授業科目名	組込みアーキテクチャ
時間割番号	TJM305
担当教員名	森澤　正之
開講学期・曜日・時限	前期・月・I	単位数	2
＜対象学生＞
(未登録)
＜授業の目的＞
組込みシステム技術者はソフトウェアだけでなく、そのソフトウェアが動くハードウェアを理解することが必要です。本講義は組込みシステムで使われるシステムのアーキテクチャを中心にコンピュータが内蔵される様々なシステムのアーキテクチャの基礎を身につけることを目的とします。
＜本授業科目による獲得・涵養が特に期待されるコンピテンシー＞（能力・資質）
工学部(～2023年度入学生)>メカトロニクス工学科向け 記号 コンピテンシー（能力・資質）   JM-A 専門 3.三分野のうち、一つ以上のより専門的な技術と知識。少なくとも一分野の技術と知識を十分に身につけ、さらに一つ以上の分野の技術と知識も身につける。 2.電気分野 論理回路、順序回路の解析・設計ができる。 ○ JM-B 3.情報分野 論理回路、順序回路の解析・設計ができる。 ○ JM-C コンピュータのアーキテクチャ（構成様式）と動作原理が説明できる。 ◎
＜到達目標＞  到達目標とは
目標NO 説明 コンピテンシーとの対応 JM 1 コンピュータアーキテクチャの基本概念を説明できる JM-C 2 ノイマン型コンピュータの基礎概念を説明でき、その構成を図を使って説明できる JM-C 3 命令セットアーキテクチャを説明できる。 JM-C 4 演算アーキテクチャを説明でき、加減乗除のアルゴリズムを具体的な計算例を示して説明できる。 JM-A 5 加減乗除を実現するハードウェアを設計できる。 JM-B 6 制御アーキテクチャに関して、小規模簡易コンピュータを設計でき、それを使って具体的な命令ごとの動作を説明できる。 JM-C 7 メモリ、キャッシュメモリ、仮想メモリなどのメモリアーキテクチャを説明できる JM-C 8 パイプラインについて説明でき、その他の高速化の手法についても説明できる JM-C 9 割り込み、入出力について説明できる JM-C
＜成績評価の方法＞
目標No 割合 評価の観点 1 8% コンピュータアーキテクチャの基本概念を説明できることを中間試験などで評価する。 2 10% ノイマン型コンピュータの基礎概念を説明できることを中間試験などで評価する。 3 10% 命令セットアーキテクチャを説明できることを中間試験などで評価する。 4 8% 加減乗除のアルゴリズムを説明できることを中間試験などで評価する。 5 8% 加減乗除を実現するハードウェアを設計できることを中間試験などで評価する。 6 30% 小規模簡易コンピュータを設計でき、それを使って具体的な命令ごとの動作を説明できることを中間試験や期末試験などで評価する。 7 10% メモリ、キャッシュメモリ、仮想メモリなどのメモリアーキテクチャを説明できることを期末試験などで評価する。 8 8% パイプラインやその他の高速化の手法について説明できることを期末試験などで評価する。 9 8% 割り込み、入出力について説明できることを期末試験などで評価する。 合計 100%
＜授業の方法＞
・本科目は反転授業形式で行います。受講者は事前に準備された動画資料の視聴とそのノート作成や理解度チェック問題を行ってから授業に参加してもらいます。また、授業のほとんどの時間は、グループワークなどのアクティブラーニングの学習活動を行ないます。 ・2進数、論理演算、論理回路などの知識を必要とします。「組込み設計演習」を履修していることが望ましいです。
＜受講に際して・学生へのメッセージ＞
(未登録)
＜テキスト＞
堀桂太郎, 図解コンピュータアーキテクチャ入門（第3版）, 森北出版, ISBN:978-4-627-82903-9
＜参考書＞
(未登録)
＜授業計画の概要＞
1 タイトル コンピュータの歴史，ノイマン型コンピュータの基本 事前学習 事後学習 【事前学習】特になし 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 コンピュータアーキテクチャの概念とノイマン型コンピュータの基本的なアーキテクチャについて学ぶ。 2 タイトル ノイマン型コンピュータの詳細 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 ノイマン型コンピュータの構成の詳細と基本動作について学ぶ。現在のコンピュータ，特にCPUとノイマン型コンピュータとの基本構成を比較できるようになるためのグループワークを行う。 3 タイトル 命令セットアーキテクチャ 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 命令セットアーキテクチャを学ぶ。機械語とニーモニックについて、オペコード、オペランド、オペランド長の違いによる特徴、RISCとCISC、アドレッシングなどを説明できるようになるためのグループワークを行う。 4 タイトル 演算アーキテクチャ1 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 演算アーキテクチャを学ぶ。2進数での加算、2の補数を用いた減算、ブース法、基数2のブースリコーディング法、基数4のブースリコーディング法を使った乗算の計算について学ぶ。 5 タイトル 演算アーキテクチャ2 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 除算アルゴリズムの一つである引き放し法を使った除算の計算方法について学ぶ。主加法標準形を使って加算器，減算器の設計ができ、オーバーフローの検出機能付きの加減算器を設計について学ぶ。また、小数など整数以外のデータの表現法を学ぶ。 