シラバス参照
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| 科目一覧へ戻る | 2020/04/02 現在 |
| 科目名（和文） ／Course |
計算機アーキテクチャ |
|---|---|
| 科目名（英文） ／Course |
Computer Architecture |
| 時間割コード ／Registration Code |
23181201 |
| 学部（研究科） ／Faculty |
情報工学部 |
| 学科（専攻） ／Department |
人間情報工学科/スポーツシステム工学科 |
| 担当教員（○：代表教員）
／Principle Instructor （○） and Instructors |
○佐藤 洋一郎 |
| オフィスアワー ／Office Hour |
佐藤 洋一郎(毎週木曜日５限 上記以外でも，メール等で事前に連絡があれば，対応できます．また，部屋に居るときであれば，事前連絡がなくても，極力対応します．) |
| 開講年度 ／Year of the Course |
2019年度 |
| 開講期間 ／Term |
前期 |
| 対象学生 ／Eligible Students |
3年 |
| 単位数 ／Credits |
2.0 |
| 更新日 ／Date of renewal |
2019/03/05 |
|---|---|
| 使用言語 ／Language of Instruction |
日本語 |
| オムニバス ／Omnibus |
該当なし |
| 授業概略と目的 ／Cource Description and Objectives |
コンピュータの利用形態は、ネットワークを介した複数のコンピュータの共同あるいは協調利用に変貌している。しかし、コンピュータを有効に利用するためには、その構造・動作原理・性能を理解しておく必要がある。コンピュータはソフトウェアとハードウェアにより構成されるが、その性能は、CPUのクロック周波数、メモリの容量だけでなく、CPUにどのような機能を持たせるのか、メモリをどのように使用するのかにより、大きく異なってくる。本講義では、後者に焦点絞って、コンピュータのハードウェア構造とその有効利用法について学ぶ。 |
| 履修に必要な知識・能力・キーワード ／Prerequisites and Keywords |
「計算機工学入門」、「データ構造とアルゴリズム〈アルゴリズムとデータ構造〉」、「論理回路〈ディジタル回路〉」を履修し、コンピュータの概念的な構造、論理回路の構造等を理解しておくことが望ましい。 キーワード：CPUアーキテクチャ、メモリアーキテクチャ、入出力アーキテクチャ、シーケンサ |
| 履修上の注意 ／Notes |
特になし |
| 教科書 ／Textbook(s) |
「コンピュータアーキテクチャの基礎」、柴山著、近代科学社 |
| 参考文献等 ／References |
「計算機アーキテクチャ」、齋藤、大森著、オーム社 |
| 自主学習ガイド ／Expected Study Guide outside Coursework/Self-Directed Learning Other Than Coursework |
教科書に掲載されている全ての問題を必ず自分で解いておくこと。また、授業の最後に次回の授業内容を指示するので、教科書の該当部分を必ず読んでくること。 |
| 資格等に関する事項 ／Attention Relating to Professional License |
該当なし |
| 備考 ／Notes |
特になし 本科目は「実務経験のある教員による授業科目」又は「主として実践的教育から構成される授業科目」である。 その内容等については、次のアドレスの一覧表を参照。 https://www.oka-pu.ac.jp/guide/guide_detail/index/1860.html |
| No. | 単元（授業回数） ／Unit (Lesson Number) |
単元タイトルと概要 ／Unit Title and Unit Description |
時間外学習 ／Preparation and Review |
配付資料 ／Handouts |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | [授業の概要の説明] 学科の教育プログラムにおける本講義の位置づけを理解するとともに、計算機アーキテクチャの概念、歴史について学ぶ。 |
非ノイマン型とノイマン型との相違をまとめ、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 2 | 2 | [基本アーキテクチャA ：基本構成、命令セット] ノイマン型コンピュータの基本構成を理解するととともに、ソフトウェアインタフェースとしての命令セットの概要を学ぶ。 |
既存の命令セットは5種類程度の大別できる。それらの特徴を調べ、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 3 | 3 | [基本アーキテクチャB ：命令形式] 命令セットを構成する機械語命令の分類及び表現形式について学ぶとともに、アドレス指定方式について理解する。 |
講義で説明しなかったが、現在広く利用されている機械語の種類として、SIMD命令がある。これについて照査し、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 4 | 4 | [基本アーキテクチャC ：命令の実行シーケンス] 機械語命令を実行するとき一般的な手順を学ぶ、CPUの構成要素の動きを理解する。 |
何故講義で説明した手順が一般的であるのか、その理由を照査し、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 5 | 5 | [データの表現A ：固定小数点、浮動小数点] コンピュータ内部における数値の表現形式として、整数用の固定小数点表示と実数用の浮動小数点表示の方式について学ぶ。 |
