計算機システム工学

科目基礎情報

学校 米子工業高等専門学校 開講年度 令和06年度 (2024年度)
授業科目 計算機システム工学
科目番号 0038 科目区分 専門 / 選択
授業形態 講義 単位の種別と単位数 学修単位: 2
開設学科 専攻科 生産システム工学専攻 対象学年 専2
開設期 前期 週時間数 2
教科書/教材 成瀬正、 情報工学レクチャーシリーズ コンピュータアーキテクチャ、森北出版
担当教員 徳光 政弘

到達目標

1.基礎的な論理回路や計算のサイクル、データの流れと制御の流れ
2.命令セットアーキテクチャ、コンピュータの概念と内部アーキテクチャの変遷
3.パイプライン処理の阻害要因とハザートの解決法、キャッシュと仮想記憶、命令レベル並列処理とアウトオブオーダ処理

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基礎的な論理回路や計算のサイクル、データの流れと制御の流れについて理解する基礎的な論理回路や計算のサイクル、データの流れと制御の流れについておおよそ理解する基礎的な論理回路や計算のサイクル、データの流れと制御の流れについて理解していない
評価項目2命令セットアーキテクチャ、コンピュータの概念と内部アーキテクチャの変遷について理解する命令セットアーキテクチャ、コンピュータの概念と内部アーキテクチャの変遷についておおよそ理解する命令セットアーキテクチャ、コンピュータの概念と内部アーキテクチャの変遷について理解していない
評価項目3パイプライン処理の阻害要因とハザートの解決法、キャッシュと仮想記憶、命令レベル並列処理とアウトオブオーダ処理について理解するパイプライン処理の阻害要因とハザートの解決法、キャッシュと仮想記憶、命令レベル並列処理とアウトオブオーダ処理についておおよそ理解するパイプライン処理の阻害要因とハザートの解決法、キャッシュと仮想記憶、命令レベル並列処理とアウトオブオーダ処理について理解していない

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 A-4 説明 閉じる

教育方法等

概要:
 電卓用汎用チップとしてスタートしたマイクロプロセッサは、ユビキタス・コンピューティング社会と言われる現在、携帯電話、家電製品、そして自動車など、ほとんど全ての工業製品に組み込まれている。更に、近い将来、ユビキタス・ネットワークの時代を迎えれば、通信ネットワークをコアの一部とする根本的な見直しなどが技術基盤であるマイクロプロセッサ内部アーキテクチャに求められ、当然それに伴う新しいOSの出現なども予想されることから、計算機システムに関する基本アーキテクチャの理解が、研究者・技術者にとって極めて重要と言える。本講義前半においては、コンピュータの計算原理の基礎となる論理回路や数値表現を復習し、コンピュータの計算回路構成と命令セットアーキテクチャを学習する。講義の後半は、パイプライン処理、仮想記憶、外部インターフィス等のプロセッサおよびコンピュータの周辺技術を学習する。
授業の進め方・方法:
(1) 座学を中心に、必要に応じて小テスト・演習および課題(レポート)を実施する。講義中に課す課題は、講義で学んだ内容に関して理解を確認し、演習する機会であるため、必ず問題を解き、提出すること。
(2) 本科目は学修単位であるので、次のような自学自習を45時間以上行うこと。
 (a) 講義受講の準備のために予習や、理解の確認のために復習する。
 (b) 課題(レポート)の作成を行う。
 (c) 演習問題の解答作成を行う。
 (d) 定期試験の準備をする。
(3) 試験は、学年末試験を1回実施する。積極的に授業に参加することが肝要である。
(4) 講義の内容に関して質問等がある場合は、徳光のところまで来ること。
(5) 授業の連絡、講義資料の配布はWebClassまたはTeamsを使用するため、定期的に最新の情報を確認すること。
注意点:

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 ガイダンス、コンピュータの歴史と最近の動向 授業の進め方、評価の方法、について説明する。コンピュータの技術史、最近の動向について説明する。
2週 コンピュータのなりたち コンピュータの技術発展と現在の課題を理解し、説明できる。
3週 数の表現 コンピュータにおける数値表現のしくみを理解し、説明できる。
4週 記憶装置 規則装置の構成を理解し、説明できる。
5週 制御回路の基礎1 コンピュータの制御回路構成を理解し、説明できる。
6週 制御回路の基礎2 乗算・減算の計算手順と回路構成を理解し、説明できる。
7週 命令セットアーキテクチャ1 数値表現、加算・減算、条件分岐、繰り返し等の処理をアセンブリ言語でどのように実現するか理解し、説明できる。
8週 命令セットアーキテクチャ2 関数、再帰の処理をアセンブリ言語でどのように実現するか理解し、説明できる。
2ndQ
9週 命令の実行 命令の実行手順を理解し、説明できる。
10週 パイプライン処理 パイプライン処理のしくみを理解し、説明できる。
11週 キャッシュメモリ キャッシュメモリのしくみを理解し、説明できる。
12週 仮想記憶 仮想記憶のしくみを理解し、説明できる。
13週 入出力装置とインタフェース 入出力装置とインタフェースを理解し、説明できる。
14週 学習内容の演習 此れまでの学習内容を演習を通じて復習する。
15週 期末試験 これまでの学習成果を試験する。
16週 振り返り 試験結果を確認し、復習する。

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。3前1,前2
基数が異なる数の間で相互に変換できる。3
整数を2進数、10進数、16進数で表現できる。3
小数を2進数、10進数、16進数で表現できる。3
基本的な論理演算を行うことができる。3
基本的な論理演算を組合わせて、論理関数を論理式として表現できる。3
論理式の簡単化の概念を説明できる。3
簡単化の手法を用いて、与えられた論理関数を簡単化することができる。3
論理ゲートを用いて論理式を組合せ論理回路として表現することができる。3
与えられた組合せ論理回路の機能を説明することができる。3
組合せ論理回路を設計することができる。3
フリップフロップなどの順序回路の基本素子について、その動作と特性を説明することができる。3
レジスタやカウンタなどの基本的な順序回路の動作について説明できる。3
与えられた順序回路の機能を説明することができる。3
順序回路を設計することができる。3
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。3
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。3
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。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。3
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。3
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。3
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。3

評価割合

試験発表相互評価態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合70000030100
基礎的能力70000030100
専門的能力0000000
分野横断的能力0000000