2015年度 シラバス学部 2015年度 シラバス学部 2015年度 シラバス学部
| 2016/02/01 現在 |
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| 開講学期 ／Semester |
2015年度／Academic Year 後期 ／Second Semester |
|---|---|
| 対象学年 ／Course for; |
3年 |
| 単位数 ／Credits |
3.0 |
| 責任者 ／Coordinator |
宮崎 敏明 |
| 担当教員名 ／Instructor |
北道 淳司 , 宮崎 敏明 , 奥山 祐市 |
| 推奨トラック ／Recommended track |
SD |
| 履修規程上の先修条件 ／Prerequisites |
F5 |
| 更新日／Last updated on | 2015/01/27 |
|---|---|
| 授業の概要 ／Course outline |
今日、ＰＣやワークステーションだけでなく、多くの機器にマイクロプロセッサ（MPU）が内蔵され使用されている。ここでは、コンピュータアーキテクチャ論で学んだMPUの基礎知識に加え、高速化、低消費電力化技術などMPUに導入されているより高度なハードウエア構成をさらに深く学ぶ。また、演習を通してMPUを用いて周辺機器を制御する仕組みを学ぶ。演習では、FPGA(Field Programmable Gate Array: 内部論理回路を自由にユーザが変更できるＬＳＩ)を搭載した実験ボードにMPUおよび周辺機器を制御する回路を設計実装し、さらに周辺機器を動作させるプログラムをアセンブリ言語で作成して、実際に周辺機器を動作させる実験を行う。これにより、割込処理などMPUを用いた周辺機器の制御法の理解を深める。 |
| 授業の目的と到達目標 ／Objectives and attainment goals |
・コンピュータアーキテクチャ論で学んだMPUの内部構造をより深く理解する。 ・MPUの高速化・低消費電力化技術の概要を理解する。 ・周辺機器を制御するプログラムをアセンブリ言語で作成し、MPUによる割込処理を用いた周辺機器の制御法の理解を深める。 ・FPGAを用いたハードウエア設計法の基礎を体得する。 |
| 授業スケジュール ／Class schedule |
・概論 ・演習で使用する１６ビットＲＩＳＣの概要 ・サブルーチンとI/O割込み（２回） ・周辺機器インタフェース ・論理回路と論理合成 ・ＦＰＧＡ技術 ・コンピュータアーキテクチャ再考 （２回） ・コンピュータアーキテクチャ再考２（２回） ・高度な技術 ：高速化 ・高度な技術２：カスタム化、低消費電力化 ・組み込み用ＭＰＵ ・マルチプロセッサおよび関連技術 |
| 教科書 ／Textbook(s) |
資料をコースWeb上で配布する。 詳細は講義開始後アナウンスする。 |
| 成績評価の方法・基準 ／Grading method/criteria |
授業：５０点、 演習：５０点、 計１００点で評価する。授業評価は期末テストの成績である。ただし、講義の最後に毎回行う小テストおよび出席により、成績不振者を救済することがある。演習は、出席と課題リポートにより評価する。 |
| 履修上の留意点 ／Note for course registration |
演習のリポートは必ず提出すること。 |
| 参考(授業ホームページ、図書など) ／Reference (course website, literature, etc.) |
参考リンク先 初回の講義時にアナウンスする． 参考書 "コンピュータの構成と設計 第３版 (上）" Patterson and Hennessy 出版社: 日経BP社, ISBN: 482228266X 上巻 "コンピュータの構成と設計 第３版 (下）" Patterson and Hennessy 出版社: 日経BP社, ISBN: 4822282678 下巻 "HDLによるVLSI設計―VerilogHDLとVHDLによるCPU設計 第２版" 深山正幸 他著 出版社: 共立出版, ISBN: 4320120272 演習参考書 "作りながら学ぶコンピュータアーキテクチャ" 小栗清【監修】 天野英晴 西村克信【共著】 出版社: 培風館, ISBN: 4563014117 |
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| 開講学期 ／Semester |
2015年度／Academic Year 前期 ／First Semester |
|---|---|
| 対象学年 ／Course for; |
3年 |
| 単位数 ／Credits |
3.0 |
| 責任者 ／Coordinator |
束原 恒夫 |
| 担当教員名 ／Instructor |
マキシム リズィー , 束原 恒夫 |
| 推奨トラック ／Recommended track |
VD |
| 履修規程上の先修条件 ／Prerequisites |
NS4 |
| 更新日／Last updated on | 2015/02/02 |
|---|---|
| 授業の概要 ／Course outline |
