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**14年度春学期 (於玉川大学工学部)コンピュータハードウェア [#scfe1cb7]


授業概要: コンピュータのハードウェアが、どのようにして命令を処理するのか、どのように計算をするのか、また処理を高速化するためにどのような工夫をしているのかを理解し説明できる。

到達目標: コンピュータの数の表現と演算の原理を説明できる。
命令とはどういうものかを、COMET IIの命令セットを例にして説明できる。
命令処理の手順を説明できる。
メモリの種類とそれぞれの原理・性質を列挙し説明できる。
キャッシュメモリの考え方・動作原理、およびその性能モデルを説明できる。
割込みの概念と使われ方を説明できる。
パイプラインの考え方が何であるかを説明できる。
入出力制御の手法を列挙し、それぞれを説明できる。

授業スケジュール(更新中):~
授業スケジュール (as of 2014-03-31):~
|回数  |日程     |テーマ  |具体的な内容(予習資料)   |2012年以前の予習資料|作業課題|予習範囲|
|1| 4/10 |授業概要、数の表現(1)|[[2進数の原理を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/BinaryNumbers.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/2進数の原理.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_0_論理演算と論理回路.pdf); &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_1_数の表現(1).pdf); |&ref(ar_1_課題.pdf);|p41-46|
|2| 4/17 |数の表現(2)|[[16進数の利用を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/HexadecimalNumbers.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/16進数での表現.pdf,,上記PDFファイル); &br;[[数の表現おまけ:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/NumbersSupplement.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/マイナスの数おまけ.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[マイナスの数の(補数)表現を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/NegativeNumbers.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/マイナスの数をどう表す?.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[小数の表現(固定小数点・浮動小数点表現)を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/FractionalNumbers.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/小数をどう表す?.pdf,,上記PDFファイル); | &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_2_数の表現(2).pdf); | &ref(ar_2_課題.pdf);|p41-46|
//|3| 4/24 |演算アーキテクチャ(演算アルゴリズムと回路)|[[2進数の加減算の原理を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/BinaryAddition.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/加減算の原理.pdf,,上記PDFファイル); &br;  [[2進数の乗算の原理を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/BinaryMultiplication.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/乗算の原理.pdf,,上記PDFファイル);| &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_3_演算の仕組.pdf); | &ref(ar_3_課題.pdf); |p47-55|
|3| 4/24 |演算アーキテクチャ(演算アルゴリズムと回路)|[[2進数の加減算の原理を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/BinaryAddition.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/加減算の原理.pdf,,上記PDFファイル); &br;  [[2進数の乗算の原理を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/BinaryMultiplication.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/乗算の原理.pdf,,上記PDFファイル);| &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_3_演算の仕組.pdf); |    |p47-55|
//|4| 5/01 |機械命令1(命令とは・命令の実行の仕組)|[[コンピュータの構造のあらまし:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/ComputerStructure.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/コンピュータの構造概略.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[コンピュータは命令で動く:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/HowInstructionsWork.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/コンピュータは命令で動く.pdf,,上記のPDFファイル); &br; [[命令が実行される仕組:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/ExecutionSteps.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/命令が実行される仕組.pdf,,上記PDFファイル); | &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_4_命令とその実行の仕組.pdf); |&ref(ar_4_課題.pdf);|p12-23, p24-26|
|4| 5/01 |機械命令1(命令とは・命令の実行の仕組)|[[コンピュータの構造のあらまし:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/ComputerStructure.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/コンピュータの構造概略.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[コンピュータは命令で動く:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/HowInstructionsWork.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/コンピュータは命令で動く.pdf,,上記のPDFファイル); &br; [[命令が実行される仕組:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/ExecutionSteps.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/命令が実行される仕組.pdf,,上記PDFファイル); | &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_4_命令とその実行の仕組.pdf); |  |p12-23, p24-26|
//|5| 5/08 |機械命令2(アドレッシング、命令セット、命令処理性能)|[[命令の形式・オペランドの形式・アドレッシングを理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/InstructionFormat.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/命令の形式.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[CPI(命令当りサイクル数)・MIPS値を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/ExecutionPerformance.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/命令の実行性能.pdf,,上記のPDFファイル);| &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_5_アドレシング_命令セット_性能.pdf); | &ref(ar_5_課題.pdf);|p27-32|
|5| 5/08 |機械命令2(アドレッシング、命令セット、命令処理性能)|[[命令の形式・オペランドの形式・アドレッシングを理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/InstructionFormat.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/命令の形式.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[CPI(命令当りサイクル数)・MIPS値を理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/ExecutionPerformance.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/命令の実行性能.pdf,,上記のPDFファイル);| &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_5_アドレシング_命令セット_性能.pdf); | |p27-32|
//|6| 5/15 |機械命令3(アセンブラプログラムの基本)|[[Comet-IIのプログラミング:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Comet-IIProgramming.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/1)COMET-IIのプログラミング.pdf,,上記のPDFファイル); &br; [[計算式と代入:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Assignment.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/2)計算式と代入.pdf,,上記のPDFファイル); &br; [[条件分岐とIF文:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/IF-Statement.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/3)条件分岐とIF文.pdf,,上記のPDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_6_アセンブラプログラム(1).pdf);|&ref(ar_6_作業課題.pdf);|資料|
|6| 5/15 |機械命令3(アセンブラプログラムの基本)|[[Comet-IIのプログラミング:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Comet-IIProgramming.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/1)COMET-IIのプログラミング.pdf,,上記のPDFファイル); &br; [[計算式と代入:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Assignment.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/2)計算式と代入.pdf,,上記のPDFファイル); &br; [[条件分岐とIF文:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/IF-Statement.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/3)条件分岐とIF文.pdf,,上記のPDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_6_アセンブラプログラム(1).pdf);|  |資料|
//|7| 5/22 |機械命令4(少し複雑なアセンブラプログラム〜ループ・配列)|[[ループを書く:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/For-Statement.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/4)ループを書く.pdf,,上記のPDFファイル); &br; [[配列と指標アドレシング:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/IndexAddressing.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/5)配列と指標アドレシング.pdf,,上記のPDFファイル); | &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_7_アセンブラプログラム(2).pdf);|&ref(ar_7_課題.pdf);|資料|
