以上の資格に合格。ホワイト企業に転職を成功。
実体験を元に資格や勉強、転職、キャリアアップ、副業について、『ぽんぱす』で発信しています。
【保有資格】ネットワークスペシャリスト、情報処理安全確保支援士、CCNP、電気通信主任技術者(伝送/線路)、工事担任者総合種、AWS(SAA)その他多数。

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