2021年度 シラバス学部

コンピュータ・システム関連科目

2022/01/30  現在

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開講学期
／Semester		 2021年度／Academic Year 　4学期 ／Fourth Quarter
対象学年
／Course for;		 3年
単位数
／Credits		 4.0
責任者
／Coordinator		 束原　恒夫
担当教員名
／Instructor		 束原　恒夫, 久田　泰広
推奨トラック
／Recommended track		 －
履修規程上の先修条件
／Prerequisites 		－
使用言語
／Language		 －
更新日／Last updated on 2021/01/13
授業の概要
／Course outline		 　VLSIを構成するデバイスはディジタル回路のみならず、アナログ回路、無線周波数（RF）回路においてもCMOSデバイスが主流になっている。そこで、この電子回路の授業では、MOSFET（MOS電界効果トランジスタ）を中心としたアナログ電子回路の設計法について学ぶ。最初に電気回路の基礎について復習をし、ラプラス変換を用いた過渡解析についても触れる。続いて、MOSFETを中心とした半導体デバイスの直流特性の復習と負荷線の考え方を学ぶ。引き続き、増幅器の基礎として、各種接地回路の特徴、小信号等価回路について理解を深めていく。最後に応用的な観点から、オペアンプの基本を学んだ後、アナログとディジタルのインタフェース回路としてのサンプル・ホールド回路、A/D変換器、D/A変換器の基礎を理解する。
　実験のクラスでは、LC共振回路の実験から始める。続いて、MOSFETを用いたソース接地型増幅回路を中心に回路を作成して動作を学ぶ。さらに、CMOS型の増幅器を用いて、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。最後に、オペアンプの応用回路、サンプル・ホールド回路とコンパレータを用いた、低ビットのA/D変換器の実験を行う。
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・電子回路の解析と計算に使われる基本法則と定理に慣れる。　
2.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。
3.VLSIで主流となっているCMOS回路についてトランジスタレベルでの理解を深める。

本コース終了後に身につくこと：
1. MOSFETを中心に、アナログ電子回路の小信号等価回路を導くことができる。
2. 電気回路の基本法則を小信号等価回路に適用して、回路の利得、周波数特性を導くことができる。
3. アナログとディジタルのインタフェース回路としてのA/D変換器、D/A変換器の働きを理解できる。
授業スケジュール
／Class schedule		 講義と実験は別々の日に行う予定（別途指示）：例えば、火曜に講義、金曜に実験など。

講義：以下を7回で実施（1回を50分授業4コマとして）
1.　導入＆電気回路の基礎（テブナン、ノートンの定理、並列共振回路など）
2.　電気回路の過渡応答解析（RC回路、RLC回路）、半導体デバイスの復習
3.　バイポーラトランジスタの基礎、MOSFETの基礎：直流特性、負荷線の考え方、小信号（交流）モデル、FETの寄生容量、ミラー効果
4.　MOSFETの各種接地方式（ソース接地、ドレイン接地、ゲート接地）、周波数特性、MOS複合回路（アクティブ負荷増幅器、カスコード接続増幅器、CMOS増幅器）
5.　カレントミラー、差動増幅器、オペアンプの導入、電力増幅器
6.　オペアンプの基礎と応用回路
7.　サンプリング定理とサンプル・ホールド回路、A/D変換器、D/A変換器の基礎

実験：以下を7回で実施（1回を50分授業4コマとして）
1. LC共振回路の実験：寄生抵抗の影響解析、LC並列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）
2. MOSFETの直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)
3. MOSFETの直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)
4. 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
5. 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
6. オペアンプの応用回路：ボルテージ・フォロワ、反転増幅器、加減算器、フィルタ
7. 低ビットA/D変換器の作成
教科書
／Textbook(s)		 　松澤 昭、「はじめてのアナログ電子回路」（基本回路編）、講談社、ISBN978-4-06-156535-7
成績評価の方法・基準
／Grading method/criteria		 講義：期末試験（50％）
　　　演習問題（小テスト）（10％）
実験：レポート（40％）

