計算機アーキテクチャ

科目基礎情報

学校	岐阜工業高等専門学校	開講年度	2017
授業科目	計算機アーキテクチャ
科目番号	0204	科目区分	専門 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	電気情報工学科	対象学年	4
開設期	通年	週時間数	1
教科書/教材	図解 コンピュータアーキテクチャ入門　第２版（堀　桂太郎【著】，森北出版，2011.11）
担当教員	田島 孝治

到達目標

コンピュータの基本機能をハードウェア，ソフトウェアの両面から理解することを目標とする。具体的には以下の項目を目標とする。
(1) ノイマン型コンピュータの特徴について理解する。
(2) 命令セットアーキテクチャについて理解する。
(3) 計算アーキテクチャについて理解する。
(4) メモリアーキテクチャについて理解する。
(5) 制御アーキテクチャについて理解する。
(6) コンピュータシステムの分類について理解する。

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
(1)	ノイマン型コンピュータの命令実行時間に関する演習問題を 80%解 くことができる	ノイマン型コンピュータの命令実行時間に関する演習問題を 60%解 くことができる	ノイマン型コンピュータの命令実行時間に関する演習問題を解くこ とができない
(2)	命令のアセンブラ表現に関する問題を 80%解くことができる	命令のアセンブラ表現に関する問題を 60%解くことができる	命令のアセンブラ表現に関する問題を解くことができない
(3)	計算機における数の表現と計算アルゴリズムの問題を 80%解く ことができる	計算機における数の表現と計算アルゴリズムの問題を 60%解く ことができる	計算機における数の表現と計算アルゴリズムの問題を解くことがで きない
(4)	キャッシュメモリ，仮想メモリに関する問題を 80%解くことができる	キャッシュメモリ，仮想メモリに関する問題を 60%解くことができる	キャッシュメモリ，仮想メモリに関する問題を解くことができない
(5)	パイプライン処理とハザードに関する問題を 80%解くことができる	パイプライン処理とハザードに関する問題を 60%解くことができる	パイプライン処理とハザードに関する問題を解くことができない
(6)	入出力装置や，コンピュータシステムの分類について 80%以上理解できている	入出力装置や，コンピュータシステムの分類について 60%以上理解できている	入出力装置や，コンピュータシステムの分類について理解できていない

教育方法等

概要:

計算機の基本機能についての理解を、ハードウェア、ソフトウェアの両面から深める。

授業の進め方・方法:

授業では教科書だけでなく配布資料を利用する。教科書の内容から離れることもあるので，各自で学習用ノートを作り充実させること。

注意点:

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	コンピュータ技術の歴史	コンピュータの歴史について理解する コンピュータアーキテクチャとは何か理解する
		2週	ノイマン型コンピュータ	ノイマン型コンピュータについての理解する
		3週	コンピュータのハードウェア	コンピュータのハードウェア構成を理解する
		4週	入出力装置の分類と特徴 ポーリングと割り込み	入出力装置の制御方法の違いを理解する 入出力装置からのデータの受け渡し方法の違いを理解する
		5週	固定小数点数表現と浮動小数点表現	コンピュータにおける少数の扱いについて理解する
		6週	浮動小数点表現と乗算アルゴリズム	コンピュータにおける 乗算アルゴリズムについて理解する
		7週	計算機における除算と文字表現	コンピュータにおける 除算アルゴリズムについて理解する
		8週	中間試験
	2ndQ
		9週	命令実行の流れ	命令とは何かを理解する 命令の実行手順について 理解する 命令の実行時間を計算 できるようになる
		10週	命令セットと命令形式	計算機の性能を表す指標について理解する MPISアーキテクチャについて学び、命令の種類を理解する
		11週	命令とアセンブリ言語
		12週	PCSpim によるアセンブリ言語プログラム	MIPSのプログラムを 読み書きできるようになる
		13週	PCSpim によるアセンブリ言語プログラム２	与えられた課題のMIPSのプログラムを 作れるようになる
		14週	コンピュータシステムの分類	現在の主要なコンピュータシステムの分類について理解する
		15週	期末試験
		16週	期末試験の返却、組み込みコンピューティング	組み込みコンピューティングの特徴について理解する
後期
	3rdQ
		1週	メモリ装置の基本概念	メモリ装置の機能について理解する
		2週	キャッシュメモリ１	キャッシュメモリの原理と利点を理解する
		3週	キャッシュメモリ２	キャッシュメモリのマッピング方式について種類と特徴を理解する
		4週	キャッシュメモリ３	キャッシュメモリの追い出しについて種類と特徴を理解する
		5週	仮想メモリ１	仮想メモリの役割ついて理解する
		6週	仮想メモリ２	仮想メモリのマッピング方式について理解する
		7週	中間試験
		8週	命令実行とパイプライン処理
	4thQ
		9週	パイプライン処理１	命令がどのように実行されるか理解するパイプライン処理の概念を理解する
		10週	パイプライン処理２	パイプラインの破綻の原因を検討する
		11週	ハザードの種類と影響	ハザードの対策について理解する
		12週	ハザードの解決方法	御ハザードの解決方法である分岐予測について理解する
		13週	並列処理・マルチプロセッサ	パイプライン以外の高速化手法について理解する
		14週	学習の総まとめ	これまでの学習内容をまとめ、内容を理解する。
		15週	期末試験
		16週	期末試験の解答の解説など	期末試験についてまとめる。

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
基礎的能力	工学基礎	情報リテラシー	情報リテラシー	論理演算と進数変換の仕組みを用いて基本的な演算ができる。	4
				コンピュータのハードウェアに関する基礎的な知識を活用できる。	4
専門的能力	分野別の専門工学	情報系分野	計算機工学	整数・小数をコンピュータのメモリ上でディジタル表現する方法を説明できる。	2
				基本的な論理演算を行うことができる。	3
				基本的な論理演算を組合わせて、論理関数を論理式として表現できる。	3
				論理ゲートを用いて論理式を組合せ論理回路として表現することができる。	3
				与えられた組合せ論理回路の機能を説明することができる。	3
				組合せ論理回路を設計することができる。	3
				フリップフロップなどの順序回路の基本素子について、その動作と特性を説明することができる。	3
				レジスタやカウンタなどの基本的な順序回路の動作について説明できる。	3
				与えられた順序回路の機能を説明することができる。	3
				順序回路を設計することができる。	3
				コンピュータを構成する基本的な要素の役割とこれらの間でのデータの流れを説明できる。	2
				プロセッサを実現するために考案された主要な技術を説明できる。	1
				メモリシステムを実現するために考案された主要な技術を説明できる。	2
				入出力を実現するために考案された主要な技術を説明できる。	2
				コンピュータアーキテクチャにおけるトレードオフについて説明できる。	2
			コンピュータシステム	処理形態の面でのコンピュータシステムの分類である集中処理システムと分散処理システムについて、それぞれの特徴と代表的な例を説明できる。	2
				ネットワークコンピューティングや組込みシステムなど、実用に供せられているコンピュータシステムの利用形態について説明できる。	2
				デュアルシステムやマルチプロセッサシステムなど、コンピュータシステムの信頼性や機能を向上させるための代表的なシステム構成について説明できる。	2

評価割合

	中間試験	期末試験	演習課題	合計
総合評価割合	200	200	170	570
前期	100	100	85	285
後期	100	100	85	285