MIPS：コンピューターの速度を測る

MIPS：コンピューターの速度を測る

命令実行速度の指標

「命令実行速度の指標」とは、計算機がどれくらいの速さで命令を実行できるかを示す尺度のことです。この尺度を使うことで、異なる計算機の性能を比較することができます。よく使われる指標の一つに「ミップス」というものがあります。

ミップスとは、「1秒間に何百万個の命令を実行できるか」を表す単位です。正式名称は「Million Instructions Per Second」で、その頭文字をとってMIPSと表記されます。ミップスの値が大きいほど、計算機は多くの命令を短い時間で処理できることを意味し、処理速度が速いと言えます。例えば、1ミップスは1秒間に100万個の命令を実行できることを示し、5ミップスならば1秒間に500万個の命令を実行できることを示します。10ミップスならば1秒間に1000万個、つまり1千万個の命令を実行できることを示します。

このミップスという値は、計算機の心臓部である演算処理装置やマイクロプロセッサの性能を比較する際に用いられます。新しい演算処理装置が開発されると、その性能を示す指標としてミップスが用いられ、従来の演算処理装置と比較することで、どれくらい性能が向上したかを分かりやすく示すことができます。

ただし、ミップスはあくまでも一つの指標であり、計算機の性能を全て表すものではありません。同じミップス値を持つ演算処理装置でも、命令の種類や計算機の構造によって実際の処理速度は異なる場合があります。また、近年ではミップスよりも他の指標を用いて性能を評価するケースも増えてきています。計算機の性能を正しく理解するためには、ミップスだけでなく、他の指標も合わせて検討することが重要です。

命令数の比較

計算機の性能を示す指標の一つに、一秒間に実行できる命令の数があります。これを「命令実行速度」と呼び、単位はMIPS(百万命令毎秒)を使います。一見すると、この数値が高いほど計算機の性能が高いように思えますが、実は単純に比較することはできません。

なぜなら、計算機の中核部品である処理装置（プロセッサ）によって、一つの命令で実行できる内容が大きく異なるからです。例えば、ある計算機では一つの命令で複雑な計算をこなせる一方で、別の計算機では同じ計算をするのに複数の命令を組み合わせる必要があるかもしれません。同じMIPS値を持つ二つの計算機があったとしても、命令一つあたりの処理能力が違えば、全体の処理速度も異なってきます。

例を挙げると、一枚の絵を描くことを想像してみてください。ある人は一本の線を描くだけで複雑な模様を描ける技術を持っています。一方、別の人は同じ模様を描くのに、短い線を何度も重ねて描く必要があるとします。もし二人に同じ時間と、同じ回数だけ線を描くように指示したとしても、仕上がる絵の完成度は大きく異なるでしょう。これは、線一本あたりの情報量が違うためです。命令実行速度も同じで、命令一つあたりの処理内容を考慮しないと、真の性能は測れません。

つまり、命令実行速度で計算機の性能を比較する場合は、同じ種類の処理装置、もしくは互換性のある処理装置の間で行う必要があります。そうでなければ、りんごをみかんと比較するようなもので、意味のある比較にはなりません。異なる種類の処理装置の性能を比較するには、より多角的な指標を用いる必要があるのです。

ギガ命令とテラ命令

計算機の処理速度を表す指標の一つに、命令実行速度があります。これは、計算機が一秒間にどれだけの命令を実行できるかを示すもので、単位としては「ミップス」がよく知られています。ミップスはMillion Instructions Per Secondの略で、一秒間に百万個の命令を実行できることを意味します。

技術の進歩とともに計算機の性能は飛躍的に向上し、一秒間に数十億個、さらには数兆個もの命令を実行できるようになりました。そこで、より大きな処理能力を表すために、ギガミップスやテラミップスといった単位が登場しました。ギガミップスはGiga Instructions Per Secondの略で、一秒間に十億個の命令を実行できることを示します。これはミップスの千倍に相当し、より高性能な計算機で使われる単位です。

さらに、テラミップスはTera Instructions Per Secondの略で、一秒間に一兆個の命令を実行できることを示します。これはギガミップスの千倍、ミップスの百万倍に相当します。スーパーコンピュータなど、最先端の計算機の性能を表す際に用いられる単位です。

このように、ミップスを基準として、ギガは千倍、テラは百万倍という関係になっています。命令実行速度は計算機の性能を測る一つの指標であり、これらの単位を使い分けることで、様々な計算機の性能を適切に表現することができます。ただし、命令の種類や計算機の構造によって性能は大きく変わるため、命令実行速度だけで計算機の性能を完全に判断することはできません。他の要素も考慮に入れて総合的に判断することが重要です。

