山内の授業のページ/17秋/コンピュータアーキテクチャの変更点

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アクセス数　&counter();　　このページの最終更新　&lastmod();

&color(red){月クラス：　10/23(月)は台風のため休講　⇒　全体に1週ずつ後へずらす＋1/17(水)に補講};

&color(red){中間試験　月クラスは12/04　　水クラスは11/15。どちらも試験回だけ教室が変わるので注意};

&color(red){第7回スライドのうち、「ループを書く」の先頭1分30秒ぐらい音声が消えています。すぐには修復不能なので、元のシナリオデータを付けたスライドを&ref(3-5_ループを書く_シナリオ.pdf);に置きました。参考にしてください。};

**17年度秋学期　コンピュータアーキテクチャ [#r4fc953f]
月曜日１限（前半）、水曜日１限（後半）~

***１．　何をする授業か [#p5a5a828]
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、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。~
クラスを学生番号によって２つに分けるが、同じ内容を同じやり方でカバーします。~
中間試験・期末試験は一緒のクラスで行う予定です。

***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 [#n8c895df]
-コンピュータの中で、データ（本授業では数値）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。
-コンピュータの処理の基本ステップである「命令」について
-「命令」とはどういうものか、（COMET II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。
-コンピュータが外部の装置とタイミングを取る「割込み」の、考え方と、どう使われるのかを説明できる。
-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。
-いろいろな入出力装置がどのように動作するのか、どのようにコンピュータと接続されるのかを、説明できる。

***３．　教科書など （昨年度から変更あり） [#t6c677b3]
　　教科書：　基本情報技術者試験突破テキスト　テクノロジ系　（並木通男監修、石川他執筆、実教出版、2013/09）~
　　　⇒　基本情報のテキストなので簡単過ぎると思います。もっと細かいところも追求したいので~
　　　　　ビデオ教材や図書館にある他の教科書、ネット上の情報なども参考にして、もう少し深堀りしてください。~
　　参考書：　「図解　コンピュータアーキテクチャ入門」第２版（堀桂太郎、森北出版）~
　　　　　　　ITパスポート学習テキスト（浅井宗海、実教出版、2009/01）~
　　　　　　　「アセンブラ言語ＣＡＳＬⅡ」（東田幸樹・広瀬啓雄・山本 芳人著、工学図書）

***４．　授業の進め方（履修のしかた） [#pee76354]
この授業は、他と違ったやり方（反転授業）を取り入れています。　次の手順で授業に臨んでください。~
１）　授業の前に、予習をする。　予習では、事実（こういう仕組である、こう動く）を学び取って下さい。
-ビデオ（音声付きスライド）を提供しますので、あらかじめ視聴して、内容を整理し、ノートを取って下さい。
-ビデオの説明で分からなかった点はノートに書き留め、授業の中で質問をし、解決して下さい。

２）　授業中は、次のような活動をします。~
-ビデオの内容を繰り返すような講義はやりません。ビデオを見てきたという前提で、授業を進めます。
-予習内容を確認します。グループで、内容確認のための問題に答を考えてください。
-考え方や将来への方向など、議論になる点を提示するので、グループで考えて議論してください。考えた点をメモして残してください。最後にまとめます。~

***５．　評価 [#baa00b44]
　平常点（授業参加など）　30%　＋　中間試験　30%　＋　期末試験　40%　~
　試験は上記の到達目標への到達度を評価します。

***６．　オフィスアワーなど [#ydc5fed7]
　ホームページ： http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp ⇒ 左欄 授業のページ ⇒ 2016年度コンピュータアーキテクチャ~
　山内へのコンタクト：　Ⅳ号館５階4541室、047-472-1176、　　メール：yamanouc at is.sci.toho-u.ac.jp　（at⇒@に書き直す）~
　オフィスアワー：　授業の前後の時間はなるべく部屋にいます。　週間予定は上記ホームページURLのトップにあります。~
　　また、その時々の細かい予定は、上記ホームページURLの左欄「メニュー」の一番上の「カレンダー」へ。

