AIコース コンピュータアーキテクチャ 1年・前期・選択・学修2単位
担当教員 蓬莱 尚幸 連絡先 
講義の概要 現時点では、コンピュータのあらゆる分野の専門家は、ハードウェアとソフトウェア双方の知識を要求されています。種々のレベルにおけるハードウェアとソフトウェアの相互関係は、コンピュータの基礎を理解する枠組みともなります。本講義では、ハードウェアとソフトウェアの相互関係に焦点を当てて、コンピュータの構成方式と設計技法を学びます。
到達目標 種々のアーキテクチャの概念と動作を理解し、コンピュータの構成方式と設計技術を習得します。
日程授業項目理解すべき内容 理解度
(1~4)
前期 第1週 基礎知識 命令・アセンブリ言語・機械語、コンピュータの古典的な5つの要素、性能  
第2週 命令セット(1) 符号付数と符号なし数、命令形式、オペランド、演算、論理演算、条件判定用の命令  
第3週 命令セット(2) 文字と文字列、手続き、アドレッシングモード、並列処理と命令、実例、高水準言語からの翻訳  
第4週 RISCアーキテクチャ アドレッシングモードと命令形式、拡張機能(マルチメディア、ディジタル信号処理など)、実例の比較検討  
第5週 コンピュータにおける算術演算 加減乗除、浮動小数点演算、並列処理と算術演算  
第6週 論理設計の基礎 組合せ論理、ゲート、算術論理演算ユニット、メモリ要素、有限状態機械とクロック同期、フィールド・プログラマブル・デバイス  
第7週 (中間試験)  
第8週 プロセッサ(1) 論理設計とクロック方式、データバス、パイプライン処理の概要  
第9週 プロセッサ(2) データ・ハザードと制御ハザード、例外、並列処理と命令レベル並列性、実例  
第10週 ハードウェアへの制御の割付け 組合せ制御ユニットの実現、有限状態機械による制御の実現、シーケンサを使用した次ステート関数の実現、マイクロプログラムからハードウェアへの変換  
第11週 記憶階層(1) キャッシュ、キャッシュの性能の測定と改善  
第12週 記憶階層(2) 仮想記憶、仮想マシン、有限状態機械とキャッシュ制御、キャッシュ・コヒーレンス、実例  
第13週 ストレージと入出力 ディスク・ストレージ、フラッシュ・ストレージ、入出力装置の接続とインタフェース、入出力性能の測定法、RAID、実例  
第14週 並列処理 マルチコア、マルチプロセッサ、クラスタ、ハードウェア・マルチスレッディング、SISD/MIMD/SIMD/SPMD、ベクトル・アーキテクチャ、グラフィック処理ユニット、マルチプロセッサ・ネットワーク・トポロジ、ルーフライン、実例  
第15週 (期末試験)  
第16週 総復習  
学習教育目標 Bに対応 達成項目専攻科ロ),ハ)に対応 JABEE
認定基準
(B-1),(B-2),(d)-(1)に対応
教科書・参考書 教科書:PPT資料(英語)を配布
参考書:ヘネシー&パターソン「コンピュータの構成と設計:ハードウエアとソフトウエアのインタフェース」
評価方法及び
合格基準
成績の評価は、定期試験の成績で行い、平均の成績が60点以上の者を合格とする。
学生へのメッセージ、
予習・復習について
主な関心がハードウェアとソフトウェア(換言すると、電子工学と計算機科学)のどちらにあるにせよ、コンピュータの構成方式と設計技法における中核的な考え方は同じです。
予習:授業項目に関する質問を1個以上用意しましょう。
復習:講義資料を見直し、理解不十分なところがあれば教員に聞くなどして解決しましょう。また、自己学習用に用意する演習問題にチャレンジしてみましょう。