計算機アーキテクチャ

  [ GB30201 ]
Computer Architecture
対象:3・4学年 開設学期:春AB 曜日・時限:火1・2 単位数:2単位
担当教員:和田耕一,山際伸一

概要

計算機の構成方式と設計技術について、現実に即して解説する。計算機の構成方式を学ぶには、ハードウェアを理解するだけでなく、ハードウェアとソフトウェアとの相互関係を理解することが極めて重要である。講義では、適宜演習を交えながら、計算機を構成する各部分についてハードウェア/ソフトウェア両面から順に解説を加える。

学習・教育目標

  1. 計算機の全体構成と性能の概念、機械語について理解する
  2. プロセッサがどのように構成されているかを学ぶ
  3. 基礎的な高速化技法を理解する
  4. 記憶階層、および記憶階層と性能の関係を理解する
  5. 周辺装置とのインタフェースを学ぶ
  6. 並列計算機の基礎を学ぶ

キーワード

計算機システムの構成、性能、数値表現、論理演算ユニット、データパス、パイプライン処理、キャッシュメモリ、仮想記憶、並列処理

Keywords

computer system organization, performance, numeric data representation, arithmetic and logic units, datapaths, pipelining, cache memory, virtual memory

時間割

講義内容/理解すべき項目
第1週計算機の性能の尺度や機械語の基礎的な事柄について、解説する。
第2週計算機における算術論理演算について述べる。数値の表現について解説し、加減算、乗算、除算を実行する演算ユニットの構成方式について述べる。
第3・4週計算機の中核をなすデータパスと制御部について、詳細に論ずる。
第5週中間試験
第6・7週現在の計算機に用いられている高速化手法について述べる。特にパイプライン処理に焦点をあて、どのようにパイプラインを持ち込むか、どのように制御するか、また問題点は何か、等について詳しく述べる。
第8週記憶システムの構成方式は、計算機の性能を決定する大きな要因である。キャッシュや仮想記憶など、現在の計算機システムに導入されている記憶階層について解説する。
第9週周辺装置のインタフェースについて述べる。多くの場合、計算機には様々な入出力装置が接続されている。これら周辺装置とプロセッサをどのように接続するか、OSとの関連、性能に及ぼす影響について詳しく解説する。
第10週並列計算機の基礎について述べる。計算機要素を複数結合した並列計算機の構成方式の基礎的な知識、将来方向について述べる。

教材

コンビュータの構成と設計 上・下 (パターソン & ヘネシー、日経BP社)

予備知識・前提条件

論理回路の基礎を前提とする。

成績評価

中間試験、期末試験の成績に出席状況を加味して総合的に評価する。

教員メールアドレス

和田耕一: wada の後に (AT)cs.tsukuba.ac.jp を付ける
山際伸一: yamagiwa の後に(AT)cs.tsukuba.ac.jp を付ける

オフィスアワー

第1週〜第 5週  月 10:00〜12:00 共同研究棟A106(山際)
第6週〜第10週  月 10:00〜12:00 総合研究棟B1105(和田)