情報科学部Faculty of Computer and Information Sciences
COT211KA-CS-211（計算基盤 / Computing technologies 200）コンピュータ構成と設計入門Introduction to Computer Organization and Design
八巻 隼人Hayato YAMAKI
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 情報科学部Faculty of Computer and Information Sciences |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2024 |
| 授業コードClass code | J0513 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 春学期授業/Spring |
| 曜日・時限Day/Period | 月5/Mon.5 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 / Koganei |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | 2～4 |
| 単位数Credit(s) | 2 |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 他学部公開科目Open Program | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | ○ |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) |
【（情報科学部所属以外の学生向け）「成績優秀者の他学部科目履修制度」の履修登録の流れ】 （１） 受講希望者 (受講検討中の者も含む) は、初回の授業までに「申請フォーム（https://forms.gle/ECvwxVe2NcxmrbTK9）」から履修したい科目を申請してください。 （２） 以下のURLと教育開発支援機構事務局の案内に従って、履修希望の申請を行ってください。 https://www.hoseikyoiku.jp/risyu/index.html （３） 履修取消については、ご自身の所属学部の履修取消期間内に必ず履修取消を行ってください。 【「成績優秀者の他学部科目履修制度」の履修年次】 「配当年次」欄と同じです。 |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| 選択・必修Optional/Compulsory | |
| カテゴリー（2022年度以降入学者）Category (2022~) |
専門教育科目 専門科目 コース専門科目 |
| カテゴリー（2021年度以前入学者）Category (~2021) |
専門教育科目 専門科目 コース専門科目 |
| カテゴリーCategory |
すべて開くShow all
すべて閉じるHide All
Outline (in English)
[Course outline]
This course introduces the operation of CPUs, memories, and I/O devices and interrelationship among them from the viewpoints of the hardware and software.
[Learning Objectives]
The goals of this course are to help students acquire an understanding of the roles of each computer element when a program is executed and methods for accelerating program execution.
[Learning activities outside of classroom]
After each class meeting, students will be expected to spend four hours to understand the course content.
[Grading Criteria /Policies]
Final grade will be calculated according to the following process
Mid-term examination (30%), term-end examination (40%), and in-class contribution (30%).
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
計算機の基本構成要素であるプロセッサ(CPU)，メモリ，入出力装置の機能と動作，またそれぞれの要素間の相互関係をソフトウエア，ハードウエアの両観点から理解する．特に，計算機がプログラムを実行する際の各要素の役割，プログラムの実行を高速化する技術について理解することを目的とする．
到達目標Goal
本講義では，大きく分けて2つのテーマを扱う．まず，前半の授業では，計算機内部におけるデジタルデータの取り扱いについて学ぶ．これはすなわち，計算機が数値表現や数値同士の計算をどのように扱っているのか，"2進数"や"浮動小数点数"，"加算器"といったキーワードを基に学習し，計算機が扱うデータについて理解できるようになることを目標とする．次に，授業後半では，計算機の構成要素であるCPU，メモリ，入出力装置について計算機全体の中でのそれぞれの役割を学ぶ．最終的には，これらの理解を併せ，我々が作成したプログラムが計算機でどのように実行されるのか，各自が説明できるようになることを目指す．
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
情報科学部ディプロマポリシーのうち「DP2」と「DP4-1」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
授業は，配布資料を基にした講義が主となる．特に前半の進数変換や数値の計算は，手を動かさなければ理解が進まないと思うので，適宜，演習問題の配布やレポート課題等も予定している．授業で課した課題(小テストやレポート)等を取り上げ、授業内で全体に対してフィードバックを行う。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[オンライン/online]：オリエンテーション，データの表現，位取り記数法
本講義の概要とその進め方，評価法，演習との関係など / 2進数と10進数 / N進数への変換法
第2回[オンライン/online]：整数の計算機内部表現
符号絶対値表現 / 補数表現 / 嵩上げ表現
第3回[対面/face to face]：加減算器，論理演算，シフト
論理回路の復習 / 符号付き整数の加減算 / 演算のオーバーフロー / 論理演算とシフト
第4回[対面/face to face]：算術論理演算回路(ALU)
ALUの構成 / 正負判定，０判定など
第5回[対面/face to face]：実数の計算機内部表現
浮動小数点表現 / 表現出来る値とエラー検出
第6回[対面/face to face]：計算機の構成と動作原理
CPUの構造 / バスの構造 / 命令サイクルとパイプライン
第7回[対面/face to face]：中間試験
中間試験実施予定
第8回[対面/face to face]：計算機の命令
具体的な計算機の機械語命令
第9回[対面/face to face]：基本命令セット１
命令形式 / 基本的な命令 / 簡単なプログラム
第10回[対面/face to face]：基本命令セット２
算術論理演算命令 / 分岐命令 / アセンブリ言語
第11回[対面/face to face]：機械語命令形式と機械語の実行
アドレッシングモードの実現 / サブルーチンの実現
第12回[対面/face to face]：割り込み
割り込みの概念 / 割り込み要因・動作 / OSの役割・機能 / 割り込み用命令と割り込みベクトル
第13回[対面/face to face]：メモリ
メモリ階層 / キャッシュの動作 / キャッシュアルゴリズム
第14回[対面/face to face]：マルチコア/プロセッサとネットワーク
並列処理 / ネットワーク / キャッシュコヒーレンス
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
前回までの講義内容に疑問点を残さないよう復習をすること．授業の理解を深めるため，適宜，演習問題やレポート課題等の配布を行なう．各回の講議は前回までの内容が理解できていないとついて行けなくなるので，疑問点を残さないよう努力すること．本授業の準備・復習時間は、計4時間を標準とします.
テキスト（教科書）Textbooks
教科書は使用しないが，毎回授業資料をHoppii上で配布する．
参考書References
「コンピュータの構成と設計」、パターソン・ヘネシー著、日経 BP
「コンピュータアーキテクチャ」、馬場敬信、オーム社、
「プロセッサを支える技術」、Hisa Ando, 技術評論社
など
成績評価の方法と基準Grading criteria
不定期な講義内レポート課題30%，中間試験30%，期末試験40%
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
質疑はいつでも受け付けますので気軽にメールしてください．