異なる命令体系の比較

処理装置の性能を比べる時、命令数だけを基準にするのは適切ではありません。命令数を使った指標の一つに「百万秒間に実行できる命令数」というものがありますが、これは処理装置の種類によって命令の性質や複雑さが違うため、同じ命令数でも実際の処理速度が異なる場合があるからです。

例えば、ある処理装置は一つの命令で複雑な計算ができますが、別の処理装置は同じ計算をするのに複数の簡単な命令を必要とするかもしれません。もし、両方の処理装置が同じ数の命令を一秒間に実行できたとしても、複雑な命令を実行できる処理装置の方がより多くの計算を行っている可能性があります。つまり、命令数だけでは処理装置の真の性能を測れないのです。

そこで、処理装置の性能を正しく評価するために、「ベンチマーク」と呼ばれる方法が使われます。ベンチマークは、実際に処理装置で行う作業を模擬した標準化された手順です。この手順を実行するのにかかった時間を測定することで、処理装置の性能を比較します。

ベンチマークには様々な種類があり、事務処理のような日常的な作業から、複雑な科学技術計算まで、色々な種類の処理を模擬したものがあります。それぞれの処理に特化したベンチマークを使うことで、特定の用途に適した処理装置を選ぶことができます。

ベンチマークを使うことで、命令の種類や複雑さが異なる様々な処理装置を同じ土俵で比較できます。これにより、命令数だけではわからない、処理装置の実際の処理能力を把握することができ、より適切な処理装置選びが可能になります。例えば、ある処理装置は命令数は少ないものの、一つの命令で多くの処理を実行できるため、ベンチマークの結果では高い性能を示すということがあり得ます。このように、ベンチマークは処理装置の性能をより実務的に評価する上で重要な役割を果たします。

他の性能評価手法

計算機の性能を測る方法は、命令実行速度を指す百万命令毎秒だけでは十分ではありません。計算機の用途は多岐に渡り、それぞれに適した性能評価基準が存在します。例えば、科学技術計算や立体画像処理といった、小数点を含む計算を多く行う処理では、浮動小数点演算の速度が重要となります。この速度は、一秒間に何回浮動小数点演算を実行できるかを表す単位であるフロップスで測られます。フロップスの値が高いほど、浮動小数点演算の処理速度が速いことを示します。

また、標準性能評価法人という団体が提供するスペックという総合的な性能評価基準も存在します。この団体は、様々な種類の模擬試験プログラムを提供しており、これらのプログラムは多様な処理を網羅しています。これにより、特定の処理だけでなく、計算機全体の性能をより多角的に評価することが可能になります。例えば、事務処理に適した計算機を選ぶ際には、事務処理に特化した模擬試験プログラムの結果を参考にします。一方、画像処理に適した計算機を選ぶ際には、画像処理に特化した模擬試験プログラムの結果を参考にします。

このように、百万命令毎秒だけでなく、フロップスやスペックといった様々な性能評価基準を組み合わせて利用することで、目的に最適な計算機を選ぶことができます。それぞれの計算機の得意な処理と不得意な処理を理解し、用途に合った計算機を選ぶことが、作業効率の向上に繋がります。

まとめ

コンピューターの処理速度を数値で表す指標の一つに「百万命令毎秒」というものがあります。これは、コンピューターが一秒間にどれだけの命令を実行できるかを示す単位です。この値が大きいほど、一般的には処理速度が速いコンピューターと言えるでしょう。しかし、この指標だけでコンピューターの性能を判断するのは誤りです。

同じ「百万命令毎秒」の値を持つコンピューターでも、命令の種類や複雑さによって実際の処理速度は大きく変わることがあります。例えば、単純な命令を多く処理できるコンピューターと、複雑な命令を少ししか処理できないコンピューターでは、前者の「百万命令毎秒」の値が大きくても、後者の方が特定の処理においては高速である可能性があります。また、コンピューターの用途によっても評価が変わります。例えば、単純な計算を大量に繰り返すような作業には「百万命令毎秒」の高いコンピューターが適していますが、複雑な画像処理や動画編集には、命令の種類や処理能力といった他の要素も重要になります。

さらに、コンピューターの性能を評価する際には、記憶装置への読み書き速度やデータ転送速度など、他の指標も考慮する必要があります。「百万命令毎秒」の値が大きくても、記憶装置の速度が遅ければ、全体の処理速度は低下してしまいます。

特に、異なる種類のコンピューターを比較する場合は、実際に様々な処理を実行させて性能を測定することが重要です。これにより、それぞれのコンピューターの得意・不得意を把握し、用途に合った最適なコンピューターを選択することができます。

このように、「百万命令毎秒」はコンピューターの性能を理解するための重要な指標の一つですが、それだけで判断するのではなく、他の指標や用途も考慮しながら総合的に判断することが大切です。それぞれの指標の特徴を理解し、適切に活用することで、最適なコンピューターシステムを選択できるようになります。