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テキスト コンピュータアーキテクチャの基礎 柴山潔（近代科学社）

計算機アーキテクチャ. テキスト コンピュータアーキテクチャの基礎 柴山潔（近代科学社）. 授業の概要.

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テキスト コンピュータアーキテクチャの基礎 柴山潔（近代科学社）

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Presentation Transcript

  1. 計算機アーキテクチャ テキスト コンピュータアーキテクチャの基礎 柴山潔（近代科学社）

  2. 授業の概要 　現代のコンピュータシステムは、ハードウェアとソフトウェア両方の機能が深く結びついて構成されている。講義の中心は現代のコンピュータの構成原理となっているノイマン型コンピュータの基本アーキテクチャについて、一般的な項目について詳細にその原理を修得する。更にアーキテクチャの実際の応用であるマイクロプロセッサやメインフレーム、スーパーコンピュータなど最新のコンピュータに応用されている機能とその実現方法についての技術的な内容を理解し、情報処理技術者としての基礎作りが出来ることを目指す。(シラバスより）

  3. 授業の目標 　先ず、コンピュータシステムにおけるハードウェアとソフトウェアの機能分担が、アーキテクチャの基本であることを理解し、制御方式、演算方式、入出力方式、記憶方式、通信制御方式で、実際にどの様な考え方で、機能分担が決定され具体的な諸方式として確立されてきたのかを学ぶ。基盤となっている技術の背景と諸方式を実例で確認し、方式間の違いやシステム構成の理念が、具体例を伴って記述できるようになることを目標とする。(シラバスより）

  4. 授業項目 概要説明 数学的基礎 命令制御方式 　１．計算機アーキテクチャとは 　２．歴史（ＯＨＰ）アーキテクチャの推移 　３．コンピュータにおける数の表現 　４．固定小数点と浮動小数点 　５．コードと誤り符合訂正 　６．制御アーキテクチャ 　７．マシン命令の実行と制御 　８．制御装置の構成 　９．マイクロプログラム制御方式 １０．マイクロプログラム制御方式の応用 １１．制御回路 １２．コンパイラ・OSとのインターフェース １３．命令実行順序の制御 １４．割り込み処理 １５．固定小数点算術演算装置 演算制御方式

  5. 授業項目 演算制御方式 記憶制御方式 １５．固定小数点算術演算装置 １６．浮動小数点算術演算装置 １７．その他の演算装置 １８．演算の高速化手法 １９．メモリの階層構造 ２０．メインメモリアーキテクチャ ２１．仮想メモリ方式 ２２．キャッシュメモリ方式 ２３．補助メモリと高機能メモリ ２４．入出力アーキテクチャ ２５．入出力制御方式とチャネル ２６．通信制御アーキテクチャ ２７．コンピュータネットワーク ２８．マイクロコンピュータアーキテクチャ(1) ２９．マイクロコンピュータアーキテクチャ(2) ３０．新しいコンピュータアーキテクチャ 入出力制御方式 通信制御方式 マイクロコンピュータ

  6. 評価方法 定期試験・レポ－トを各々１００点満点で評価する

  7. 用語知識調査（◎,○,△,×で記入） Ｍｅｇａ　Ｇｉｇａ　Ｔｅｒａ　フォン・ノイマン機械命令セット　プログラムカウンタ　レジスタ　スタックマシン　アドレッシングモード　手続き（関数）呼出し　再帰呼出し　浮動小数点数 ２の補数　ＣＩＳＣとＲＩＳＣ　プロセススイッチ割込みと例外　排他的論理和　ＳＲＡＭとＤＲＡＭキャッシュメモリ　仮想記憶　連想メモリ　 共有メモリ　命令パイプライン　分岐予測　 投機実行　スーパスカラ　ＶＬＩＷ　 アウトオブオーダ実行　コンパイラ　並列処理

  8. １．計算機アーキテクチャとは 定義 Amdahlの考え方 最初は　「機械寄りのプログラム言語でプログラムを書くときに必要なハードウェアの論理的構造全体である」と定義 「プログラマから見たシステムの属性,すなわち,データの流れや制御の構造(命令実行の仕組み),論理設計および物理的実現方法とは別の概念的な構造および機能的動作である」とより具体的に定義 (G.M.Amdahl,G.A.Blaanw,F.P.Brooks.Jr : Architecture of the IBM System / 360 , p87, IBMJournal.1964年4月) に発表

  9. コンピュータアーキテクチャの意味 1.コンピュータの基本的な構造様式特徴的　な構造分類 2.プログラマからみたシステムの属性・・・　機能的な外部仕様 3.それを効率的に実現する設計技術機能的　な内部仕様

  10. コンピュータアーキテクチャの必要性 1)新しいコンピュータシステムには,一連の新規のソフトウェ　アの開発が必要になる. 2)ユーザニーズに応える様々な応用ソフトウェアの開発の　ために・膨大な労力と費用・時間がかかる. 3)応用の規模に応じた何種類かの,価格性能比のよりよいコ　ンピュータが必要である. 4)同一コンピュータシリーズ(コンピュータファミリーと呼　ぶ)内のソフトウェアの互換性が必要である. すなわち,コンピュータアーキテクチャは,ハードウェアの物理的な構造や回路素子の種類などの違いを越え,メーカの違いにもかかわらず,「異なるコンピュータシステムでも同一のプログラムが実行できること」というユーザ側からの強い要求がすでに反映されている

  11. マイヤズ(GlenfordJ.Myers)による定義 「計算システムのあるレベルあるいはある境界において機能を分解すること,およびその境界を正確に定義すること」

  12. 階層構造

  13. ハードとソフトのトレードオフ 専用化と汎用化 ハードウェアとソフトウェア 機能分担

  14. セマンティックギャップ

  15. 課題 ・計算機アーキテクチャの定義について、 Amdahl　と　Myers　の考え方の違いについて整理しなさい ・コンピュータについてトレードオフが成立する具　体例を考えなさい ・セマンティックギャップを解消する方法として具　体的にどんなことが考えられるか検討しなさい

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