到達目標
(ア)MIPSのアセンブリ言語の記述が理解でき、シミュレーションができる。
(イ)VHDLによるMIPSプロセッサのノンパイプライン設計が理解でき、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理解でき、シミュレーションができる。
(エ)プロセッサ、メモリ、入出力を実現するための技術が説明できる。
(オ)ハードウェア記述言語による設計と検証ができる。
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) |
| MIPSのアセンブリ言語の記述が理解でき、シミュレーションができる。 | MIPSのアセンブリ言語の記述が理解できる。 | MIPSのアセンブリ言語の記述が理解できない。 |
| VHDLによるMIPSプロセッサのノンパイプライン設計が理解でき、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理解できる。 | VHDLによるMIPSプロセッサのノンパイプライン設計が理解できない。 |
| VHDLによるMIPSプロセッサのパイプライン設計が理解でき、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理解できる。 | VHDLによるMIPSプロセッサのパイプライン設計が理解できない。 |
学科の到達目標項目との関係
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・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ABの単位を修得していることが望ましい。「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。なお、ノートパソコンを利用した演習、学習レポート・課題の提出などを行う。「情報科学」教育プログラムの必修科目である。
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 |
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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 2ndQ |
| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 4thQ |
| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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| 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
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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
| 課題 | 合計 |
| 総合評価割合 | 100 | 100 |
| 専門的能力 | 100 | 100 |