クロック周波数（clock frequency）

分類

テクノロジ系 コンピュータ構成要素

出る試験

基本情報応用情報

重要度

★★★☆☆

もう少し詳しい説明

クロック周波数は、プロセッサ（計算と、命令を実行する仕事を受け持つ部品。CPUと同じものを指します）が1秒間に何回の拍を刻むかを表した数です。単位はヘルツ（Hz）で、「2.5GHz」なら1秒間に25億回です。

プロセッサ（計算と命令の実行を受け持つ部品）の中では、たくさんの部品が同じ拍に合わせて動いています。合奏で指揮者が振る拍に演奏者が合わせるのと同じで、1本の信号を全員で共有して足並みをそろえます。この信号がクロックで、拍を刻む役をクロック発振回路が担います。

拍が速いほど、同じ時間に進める作業も増えます。そのため、周波数が高いほど速いという目安になります。

クロック周期は周波数の逆数

1拍にかかる時間をクロック周期と呼びます。周波数と周期は逆数の関係です。

クロック周期 ＝ 1 ÷ クロック周波数

2.5GHz なら、こう計算します。

クロック周期 ＝ 1 ÷ （2.5 × 10⁹） ＝ 0.4 × 10⁻⁹秒 ＝ 0.4ナノ秒

ほかの周波数でも並べてみます。

周波数が2倍になれば、周期は半分です。1GHz が 1ナノ秒ちょうどになるので、ここを起点に覚えると暗算できます。2GHz なら 1 の半分で 0.5、4GHz なら さらに半分で 0.25 です。

計算のときはギガ（10⁹）とナノ（10⁻⁹）が打ち消し合うことを使うと速いです。4GHz なら「1 ÷ 4 ＝ 0.25」とだけ計算して、単位はナノ秒だと決めてしまえます。

周波数だけでは速さが決まらない

ここが大事なところです。クロック周波数が高いほうが必ず速い、とは言えません。

同じ拍を刻んでいても、1命令を終えるのに何拍かかるかはプロセッサの設計によって違います。3GHzで1命令に4拍かかるプロセッサと、2GHzで1命令に2拍で済むプロセッサなら、後者のほうが速いことになります。

3GHz ÷ 4拍 ＝ 3×10⁹ ÷ 4 ＝ 7.5×10⁸ ＝ 1秒に7.5億命令 2GHz ÷ 2拍 ＝ 2×10⁹ ÷ 2 ＝ 1×10⁹ ＝ 1秒に10億命令

この「1命令あたり何拍か」が CPI（Cycles Per Instruction。1つの命令を終えるのに何拍かかるか）です。周波数とCPIの両方を見ないと、速さは比べられません。

設計が違うプロセッサ（たとえばメーカーが違うもの）を周波数だけで比べられないのは、このためです。

周波数を上げられなくなった理由

2000年代の前半まで、プロセッサは周波数を上げることで速くなってきました。ところが3〜4GHzあたりで伸びが止まりました。

理由は熱です。周波数を上げると消費電力が増え、そのぶん発熱も増えます。ところが、出た熱を外へ捨てる（排熱する）能力のほうには限りがあります。

発熱が増えても排熱が追いつかなければ、プロセッサの温度は上がり続けます。放っておけば壊れるので、そうなる前に自分で速度を落とす仕組みが働きます。冷却装置を大きくすれば排熱を増やせますが、本体の大きさにも電力にも限度があります。

そこで方向が変わりました。1拍を短くするのをやめ、1拍で進む仕事を増やす方向です。具体的にはパイプラインなどの高速化技術（1拍のあいだに、複数の命令を少しずつ進める工夫）と、コア（1つのプロセッサの中に入っている、命令を実行する部分。1つのコアが、1本の流れを受け持ちます）を増やすことです。

いまのプロセッサが「4コア」「8コア」と数を売りにしているのは、この事情からきています。1つあたりを速くできないので、数を増やして同時に進める、という方向に変わりました。

試験ではこう出る

科目A（旧・午前）では、クロック周期を求める計算がいちばん多いです。周波数を与えて周期を聞く、あるいは周期を与えて周波数を聞く形で、逆数にするだけで解けます。

次に多いのが、周波数とCPIを両方与えて実行時間を求める問題です。この場合はCPI・MIPSの式を使います。

「クロック周波数が高いほど必ず処理が速い」という誤った選択肢も出ます。設計が違えば1命令あたりの拍数も違うので、これは誤りです。

関連する用語

プロセッサ

命令を取り出して実行する部品。クロックの拍に合わせて動く

CPI・MIPS・FLOPS

プロセッサの性能指標。クロック周波数だけでは速さが決まらないので併せて使う

プロセッサの高速化技術

1拍で進む仕事を増やす工夫。周波数を上げずに速くする方向

ミニクイズ

この分野をまとめて解く → コンピュータ構成要素とハードウェアのミニテスト（全33問）

最終更新：2026-10-12