到達目標
(ア)RISCのコンピュータアーキテクチャが理解でき、説明できる。
(イ)MIPSの命令セットが理解でき、アセンブリ言語でプログラムできる。
(ウ)MIPSのコンピュータが理解でき、VHDLで設計できる。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安(優) | 標準的な到達レベルの目安(良) | 未到達レベルの目安(不可) |
| 評価項目(ア) | RISCのコンピュータアーキテクチャが理解でき、説明できる。 | RISCのコンピュータアーキテクチャが理解できる。 | RISCのコンピュータアーキテクチャが理解できない。 |
| 評価項目(イ) | MIPSの命令セットが理解でき、アセンブリ言語でプログラムできる。 | MIPSの命令セットが理解できる。 | MIPSの命令セットが理解できない。 |
| 評価項目(ウ) | MIPSのコンピュータが理解でき、VHDLで設計できる。 | MIPSのコンピュータが理解できる。 | MIPSのコンピュータが理解できない。 |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 A1 ハードウェアの基本動作を理論面から解析できるとともに，ソフトウェア的手法を利用してハードウェアを設計できる．
JABEE d 当該分野において必要とされる専門的知識とそれらを応用する能力
本校教育目標 ① ものづくり能力
教育方法等
概要:
情報化社会では、その中枢を担うコンピュータを理解することが必要不可欠である。そこで、RISCのコンピュータを例に、アセンブリ言語とハードウェアの動作について学習する。また、代表的なMIPSのアセンブリ言語をシミュレータSPIMで動作させながら、コンピュータの動作について学習する。さらに、実践的なMIPSをVHDLで設計しながら、コンピュータアーキテクチャについて学習する。
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、ハードウェアの技術、特徴、コンピュータの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:
講義でノートに書く代わりに、説明した内容を整理してパソコンでテキストにまとめ、電子的に提出する。
注意点:
コンピュータ工学Ⅱ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、および小テストなどを行う。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
シラバスの説明（評価基準）、ハーバードアーキテクチャ(4)、メモリアーキテクチャ(7)、キャッシュメモリと仮想メモリ(8) |
ハーバードアーキテクチャ、メモリアーキテクチャ、キャッシュメモリと仮想メモリが理解できる
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| 2週 |
マイクロプロセッサの歴史と身近な組込みプロセッサ(1.1)、MIPSプロセッサのレジスタ構成と命令セット(1.2) |
MIPSのレジスタ構成と命令セットが理解できる
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| 3週 |
MIPSシミュレータとアセンブリ言語の基礎(2.1)（自学自習でアセンブリ言語演習） |
MIPSのアセンブリ言語とシミュレータが理解できる
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| 4週 |
アセンブリ言語によるアルゴリズム記述(2.2)（自学自習でアセンブリ言語演習） |
アセンブリ言語によるアルゴリズム記述が理解できる
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| 5週 |
サブルーチンコールの原理とMIPS命令による実現(1.4)、メモリの利用とサブルーチンの動作(2.3)（自学自習でアセンブリ言語演習） |
サブルーチンコールが理解できる
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| 6週 |
小テスト、まとめ |
５回の授業の内容が理解できる
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| 7週 |
MIPSの構成部品と代表的な命令の動作(1.3)、コンピュータの構成部品とVHDLによる設計(3.2)（自学自習でVHDL設計演習） |
MIPSの命令の動作が理解できる
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| 8週 |
MIPSのマイクロプログラム制御信号(3.3)（自学自習でVHDL設計演習） |
MIPSのマイクロプログラム制御信号が理解できる
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| 4thQ |
| 9週 |
MIPSのIF部、ID部のVHDL設計(3.4)（自学自習でVHDL設計演習） |
MIPSのIF部、ID部が理解できる
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| 10週 |
MIPSのEX部、MEM部、WB部のVHDL設計(3.5)（自学自習でVHDL設計演習） |
MIPSのEX部、MEM部、WB部が理解できる
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| 11週 |
割込みアーキテクチャ(9)、パイプラインアーキテクチャ(10)、入出力アーキテクチャ(11) |
割込みとパイプライン処理が理解できる
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| 12週 |
小テスト、まとめ |
５回の授業の内容が理解できる
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| 13週 |
再帰呼出しと浮動小数点演算(2.4)（自学自習でアセンブリ言語演習） |
再起呼び出しと浮動小数点演算が理解できる
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| 14週 |
再帰呼び出しによる階乗計算におけるオーバーフロー（自学自習でアセンブリ言語演習） |
再帰呼び出しによる階乗計算が理解できる
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| 15週 |
ハードウェアによる乗算命令の追加と性能比較（自学自習でVHDL設計演習） |
ハードウェアによる乗算命令が理解できる
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| 16週 |
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 情報系分野 | 計算機工学 | 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。 | 4 | |
| ハードウェア記述言語など標準的な手法を用いてハードウェアの設計、検証を行うことができる。 | 4 | |
| 要求仕様に従って、標準的なプログラマブルデバイスやマイコンを用いたシステムを構成することができる。 | 4 | |
評価割合
| 定期試験 | 課題 | 小テスト | 合計 |
| 総合評価割合 | 50 | 20 | 30 | 100 |
| 専門的能力 | 50 | 20 | 30 | 100 |