2024年度 学院等開講科目 情報理工学院 情報工学系
コンピュータ論理設計
- 開講元
- 情報工学系
- 担当教員
- 金子 晴彦 / 荒堀 喜貴
- 授業形態
- 講義/演習 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 月3-4 (GSIC３階312号室) / 木1-4 (GSIC３階312号室)
- クラス
- -
- 科目コード
- CSC.T341
- 単位数
- 210
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 1Q
- シラバス更新日
- 2025年3月14日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
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。
到達目標
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
キーワード
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
学生が身につける力
- 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)
授業の進め方
原則として、100分×2コマの講義の後、100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
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 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。 |
準備学修(事前学修・復習)等についての指示
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。
教科書
吉瀬 謙二『新・標準プログラマーズライブラリ RISC-Vで学ぶコンピュータアーキテクチャ 完全入門』技術評論社
参考書、講義資料等
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6版 上/下』日経BP社
成績評価の方法及び基準
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（60％）と期末試験（40％）により評価する。
関連する科目
- CSC.T252 ： 論理回路理論
- CSC.T262 ： アセンブリ言語
- CSC.T372 ： コンパイラ構成
- CSC.T363 ： コンピュータアーキテクチャ
- CSC.T433 ： 先端コンピュータアーキテクチャ
履修の条件・注意事項
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。
連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。
金子晴彦: kaneko[at]c.titech.ac.jp
オフィスアワー
メールで事前予約すること。