この電子回路の入門コースの授業では、まず直流回路を中心に、抵抗、オームの法則、キルヒホッフの法則と回路定数について解説する。続いて、交流回路に不可欠な磁気、電磁誘導、インダクタンス、キャパシタンス、信号を表す周期関数について解説していく。ここまでは、2年次のコンピュータ理工学実験で、基礎的な事柄は学んでいるが、応用を意識して理論的な考察を深める。さらに、電子回路の基本として、半導体デバイスの働きと簡単な回路について学ぶ。 実験のクラスでは、LC直列共振回路の実験から進める。さらに、LC共振回路を用いて、パルス波形から正弦波を抽出することを試みる。この単元では、Fourier（フーリエ）級数を実験的に確かめることができる。続いて、MOSFET（MOS電界効果トランジスタ）を用いた増幅回路の働きを学ぶ。さらに、パルス応答を用いて、増幅回路とディジタル回路のインバータとの類似性を理解する。 |
| 授業の目的と到達目標 ／Objectives and attainment goals |
本コースの主要な目的： 1. 電気・電子回路の解析に役立てるために、物理的、電気的数量を導入する。 2. 電気現象の基本的な性質や物理量に慣れる。 3. 電気・電子回路の解析と計算に使われる基本法則と定理に慣れる。 4. さまざまな結線の電気・電子回路を解析、構築しその回路を試験できるようにする。 本コース終了後に身につくこと： 1. 数量をべき乗表現に変換できる。 2. 物理量を適切な単位系で表現できる。 3. 電気的な数量の種類を理解し、適切な単位系で表現できる。 4. 直列、並列、直並列回路を解析、構築し、それらの回路を試験できる。 5. 直列、並列、直並列回路について、全抵抗、全電流、電圧ドロップ量、消費電力を計算できる。 6. 容量とインダクタの働きを理解し、容量やインダクタが含まれる回路について複素数を用いて解析できる。 7. 適切な計測機器を用いて電圧、電流、交流波形などを計測できる。 8. 容量やインダクタが含まれる電気回路や基礎的な電子回路の原理を理解して、実験ができる。 |
| 授業スケジュール ／Class schedule |
講義と実験の授業は別々の週にまとめて行う。 講義：以下を7回で実施 1. 電気回路を構成する素子と物理量ならびに単位系 2. 電圧、電流、抵抗 3. 回路素子 4. オームの法則とキルヒホッフの法則 5. 直列回路と並列回路 6. 回路解析：節点法、メッシュ法、テブナン・ノートンの定理、重ね合わせの原理 7. 交流回路：容量とインダクタ、RL／RC／RLC回路の応答 8. 交流回路における消費電力の計算 9. トランスを用いた回路 10. 直列共振と並列共振 11. 基本的な半導体デバイスと回路 12. インピーダンス整合（マッチング） 13. MOSFETの動作と応用 実験：以下を8回で実施 1. LC共振回路の復習と詳細な実験：共振時にLならびにCにかかる電圧測定、寄生抵抗の影響解析 2. LC共振回路を用いたパルス波形からの正弦波抽出：フーリエ級数の実験的確認 3. MOSFET動作の復習と抵抗を負荷とした増幅回路の演習問題 4. MOSFETの電流測定と抵抗を負荷としたMOSFET増幅器の直流伝達特性の測定 (1) 5. MOSFETの電流測定と抵抗を負荷としたMOSFET増幅器の直流伝達特性の測定 (2) 6. 抵抗を負荷としたMOSFET増幅器の利得と交流伝達特性の測定 7. CMOSFET増幅器の交流特性：増幅器とディジタル・インバータの密接な関係を理解 8. 補足実験（ゲート接地MOSFET増幅器など） |
| 教科書 ／Textbook(s) |
特に後半の実験で使用。 池田 誠、「MOSによる電子回路基礎」 ISBN：978-4-901683-77-7 |
| 成績評価の方法・基準 ／Grading method/criteria |
講義：期末試験（50％） 実験：レポート（50％） |
| 履修上の留意点 ／Note for course registration |
・ 先修科目：半導体デバイス、フーリエ解析 ・ ハンドアウトは授業中に配布 履修規程上の先修条件：NS4 半導体デバイス |
| 参考(授業ホームページ、図書など) ／Reference (course website, literature, etc.) |
1. Schaum's Outline of Electric Circuits, ISBN: 0071393072 2. 佐藤、「電気回路基礎」ISBN: 978-4-274-20901-7 |
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| 開講学期 ／Semester |
2015年度／Academic Year 後期 ／Second Semester |
|---|---|
| 対象学年 ／Course for; |
3年 |
| 単位数 ／Credits |
3.0 |
| 責任者 ／Coordinator |
久田 泰広 |
| 担当教員名 ／Instructor |
久田 泰広 |
| 推奨トラック ／Recommended track |
VD |
| 履修規程上の先修条件 ／Prerequisites |
S2 |
| 更新日／Last updated on | 2015/02/05 |
|---|---|
| 授業の概要 ／Course outline |