~
***授業予定（as of 2017/09/05） [#p0a210bc]
中間試験は、各クラスで日程通りに（別々に）行う予定です。~
期末試験は統一する予定です。

|  |　日程　 |テーマ   |教科書| 予習ビデオ(本年版)  | スライド | 授業内配布物 |
| 1| 前9/25&br;後9/27 |授業概要 &br; 論理代数と論理回路 | p8-16  |[[授業内容:https://youtu.be/5mO0wcLijJ4]]&br;[[論理演算と論理回路:https://youtu.be/PxGRBACuc7g]](注1) &br; [[任意の論理演算とその合成:https://youtu.be/kyY_DnVqG-I]]　| 　&br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/0-1_論理演算と論理回路.pdf,,論理演算と論理回路);&br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/0-2_任意の論理演算とその合成.pdf,,任意の論理演算とその合成); | &ref(ar-1-0_授業の進め方.pdf,,授業の進め方);&br;&ref(ar-1-1_ar17-syllabus.pdf,,シラバス);&br;&ref(1-post.pdf,,第１回予習問題); |
| 2|前10/02&br;後10/04 |整数の２進表現と計算 |p20-30|[[２進数の原理(17:00):http://youtu.be/UEKgwK3JzSY]](注2)　&br;[[16進数での表現(24:15):http://youtu.be/irWhuKeLTWA]]　&br; [[マイナスの数の表現(14:37):http://youtu.be/YsmekvkvCkU]]　&br; [[マイナスの数おまけ(12:41):https://youtu.be/c3_D01Jjqp4]] | &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-1_２進数の原理.pdf,,２進数の原理); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-2_16進数での表現.pdf,,16進数での表現); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-3_マイナスの数の表現.pdf,,マイナスの数の表現); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-4_マイナスの数おまけ.pdf,,マイナスの数おまけ);  | &ref(2-pre.pdf,,第２回予習問題); &br;&ref(2-post.pdf,,第２回確認問題); |
| 3|前10/16&br;後10/11 | 固定小数点表現、浮動小数点表現 &br; コンピュータ上の誤差|p31-36 | [[小数の表現―固定小数点(22:09):https://youtu.be/doUGaqMcwTA]]　 &br; [[小数の表現－浮動小数点(24:25):https://youtu.be/kzE1pnuP9co]] &br; [[コンピュータ上の誤差:https://youtu.be/JQfQklWybOk]] |  &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-5_小数の表現ー固定小数点.pdf,,小数の表現ー固定小数点);  &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-6_小数の表現ー浮動小数点.pdf,,小数の表現ー浮動小数点); &br; &ref(山内の授業のページ/16秋/コンピュータアーキテクチャ/1-11_コンピュータ上の誤差.pdf,,コンピュータ上の誤差);  | &ref(3-pre.pdf,,第３回予習問題); &br;&ref(3-post.pdf,,第３回確認問題); |
| 4|%%前10/23%%&br;前10/30&br;後10/18 | 演算アルゴリズムと回路、シフト演算 |p17-19&br;p36-39 |  [[二進加算の原理(18:58):https://youtu.be/xrNK-hqyKtU]] &br; [[２進加減算の回路(25:10):https://youtu.be/dHkvFu8H-V0]] &br; [[乗算の原理(11:26):https://youtu.be/zzhSWd7uGcU]] &br; [[乗算の原理2(22:00):https://youtu.be/NJxAsIZyfHo]]  |  &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-7_２進加算の原理.pdf,,２進加算の原理); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-8_２進加減算の回路.pdf,,２進加減算の回路); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-9_乗算の原理.pdf,,乗算の原理); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/1-10_乗算の原理2.pdf,,乗算の原理2);   | &ref(4-pre.pdf,,第４回予習問題); &br;&ref(4-post.pdf,,第４回確認問題);&br; &ref(ar-4-2_COMET-II_配布.pdf,,COMET-II一覧表);&br;（次回以降で使用） |
