問67
頻出度★☆☆
CPUに関する記述のうち, 適切なものはどれか。
平成23年度 特別試験 ITパスポート試験 問67
テクノロジ系コンピュータ構成要素 › プロセッサ
这道题的解析和你的作答记录。
解説
問 67
错误ア
这是把高速缓存（cache）和虚拟存储混淆了的描述，因此错误。高速缓存是置于 CPU 与主存储器之间、用来弥补两者动作速度之差的高速但小容量的缓冲存储器。它保存曾经读写过的数据以及其附近的数据，当下次需要同一区域时就不必再到低速的主存储器去取，从而缩短实际的访问时间、加快处理。它的目的始终是改善速度，而不是增加主存储器的容量。另一方面，让主存储器容量看上去变大的机制叫做虚拟存储（虚拟内存），它把硬盘等辅助存储器的一部分当作主存储器来使用，只把需要的部分与主存储器换入换出（分页），从而使超过实际主存容量的程序也能运行。可以成对记住：补速度的是高速缓存，补容量的是虚拟存储。
错误イ
该项错误地描述了运算功能与控制功能的关系，因此错误。计算机的五大装置是输入装置、输出装置、存储装置、运算装置和控制装置，其中把运算装置和控制装置合在一起就是 CPU（中央处理器）。运算装置（ALU）负责加减乘除等算术运算、AND・OR・NOT 等逻辑运算以及大小比较等实际的计算处理。控制装置则从主存储器取出指令并译码，按其内容向运算装置、存储装置、输入输出装置发出指示，控制整体动作的顺序。两者是构成 CPU 的两个对等的功能，不存在一方包含另一方的包含关系。因此「运算功能是控制功能的一部分」这一描述不成立。
错误ウ
前半部分关于按位数分类的说明是正确的，但结尾断定「位数的大小与处理能力无关」是错误的。这里所说的位数，指的是 CPU 一次能够整体处理的数据宽度（寄存器和数据总线的宽度）。16 位 CPU 一次只能处理 16 位，而 32 位 CPU 一次能处理 32 位，因此处理同样数量的数据所需的次数更少，处理能力相应更高。此外，一次能处理的地址宽度也随之变宽，可以直接使用的主存储器容量也会更大。也就是说，位数是左右处理能力的重要因素，并非无关。不过，处理能力并不是仅由位数决定的，时钟频率、核心数、缓存容量、内部结构等也会综合地产生影响，这一点也希望一并理解。
- エ
正解 正确答案是 エ。CPU 按照内部被称为时钟（clock）的周期性同步信号动作，并与该信号保持同步地推进指令的取出、译码和执行。时钟频率表示这个同步信号在 1 秒内被打出多少次，单位是 Hz（赫兹），1 GHz 就是 1 秒内打出 10 亿个周期。一个周期所需的时间（时钟周期）是频率的倒数，所以频率越高，打一拍所花的时间就越短。这里值得注意的是，选项中明确给出了「对于结构相同的 CPU」这一条件。结构相同，意味着指令集、流水线级数、执行一条指令所需的时钟数（CPI）都相同，也就是说每个时钟能完成的工作量是一致的。工作量相同而只是节拍变快，因此单位时间内能执行的指令数会与频率成正比地增加，处理速度也就变快。所以该描述是恰当的。反过来说，一旦去掉「结构相同」这个前提，结论就会改变。结构不同的 CPU 之间，一个时钟能处理的指令数、核心数、缓存容量都不一样，因此只比较时钟频率是无法判断处理速度孰优孰劣的。频率较低的 CPU 依靠更高效的结构或更多的核心而超过频率较高的 CPU，这在现实中确实会发生。希望连同这种带前提条件的比较一并理解掌握。
ここがポイント
- 时钟频率与处理速度的关系 —— 时钟频率是 CPU 用来统一动作节拍的同步信号每秒的次数（单位 Hz），频率越高，一个时钟所占的时间就越短。结构相同（同一体系结构、相同 CPI）的 CPU 之间，频率越高处理速度越快；但结构不同的 CPU 之间，核心数、缓存、每个时钟的处理量都不同，仅凭频率无法判断孰优孰劣。
- CPU 的构成与高速缓存、位数 —— CPU 由五大装置中的运算装置和控制装置构成，两者是对等的功能，不存在包含关系。高速缓存是弥补 CPU 与主存储器速度差的高速小容量存储器（速度上的补充），而让主存储器容量看上去被扩展的是使用辅助存储器的虚拟存储（容量上的补充）。另外，表示一次能处理的数据宽度的位数，与处理能力直接相关。
用語