エレクトロニクスは通信工学、制御工学など多くの分野に貢献しており、 このエレクトロニクスの中核をなすのが電子回路である。 電子回路は取り扱う信号の種類でアナログ回路、 ディジタル回路に分類される。 集積化技術の発達でディジタル回路の最近の進歩は著しい。 しかし、ディジタル回路およびその応用であるコンピュータの 進歩によってアナログ回路の重要性は 減ったわけではない。 それは、自然界はほとんどすべてがアナログ量で 成り立ち、自然界が発するアナログ信号をコンピュータで処理するためには 信号を増幅したり、ディジタル化(A/D変換)する必要があるからである。 逆にコンピュータの出力を人間に提示したり機械を制御したりする場合、 アナログ信号に変換(D/A変換）する必要もある。 また、コンピュータネットワークなどの発達に伴い、アナログ回路による 通信技術も重要視されている。 本授業科目ではアナログ電子回路の基礎として、トランジスタ回路や 演算増幅器について学ぶとともに、 アナログ／ディジタルのインターフェース回路や 関連する回路について学習する。 |
| 授業の目的と到達目標 ／Objectives and attainment goals |
トランジスタの基本的動作、増幅回路としての 動作や特性を学ぶ。 また、演算増幅器を用いた各種回路の動作や 特性についても学習する。 全体を通して回路方程式と回路図の相互関係を きちんと理解することが必要である。 |
| 授業スケジュール ／Class schedule |
１．バイポーラトランジスタの動作と静特性 ２．T形等価回路 ３．h形等価回路 ４．バイアス回路 ５．増幅回路の動作量 ６．FETの動作と特性 ７．中間試験 ８．負帰還回路 ９．演算増幅器の基礎 １０．演算増幅器の応用回路 １１．差動増幅回路 １２．発振回路 １３．アナログ／ディジタルインターフェース回路1 １４．アナログ／ディジタルインターフェース回路2 １５．アナログ／ディジタルインターフェース回路3 |
| 教科書 ／Textbook(s) |
石橋幸男 著 「電子・情報工学講座４ アナログ電子回路」 培風館 １９９３年９月 必要に応じて、資料を配布する。 |
| 成績評価の方法・基準 ／Grading method/criteria |
中間試験、期末試験、小テスト、演習課題から総合的に評価する。 |
| 履修上の留意点 ／Note for course registration |
|
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| 開講学期 ／Semester |
2015年度／Academic Year 前期 ／First Semester |
|---|---|
| 対象学年 ／Course for; |
4年 |
| 単位数 ／Credits |
3.0 |
| 責任者 ／Coordinator |
北道 淳司 |
| 担当教員名 ／Instructor |
北道 淳司 , 奥山 祐市 , ベン アブダラ アブデラゼク |
| 推奨トラック ／Recommended track |
SD |
| 履修規程上の先修条件 ／Prerequisites |
F5 & F6 |
| 更新日／Last updated on | 2015/02/02 |
|---|---|
| 授業の概要 ／Course outline |
This course provides students with experience in embedded systems design. The course introduces issues in hardware/software interfacing, practical microprocessor-based system design, and digital hardware design using modern logic synthesis tools. There are also weekly laboratory sessions on design of a microprocessor-based embedded system including one or more custom peripherals. |
| 授業の目的と到達目標 ／Objectives and attainment goals |
- To serve as a capstone design course to tie together the computer engineering curriculum via the design of a complete embedded system involving multiple communicating components. - To experience the development of a complete embedded system from design to implementation and debugging. |
| 授業スケジュール ／Class schedule |
1. Introduction 2. Embedded computing systems overview 3. Embedded hardware platform 4. Embedded software platform 5. Programming in C and asm I 6. Modeling embedded systems 7. Embedded system organization 8. Embedded system scheduling 9. Real time operating system scheduling I 10. Real time operating system scheduling II 11. TOPPERS RTOS 12. Communications in embedded systems 13. Acceleration of Software 14. Summary |
