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、情報システムの基礎を習得します。また演習では、CPUシミュレータを作成するなど、構成を実践的に学びます。

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、命令セットアーキテクチャ、論理回路、論理ゲート、数の表現、浮動小数点数、加算器、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、パイプライン、アウトオブオーダ実行、メモリ、DRAM、SRAM、メモリ階層、キャッシュ、性能、スループット、レイテンシ、並列性、マルチコア、GPU、スーパーコンピュータ

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T2SCHOLAで配る。演習は原則毎回課題を出し、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

授業時間外学修（予習・復習等）

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ本学の学修規程で定められた時間を目安に行う。

教科書

特になし

参考書、講義資料等

デイビッド A パターソン, ジョン Ｌ ヘネシー、「コンピュータの構成と設計 第6版」上・下、日経BP

成績評価の基準及び方法

最終試験と演習におけるレポートによって総合的に判断する。

関連する科目

• MCS.T204 ： 計算機科学概論
• MCS.T214 ： オートマトンと数理言語論
• MCS.T314 ： オペレーティングシステム
• MCS.T334 ： プログラミング言語処理系

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

基本的なプログラミング、論理学(ブール代数)の知識が必要