コンピュータアーキテクチャ

科目基礎情報

学校 奈良工業高等専門学校 開講年度 令和05年度 (2023年度)
授業科目 コンピュータアーキテクチャ
科目番号 0056 科目区分 専門 / 必修
授業形態 講義 単位の種別と単位数 履修単位: 2
開設学科 情報工学科 対象学年 3
開設期 通年 週時間数 2
教科書/教材 図解コンピュータアーキテクチャ入門 第3版 森北出版 堀 桂太郎 著
担当教員 岩田 大志

到達目標

1.命令セットについて説明できる。アドレッシングモードについて説明できる。RISC/CISCについて説明できる。
2.演算アーキテクチャについて説明できる。制御アーキテクチャについて説明できる。
3.メモリアーキテクチャについて説明できる。パイプラインアーキテクチャについて説明できる。
4.入出力アーキテクチャについて説明できる。高速化手法について説明できる。CPUの歴史について説明できる。

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
評価項目1命令セットについて説明できる。アドレッシングモードについて説明できる。RISC/CISCについて説明できる。命令セットについて説明できる。アドレッシングモードについて説明できる。命令セットについて説明できる。アドレッシングモードについて説明できない。RISC/CISCについて説明できない。
評価項目2演算アーキテクチャについて説明できる。制御アーキテクチャについて説明できる。演算アーキテクチャについて説明できる。演算アーキテクチャについて説明できない。制御アーキテクチャについて説明できない。
評価項目3メモリアーキテクチャについて説明できる。パイプラインアーキテクチャについて説明できる。メモリアーキテクチャについて説明できる。パイプラインアーキテクチャについて説明できる。メモリアーキテクチャについて説明できない。パイプラインアーキテクチャについて説明できない。
評価項目4入出力アーキテクチャについて説明できる。高速化手法について説明できる。CPUの歴史に説明できる。入出力アーキテクチャについて説明できる。高速化手法について説明できる。入出力アーキテクチャについて説明できない。高速化手法について説明できない。CPUの歴史について説明できない。

学科の到達目標項目との関係

準学士課程(本科1〜5年)学習教育目標 (2) 説明 閉じる

教育方法等

概要:
計算機を実現するための方法について概説し、簡単なディジタルシステムの設計を行うために必要な理論の解説を行う。
また、必要に応じて実際のアーキテクチャを紹介する。
授業の進め方・方法:
座学による講義が中心であるため、板書内容や説明内容、理解した内容を適切にまとめ、自筆でノートに整理することで反復学習を行うこと。
また、適度に課題を出すので、必ず自分で取り組み、期限までに提出すること。
定期試験返却時には解説を行うので、理解が不十分な点を解消すること。

関連科目:
情報工学概論、ディジタル回路、論理回路、コンピュータシステム概論の知識をベースとする。
注意点:
事前学習・・・教科書の次回授業範囲を読んでおくこと。ここで、分からなかった事項、専門用語などを整理しておくこと。
事後展開学習・・・授業中に配布する演習または課題を解答、提出する。

基本情報技術者試験、応用情報技術者試験の積極的な取得を推奨しており、関連課題の一部を両試験の合格を以て達成したと見なすことがあります。

学修単位の履修上の注意

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 コンピュータアーキテクチャ コンピュータアーキテクチャとは何か説明できる。
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説明できる。
3週 命令セットアーキテクチャ 基本的な命令セットについて説明できる。
4週 ハーバードアーキテクチャ ハーバードアーキテクチャについて説明できる。
5週 演算アーキテクチャ 演算アーキテクチャについて説明できる。
6週 IEEE754表現 小数点表記について説明できる。
7週 前期中間試験 授業内容を理解し、試験問題に対して正しく解答できる。
8週 試験返却・解答 試験問題を見直し、理解が不十分な点を解消する。
2ndQ
9週 乗算アルゴリズム 算術演算回路の構成・ブース法について説明できる。
10週 除算アルゴリズム 引き戻し法・引き放し法について説明できる。
11週 制御アーキテクチャⅠ 結線制御方式について説明できる。
12週 制御アーキテクチャⅡ マイクロプログラム方式について説明できる。
13週 メモリアーキテクチャⅠ 内部メモリについて説明できる。
14週 メモリアーキテクチャⅡ 外部メモリについて説明できる。
15週 前期期末試験 授業内容を理解し、試験問題に対して正しく解答できる。
16週 試験返却・解答 試験問題を見直し、理解が不十分な点を解消する。
後期
3rdQ
1週 キャッシュメモリⅠ キャッシュメモリの目的、動作、原理について説明できる。
2週 キャッシュメモリⅡ ヒット率を求めることができる。
3週 仮想記憶Ⅰ 仮想記憶の目的、動作、原理について説明できる。
4週 仮想記憶Ⅱ 仮想記憶の目的、動作、原理について説明できる。
5週 割込みアーキテクチャⅠ 割込みの種類・目的について説明できる。
6週 割込みアーキテクチャⅡ 割込みの実現方法について説明できる
7週 後期中間試験 授業内容を理解し、試験問題に対して正しく解答できる。
8週 試験返却・解答 試験問題を見直し、理解が不十分な点を解消する。
4thQ
9週 パイプラインアーキテクチャⅠ パイプラインの目的、動作について説明できる。
10週 パイプラインアーキテクチャⅡ パイプラインストールの原因と対策について説明できる。
11週 高速化の手法Ⅰ スーパースカラ、VLIWのアーキテクチャについて説明できる
12週 高速化の手法Ⅱ 現在使われているCPUの高速化手法について説明できる。
13週 入出力アーキテクチャ 入出力装置の動作原理について説明できる。
14週 システムアーキテクチャ OSの役割と仕組みについて説明できる。
15週 学年末試験 授業内容を理解し、試験問題に対して正しく解答できる。
16週 試験返却・解答 試験問題を見直し、理解が不十分な点を解消する。

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
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。4前6
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。4前1
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。4前2,前3,前4,前5,前6,前9,前10,前11,前12,後4,後5,後6,後11,後12
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。4前13,前14,後1,後2,後3
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。4後13
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前1
コンピュータシステム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。4後14
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。4後11,後12
集中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。4後11,後12
分散処理システムについて、特徴と代表的な例を説明できる。4後11,後12

評価割合

試験課題提出物合計
総合評価割合602020100
専門的能力602020100