| 教科書 ／Textbook(s) |
Book Title: Computers as Components,Principles of Embedded Computing System Design Author: Wayne Wolf Edition: 2nd, 2008. Publisher:The Morgan Kaufmann. ISBN-10: 0123743974, ISBN-13: 978-0123743978 |
| 成績評価の方法・基準 ／Grading method/criteria |
Final examination (50%), and reports of exercises (50%). |
| 履修上の留意点 ／Note for course registration |
F5 Computer Architecture F6 Operating Systems Formal prerequisites:F5 Computer Architecture F6 Operating Systems |
| 参考(授業ホームページ、図書など) ／Reference (course website, literature, etc.) |
Course website and other reference material will be given by the instructor during the first class. |
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| 開講学期 ／Semester |
2015年度／Academic Year 後期 ／Second Semester |
|---|---|
| 対象学年 ／Course for; |
4年 |
| 単位数 ／Credits |
3.0 |
| 責任者 ／Coordinator |
中里 直人 |
| 担当教員名 ／Instructor |
中里 直人 , スタニスラフ セドゥーキン |
| 推奨トラック ／Recommended track |
SD |
| 履修規程上の先修条件 ／Prerequisites |
F5 |
| 更新日／Last updated on | 2015/02/03 |
|---|---|
| 授業の概要 ／Course outline |
今私達が利用するコンピューターは、パソコンであろうとケータイ電話であろうと、 スマートフォン、タブレット、どれも並列計算機であり、それらを効率よく利用するためには、 並列計算の理解が欠かせない。本講義では、並列計算(Parallel Computing)、 およびその応用としての高性能計算(High Performance Computing)について学ぶ。 |
| 授業の目的と到達目標 ／Objectives and attainment goals |
並列計算の基本的な知識を得て、演習課題により並列プログラミングを実践できる知識を得る。 具体的には、演習課題ではHPCでのプログラミングで必須であるMessage Passing Interface (MPI)による並列プログラミングを実践する。その上で、科学技術計算も最も基礎的な演算である、行列乗算の最適化および並列化をおこなう。 |
| 授業スケジュール ／Class schedule |
第1回 並列計算および高性能計算の紹介 第2回 浮動小数点演算 第3回 並列計算の基礎 第4回 並列計算の性能評価 第5回 単一プロセッサによる最適化(1) 第6回 単一プロセッサによる最適化(2) 第7回 共有メモリ型並列計算機 第8回 分散メモリ型並列計算機 第9回 行列乗算の並列化について 第10回 マルチ・メニーコアプロセッサの基礎 第11回 GPUアーキテクチャ 第12回 メニーコアアーキテクチャの応用 第13回 メニーコアアーキテクチャによる並列アプリケーション 第14回 スーパーコンピュータの技術とその将来 第15回 行列乗算の並列化と性能評価 |
| 教科書 ／Textbook(s) |
必要に応じて講義時に指定する。 |
| 成績評価の方法・基準 ／Grading method/criteria |
演習７０点。最終試験３０点。 |
| 履修上の留意点 ／Note for course registration |
コンピュータアーキテクチャ論の履修済みのことが望ましい。 |
| 参考(授業ホームページ、図書など) ／Reference (course website, literature, etc.) |
2014年度Webサイト http://galaxy.u-aizu.ac.jp/note/wiki/PCA2014 |
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| 開講学期 ／Semester |
2015年度／Academic Year 前期 ／First Semester |
|---|---|
| 対象学年 ／Course for; |
3年 |
| 単位数 ／Credits |
3.0 |
| 責任者 ／Coordinator |
小平 行秀 |
| 担当教員名 ／Instructor |
小平 行秀 |