|7| 5/22 |機械命令4(少し複雑なアセンブラプログラム〜ループ・配列)|[[ループを書く:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/For-Statement.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/4)ループを書く.pdf,,上記のPDFファイル); &br; [[配列と指標アドレシング:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/IndexAddressing.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/5)配列と指標アドレシング.pdf,,上記のPDFファイル); | &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_7_アセンブラプログラム(2).pdf);|  |資料|
//|8| 5/29 |ハーバードアーキテクチャ・RISCとCISC・制御アーキテクチャ| [[命令の体系・RISCとCISC・ハーバードアーキテクチャ・マイクロプログラムを理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/RiscCisc_HarvardArchitecture.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/CISCとRISC.pdf,,上記のPDFファイル); | &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_8_ハーバードアーキテクチャ.pdf);|&ref(ar_8_課題.pdf);|p33-49, p56-63|
|8| 5/29 |ハーバードアーキテクチャ・RISCとCISC・制御アーキテクチャ| [[命令の体系・RISCとCISC・ハーバードアーキテクチャ・マイクロプログラムを理解する:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/RiscCisc_HarvardArchitecture.html]] &br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/CISCとRISC.pdf,,上記のPDFファイル); | &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_8_ハーバードアーキテクチャ.pdf);|  |p33-49, p56-63|
//|9| 6/05 |メモリのいろいろ|[[メモリの概念:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/WhatIsMemory.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/メモリの考え方.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[半導体メモリのいろいろ:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/MemoryICDevice.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/メモリデバイス.pdf,,上記PDFファイル);&br; [[磁気メモリ・光学メモリ:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/MemoryOtherDevice.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/メモリデバイス2.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_9_メモリ_メモリ装置.pdf);|&ref(ar_9_課題.pdf);|p64-77|
|9| 6/05 |メモリのいろいろ|[[メモリの概念:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/WhatIsMemory.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/メモリの考え方.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[半導体メモリのいろいろ:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/MemoryICDevice.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/メモリデバイス.pdf,,上記PDFファイル);&br; [[磁気メモリ・光学メモリ:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/MemoryOtherDevice.html]] &br;&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/メモリデバイス2.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_9_メモリ_メモリ装置.pdf);|  |p64-77|
//|10| 6/12 |メモリ階層とキャッシュメモリ|[[メモリ階層とキャッシュメモリ:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/MemoryHierarchyAndCache.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/階層とキャッシュ.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_10_メモリ階層_キャッシュ.pdf);|&ref(ar_10_課題.pdf);|p78-88|
|10| 6/12 |メモリ階層とキャッシュメモリ|[[メモリ階層とキャッシュメモリ:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/MemoryHierarchyAndCache.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/階層とキャッシュ.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_10_メモリ階層_キャッシュ.pdf);|  |p78-88|
//|11| 6/19 |キャッシュメモリ2|[[キャッシュの追い出し:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Cache-Replace.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/キャッシュの追い出し.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_11_マッピング方式_不一致.pdf);|&ref(ar_11_課題.pdf);|p78-88|
|11| 6/19 |キャッシュメモリ2|[[キャッシュの追い出し:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Cache-Replace.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/キャッシュの追い出し.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_11_マッピング方式_不一致.pdf);|  |p78-88|
//|12| 6/26 |割込み・入出力アーキテクチャ|[[割込み:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Interrupt.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/割込みとは.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[入出力の接続法(アーキテクチャ):http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/IO-Architecture.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/入出力アーキテクチャ.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_12_割込_入出力アーキテクチャ.pdf);|&ref(ar_12_課題.pdf);|p89-95|
|12| 6/26 |割込み・入出力アーキテクチャ|[[割込み:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Interrupt.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/割込みとは.pdf,,上記PDFファイル); &br; [[入出力の接続法(アーキテクチャ):http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/IO-Architecture.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/入出力アーキテクチャ.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_12_割込_入出力アーキテクチャ.pdf);|  |p89-95|
//|13| 7/03 |入出力デバイス|[[各入出力装置の動作原理:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/IO-Devices.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/各装置の動作原理.pdf,,上記PDFファイル); &br; 以下教材用ビデオへのリンク &br; [[ 機械式マウスの動作1:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1302/1302-1-A.mpg]] &br; [[ 機械式マウスの動作2:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1302/1302-2-A.mpg]] &br; [[ 光学式マウスの動作1:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1302/1302-3-A.mpg]] &br; [[ 光学式マウスの動作2:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1302/1302-4-A.mpg]] &br; [[ キーボードの仕組:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1304/1304-1-A.mpg]] &br; [[ ディスプレイの仕組:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1605/1605-1-A.mpg]] &br; [[ インクジェットプリンタの仕組1:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1608/1608-1-A.mpg]] &br; [[ インクジェットプリンタの仕組2:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1680/1608-2-A.mpg]] &br; [[ ページプリンタの仕組:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1610/1610-1-A.mpg]] |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_13_入出力デバイス.pdf);|&ref(ar_13_課題.pdf);|p107-116|
|13| 7/03 |入出力デバイス|[[各入出力装置の動作原理:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/IO-Devices.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/各装置の動作原理.pdf,,上記PDFファイル); &br; 以下教材用ビデオへのリンク &br; [[ 機械式マウスの動作1:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1302/1302-1-A.mpg]] &br; [[ 機械式マウスの動作2:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1302/1302-2-A.mpg]] &br; [[ 光学式マウスの動作1:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1302/1302-3-A.mpg]] &br; [[ 光学式マウスの動作2:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1302/1302-4-A.mpg]] &br; [[ キーボードの仕組:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1304/1304-1-A.mpg]] &br; [[ ディスプレイの仕組:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1605/1605-1-A.mpg]] &br; [[ インクジェットプリンタの仕組1:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1608/1608-1-A.mpg]] &br; [[ インクジェットプリンタの仕組2:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1680/1608-2-A.mpg]] &br; [[ ページプリンタの仕組:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/1610/1610-1-A.mpg]] |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_13_入出力デバイス.pdf);|  |p107-116|
//|14| 7/10 |パイプライン|[[パイプライン:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Pipeline.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/パイプライン.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_14_パイプライン.pdf);|&ref(ar_14_課題.pdf);|p96-106|
|14| 7/10 |パイプライン|[[パイプライン:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/orbit/ar/Pipeline.html]]&br; &ref(../../13春/コンピュータハードウェア/パイプライン.pdf,,上記PDFファイル); |&ref(../../13春/コンピュータハードウェア/ar_14_パイプライン.pdf);|  |p96-106|
|15| 7/17 |まとめ・総括||| | |
|  | 7/?? |定期試験    |||  | |


