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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 情報工学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
コンピュータアーキテクチャ基礎
Fundamental Computer Architecture
2 E512-01 2021年度
3期(前学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習教育目標
キーワード 学習教育目標
1.ノイマン型コンピュータ 2.命令セットアーキテクチャ 3.パイプライン処理 4.メモリアーキテクチャ 5.地域連携 コンピュータは、ハードウェアとソフトウェアが一体となり、情報処理を行う。コンピュー タアーキテクチャとは、どの処理をハードウェアで実現し、どの処理をソフトウェアで実行 するかという分担を定義するものである。本科目では、コンピュータがどのように情報処理 を行うかを理解するために、コンピュータの基本構成と動作原理を習得する。
授業の概要および学習上の助言
本科目はコンピュータの基本構成と動作原理に関する基礎的な知識と理論を体系的に学習する。 コンピュータシステム基礎や論理回路で学んだ内容が基本としているので、よく復習して望むこと。 主なトピックを以下に示す。 1.データの流れと制御の流れ 2.命令セットアーキテクチャ 3.パイプライン処理 4.キャッシュと仮想記憶 5.組込みプロセッサ 講義内容とあわせて、論理回路シミュレータを用いた演習を行うため、毎回ノートパソコンを持参すること。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:コンピュータアーキテクチャ[コロナ社] 参考書:論理回路入門[工学社] リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
履修に際し求められる条件:1. 2進数、16進数が理解できている 2. 10進整数と2進数とで相互に変換できる 3. 演算回路 、レジスタ回路、カウンタ回路など、論理回路の動作が理解できている 4. コンピュータの命令実行の基本サイクルを理解 している 5. CPUの制御部、演算装置内の基本レジスタの役割および動作を理解している
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
I,M 計算機システム内部の数値表現形式による加減演算を筆算で行える。
I,M,N CPUの内部構成図を示し,実行される計算処理の過程を説明できる。
I,M,N 計算機システムの命令語構成およびアドレス指定方式について説明できる。
I,M,N メモリの階層構成について例を挙げて説明できる。
I,M,N 組込みプロセッサの特徴を例を挙げて説明できる。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 30 30 40 0 0 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 30 30 40 0 0 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 15 15 10 0 0 0 0 40
思考・推論・創造する力 10 10 10 0 0 0 0 30
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 0 0 0 0 0
発表・表現・伝達する力 5 5 10 0 0 0 0 20
学習に取組む姿勢・意欲 0 0 10 0 0 0 0 10
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 本科目の主要事項の理解度を判定する目的で行う。 ・選択形式問題および記述形式問題、論述形式問題で出題する。
クイズ
小テスト
本科目の主要事項の理解度を判定する目的で行う。 ・選択形式問題および記述形式問題、論述形式問題で出題する。
レポート 授業で得た知識の実践的な活用ができるかを判断する目的で行う。 課題例: ・論理回路シミュレータを用いた回路設計演習を行いまとめる。 ・組込みシステムの設計についての調査や演習を行いをまとめる。
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
コンピュータの基本構成が十分に理解でき、計算処理過程を完 全に説明できる。また命令セットアーキテクチャ、アドレス指 定方式、制御方式、メモリの階層構成、および組込みプロセッ サについて十分に理解でき、例を挙げて説明できる。 コンピュータの基本構成が理解でき、計算処理過程を説明でき る。また命令セットアーキテクチャ、アドレス指定方式、制御 方式、メモリの階層構成、および組込みプロセッサについて理 解でき、例を挙げて説明できる。
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
1回 ガイダンス、概論、論理回路の復習 講義と演習 復習:講義資料の重要箇所を抽出 しまとめる。また、必要に応じて 先行科目の内容を確認する。 予習:論理回路シミュレータのイ ンストールとサンプルの実行をし ておく。 復習: 100 予習: 30
2回 データの流れと制御の流れ 1 主記憶装置 講義と演習 復習:講義資料の重要箇所を抽出 しまとめる。 予習:教科書の第2章の残りの節 を読みわからない部分をチェック しておく。 復習: 100 予習: 30
3回 データの流れと制御の流れ 2 命令とはなにか 3 デコーダ 4 シーケンサ 講義と演習 復習:講義資料の重要箇所を抽出 しまとめる。 予習:教科書の第3章までを読み わからない部分をチェックしてお く。 復習: 100 予習: 30
4回 命令セットアーキテクチャ 1 命令形式 2 命令セット 3 アドレッシング 4 サブルーチンの実現 5 CISCとRISC 講義と演習 復習:講義資料の重要箇所を抽出 しまとめる。 予習:教科書の第4章を読みわか らない部分をチェックしておく。 復習: 100 予習: 30
5回 パイプライン処理 1 命令パイプライン 2 パイプラインハザード 3 ハザードの解決法 講義と演習 復習:講義資料の重要箇所を抽出 しまとめる。これまでの講義内容 、演習で行った問題等を再確認す る。 復習: 120
6回 総合演習①:命令について演習を通して深く学ぶ。 講義と演習 予習:課題の続きを進める。 予習: 120
7回 総合演習①:簡易CPUを用いた演習を行う。 振り返り 講義と演習 復習:課題を完成させる。 予習:教科書の第5章(記憶階層 、キャッシュメモリ)を読みわか らない部分をチェックしておく。 復習: 100 予習: 30
8回 中間試験 キャッシュと仮想記憶 1 記憶階層 2 キャッシュメモリ 小テスト 講義と演習 自己点検 復習:講義資料の重要箇所を抽出 しまとめる。 予習:教科書の第5章(仮想記憶 、メモリアクセス機構)を読みわ からない部分をチェックしておく 。 復習: 100 予習: 30
9回 キャッシュと仮想記憶 1 仮想記憶 2 メモリアクセス機構 講義と演習 復習:講義資料の重要箇所を抽出 しまとめる。 予習:組込みシステムとは何か調 べておく。 復習: 100 予習: 30
10回 組込みプロセッサ① 1 組込みシステム 2 組込みプロセッサ 講義と演習 復習:講義資料の重要箇所を抽出 しまとめる。 予習:組込みプロセッサについて 各自調べておく。 復習: 100 予習: 30
11回 組込みプロセッサ② 1 組込みプロセッサIOの利用方法 2 組込みプロセッサのその他の機能 講義と演習 振り返り 習:講義資料の重要箇所を抽出 しまとめる。これまでの講義内容 、演習で行った問題等を再確認す る。 復習: 120
12回 総合演習②:キャッシュ、仮想メモリ、組み込みプロ セッサに関する演習を行う。 講義と演習 予習:総合演習に取り組む。 予習: 120
13回 総合演習②:キャッシュ、仮想メモリ、組み込みプロ セッサに関する演習を行う。 振り返り 講義と演習 復習:課題を完成させる。 復習:中間試験後の内容をまとめ る。 復習: 100 予習 30
14回 授業内容の復習 期末試験 試験 自己点検 復習:これまでの授業内容を理解 し、まとめる。 復習: 120
15回 全体復習 振り返り 講義と演習、質疑応答 自己点検 不十分な点の復習 復習: 120