コンピュータアーキテクチャ演習

科目基礎情報

学校 豊田工業高等専門学校 開講年度 平成30年度 (2018年度)
授業科目 コンピュータアーキテクチャ演習
科目番号 35302 科目区分 専門 / 必修
授業形態 演習 単位の種別と単位数 履修単位: 1
開設学科 情報工学科 対象学年 5
開設期 通年 週時間数 1
教科書/教材 「実践 コンピュータアーキテクチャ」仲野 巧著(オーム社)ISBN:978-4-274-20849-2/マイクロコンピュータ工学の教科書、および教材用プリント(電子資料)
担当教員 仲野 巧

到達目標

(ア)MIPSの命令セット、命令の動作が説明でき、HW/SWのトレードオフが説明できる。
(イ)VHDLによるMIPSプロセッサのノンパイプライン設計が説明でき、シミュレーションができる。
(ウ)VHDLによるMIPSプロセッサのパイプライン設計が説明でき、シミュレーションができる。

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の命令セット、命令の動作が説明でき、HW/SWのトレードオフが説明できる。MIPSの命令セット、命令の動作が説明できる。MIPSの命令セット、命令の動作が説明できない。
評価項目(イ)VHDLによるMIPSプロセッサのノンパイプライン設計が説明でき、シミュレーションができる。VHDLによるMIPSプロセッサのノンパイプライン設計が説明できる。VHDLによるMIPSプロセッサのノンパイプライン設計が説明できない。
評価項目(ウ)VHDLによるMIPSプロセッサのパイプライン設計が説明でき、シミュレーションができる。VHDLによるMIPSプロセッサのパイプライン設計が説明できる。VHDLによるMIPSプロセッサのパイプライン設計が説明できない。

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 A1, JABEE d, 本校教育目標 ①

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。
授業の進め方と授業内容・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。

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
前期
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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) 「授業内容」ができる
16週
後期
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) 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
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 「授業内容」ができる
16週

評価割合

課題合計
総合評価割合100100
専門的能力100100