注意：演習問題（小テスト）や実験レポートの提出が無い場合は出席と認めない。
履修上の留意点
／Note for course registration		 ・基礎となる科目：半導体デバイス、コンピュータ理工学演習I
・「フーリエ解析」も履修していることが望ましい
・ハンドアウトは授業中に配布
参考(授業ホームページ、図書など)
／Reference (course
website, literature, etc.)		 【電気回路】
1. Schaum's Outline of Electric Circuits, ISBN: 0071393072
2. 安居院、吉村、倉持、「エッセンシャル電気回路」 第2版、森北出版、ISBN978-4-627-73562-0
【電子回路、MOSアナログ集積回路】
3. 松澤 昭、「はじめてのアナログ電子回路」（実用回路編）、講談社、ISBN978-4-06-156545-6
A/D・D/A変換器、アクティブ・フィルタなど
4. 谷口 研二、「CMOSアナログ回路入門」、CQ出版、ISBN4-7898-3037-3
5. B. Razavi、「アナログCMOS集積回路の設計　基礎編」、丸善、ISBN4-621-07220-X

【注】実務経験あり（束原）：NTT研究所に25年間勤務し、通信システム用の半導体集積回路・LSIの研究開発に従事してきた。この経験をもとに、電子回路の基礎について教授する。


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開講学期
／Semester		 2021年度／Academic Year 　4学期 ／Fourth Quarter
対象学年
／Course for;		 3年
単位数
／Credits		 4.0
責任者
／Coordinator		 北道　淳司
担当教員名
／Instructor		 北道　淳司, 奥山　祐市, 鈴木　大輔
推奨トラック
／Recommended track		 －
履修規程上の先修条件
／Prerequisites 		－
使用言語
／Language		 Japanese
更新日／Last updated on 2021/01/20
授業の概要
／Course outline		 This course is Face-to-face one.

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 of this course
2. Chapter 1. Embedded Computing
3. Chapter 2. Instruction Sets
4. Chapter 3. CPUs
5. Chapter 4. Computing Platforms 4.1-4.3
6. Chapter 4. 4.4-4.8
7. Chapter 5. Program Design and Analysis 5.1-5.5
8. Chapter 5.5.6-5.11
9. Chapter 6. Processes and Operating Systems 6.1-6.4
10. Chapter 6. 6.5 Priority-based scheduling
11. Chapter 6. 6.6-6.8
12. RTOS
13. ITRON
14. Chapter 7. System Design Techniques
The order of some items would be changed.
教科書
／Textbook(s)		 Text(s) Materials are handout.
The handout is a summary from the reference.
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		 This course requires the contents of following courses.
Computer Architecture
Operating Systems  
参考(授業ホームページ、図書など)
／Reference (course
website, literature, etc.)		 There are content materials of this course in ELMS in our UoA.

References are followings.

1-6:Computers as Components, 4th Edition, Morgan Kaufmann

組込みシステム設計の基礎,日経BPは，上記の1st Editionの翻訳であり，4thと内容が大きく異なるので注意)

We do not treat following Chapters.
Chapter 8. Internet-of-Things Systems
Chapter 9. Automotive and Aerospace Systems
Chapter 10. Embedded Multiprocessors

7-14: 組み込みシステム開発に役立つ理論と手法
藤倉 俊幸,CQ出版，絶版．

12 and 13:組込みソフトウェア開発技術の基礎
Edited: NCES人材育成プログラム
https://www.nces.i.nagoya-u.ac.jp/NEP/materials/about.html


