授業科目

計算機アーキテクチャ
Computer Architecture

担当者

准教授 ボサール アントワーヌ
前 金2

単位

2

到達目標

計算機アーキテクチャを体系的に学習することによって、情報システムの基礎として計算機アーキテクチャを理解する。計算機アーキテクチャはコンピュータの構成方式、設計方針であり、情報システムの動作のより深い理解に繋がることを理解することができる。さらに、これらの知識が情報システムの性能・機能の向上に不可欠であることを認識することができる。

授業内容

計算機の基本構造と動作原理としての計算機アーキテクチャを理解する。プロセッサアーキテクチャを主に論ずる。メモリ、入出力アーキテクチャ、仮想化、並列分散処理を解説する。単純な構成から高度なアーキテクチャまでを解説する。

本講義により、情報科学における基本機器としての計算機ハードウェアの動きを理解する。計算機アーキテクチャは、単にハードウェアのみならず、情報システムの基本設計原理である。特にオペレーティングシステムとのインターフェイスを理解することが必要である。

授業計画

下記の予定で授業を行うが、時間配分によっては、多少の前後がありうる。ミニテストで誤答した課題や、授業中に理解できなかったことを、復習として使用書および教員メモ他により、調べることが必要である。100分の授業に対して、予習と復習をあわせた時間が4時間程度となること。

第1回 ガイダンス:講義内容、運営の説明
第2回 コンピュータの基礎
 計算機の基本構成
 フォンノイマン方式の意味
 命令制御装置と演算装置、データ形式
第3回 命令セットアーキテクチャ
 命令形式、命令長、命令の種類(アドレス方式)
第4回 メモリアーキテクチャ(1)
 メモリの種類、キャッシュ
第5回 メモリアーキテクチャ(2)
 仮想メモリ
第6回 入出力アーキテクチャ
 割込み、入出力制御、標準バス、ディスク装置
第7回 演算方式
 データ形式、2進数と固定小数点、浮動小数点(IEEE形式)
第8回 パイプライン方式:命令とデータ演算処理の分離
 パイプラインのハザード(資源のぶつかり合い)割込み
 分岐命令の処理
第9回 命令レベル並列処理(1)
 スーパスカラとVLIW
 フロー制御:Out of OrderとRenaming
 条件分岐とマスク処理、投機的命令実行
第10回 命令レベル並列処理(2)
 データフロー制御
 コンパイラの最適化
第11回 ベクトルアーキテクチャ
 並列処理:SIMD、MIMD
 ベクトルパイプライン演算回路、チェイニング
 ベクトルレジスタ、マスク機能(If文と投機的実行)
第12回 並列処理アーキテクチャ(1)
 共有メモリ、分散メモリ
第13回 並列処理アーキテクチャ(2)
 相互結合網
第14回 相互結合網、クラウドコンピューティング
 ネットワーク位相、仮想化

授業運営

原則、使用書に加えて、学生がメモを取り受講する。尚、教員メモをdotCampus上に掲載するので、必要があれば、学生は教員メモを参照しても良い。
何回かの授業を除いて、毎回の授業でdotCampusを使ってミニテストを実施する。

評価方法

ミニテスト(30%)、定期試験(70%)の評価とする。
授業を5回以上欠席すると原則評価の対象としない。

オフィスアワー

木曜日3限、6-231。
別の時間帯の場合、事前予約を勧める。

使用書

内田啓一郎、小柳滋『コンピュータアーキテクチャ』第1版10刷[オーム社(IT text)]2004

参考書

富田眞治『コンピュータアーキテクチャ―基礎から超高速化技術まで』第2版[丸善 (情報科学コアカリキュラム講座)]2000
坂井修一『コンピュータアーキテクチャ』第1版[コロナ社(電子情報通信レクチャーシリーズ)]2004
安藤秀樹『命令レベル並列処理―プロセッサアーキテクチャとコンパイラ』第1版[コロナ社(並列処理シリーズ)]2005

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