| 5|%%前10/30%%&br;前11/06&br;後10/25 |コンピュータの構成 &br;命令と処理の流れ&br;プロセッサの構成要素と機能 | p40-47 | [[コンピュータの構造概略(5:40):https://youtu.be/IKR_GPdfVBc]] &br; [[コンピュータは命令で動く(8:01):https://youtu.be/4I2N5BaV2dQ]] &br; [[いろいろな命令(17:41):https://youtu.be/fRBkeOOj3j8]] &br; [[ノイマン型コンピュータ(12:32):https://youtu.be/pVH9xcb8Adw]]  &br; [[命令が実行される仕組(7:56):https://youtu.be/dQfUef8pprc]] |  &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-1_コンピュータの構造概略.pdf,,コンピュータの構造概略); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-2_コンピュータは命令で動く.pdf,,コンピュータは命令で動く); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-2-2_いろいろな命令.pdf,,いろいろな命令); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-2-3_ノイマン型コンピュータ.pdf,,ノイマン型コンピュータ); &br;&ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-3_命令が実行される仕組.pdf,,命令が実行される仕組);  |  &ref(5-pre.pdf,,第５回予習問題); &br;&ref(5-post.pdf,,第５回確認問題); |
| 6|%%前11/06%%&br;前11/20&br;後11/01 |命令の実現、アドレス方式、&br;ワイヤード対マイクロプログラム、&br;CISC対RISC &br;命令の実行性能 | p53 &br; 教科書なし &br; p43 | [[命令の形式(26:08):https://youtu.be/q0_UqEd_4nQ]] &br; [[アドレッシング(18:26):https://youtu.be/9mYvmVGU20M]] &br; [[CISCとRISC(23:18):https://youtu.be/h7ZykztFWIE]] &br; [[マイクロプログラミング(22:14):https://youtu.be/WKL_EVKj7W8]] &br; [[命令の実行性能(26:34):https://youtu.be/Ip2O4QoNU0U]] | &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-4_命令の形式.pdf,,命令の形式);  &br;  &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-5_アドレッシング.pdf,,アドレッシング); &br;  &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-6_CISCとRISC.pdf,,CISCとRISC); &br;  &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-7_ハーバードアーキテクチャ・マイクロプログラミング.pdf,,マイクロプログラミング); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/2-8_命令の実行性能.pdf,,命令の実行性能); | &ref(6-pre.pdf,,第６回予習問題); &br;&ref(6-post.pdf,,第６回確認問題); |
| 7|%%前11/20%%&br;前11/27&br;後11/08 |命令レベルプログラミング１&br;（単純なプログラム）| 教科書なし |[[COMET-IIのプログラミング(26:18):https://youtu.be/UjmQH717YFk]] &br; [[計算式と代入(20:32):https://youtu.be/NrqTL9w6I4o]] &br; [[条件分岐とIF文(25:22):https://youtu.be/R_AV1jOXrYk]] &br; [[条件分岐とIF文2(23:25):https://youtu.be/r-rK1dsgeqs]] &br;[[ループを書く(18:22):https://youtu.be/RfhrfkHyu4c]] &br; &ref(&color(red){>>};3-5_ループを書く_シナリオ.pdf);&br; [[配列と指標アドレシング(35:51):https://youtu.be/x_JZCUBxXSY]] | &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-1_COMET-IIのプログラミング.pdf,,COMET-IIのプログラミング); &br;&ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-2_計算式と代入.pdf,,計算式と代入); &br;&ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-3_条件分岐とIF文.pdf,,条件分岐とIF文); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-4_条件分岐とIF文2.pdf,,条件分岐とIF文2);  &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-5_ループを書く.pdf,,ループを書く); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-6_配列と指標アドレシング.pdf,,配列と指標アドレシング); | &ref(7-pre.pdf,,第７回予習問題); &br;&ref(7-post.pdf,,第７回確認問題); |
