山内の授業のページ/20秋/ICUコンピュータアーキテクチャ

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20年度秋学期　ＩＣＵ・コンピュータアーキテクチャ †

月曜日　　限

授業情報は⇒ICU Moodle

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１．　何をする授業か（ねらい） †

コンピュータのハードウェアの仕組、どうやって（どういう原理で）プログラムが実行（処理）されるのか、そのときどういう問題があるのか、それをどう解決できるのか、を理解する授業です。それによって、プログラムの実行速度や計算手法、計算誤差の問題などを考えるきっかけになったり、将来のコンピュータの仕組を考えるきっかけになるでしょう。

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２．　授業が終わったところで、何ができるようになって欲しいか（達成目標） †

コンピュータ上でプログラムがどのように実行されるのか、その流れを説明できる。
コンピュータの中で、データ（本授業では主に数値）がどのように表現され、数の演算がどう行われるかを説明できる。（音や画像・動画のデータについては別の授業で）
コンピュータの処理の基本ステップである「命令」がどういうものか、命令の種類、コンピュータ内での表現、命令の実行の概念や命令で書かれたプログラムを（MIPSの命令を例にして）説明できる。
命令が処理されるときの、コンピュータ内部での手順を説明できる。
コンピュータに備わっているいろいろな「メモリ」について、種類とそれぞれの原理・性質を列挙し説明できる。
メモリを高速化する技術である「キャッシュメモリ」の考え方・動作原理と、その性能の数理モデルを説明できる。
処理を高速化する「パイプライン」の考え方がどのようなものかを説明できる。
入出力装置がCPUからどのように制御されるのか、「割り込み」によってどのようにタイミングを同期するのかを、説明できる。

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３．　教科書など †

　　教科書：　Digital Design and Computer Architecture Second Edition. David Money Harris and Sara L. Harris. Morgan Kaufmann (2012/8/7) ISBN-13: 978-0123944245 (　　円)
　　訳本：ディジタル回路設計とコンピュータアーキテクチャ第２版　ディビット・マネー・ハリス、サラ・Ｌ・ハリス著　翔泳社 (2017/9/11) ISBN-13: 978-4798147529（　　円）

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４．　授業の進め方~ †

通常の講義と、演習（内容によって机上の演習と可能ならばコンピュータ上の演習）。

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５．　評価 †

　平常点（授業参加など）　30%　＋　中間試験　30%　＋　期末試験　40%

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６．　オフィスアワーなど †

　ホームページ： http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp ⇒ 左欄授業のページ ⇒ 2020年度ＩＣＵコンピュータアーキテクチャ
　山内へのコンタクト：　非常勤なので　メール：yamanouc at is.sci.toho-u.ac.jp　（at⇒@に書き直す）　で連絡・予約が確実です。
　オフィスアワー：　授業の前後の時間はなるべく質問を受けられるようにします。
　　　また、アポイントを取ったうえでZoom等での面談が可能です。

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授業予定（as of 2020/06/21） †

	日程	テーマ	教科書	スライド	授業内配布物
1	9/07	授業概要(Overview)
		論理代数(Boolean Algebra)	2.2, 2.3
		演習（論理代数）(Exercises)
2	9/14	整数の２進表現・負数	1.4
		整数の演算（加減・乗除）と実現	5.2
		演習（負数、整数の演算）
3	9/21	小数の表現コンピュータ上の誤差	5.3
		論理ゲート・組合せ回路	1.5,2.2, 2.3, 2.5, 2.6, 2.7
		演習（小数・組合せ回路）
4	9/28	有限状態マシンと順序回路	3.4, 3.2, 3.3
		ノイマン型コンピュータの構成・命令と処理の流れ・プロセッサの構成要素	7.1
		演習（順序回路）
5	10/05	命令・命令セット	6.1, 6.2, 6.3, 6.4
		アドレス方式	6.5
		中間試験
6	10/12	命令レベルプログラミング	6.4, Appendix B
		演習（演算、条件分岐）
		演習（ループ）
7	10/19	中間試験講評
		演習（ループ＋配列）確認
		命令の実現、ワイヤード対マイクロプログラム	7.1, 7.3
8	10/26	CISC対RISC	6.8
		性能解析	7.2
		演習（性能）
9	11/02	処理の高速化、パイプラインの原理と性能（マルチプロセッサ）	7.5, 7.8
		メモリの高速化、キャッシュの考え方と性能、（インターリーブ）	5.5, 8.3, 8.2
		演習（パイプライン・キャッシュの性能）	7.8, 8.3
10	11/09	入出力インターフェース	8.5, 8.6, 8.7
		割り込みと様々なデバイス	8.6.5
		半導体の話
		まとめ
	??	期末試験