2つの数値表現形式の利点と欠点を整理し、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 6 | 6 | [データの表現B ：文字、画像] コンピュータ内部における文字の表現形式として、ASCII、Unicode、シフトJIS等の割り当て方法を理解するとともに、デジタル画像の表現方法を学ぶ。 |
Unicodeの詳細な構造と多言語へ対応できる原因を調査し、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 7 | 7 | [制御アーキテクチャA ：制御方式] コンピュータの制御方式として、配線論理とマイクロプログラムについて、その概念と特徴について理解する。 |
2つの制御方式の適用分野を調査し、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 8 | 8 | [制御アーキテクチャB ：命令実行順序制御（パイプライン）] 機械語命令の高速実行に必須の制御技術であるパイプライン方式の概念と実現方法について理解する。 |
パイプラインの限界について調査し、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 9 | 9 | [制御アーキテクチャC ：割り込み] 機械語命令の実行制御や入出力装置の管理に必須の制御技術である割り込みについて、要因の種類、処理手順及び実現手法を学ぶ。 |
制御用CPUにおける割り込みの意味について調査し、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 10 | 10 | [モリアーキテクチャA ：仮想メモリ方式（概念、仮想メモリ機構）] マルチプロセスを実現する際に主メモリを効率的に利用するための仮想メモリ方式の概念や構造を学ぶ。 |
仮想メモリの必要性をまとめ、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 11 | 11 | [メモリアーキテクチャB ：仮想メモリ方式（ページング方式）] 仮想メモリを物理的に分割管理するページング方式の概念を理解するとともに、その実現手法を学ぶ。 |
ページング方式の利点と欠点をまとめ、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 12 | 12 | [メモリアーキテクチャC ：仮想メモリ方式（アドレス変換機構）] 仮想メモリ空間と実メモリ空間との間でのアドレスの変換手法を理解するとともに、具体的な変換機構の構造を学ぶ。 |
2つのアドレス変換方式の利点と欠点をまとめ、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 13 | 13 | [メモリアーキテクチャD ：仮想メモリ方式（セグメント方式）] 仮想メモリを論理的に分割管理するセグメント方式の概念を理解するとともに、その実現手法を学ぶ。 |
セグメンテーション方式の利点と欠点をまとめ、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 14 | 14 | [入出力アーキテクチャA ：入出力装置の種類とその管理] 入出力装置の機能と分類、入出力装置の接続形式及び入出力制御機能について理解する。 |
入出力制御の必要性を実際のコンピュータの利用形態と結び付けてまとめ、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 15 | 15 | [入出力アーキテクチャB ：チャネルの種類] 入出力装置の制御機能の一実現方式であるチャネルについて、その概念や具体的な実現手法を学ぶ。 |
4つのチャネルの形式の利点と欠点をまとめ、次の授業の準備をしておくこと。 | 授業で使用する図を印刷したもの。 |
| 16 | 16 | [期末試験] 授業の内容の理解度を確認するための試験を行う。 |
なし。 | なし。 |
| No. |
到達目標 ／Learning Goal |
知識・理解 ／Knowledge & Undestanding |
技能・表現 ／Skills & Expressions |
思考・判断 ／Thoughts & Decisions |
伝達・コミュニケーション ／Communication |
協働 ／Cooperative Attitude |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 基本的なコンピュータの構造と機能を理解する。 | ○ | ○ | |||||
| 2 | CPUアーキテクチャのキーポイントとなる項目を理解する。 | ○ | ○ | |||||
| 3 | メモリの有効な利用方法を理解する。 | ○ | ○ | |||||
| 4 | プリンタ，ハードディスク等の機器とCPUとの関係を理解する。 | ○ | ○ |
| No. |
到達目標 ／Learning Goal |
定期試験 ／Exam. |
レポート | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 基本的なコンピュータの構造と機能を理解する。 | ○ | ○ | ||||
| 2 | CPUアーキテクチャのキーポイントとなる項目を理解する。 | ○ | ○ | ||||
| 3 | メモリの有効な利用方法を理解する。 | ○ | ○ | ||||
| 4 | プリンタ，ハードディスク等の機器とCPUとの関係を理解する。 | ○ | ○ | ||||
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評価割合（％） ／Allocation of Marks |
70 | 30 | |||||