| 7|%%前11/20%%&br;前11/27&br;後11/08 |命令レベルプログラミング１&br;（単純なプログラム）| 教科書なし |[[COMET-IIのプログラミング(26:18):https://youtu.be/UjmQH717YFk]] &br; [[計算式と代入(20:32):https://youtu.be/NrqTL9w6I4o]] &br; [[条件分岐とIF文(25:22):https://youtu.be/R_AV1jOXrYk]] &br; [[条件分岐とIF文2(23:25):https://youtu.be/r-rK1dsgeqs]] &br;[[ループを書く(18:22):https://youtu.be/RfhrfkHyu4c]] &br; &color(red){>>};&ref(3-5_ループを書く_シナリオ.pdf);&br; [[配列と指標アドレシング(35:51):https://youtu.be/x_JZCUBxXSY]] | &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-1_COMET-IIのプログラミング.pdf,,COMET-IIのプログラミング); &br;&ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-2_計算式と代入.pdf,,計算式と代入); &br;&ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-3_条件分岐とIF文.pdf,,条件分岐とIF文); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-4_条件分岐とIF文2.pdf,,条件分岐とIF文2);  &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-5_ループを書く.pdf,,ループを書く); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/3-6_配列と指標アドレシング.pdf,,配列と指標アドレシング); | &ref(7-pre.pdf,,第７回予習問題); &br;&ref(7-post.pdf,,第７回確認問題); |
| 8|%%前11/27%%&br;前12/04&br;後11/15 |中間試験 | |&color(red){範囲は1～7回の対象項目};&br;&color(red){持込み不可、試験教室はAAの掲示に注意};  |  |  |
| 9|%%前12/04%%&br;前12/11&br;後11/22 | 処理の高速化 &br; パイプラインの考え方と性能 &br; マルチプロセッサ | p48-52 |  [[パイプライン(20:29):https://youtu.be/5rQi5gZzEGg]] &br; [[パイプラインのハザード(27:53):https://youtu.be/w--gA0z36sU]] &br;  | &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/7-1_パイプライン.pdf,,パイプライン); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/7-2_パイプラインのハザード.pdf,,パイプラインのハザード);  | &ref(9-pre.pdf,,第９回予習問題); &br;&ref(9-post.pdf,,第９回確認問題);  |
|10|%%前12/11%%&br;前12/18&br;後11/29 | 中間試験講評&br;メモリ素子の種類と特徴  | p55-56 |  [[メモリの考え方(9:09):https://youtu.be/hW74Fbui-Zg]] &br; [[メモリデバイス－分類など(13:24):https://youtu.be/4WUIEsayVGo]] &br; [[メモリデバイス2－半導体メモリ(37:44):https://youtu.be/-3kewIjFUPk]] | &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/4-1_メモリの考え方.pdf,,メモリの考え方); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/4-2_メモリデバイス.pdf,,メモリデバイス); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/4-3_メモリデバイス2.pdf,,メモリデバイス2); |&ref(10-pre.pdf,,第１０回予習問題); &br;&ref(10-post.pdf,,第１０回確認問題); &br; 中間試験コメント配布予定  |