| 推奨トラック ／Recommended track |
SD,VD |
| 履修規程上の先修条件 ／Prerequisites |
NS4 & L5 |
| 更新日／Last updated on | 2015/02/14 |
|---|---|
| 授業の概要 ／Course outline |
近年のLSI技術の進歩により，電子機器の発達，飛躍的な性能向上が成し遂げられている．特に，LSIプロセスの微細化により，トランジスタの動作速度が向上するが，配線遅延は増加する．配線遅延はレイアウト設計で決まるので，電子機器の性能向上を実現するにはレイアウト設計の知識は不可欠である．この授業では，LSIのレイアウト設計を中心にLSI設計全般の知識を学ぶ． |
| 授業の目的と到達目標 ／Objectives and attainment goals |
1．CMOS論理回路でのLSI設計，特にレイアウト設計を理解する． 2．LSIにおいて，どのように動作速度が決まり，何によって電力が消費するのかを理解する． 3．CADツールを用いた論理合成からレイアウト設計までのLSI設計フローにより， LSIを設計し，回路の性能を評価し，回路の動作を検証する． |
| 授業スケジュール ／Class schedule |
1．LSI設計の概要 2．MOSトランジスタ 3．CMOS論理回路(1) 4．CMOS論理回路(2) 5．LSIの設計フロー 6．LSIのレイアウト設計 7．中間試験 8．配置配線アルゴリズム 9．タイミング検証 10．LSIの動作速度 11．LSIの消費電力 12．スケーリング則 13．LSIの動作テスト 14．LSI設計に関する最新技術の紹介 15．まとめ |
| 教科書 ／Textbook(s) |
牧野 博之，益子 洋治，山本 秀和「半導体LSI技術」共立出版 |
| 成績評価の方法・基準 ／Grading method/criteria |
中間試験 30% 期末試験 30% 演習課題 40% を目安に評価する。 別途，授業への出席，参加度(質問)なども評価する． |
| 履修上の留意点 ／Note for course registration |
先修科目：L5コンピュータ理工学実験，NS4半導体デバイス 関連科目：F4論理回路設計論，S7論理回路設計特論，S2電子回路 |
| 参考(授業ホームページ、図書など) ／Reference (course website, literature, etc.) |
國枝 博昭「集積回路設計入門」コロナ社 |
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| 開講学期 ／Semester |
2015年度／Academic Year 前期 ／First Semester |
|---|---|
| 対象学年 ／Course for; |
3年 |
| 単位数 ／Credits |
3.0 |
| 責任者 ／Coordinator |
齋藤 寛 |
| 担当教員名 ／Instructor |
齋藤 寛 , 富岡 洋一 |
| 推奨トラック ／Recommended track |
SD,VD |
| 履修規程上の先修条件 ／Prerequisites |
F4 |
| 更新日／Last updated on | 2015/02/03 |
|---|---|
| 授業の概要 ／Course outline |
現在，デジタル集積回路のほとんどは，集積回路として実現したい機能をハードウェア記述言語を用いてモデンリングし，Electronic Design Automation (EDA) ツールを用いて自動で合成します．そのため，ハードウェア記述言語を用いてどのように回路をモデリングするか, またEDAツールがどのように回路を合成するのかを理解することが必要となります． |
| 授業の目的と到達目標 ／Objectives and attainment goals |
論理回路設計論のつづきとして位置づけられている本コースでは，ハードウェア記述言語を用いた回路のモデリングと論理合成ツールの働きを学び，実際的な論理回路設計法を学ぶことが目的です． 演習では，ハードウェア記述言語用いて回路動作をモデリングし，合成ツールを用いて論理回路を合成します．また，合成された回路をField Programmable Gate Array (FPGA) のような再構成可能デバイスに実装し，評価ボードを用いて実装された回路を評価します． |
| 授業スケジュール ／Class schedule |
講義 第1週 設計自動化とは 第2週 Verilogハードウェア記述言語 (Verilog HDL) 第3週 Verilog HDLを用いた回路のモデリング 第4週 論理合成ツールの概要 第5週 論理合成ツールの事例 Cadence社のRTL Compilerの場合 第6週 論理合成ツールの事例 アルテラ社のQuartus IIの場合 第7週 二段論理簡単化 第8週 多段論理最適化 第9週 テクノロジーマッピング 第10週 順序回路合成 第11週 FPGAを対象とした論理合成 第12週 電力最適化とテスト容易化設計 第13週 論理検証 第14週 静的タイミング解析とパワー解析 第15週 まとめ 演習 第1週 Altera Quartus IIの使い方 第2週 ModelSim-Alteraの使い方 第3週 TimeQuest Timing AnalyzerとPowerPlay Power Analyzerの使い方 第4週 Verilog HDLを用いたモデリング 第5-6週 組み合わせ回路のモデリングと合成 第7週 メモリ論理のモデリングと合成 第8-11週 カウンタのモデリングと合成、FPGAへの実装 第12-15週 プロセッサのモデリングと合成 |