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開講学期
／Semester		 2021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		 中里　直人
担当教員名
／Instructor		 中里　直人, 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 		－
使用言語
／Language		 －
更新日／Last updated on 2021/01/29
授業の概要
／Course outline		 今日、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する。具体的には、演習課題では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 イントロダクション
第2回 浮動小数点演算について
第3回 単一プロセッサとメモリ階層
第4回 単一プロセッサによる最適化(1)
第5回 単一プロセッサによる最適化(2)
第6回 並列計算と高性能計算の基礎
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 並列プログラミングの
第10回 マルチコア・メニーコアアーキテクチャ(1)
第11回 マルチコア・メニーコアアーキテクチャ(2)
第12回 マルチコア・メニーコアアーキテクチャ(3)
第13回 GPUによる応用
第14回 AIとスーパーコンピュータ
教科書
／Textbook(s)		 講義スライドをWebサイトより配布する
成績評価の方法・基準
／Grading method/criteria		 演習(50%)およびレポート(50%)の内容で評価する。
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。


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開講学期
／Semester		 2021年度／Academic Year 　2学期 ／Second Quarter
対象学年
／Course for;		 3年
単位数
／Credits		 2.0
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		 －
履修規程上の先修条件
／Prerequisites 		－
使用言語
／Language		 －
更新日／Last updated on 2021/01/29
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，設計スタイル
2. 半導体デバイスの復習(CMOS論理回路)
3. 設計フロー，メモリ
4. レイアウト設計
5. LSIの動作速度
6. LSIの消費電力
7. スケーリング則

演習
1-2. トランジスタレベルのCMOS回路設計
3-5. CMOSのレイアウト設計(フルカスタム)
6-7. 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		 期末試験 60%
演習課題 40%
を目安に評価する．
別途，授業に欠席した場合は，減点する．
履修上の留意点
／Note for course registration		 LI13コンピュータ理工学演習I(L05コンピュータ理工学実験)，NS04半導体デバイス，FU04論理回路設計論(F04論理回路設計論)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		 2021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		 齋藤　寛
担当教員名
／Instructor		 齋藤　寛, 富岡　洋一
推奨トラック
／Recommended track		 －
履修規程上の先修条件
／Prerequisites 		－
使用言語
／Language		 －
更新日／Last updated on 2021/01/18
授業の概要
／Course outline		 プロセッサといったデジタル集積回路において，設計のほとんどは，実現したい機能をハードウェア記述言語を用いてモデリングし，Electronic Design Automation (EDA) ツールを用いて自動合成します．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科目において，講義では，ハードウェア記述言語を用いた回路のモデリング手法，論理合成ツールの概要や最適化法を学びます．また，設計した回路の検証法を学びます．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) と呼ばれる再構成可能デバイスに実装し，評価ボードを用いて実装した回路を評価します．

授業の到達目標は以下の通りです．
1. HDLを用いて回路のモデリングができる
2. EDAツールを用いて回路を合成，検証することができる
3. FPGAに設計した回路を実装し，評価することができる
授業スケジュール
／Class schedule		 講義　(50 min)
1. はじめに
2. 論理回路設計論の復習
3. Verilogハードウェア記述言語 (Verilog HDL)
4. Verilog HDLを用いた回路のモデリング
5. 論理合成の概要 1
6. 論理合成の概要 2
7. 二段論理簡単化
8. 多段論理最適化
9. テクノロジーマッピング
10. FPGAを対象とした論理合成
11. 順序回路合成
12. 論理検証と静的タイミング解析
13. まとめ
14. その他

演習 (50 min × 2)
1. Intel Quartus Primeの使い方
2. ModelSimの使い方
3-4. 基本的な回路のモデリングと合成
5-9. カウンタのモデリングと合成、FPGAへの実装
10-14. 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%)
追試験はありません．
履修上の留意点
／Note for course registration		 論理回路設計論を学んでいることを前提としています．
参考(授業ホームページ、図書など)
／Reference (course
website, literature, etc.)		 参考書
深山，北川，秋田，鈴木，”HDLによるVLSI設計", 共立出版


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