概要:
情報の技術を知るための基本は、コンピュータそのものを理解することである。特に、コンピュータアーキテクチャは、ソフトウェアとハードウェアの中間に位置し、コンピュータシステムの基本概念が含まれている。そこで、プログラムの基礎から命令セットアーキテクチャについて学習し、スタートアップ処理やサブルーチン処理について理解し、演習を行う。さらに、MIPSシミュレータSPIMでアセンブリ記述を動作させ、MIPSプロセッサをVHDLで設計しながら演習を行う。また、パイプライン処理の原理と性能、パイプラインによるハザードと解消、分岐と割り込みを学習しながら、MIPSプロセッサをパイプライン版に拡張し、コンピュータアーキテクチャについて理解し、演習を行う。
この科目は企業で組込みシステムの設計を担当していた教員が、その経験を活かし、ソフトウェアとハードウェアの種類、特徴、設計等について講義・演習形式で授業を行うものである。
授業の進め方・方法:
演習した内容を整理してパソコンでワードにまとめ、電子的に提出する。
注意点:
マイクロコンピュータ工学の単位を修得していることが望ましい。なお、ノートパソコンを利用した演習、学習レポート・課題の提出、および相互評価などを行う。「コンピュータアーキテクチャA」、および「コンピュータアーキテクチャB」を併せて受講しなけらばならない。「情報科学」教育プログラムの必修科目である。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
MIPSシミュレータとアセンブリ言語の基礎のシミュレーション演習(2.1) |
MIPSシミュレータとアセンブリ言語が理解できる
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2週 |
MIPSシミュレータとアセンブリ言語の基礎のシミュレーション演習(2.1) |
基礎のシミュレーションができる
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3週 |
アセンブリ言語によるアルゴリズム記述のシミュレーション演習(2.2) |
アセンブリ言語によるアルゴリズム記述ができる
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4週 |
アセンブリ言語によるアルゴリズム記述のシミュレーション演習(2.2) |
アルゴリズム記述のシミュレーションができる
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5週 |
メモリの利用とサブルーチンの動作のシミュレーション演習(2.3) |
メモリの利用とサブルーチンの動作が理解できる
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6週 |
メモリの利用とサブルーチンの動作のシミュレーション演習(2.3) |
サブルーチンの動作のシミュレーションができる
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7週 |
コンピュータの構成部品とVHDLによる設計のシミュレーション演習(3.2) |
コンピュータの構成部品とVHDLによる設計ができる
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8週 |
コンピュータの構成部品とVHDLによる設計のシミュレーション演習(3.2) |
VHDLによる設計のシミュレーションができる
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2ndQ |
9週 |
MIPSの命令フェッチ、命令でコードのVHDL設計のシミュレーション演習(3.4) |
MIPSの命令フェッチ、命令でコードのVHDL設計ができる
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10週 |
MIPSの命令フェッチ、命令でコードのVHDL設計のシミュレーション演習(3.4) |
VHDL設計のシミュレーションができる
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11週 |
MIPSのエグゼキューション、メモリ、ライトバックのVHDL設計のシミュレーション演習(3.5) |
MIPSのエグゼキューション、メモリ、ライトバックのVHDL設計ができる
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12週 |
MIPSのエグゼキューション、メモリ、ライトバックのVHDL設計のシミュレーション演習(3.5) |
VHDL設計のシミュレーションができる
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13週 |
MIPS命令のシミュレーションと命令の拡張のシミュレーション演習 |
MIPS命令のシミュレーションと命令の拡張ができる
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14週 |
MIPS命令のシミュレーションと命令の拡張のシミュレーション演習 |
命令の拡張のシミュレーションができる
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15週 |
再帰呼出しと浮動小数点演算のシミュレーション演習(2.4) |
再帰呼出しと浮動小数点演算が理解できる
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16週 |
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後期 |
3rdQ |
1週 |
再帰呼出しと浮動小数点演算のシミュレーション演習(2.4) |
再帰呼出しと浮動小数点演算のシミュレーションができる
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2週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 命令フェッチ)のシミュレーション演習 |
命令フェッチのパイプライン設計とVHDL記述が理解できる
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3週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 命令フェッチ)のシミュレーション演習 |
命令フェッチのVHDL記述とシミュレーションができる
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4週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 命令デコード)のシミュレーション演習 |
命令デコードのパイプライン設計とVHDL記述が理解できる
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5週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 命令デコード)のシミュレーション演習 |
命令デコードのVHDL記述とシミュレーションができる
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6週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 エグゼキューション)のシミュレーション演習 |
エグゼキューションのパイプライン設計とVHDL記述が理解できる
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7週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 エグゼキューション)のシミュレーション演習 |
エグゼキューションのVHDL記述とシミュレーションができる
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8週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 メモリ)のシミュレーション演習 |
メモリのパイプライン設計とVHDL記述が理解できる
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4thQ |
9週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 メモリ)のシミュレーション演習 |
メモリのVHDL記述とシミュレーションができる
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10週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 ライトバック)のシミュレーション演習 |
ライトバックのパイプライン設計とVHDL記述が理解できる
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11週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 ライトバック)のシミュレーション演習 |
ライトバックのVHDL記述とシミュレーションができる
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12週 |
MIPS命令のシミュレーションとハザード回避(nop命令)のシミュレーション演習 |
MIPS命令のシミュレーションができる
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13週 |
MIPS命令のシミュレーションとハザード回避(nop命令)のシミュレーション演習 |
ハザード回避(nop命令)のシミュレーションができる
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14週 |
ハザード回避のフォワーディングのシミュレーション演習 |
ハザード回避のフォワーディングが理解できる
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15週 |
ハザード回避のフォワーディングのシミュレーション演習 |
ハザード回避のフォワーディングのシミュレーションができる
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16週 |
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分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 情報系分野 | コンピュータシステム | システム設計には、要求される機能をハードウェアとソフトウェアでどのように実現するかなどの要求の振り分けやシステム構成の決定が含まれることを説明できる。 | 4 | |