|11|%%前12/18%%&br;前12/25&br;後12/06 | メモリの高速化、キャッシュ、&br; インターリーブ | p57-59 | [[階層とキャッシュ(36:14):https://youtu.be/6lFgUEJu1JM]] &br; [[キャッシュのマッピング(17:52):https://youtu.be/te-QbJ5dHNM]] &br; [[キャッシュの追い出し(27:06):https://youtu.be/vstw90vtGO0]] 　&br; [[インターリーブ(5:59):https://youtu.be/YdF8J6gQ2kw]] | &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/4-6_階層とキャッシュ.pdf,,階層とキャッシュ); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/4-7_キャッシュのマッピング.pdf,,キャッシュのマッピング); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/4-8_キャッシュの追い出し.pdf,,キャッシュの追い出し);  &br; &ref(山内の授業のページ/16秋/コンピュータアーキテクチャ/4-9_インターリーブ.pdf,,インターリーブ); | &ref(11-pre.pdf,,第１１回予習問題); &br;&ref(11-post.pdf,,第１１回確認問題);  |
|12|%%前12/25%%&br;前1/04&br;木に振替&br;&br;後12/13 | メモリの階層、補助記憶装置&br;（ハードディスク・CD/DVD・&br; USBメモリ） | p60-63 | [[メモリデバイス3－磁気メモリ(29:04):https://youtu.be/0h33yVgFuMQ]] &br; [[メモリデバイス4－光メモリ(17:32):https://youtu.be/hkGZTgNNX5g]] | &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/4-4_メモリデバイス3.pdf,,メモリデバイス3); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/4-5_メモリデバイス4.pdf,,メモリデバイス4);  |  &ref(12-pre.pdf,,第１２回予習問題); &br;&ref(12-post.pdf,,第１２回確認問題);  |
|13|%%前1/04%%&br;前1/15&br;後12/20 | 入出力インターフェース  | 教科書なし |  [[入出力アーキテクチャ(31:27):https://youtu.be/Ehs7EfIEH9Y]] &br; [[各装置の動作原理1－キーボード・マウス(32:39):https://youtu.be/mDFHyUQtMSQ]] &br; [[各装置の動作原理2－ディスプレイ・プリンタ(26:46):https://youtu.be/pIFSNqfWNGM]] &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(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/6-1_入出力アーキテクチャ.pdf,,入出力アーキテクチャ); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/6-2_各装置の動作原理1.pdf,,各装置の動作原理1); &br; &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/6-3_各装置の動作原理2.pdf,,各装置の動作原理2); 　&br; 　&br;　 &br;  　&br;  　&br;  　&br; 　&br; 　&br; 　 &br; 　 &br;　 &br;　&br;　&br;　&br;  | &ref(13-pre.pdf,,第１３回予習問題); &br;&ref(13-post.pdf,,第１３回確認問題);  |
|14| %%前1/15%%&br;前1/17&br;台風振替&br;&br;後1/10 |割込み &br; まとめ| p110 |  [[割込みとは(24:27):https://youtu.be/hkaWzsLEMHs]] &br;　　  |  &ref(山内の授業のページ/14秋/コンピュータアーキテクチャ/割込みとは.pdf,,割込みとは); &br; 　　  | &ref(14-pre.pdf,,第１４回予習問題); &br;&ref(14-post.pdf,,第１４回確認問題);|
|| ?? |期末試験|||||
（注1）「論理演算と論理回路」は、論理演算AND, OR, NOTの定義と真理値表の書き方がわかっている人はスキップしても構いません。~
　　　　　⇒　AND, OR, NOTの真理値表をかけ~
（注2）「２進数の原理」は、次の説明・計算がスムーズにできる人はスキップしても構いません。~
　　　　　⇒　２進数 110101を１０進数に変換するやり方を説明し、計算せよ。

***ポインタ [#fa0d8313]
-[[CASL II / COMET II　仕様（ver. 2, H23/7/11付）:https://www.jitec.ipa.go.jp/1_13download/shiken_yougo_ver2_2.pdf]]
-[[COMET II オンラインシミュレータ:http://www.officedaytime.com/dcaslj/index.html]]
-[[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


-[[電通大佐藤先生：http://satoh.cs.uec.ac.jp/ja/lecture/ComputerArchitecture/]]

-2016-02-13 [[「ムーアの法則」の終焉は何を意味するのか？ - GIGAZINE:http://gigazine.net/news/20160213-post-moores-law/]]
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