2017年度 シラバス学部

コンピュータ・システム関連科目

2017/11/20  現在

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開講学期
/Semester
2017年度/Academic Year  3学期 /Third Quarter
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
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 2017/03/02
授業の概要
/Course outline
[注意事項] 本科目は、2017年度をもって廃止することが検討されています。
2018年度以降は再履修クラスの開講も予定されていないため、2017年度に単位修
得が出来なかった学生は再履修をすることができません。

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
[注意事項] 本科目は、2017年度をもって廃止することが検討されています。
2018年度以降は再履修クラスの開講も予定されていないため、2017年度に単位修
得が出来なかった学生は再履修をすることができません。
参考(授業ホームページ、図書など)
/Reference (course
website, literature, etc.)
先修科目
・コンピュータアーキテクチャ論

重要な関連科目
・論理回路設計論
・論理回路設計特論
・オペレーティングシステム論


参考(授業ホームーページ、図書など)

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5版 (上)" Patterson and Hennessy
Publisher: 日経BP社, ISBN: 4822298426 上巻

"コンピュータの構成と設計 第5版 (下)" Patterson and Hennessy
Publisher: 日経BP社, ISBN: 4822298434 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
Publisher: 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】
Publisher: 培風館, ISBN: 4563014117


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開講学期
/Semester
2017年度/Academic Year  2学期 /Second Quarter
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 2017/01/13
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
2017年度/Academic Year  4学期 /Fourth Quarter
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 2017/03/02
授業の概要
/Course outline
[注意事項] 本科目は、2017年度をもって廃止することが検討されています。
2018年度以降は再履修クラスの開講も予定されていないため、2017年度に単位修
得が出来なかった学生は再履修をすることができません。

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(40%)、期末試験(40%)、小テスト(20%)
履修上の留意点
/Note for course registration
[注意事項] 本科目は、2017年度をもって廃止することが検討されています。
2018年度以降は再履修クラスの開講も予定されていないため、2017年度に単位修
得が出来なかった学生は再履修をすることができません。
参考(授業ホームページ、図書など)
/Reference (course
website, literature, etc.)
-


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開講学期
/Semester
2017年度/Academic Year  1学期 /First Quarter
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 2017/01/25
授業の概要
/Course outline
This course provides students with experience in embedded systems
design. The course introduces issues in upstream design in embedded system
and RTOS for real time systems. 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.
授業スケジュール
/Class schedule
1. Introduction
2. System Architecture
3. Upstream Design in Embedded System
4. System Modeling(State Machine)
5. System Modeling(UML)
6. Object Oriented
7. Multi-task System
8. Multi-task Programming
9. Real Time OS - Toppers
10. Real Time OS - Time Constraints
11. Real Time OS - Other Functions
12. Real Time OS - Priority Inversion
13. Real Time Scheduling
14. Analysis of Schedulability
15. Software Tests
The order of some items would be changed.
教科書
/Textbook(s)
Text(s)Materials will be provided by instructor.
Materials are based on following book and etc.

組み込みシステム開発に役立つ理論と手法
Author: 藤倉 俊幸(Toshiyuki Fujikura)
Edition: 2012
Publisher:CQ出版社
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
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
2017年度/Academic Year  3学期 /Third Quarter
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 2017/01/30
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.)
2016年度Webサイト http://galaxy.u-aizu.ac.jp/note/wiki/PCA2016


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開講学期
/Semester
2017年度/Academic Year  2学期 /Second Quarter
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 2017/01/30
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
講義
1. イントロダクション
2. 半導体デバイスの復習
3. 復習テスト
4. 設計フロー,メモリ
5. レイアウト設計
6. LSIの動作速度
7. 中間試験
8. LSIの消費電力
9. 配置配線アルゴリズム,タイミング検証
10. スケーリング則
11. まとめ

演習
1-3. トランジスタレベルのCMOS回路設計
4-6. CMOSのレイアウト設計(フルカスタム)
7-8. LSIの動作速度
9. LSIの消費電力
10-13. CMOSのレイアウト設計(自動設計)
※ 進度に合わせ,講義と演習の授業時間を変更する.
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
復習テスト 10%
中間試験 30%
期末試験 30%
演習課題 30%
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
L5コンピュータ理工学実験,NS4半導体デバイス,F4論理回路設計論,S7論理回路設計特論の知識を習得済であることを前提に講義を行う.
参考(授業ホームページ、図書など)
/Reference (course
website, literature, etc.)
参考書
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
2017年度/Academic Year  1学期 /First Quarter
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 2017/03/08
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 論理回路設計論の復習
第3週 Verilogハードウェア記述言語 (Verilog HDL)
第4週 Verilog HDLを用いた回路のモデリング
第5週 論理合成ツールの概要
第6週 論理合成ツールの事例 アルテラ社のQuartus Prime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 FPGAを対象とした論理合成
第11週 順序回路合成
第12週 電力最適化とテスト容易化設計
第13週 論理検証、静的タイミング解析とパワー解析
第14週 まとめ
第15週 その他のトピック

演習
第1週 Altera Quartus Prime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(45%)、期末テスト(55%)
再試験はありません。
履修上の留意点
/Note for course registration
履修規程上の先修条件:F4 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


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開講学期
/Semester
2017年度/Academic Year  3学期 /Third Quarter
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 2017/03/02
授業の概要
/Course outline
[注意事項] 本科目は、2017年度をもって廃止することが検討されています。
2018年度以降は再履修クラスの開講も予定されていないため、2017年度に単位修
得が出来なかった学生は再履修をすることができません。
授業の目的と到達目標
/Objectives and attainment
goals
-
授業スケジュール
/Class schedule
-
教科書
/Textbook(s)
-
成績評価の方法・基準
/Grading method/criteria
-
履修上の留意点
/Note for course registration
[注意事項] 本科目は、2017年度をもって廃止することが検討されています。
2018年度以降は再履修クラスの開講も予定されていないため、2017年度に単位修
得が出来なかった学生は再履修をすることができません。
参考(授業ホームページ、図書など)
/Reference (course
website, literature, etc.)
-


このページの内容に関するお問い合わせは学生課 教務係までお願いいたします。

お問い合わせ先メールアドレス:sad-aas@u-aizu.ac.jp