2013 年度コンピュータアーキテクチャシラバス

【 2013 年度授業概要】
科　　　目			コンピュータアーキテクチャ ( Computer Architecture )
担当教員			堀桂太郎非常勤講師
対象学年等			電子工学科・5年・後期・選択・2単位 ( 学修単位II )
学習・教育目標			A4-D4(100%)
JABEE 基準1(1)			(d)1,(d)2-a,(d)2-d,(g)
授業の概要と方針			コンピュータシステム各部の構成と機能，効率化・高速化の手法について理解することをねらいとする.これらを理解するためには，ハードウェアとソフトウェアの両方の知識が要求される.また，簡易型RISCの設計演習を通じて，コンピュータの動作原理をハードウェア面から深く理解し，目的に応じたシステムを構成できる基礎的な設計能力とその際に生じる問題解決能力を修得する.
到達目標		1	【A4-D4】コンピュータアーキテクチャの歴史を理解できる．
		2	【A4-D4】命令セット，制御，演算，メモリなどの各アーキテクチャを理解できる．
		3	【A4-D4】ノイマン型と非ノイマン型（ハーバードアーキテクチャ），CISCとRISCの特徴を理解できる．
		4	【A4-D4】キャッシュメモリと仮想メモリの特徴や原理を理解できる．
		5	【A4-D4】割込み手法及び，パイプライン方式による高速化手法を理解できる．
		6	【A4-D4】オペレーティングシステムや入出力アーキテクチャを理解できる．
		7	【A4-D4】簡易型RISCの設計演習を通じて，目的に応じたシステムを構成できる設計能力を修得する．
		8	【A4-D4】各種のアーキテクチャを検討し，必要に応じて回路を改良できる能力を修得する．
		9
		10
評価方法と基準	到達目標毎	1	コンピュータアーキテクチャの歴史を理解できているかどうかを中間試験で評価する．
		2	命令セット，制御，演算，メモリなどの各アーキテクチャを理解できているかどうかを中間試験で評価する．
		3	ノイマン型と非ノイマン型（ハーバードアーキテクチャ），CISCとRISCの特徴を理解できているかどうかを中間試験で評価する．
		4	キャッシュメモリと仮想メモリの特徴や原理を理解できているかどうかを定期試験で評価する．
		5	割込み手法及び，パイプライン方式による高速化手法を理解できているかどうかを定期試験で評価する．
		6	オペレーティングシステムや入出力アーキテクチャを理解できているかどうかを定期試験で評価する．
		7	簡易型RISCの設計演習を通じて，目的に応じたシステムを構成できる設計能力を修得できているかどうかを定期試験と演習によって評価する．
		8	各種のアーキテクチャを検討し，必要に応じて回路を改良できる能力を修得できているかどうかを定期試験で評価する．
		9
		10
	総合評価		成績は，試験80%　演習20%　として評価する．演習は，簡易型RISCの設計演習として授業中に実施する．試験と演習を合算した100点満点の60点以上を合格とする．
テキスト			「図解コンピュータアーキテクチャ入門　第2版」:堀桂太郎（森北出版）
参考書			「コンピュータアーキテクチャ改訂2版」:馬場敬信（オーム社）
関連科目			本科　D2の「論理回路」及び，D3の「コンピュータ工学」
履修上の注意事項			本科　D2の「論理回路」及び，D3の「コンピュータ工学」　を復習しておくことが望ましい．

【授業計画（コンピュータアーキテクチャ）】
回	上段：テーマ／下段：内容（目標、準備など）
1	コンピュータの発展
1	コンピュータアーキテクチャの歴史，様々なトレードオフ問題などについて解説する.
2	ノイマン型コンピュータと非ノイマン型コンピュータのアーキテクチャ
2	ノイマン型コンピュータ及び非ノイマン型コンピュータの基本構成と動作について解説する. また，基本的な命令セットアーキテクチャ及び，各種アドレッシング方式ついても具体例を用いて解説する.
3	CISC型アーキテクチャとRISC型アーキテクチャ
3	CISC型とRISC型アーキテクチャの構成や特徴などについて解説する.
4	演算アーキテクチャ
4	データの表現方法及び，乗算，除算の演算アルゴリズムや演算アーキテクチャについて解説する.
5	制御アーキテクチャ
5	布線制御方式及びマイクロプログラム制御方式について解説する.
6	メモリアーキテクチャ
6	ICメモリ装置及び，各種の外部メモリ装置の分類と動作原理について解説する.
7	キャッシュメモリアーキテクチャ
7	キャッシュメモリの目的や動作原理について解説する.
8	中間試験
8	1週から7週までに学んだ内容についての筆記試験を行う．
9	仮想メモリアーキテクチャ
9	仮想メモリの目的や動作原理及び，仮想メモリにおける分割方式やマッピング方式について解説する.
10	割り込みアーキテクチャ及び，パイプラインアーキテクチャ
10	割り込み処理の目的や動作原理について解説する. パイプライン方式の目的や動作原理及び，遅延分岐と分岐予測について解説する.
11	入出力アーキテクチャ
11	入出力装置の制御方式及び，構造と動作原理について解説する.
12	システムアーキテクチャ
12	オペレーティングシステムの役割や機能について解説する.
13	RISC型コンピュータ設計演習1
13	設計するコンピュータの基本仕様，命令セット，演算回路，メモリ回路などについて解説する.
14	RISC型コンピュータ設計演習2
14	設計するコンピュータの布線方式制御回路，デコーダ回路などの設計方法について解説し，設計演習を行う.
15	RISC型コンピュータ設計演習3
15	設計したコンピュータ用のマシン語プログラムを作成し，実機による動作確認の演習を行う.
備考	本科目の修得には，30 時間の授業の受講と 60 時間の自己学習が必要である．後期中間試験および後期定期試験を実施する．