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計算機構論

前期月曜日４講時. 単位数/Credit(s): 2. 対象学科・専攻/Departments: 情報基礎科学専攻、システム情報科学専攻、応用情報科学専攻. 学期/Term: 前期. 履修年度: 2024. 使用言語: 日本語．資料等は日英併記．.

開講年度

2024

授業題目/Class Subject

計算機構論 / Computer Structures

授業の目的・概要及び達成方法等

現在，マイクロプロセッサは組み込み用途からスーパーコンピュータにわたる幅広い分野で利用され，現代の情報社会を支えるキーテクノロジーとして位置づけられる．本講義では，コンピュータの基本構成とその設計手法の基礎について講義する．コンピュータの基本概念，性能の尺度，機械命令，演算方式，プロセッサアーキテクチャ（データパスと制御），パイプライン処理による高性能化，応用事例などの修得を通じて，ハードウェアとソフトウェアのインタフェースに関する理解を深めることを目的とする．

【重要】
本講義はGoogle Classroomを利用します．Google Classroomにアクセスし，以下のクラスコードを入力して下さい．

クラスコード：××××（発表後、入力します）

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The microprocessor is considered to be a key technology in present-day information society -- its applications are ranging from embedded systems to high-end supercomputers. The course will introduce the basic organization of computers and their design principle. The goal of this course is to learn the fundamentals of computers, performance measures, performance evaluation with benchmarks, machine languages, computer arithmetic, processors (with datapath and control), performance enhancement through pipelining, and application case studies, resulting in better understanding of the basic concept of hardware/software interface.

【 Attention 】
This lecture is available online via Google classroom. Please access Google classroom and input the following class code to join this lecture.

Class code：××××（発表後、入力します）

学修の到達目標/Goal of Study

マイクロプロセッサの構成と動作原理、応用について理解する。

Understand the configuration, operation principle, and application of the microprocessor.

授業内容・方法と進度予定/Contents and progress schedule of the class

1. コンピュータの基本概念（歴史的背景）
2. コンピュータの性能尺度
3. ベンチマークによる性能評価
4. 機械語の基礎（ハードウェアとソフトウェアのインタフェース）
5. 機械語の基礎（ハードウェアにおける手続き呼び出しのサポート）
6. 高級言語から機械語への変換
7. コンピュータの演算（整数演算）
8. コンピュータの演算（浮動小数点演算）
9. プロセッサ（単一サイクルマシン）
10. プロセッサ（マルチサイクルマシン）
11. パイプラインを用いた性能向上（パイプライン処理の概要）
12. パイプラインを用いた性能向上（データパスのパイプライン化）
13. スーパースカラと動的パイプライン処理
14. その他の高性能化手法
15. マイクロプロセッサの実際と応用事例

1. Fundamentals of Computers (Historical Perspective)
2. Performance Measures for Computers
3. Measuring Performance with Benchmarks
4. Fundamentals of Machine Language (Hardware/Software Interface)
5. Fundamentals of Machine Language (Supporting Procedures in Computer Hardware)
6. Translating High-Level Languages into Machine Codes
7. Computer Arithmetic (Integer Operation)
8. Computer Arithmetic (Floating-Point Operation)
9. Processor (Single-Cycle Machine)
10. Processor (Multi-CycleMachine)
11. Enhancing Performance with Pipelining (Overview of Pipelining)
12. Enhancing Performance with Pipelining (PipelinedDatapath)
13. Superscalar and Dynamic Pipelining
14. Other Techniques for Performance Improvement
15. Practical Microprocessors and Their Applications

成績評価方法/Evaluation Method

試験，レポート(3 回)，出席状況などに基づき総合的に評価する．

Evaluated based on the results of final examination, home assignments (three times) and record of attendance.

教科書および参考書/Textbook and references

コンピュータの構成と設計～ハードウェアとソフトウェアのインタフェース, デイビッド・A. パターソン，ジョン・L. ヘネシー, 日経BP 社
Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, David A. Patterson and John L. Hennessy, Morgan Kaufmann Pub.

授業時間外学修

授業時間は限られているので，自主学習が重要になる．予習・復習を必ず行うようにすること．

授業時間外学修（Ｅ）

The session time is limited and therefore self-directed learning is important. Students are required to prepare and review for each class.

オフィスアワー

電子メールでコンタクトを取ること．

オフィスアワー（Ｅ）

Students can contact the instructor via e-mail.

その他/In addition

授業時に課される宿題を提出するだけでなく，配布されるプリントにより授業内容を復習すること．かなりたいへんですが、やりがいのある講義です．

Students are required not only to submit class assignments but also to review each class using handouts. The lecture is challenging and hard, from which students can learn many.