本講義では、「論理回路理論」の講義で習得した知識をベースに、より実用的なディジタル回路について学ぶ。また、簡単なコンピュータを例題として、コンピュータの基本原理とその論理設計の方法を学習する。
演習では、学んだ組合せ回路と順序回路をVerilog HDL等のハードウェア記述言語で記述し、シミュレーションによる回路の動作検証、FPGAが搭載されたハードウェアボード等に実装して動作確認をおこなう。
本講義を履修することによって以下を習得する。
・コンピュータシステムの基本構成
・シングルサイクルプロセッサの論理設計に関する知識
・パイプライン処理をおこなうプロセッサの論理設計に関する知識
・ハードウェア記述言語を用いたシンプルなコンピュータシステムの設計能力
コンピュータ,命令セットアーキテクチャ,プロセッサ、パイプライン処理,ハードウェア記述言語,Verilog HDL、FPGA
✔ 専門力 | 教養力 | コミュニケーション力 | 展開力(探究力又は設定力) | ✔ 展開力(実践力又は解決力) |
原則として、90分×2コマの講義の後、90分×1コマのFPGAボードを用いた演習をおこないます。
授業計画 | 課題 | |
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第1回 | コンピュータシステムの基本構成 | コンピュータシステムの基本構成について理解する。 |
第2回 | 論理設計演習(1) | 論理設計演習(1) |
第3回 | ハードウェア記述言語:組合せ回路 | 組合せ回路の記述を理解する。 |
第4回 | ハードウェア記述言語:順序回路 | 順序回路の記述を理解する。 |
第5回 | 論理設計演習(2) | 論理設計演習(2) |
第6回 | ハードウェア記述言語:よく使われる回路 | よく使われる回路の記述を理解する。 |
第7回 | リコンフィギャラブルシステム | リコンフィギャラブルシステムとFPGAボードについて理解する。 |
第8回 | 論理設計演習(3) | 論理設計演習(3) |
第9回 | 命令セットアーキテクチャ:データ表現とアドレス指定形式 | ISAにおけるデータ表現とアドレス指定形式について理解する。 |
第10回 | 命令セットアーキテクチャ:算術論理演算命令 | ISAにおける算術論理演算命令について理解する。 |
第11回 | 論理設計演習(4) | 論理設計演習(4) |
第12回 | 命令セットアーキテクチャ:ロードストア命令と分岐命令 | ISAにおけるロードストア命令と分岐命令について理解する。 |
第13回 | プロセッサの基本構成要素:算術論理演算ユニット | 算術論理演算ユニットについて理解する。 |
第14回 | 論理設計演習(5) | 論理設計演習(5) |
第15回 | プロセッサの基本構成要素:レジスタファイルとメモリ | レジスタファイルとメモリについて理解する。 |
第16回 | シングルサイクルプロセッサのデータパス | シングルサイクルプロセッサのデータパスについて理解する。 |
第17回 | 論理設計演習(6) | 論理設計演習(6) |
第18回 | シングルサイクルプロセッサの制御 | シングルサイクルプロセッサの制御について理解する。 |
第19回 | パイプライン処理 | パイプライン処理について理解する。 |
第20回 | 論理設計演習(7) | 論理設計演習(7) |
第21回 | パイプラインハザードとデータフォワーディング | パイプラインハザードとデータフォワーディングについて理解する。 |
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)をそれぞれ本学学修規程で定められた時間を目安に行う。
デイビッド・A. パターソン、ジョン・L. ヘネシー (著)、成田光彰 (翻訳)『コンピュータの構成と設計 第5版 上/下』日経BP社
無し。
講義で扱うコンピュータ論理設計に関する理解、ハードウェア記述言語を用いたコンピュータシステム実装への応用力を評価する。演習(30%)と期末試験(70%)により評価する。
履修条件は特に設けないが、関連する科目の論理回路理論を履修していることが望ましい。
吉瀬謙二: kise[at]c.titech.ac.jp
メールで事前予約すること。