教科書: 図解コンピュータアーキテクチャ入門第2版 堀桂太郎著 森北出版 2011 ISBN4-627-82902-2 2500円~
参考書:~
   コンピュータアーキテクチャ 飯塚倶目子 アイテック 2007 ISBN978-4-87268-602-9 1700円~
   コンピュータアーキテクチャ 曽和将容 コロナ社 2006 ISBN978-4-339-02706-8  2800円~

授業の進め方:~
    事前準備(予習):~
      予め教科書の指定した範囲、このページのリンクにある資料を、事前に読んでおく~
      そのとき、用語や概念について、分からない点を整理しておく~
    授業内:~
      読んだ範囲の内容を確認する。分からない点を分かるまで議論する。~
    授業後:~
      随時課題を出すので、次回に提出する~

成績評価方法:~
    平常点(授業内の討論参加・課題提出等)60%、期末試験40%

講師との連絡:~
    ウェブページ http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp ⇒ [授業のページ]

***ポインタ [#f6959d31]
-COMET IIやCASL IIの(公式な)説明 ⇒ [[情報処理技術者試験試験で使用する情報技術に関する用語・プログラム言語など:http://www.jitec.jp/1_00topic/topic_20081027_hani_yougo.pdf]]

-COMET II, CASL IIを実際に使ってみるための環境
--IPAの公式シミュレータ ⇒ [[JITEC CASLIIシミュレータ:http://www.jitec.ipa.go.jp/1_20casl2/casl2dl_001.html]]
--Webから使える(インストールなどの必要がない)環境 ⇒ [[CASLシミュレータ (CASL II 対応):http://www.officedaytime.com/dcaslj/index.html]]

-[[各種の入出力装置の動作に関する(中学校技術科向け)教材ビデオ:http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/]]
-[[Intel Software Developer's Manual-Basic:http://download.intel.com/design/processor/manuals/253665.pdf]]

-MIPS クロスコンパイラ http://www.spacelan.ne.jp/~m-yana/micro/gnu/mips/mipsegcs.htm

-[[補習資料:http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp/tamagawa/ar09_enshuu.pdf]]

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