6 タイトル 制御アーキテクチャ１ 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 教科書に提示されている小規模簡易コンピュータについて学ぶ。小規模簡易コンピュータの構成を命令アーキテクチャの関連付けて説明ができるようになり、その動作を逐次説明できるようになるためのグループワークを行う。 7 タイトル 中間試験とこれまでの振り返り 事前学習 事後学習 【事前学習】 第1回からこれまでの授業の内容を復習する 授業内容 中間試験とこれまでの総括や振り返りを行う。 8 タイトル 制御アーキテクチャ2 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 前回の引き続き、教科書に提示されている小規模簡易コンピュータを使って，制御アーキテクチャの動作を逐次説明するグループワークを行う。 小規模簡易コンピュータに使われているセレクタ，レジスタ，デコーダを設計について学ぶ。 9 タイトル 制御アーキテクチャ3 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 教科書に提示されている小規模簡易コンピュータの制限を理解し，それを解決するために命令セットを拡張した小規模簡易コンピュータの構成を学ぶ。 10 タイトル 制御アーキテクチャ4 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 命令セットを拡張した小規模簡易コンピュータを使って，制御アーキテクチャをさらに深く学ぶ。また、ワイヤードロジック制御方式とマイクロプログラム制御方式について学ぶ。 11 タイトル メモリアーキテクチャ 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 メモリアーキテクチャの基本を学ぶ．主なメモリ装置の種類をあげ，その動作原理を説明できるようになるための学習活動を行う。 12 タイトル キャッシュメモリ／割込みアーキテクチャ 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 キャッシュメモリの原理、マッピング方式、主記憶装置への転送方式について学ぶ。また、割り込みについて，その種類別に具体的に学ぶ。 13 タイトル パイプラインアーキテクチャ 事前学習 事後学習 【事前学習】講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 パイプラインの基本原理、ハザードとその対策について学ぶ。それらについて説明できるようになるためのグループワークを行う。 14 タイトル 高速化の技術／入出力アーキテクチャ 事前学習 事後学習 【事前学習】 講義動画資料を視聴して、ノートを作成する。さらにオンラインの理解度チェック問題を行う。 【事後学習】授業内容の振り返りを行う 授業内容 スーパーパイプライン、スーパースカラ、マルチプロセッサなどについて学び、それらを説明できるようになるためのグループワークを行う。また、代表的な入出力装置と、入出力装置の制御について、直接制御方式と間接制御方式のそれぞれについて学ぶ。 15 タイトル 総括・まとめ・振り返り 事前学習 事後学習 【事前学習】中間試験以降の授業の内容を復習する。 授業内容 期末試験を行う。 全体のまとめ・総括と振り返りを行う。 16 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 17 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 18 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 19 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 20 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 21 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 22 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 23 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 24 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 25 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 26 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 27 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 28 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 29 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 30 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容
＜前年度授業に対する改善要望等への対応＞
昨年度授業評価アンケートで、オンラインの理解度チェック問題に関する要望があった。本年度は以下のように改善していく。 ・理解度チェック問題を見直し、さらに効果的に学習できるようにする。 ・理解度チェック問題を事前学習だけでなく、その後の学習にも使えるようにする。
＜備考＞
(未登録)