会津大学 - The University of Aizu

授業の概要

コンピュータを知る上での基礎的な知識（数の表現や、ブール代数、論理回路等）とコンピュータの心臓部であるＣＰＵ（中央処理演算装置）の大まかな動作について学ぶ。

授業の目的と到達目標

本コースの目的と達成目標は以下の通りである

・２進数の表現を理解する
　→２進、１０進、１６進数表現の数の相互変換と ２進数の数（整数、浮動小数点）の演算（加算・減算・乗算）が出来る

・論理式と論理回路を理解する
　→論理式の変形や真理値表によって論理式の証明が出来る
　→論理式に基づく論理回路が作成出来る

・アセンブリ言語と命令を理解する
　→・アセンブリ言語にて簡単なプログラムを組む事が出来る
・基礎的なＲＩＳＣプロセッサの動作を理解する
　→MIPSプロセッサの命令の流れを説明出来る

授業スケジュール

第1回：概説／数(1)
・コンピュータシステムの概念と構成
・簡単な歴史
・数（2進／10進／16進）について
・基数の変換
第2回：数(2)
・２進数の加算
・負の数の表現＝補数
・２進数の減算
第3回：浮動小数点
・浮動小数点数（単精度、倍精度）の二進数表現
・浮動小数点数の演算
第4回：命令(1)
・計算機の言葉＝命令(Instruction)
・命令形式
・オペランド（命令に必要なデータ）:レジスタ,メモリ
・ロード・ストア命令
・加算・減算命令
第5回：命令(2)
・アドレッシングモード
・分岐命令
・例題による命令の動作
・SPIMシミュレータの基礎
第6回：命令(3)・論理演算
・レジスタ退避・復元
・スタック
・アセンブラ
・例題による命令の動作
・論理演算
・ブール代数
・論理ゲート
・論理式の回路化
第7回：演算
・論理回路
・真理値表から論理式への変換
・マルチプレクサ
・算術論理演算回路(ALU)
・加算器
第8回：シフト・乗算
・論理シフト・算術シフト
・乗算
第9回：プロセッサの動作(1)
・システムの中枢としてのプロセッサ
・データパスと制御
・ＰＣ／レジスタ／ＡＬＵ／メモリ
・命令の流れ -- ＡＤＤ／ＯＲＩ
・制御信号
第10回：プロセッサの動作(2)
・先週の復習
・命令の流れ -- ＬＷ／ＳＷ・ＢＥＱ
第11回：プロセッサの動作(3)
・プロセッサのまとめと復習
・制御信号の回路化
・単一クロックサイクルと複数クロックサイクル
・パイプライン
第12回：性能／総まとめ
・なぜ性能が必要なのか
・性能の定義
・様々な性能尺度（実行時間／応答時間／スループット）
・クロック
・CPI(Clock Per Instruction)
・ベンチマーク＝性能評価プログラム
・総まとめ＝コンピュータとは何か
第13回：未定

上記授業に加え、途中に二回演習を行う
第1回演習
・基本的アセンブラプログラムを作成、シミュレートする
第2回演習
・前回の復習
・基本的アセンブラプログラムを作成、シミュレートする
・算術演算、論理演算（シフトなど）を体験する

授業で使う教科書

コンピュータの構成と設計（第３版）（パターソン＆ヘネシー）上・下日経ＢＰ
ハンドアウト（売店にて販売）