国立大学法人 東京工業大学

講義の概要とねらい

現代のコンピュータは、シリコン上のトランジスタによるデジタル回路によって構成されています。ところが人間が実際にプログラミングするのはC++やPythonなどの高級プログラム言語であり、それぞれの言語において人間が抽象的に捉えている抽象的な実行のモデルが、どのようにそれらのハードウェアでの実際に動作するのか、は一般には自明ではありません。それらは計算機内で幾層もの抽象化をもって実現されていますが、本講義ではCPUと人間の最も低位なインターフェースである機械語の構成を学習し、さらに機械語のそれぞれの命令の動作がどのように電子回路で実現されるのか、を習得し、情報システムのプロフェッショナルとしての基礎を習得します。また、実験では実際の計算機の組み立ての演習なども行います。　１回の授業あたり、講義2時限、演習2時限を行います。

到達目標

【到達目標】 計算機(コンピュータ)システムを、ハードウェアアーキテクチャの構成を中心に学習し、計算機の動作原理を学習する事を目標とします。更に、計算機アーキテクチャが進歩や、最近のコンピュータにおける性能や高速化のアーキテクチャ上の技法を学び、効率の良い計算機システムの構成法の知見を得る事をも目標とします。
【テーマ】もっとも低位なプログラミング言語であるアセンブラや機械語を習得し、次にそれらの演算やメモリ参照などの基本操作が、どのようにデジタル回路によって実現されるか、を通じて、様々なプログラム言語の動作が、どのように基本的なフォン・ノイマン型計算機の動作原理により電子回路で実現されるのか、の基礎を身につけます。

キーワード

計算機アーキテクチャ、機械語、アドレッシング、フォン・ノイマンマシン、デジタル回路、演算回路、加算器、二進法による数の表現、ALU、組合わせ回路、真理値表、状態回路、データパス、シングルサイクル実行、マルチサイクル実行、状態遷移機械・オートマトン、マイクロプログラミング、パイプライン、記憶措置・メモリ、DRAM、メモリ階層、キャッシュ、ページング、MMU、I/O、データバス、PCI、ハードディスク、フラッシュメモリ、性能、アムダールの法則

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

授業の進め方

講義は事前にパワーポイントの資料を配るが、極力対話形式で行い、事前の予習を前提とする。演習は1~2回ごとに課題を出し、レポートを提出する。全体の採点は期末試験と、レポートの成績の複合的な指標で行う。

授業計画・課題

教科書

特になし

参考書、講義資料等

特になし

成績評価の基準及び方法

最終試験(50%)と演習におけるレポート(50%)によって総合的に判断する。

関連する科目

• MCS.T334 ： プログラミング言語処理系
• MCS.T214 ： オートマトンと数理言語論

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

基本的なオートマトン、プログラミング、論理学(ブール代数)の知識が必要