到達目標
(ア)MIPSプロセッサの命令セット、命令の動作が説明でき、コンピュータシステムを説明できる。
(イ)MIPSプロセッサの各ステージ処理が説明でき、VHDLで設計できる。
(ウ)MIPSプロセッサのパイプライン処理が説明でき、VHDLで設計できる。
ルーブリック
| 最低限の到達レベルの目安(優) | 最低限の到達レベルの目安(良) | 最低限の到達レベルの目安(不可) |
評価項目(ア) | MIPSプロセッサの命令セット、命令の動作が説明でき、コンピュータシステムを説明できる。 | MIPSプロセッサの命令セット、命令の動作が説明できる。 | MIPSプロセッサの命令セット、命令の動作が説明できない。 |
評価項目(イ) | MIPSプロセッサの各ステージ処理が説明でき、VHDLで設計できる。 | MIPSプロセッサの各ステージ処理が説明できる。 | MIPSプロセッサの各ステージ処理が説明できない。 |
評価項目(ウ) | MIPSプロセッサのパイプライン処理が説明でき、VHDLで設計できる。 | MIPSプロセッサのパイプライン処理が説明できる。 | MIPSプロセッサのパイプライン処理が説明できない。 |
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する。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、コンピュータシステムについて学習する。
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、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:
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:
コンピュータアーキテクチャ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。「情報科学」教育プログラムの必履修科目である。
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 |
シラバスの説明(評価基準)、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のハードウェア構成が理解できる
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2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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3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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4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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5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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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 |
パイプライン処理の特徴と割込み処理の活用(1.5)、MIPSパイプライン処理とハザード対策(4.1) |
パイプライン処理の特徴と割込み処理の活用、ハザード対策が理解できる
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8週 |
パイプラインレジスタとパイプライン処理(4.2)(自学自習でVHDL設計演習) |
パイプラインレジスタとパイプライン処理が理解できる
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2ndQ |
9週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 IF部、ID部)(自学自習でVHDL設計演習) |
パイプライン処理の命令フェッチ、デコードが理解できる
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10週 |
パイプライン設計とVHDL記述(4.3 EX部、MEM部、WB部)(自学自習でVHDL設計演習) |
パイプライン処理のエグゼキューション、メモリ、ライトバックが理解できる
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11週 |
MIPS命令のシミュレーションとハザード回避(nop命令)、ハザード対策の設計(フォワーディングの一例)(自学自習でVHDL設計演習) |
MIPS命令のシミュレーションとハザード回避が理解でき、ハザード対策の設計ができる
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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 |
ハザード検出とハードウェアによる対策方法(4.4)、マイクロプロセッサの高速化技術(4.5) |
ハザード検出とハードウェアによる対策方法、マイクロプロセッサの高速化技術が理解できる
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14週 |
システムコールと例外処理、割込み処理(2.5)、NiosIIとuCOSの活用(自学自習でRTOS設計演習) |
システムコールと例外処理、割込み処理、NiosIIとuCOSが理解できる
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15週 |
リアルタイムOSの設計と実装(自学自習でRTOS設計演習) |
リアルタイムOSの設計と実装が理解できる
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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 |
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 |