| 教科書 ／Textbook(s) |
指定なし |
| 成績評価の方法・基準 ／Grading method/criteria |
レポート(55%)、期末テスト(45%) 再試験はありません |
| 履修上の留意点 ／Note for course registration |
先修科目 論理回路設計論 重要な関連科目 コンピュータアーキテクチャ，VLSI設計論，組み込みシステム 履修規程上の先修条件：F4 論理回路設計論 |
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| 開講学期 ／Semester |
2015年度／Academic Year 後期 ／Second Semester |
|---|---|
| 対象学年 ／Course for; |
4年 |
| 単位数 ／Credits |
2.0 |
| 責任者 ／Coordinator |
ベン アブダラ アブデラゼク |
| 担当教員名 ／Instructor |
ベン アブダラ アブデラゼク |
| 推奨トラック ／Recommended track |
－ |
| 履修規程上の先修条件 ／Prerequisites |
－ |
| 更新日／Last updated on | 2015/02/03 |
|---|---|
| 授業の概要 ／Course outline |
This course covers topics on the engineering of computer software and hardware systems. Students will acquire the knowledge base and hands-on skills needed to build well-engineered computer systems. The main topics covered are: impact of technology and software on ISA, clocking issues, cache organization, memory management, virtual memory, scheduling, branch prediction, and reliability and performance evaluation. |
| 授業の目的と到達目標 ／Objectives and attainment goals |
- Specify computer system engineering requirements - Learn important hardware/software optimization techniques for microprocessors - Evaluate trade-offs in computer system design |
| 授業スケジュール ／Class schedule |
1. Introduction 2. Influence of Technology and Software on Instruction Sets 3. Hardwired, Non-pipelined ISA Implementation 4. Advanced Instruction Pipelining and Hazards 5. Hazards and Clocking Issues I 6. Hazards and Clocking Issues II 7. Memory Hierarchy 8. Cache Organization 9. Exceptional Control Flow I 10.Exceptional Control Flow II 11.Virtual Memory 12. Dynamic Memory Allocation 13. Multicore System Architecture 14. Summary |
| 教科書 ／Textbook(s) |
Book Title: Computer Systems: A Programmer's Perspective (CS:APP), 2nd Edition, by Randal E. Bryant and David R. O'Hallaron Prentice Hall, 2003, ISBN 0-13-034074-X |
| 成績評価の方法・基準 ／Grading method/criteria |
Final examination (60%), and reports of exercises (40%). |
| 履修上の留意点 ／Note for course registration |
- Computer Organization and Design - Computer Architecture Formal prerequisites:None |
| 参考(授業ホームページ、図書など) ／Reference (course website, literature, etc.) |
Course web page and reference materials will be given during the first lecture. |