到達目標
到達目標
1 数学や物理学で習得した知識を組み合わせて、コンピュータを実現する技術について説明できる。
2 計算機の基本構成、CPUの基本構成及ぴ代表的な要素の基本構成を説明できる。
3 計算機の操作法、CPUの操作法及び代表的な要素の操作法を説明できる。
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 | 数学や物理学で習得した知識を組み合わせて、コンピュータを実現する技術基礎、方式、トレードオフ及び制約を理解し、具体的な例を挙げ説明できる。また、見たことない環境でもその知識を適用できる。 | 数学や物理学で習得した知識を組み合わせて、コンピュータを実現する技術基礎、方式、トレードオフ及び制約を理解し具体的な例を挙げ説明できる。 | 数学や物理学で習得した知識を組み合わせて、コンぴュータを実現する技術基礎、方式、トレードオフあるいは制約について具体的な例を説明できない。 |
| 評価項目2 | コンピュータの基本構成、CPUの基本構成及び代表的な要素の基構成を 理解し、実際のアーキテクチャを詳細まで説明できる。 | コンピュータの基本構成、CPUの基本構 成及び代表的な要素の基本構成を 理解し、基本アーキテクチャを説 明でき、実際のアーキテクチャ例の図を読んで説明できる。 | コンピュータの基本構成、CPUの基本構 成及び代表的な要素の基本構成について、基本アーキテクチャを説 明できない、あるいは実際のアー キテクチャ例の図を読んで説明できない。 |
| 評価項目3 | 計算機の操作法、CPUの操作法及 び代各要素の操作法を理解し、計 算機の上、例機械語のプログラムの実行流れのときコンピュータの各要素 の動作を説明できる。 | コンピュータの操作法、CPUの操作法及び代表的な要素の操作法を理解し 、計算機の上、例機械語のプログラマの実行流れを説明できる。 | 計算機の操作法、CPUの操作法及 び代表的な要素の操作法について 、コンピュータの上、例機械語のプログラムの実行流れを説明できる。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
近年のコンピュータシステムは、様々な要素技術によって構成される。計算機工学では、現在のコンピュータを構成する様々な要素技術の基本設計・設計思想(アーキテクチャ)について講義する。
この科目は半導体企業及び自動車企業との共同研究でCPUアーキテクチャ、シミュレーションと対応のコンパイラの設計を担当していた教員が、その経験を活かし、コンピューターアーキテクチャの種類、特性、最新の設計手法等について講義形式で授業を行うものである。
授業の進め方・方法:
この授業は前後期に週1コマを実施する。講義を主体とするが，宿題として演習問題をさせる。 内容は、次の項目を設定する。
1) 現在までのコンピュータの発展
2) コンピュータシステムの基本構成
3) CPU(Central Processing Unit)を構成する様々なアーキテクチャ
注意点:
この科目を履修する学生は「論理回路」で学んだ基本的回路に慣れ親しんでおいてほしい。上でも述べたが、ここでア ーキテクチャを勉強するときには、なぜ世の中では、あるアーキテクチャが採用されているのか、ということを考えながら学習してほしい。さらに、自分ならば、どういう風にしたか、ということまで考えてみることが望ましい。実は汎 用コンピュータやCPUのアーキテクチャは様々なディジタル処理それぞれに対して必ずしも適切なものとはなっていな い。なぜか。では、どうすればよいのか。常に問題意識を持つことを心がけて欲しい。
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 |
コンピュータアーキテクチャの紹介 |
コンピュータアーキテクチャはどのようなものか説明できる。
コンピュータアーキテクチャの特徴、特にトレードオフについて説明でき、
例を挙げることができる。
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| 2週 |
のコンピュータ発展 |
コンピュータの発展の概要を理解する。
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| 3週 |
コンピュータの基本な要素:
＊ ゲート、レジスター、バス、メモリなど |
コンピュータの様々な基本要素を理解し、利用できる。
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| 4週 |
ノイマン型コンピュータ:
＊ 特徴、基本の仕組みと動作 |
ノイマン型コンピュータの特徴、基本の仕組みと動作を説明できる。
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| 5週 |
アセンブリ言語と機械語;
命令セットアーキテクチャ:命令の形式 |
高レべル言語(Cなど)、アセンブリ言語と機械語の違いを 説明できる。 命令の様々な形式を説明でき、例を挙げることができる。
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| 6週 |
命令セットアーキテクチャ:アドレッシング |
命令の様々なアドレッシングを説明でき、例を挙げることができる。
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| 7週 |
ハーバードアーキテクチャ RISC・CISC |
ハーバードアーキテクチャの特徴を説明できる。ハーバードアーキテクチャのCPUを認めることができる。 代表的なRISC命令セットまた代表的なCISC命令セットを 認めることができる。
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| 8週 |
【前期中間試験】 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
演算装置:
＊ 数値の表現、特に2進化10進数、浮動小数点
＊ 数字の表現、特にASCIIとUNICODE |
様々な数値の表現を説明でき、10進数との相互変換をできる。
様々な数字の表現を説明できる。
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| 10週 |
演算装置:
＊ リップルキャリー加算器、加減算器
＊ 単純乗算アルゴリズムと回路アーキテクチャ |
リップルキャリー加算器のアーキテクチャを作成できる。
加算器から、加減算器のアーキテクチャを作成できる。
単純乗算アルゴリズムを説明でき、適用できる。
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| 11週 |
演算装置:
＊ 加算位置を固定した乗算アルゴリズムと回路アーキテクチャ |
加算位置を固定した乗算アルゴリズムの原理を説明でき、適用できる。
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| 12週 |
演算装置:
＊ 引き戻し除算アルゴリズム
＊ 引き放し除算アルゴリズム |
引き戻し除算アルゴリズムを説明でき、適用できる。
引き放し除算アルゴリズムの原理を説明でき適用できる。
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| 13週 |
制御装置:
＊ 全体アーキテクチャと動作
＊ デコーダーの仕組みと動作 |
制御装置の全体アーキテクチャと動作を説明できる。
デコーダーの仕組みと動作方法を説明できる。
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| 14週 |
制御装置:
＊ シーケンサの仕込みと動作
＊ ワイヤード制御方式とマイクロプログラム制御方式 |
シーケンサの仕込みと動作を説明できる。
ワイヤード制御方式とマイクロプログラム制御方式の違いを説明できる。
マイクロプログラム制御の仕組みと動作方法を説明できる。
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| 15週 |
【前期末試験】 |
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| 16週 |
テスト返却と解説 |
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 情報系分野 | 計算機工学 | 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,前4,前5,前6,前7,前13,前14 |
| 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3,前4,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14 |
| 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3,前4,前7 |
| 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 | 前1 |
| 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,前5,前6,前7,前14 |
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 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |