到達目標
1.コンピュータの動作原理について説明できる。
2.周辺機器とデータをやりとりする仕組みを理解している。
3.CPUの基本的な設計ができる。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1 | コンピュータの動作原理について、各構成部の役割を踏まえて説明できる。 | コンピュータの動作原理について説明できる。 | コンピュータの動作原理について理解していない。 |
| 評価項目2 | 入出力インタフェースの仕組みについて、通信方式に言及しながら説明できる。 | 入出力インタフェースの仕組みを理解している。 | 入出力インタフェースの仕組みを理解していない。 |
| 評価項目3 | CPUの基本的な設計ができる。 | CPUの設計についての基本的知識を理解している。 | CPUの設計方法を理解していない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
コンピュータシステムの基本的な仕組みについて、第2学年のコンピュータアーキテクチャで学んだことを基本として、発展的な内容を学ぶ。その後、キャッシュや仮想記憶などのメモリシステム、入出力装置とのインタフェース技術、割り込み処理、パイプライン処理などの高速処理技術について学び、CPU設計の基礎知識を習得する。
授業の進め方・方法:
座学が基本であるが、トレーニング用CPUボードおよびシミュレータ、およびブレッドボードによる回路製作により、適宜実習をしながら授業を進める。
注意点:
この科目は、2年次科目の「コンピュータアーキテクチャ」および3年次科目の「論理回路」の知識が基礎となるので、しっかり復習をしておくこと。
関連する科目： コンピュータアーキテクチャ、論理回路、情報工学実験Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ
JABEE教育到達目標評価 定期試験80％（B-3），課題20％（B-3）
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス |
科目の位置付け・必要性・到達目標・留意点が理解できる
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| 2週 |
コンピュータ構成要素 |
CPU、ALU、レジスタなど計算機構成要素の機能を説明できる。
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| 3週 |
演算部の構成 |
ALUの内部構成について説明できる。
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| 4週 |
制御の流れ |
命令実行の仕組み、マシンサイクルについて説明できる。
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| 5週 |
メモリ |
メモリとのデータのやり取りの仕組みを説明できる。
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| 6週 |
I/Oポート（1） |
CPUと外部インタフェースとのやり取りの仕組みを説明できる。
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| 7週 |
I/Oポート（2） |
CPUと外部インタフェースとのやり取りの仕組みを説明できる
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| 8週 |
前期中間試験 |
前期中間試験
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| 2ndQ |
| 9週 |
答案返却・解答解説 |
間違った問題の正答を求めることができる
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| 10週 |
D/A変換 |
D/A変換の原理を説明できる。周辺機器との接続について、具体的な例を挙げて説明できる。
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| 11週 |
A/D変換（1） |
A/D変換の原理を説明できる。
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| 12週 |
A/D変換（2） |
マイコンボードを使ったA/D変換回路を製作し、A/D変換動作を理解できる。
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| 13週 |
データ通信（1） |
シリアル通信・パラレル通信の仕組みを理解できる。
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| 14週 |
データ通信（2） |
マイコンを例としたシリアル通信の仕組み、およびそれに使用するシフトレジスタの機能を理解できる。
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| 15週 |
前期期末試験 |
前期期末試験
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| 16週 |
答案返却・解答解説 |
間違った問題の正答を求めることができる
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ハーバードアーキテクチャ |
ハーバードアーキテクチャの特徴、RISCとCISCの違いを説明できる。
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| 2週 |
割り込み処理 |
割り込み処理について、マイコンを使った例を基に説明できる。
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| 3週 |
チャタリングとクロック回路 |
チャタリング発生原因と防止策、およびクロック発振回路の仕組みを理解できる。
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| 4週 |
割り込み優先制御 |
割り込み優先制御の考え方と、プライオリティエンコーダの仕組みを理解できる。
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| 5週 |
パイプライン処理 |
パイプライン処理の方式と、性能劣化要因、およびその対策法を説明できる。
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| 6週 |
キャッシュメモリと仮想記憶 |
キャッシュメモリや仮想記憶の必要性とその概要を説明できる。
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| 7週 |
入出力アーキテクチャ |
制御方式、DMAの仕組みを理解できる。
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| 8週 |
後期中間試験 |
後期中間試験
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| 4thQ |
| 9週 |
答案返却・解答解説 |
間違った問題の正答を求めることができる
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| 10週 |
CPU設計演習（1） |
簡易CPUの全体設計を行うことができる。
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| 11週 |
CPU設計演習（2） |
CPUに使われる各種ICの仕組みと実装方法を理解できる。
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| 12週 |
CPU設計演習（3） |
命令セットに基づき、デコーダ回路を設計できる。
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| 13週 |
CPU設計演習（4） |
メモリ回路、DMAを設計できる。
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| 14週 |
CPU設計演習（5） |
具体的なプログラムを例にどのような動作をするか説明できる。
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| 15週 |
学年末試験 |
学年末試験
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| 16週 |
答案返却・解答解説 |
間違った問題の正答を求めることができる
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 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 |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | 課題 | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |