こんにちは、おゆかよです。
この記事では「CPUのパイプライン制御とは何か？」を、会話形式で楽しく理解できます！＾＾
会話で学ぶ！CPUのパイプライン制御
わたし
博士〜！この前「パイプライン制御」って言葉が出てきたんだけど、まったくイメージ湧かなくて…。水道管の話？って思っちゃったよ（笑）
博士
確かに“パイプライン”って言うと水の流れを想像しがちだよね。でも実は、コンピュータのCPUの中で命令を効率よく処理するための仕組みなんだよ。
わたし
CPUって、1個ずつ命令を順番に処理してるんじゃないの？
博士
昔はそうだったけど、今のCPUは“同時並行”が基本なんだ。例えば、命令を「取り出す」「解読する」「演算する」「結果を保存する」って4つの段階に分けて考えると、それぞれを同時に進められるようにするのがパイプライン制御なんだよ。
図で理解しよう！パイプラインのイメージ
博士
たとえば、以下のような流れを考えてみてね。
| サイクル | 命令1 | 命令2 | 命令3 |
|---|
| 1 | 取出 |
| 2 | 解読 | 取出 |
| 3 | 実行 | 解読 | 取出 |
| 4 | 書込 | 実行 | 解読 |
| 5 | 書込 | 実行 |
| 6 | 書込 |
わたし
なんか工場のライン作業みたい！
博士
そうそう、それがまさに「ライン処理」だね。ただし、命令によっては前の命令の結果を使うとか、分岐があるとかでうまく進まないときがある。これをハザードって呼ぶんだよ。
パイプラインのハザードとは？
わたし
ハザード？危険って意味の？
博士
その通り。CPU的には“うまく処理できない危険”ってことだね。大きく3種類あるよ：
- データハザード：前の命令の結果が必要なとき
- 制御ハザード：分岐命令のせいで次の命令が変わるかもしれないとき
- 構造ハザード：ハードウェアの共有資源がぶつかるとき
わたし
たしかに、うまく同時に進められないとトラブルになるね。
博士
だから、CPUはこういうハザードを回避するために、命令を一時停止したり（ストール）、先読み（予測実行）したりして工夫してるんだよ。
まとめ
- パイプライン制御とは、命令処理を「段階的に分けて並行処理」する仕組み。
- 各段階を流れ作業のようにすることで、CPUの処理効率が上がる。
- ただし、ハザード（処理の衝突や依存）が発生することがあり、制御が必要。
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