2024年度 学院等開講科目 情報理工学院 情報工学系 情報工学コース
先端コンピュータアーキテクチャ
- 開講元
- 情報工学コース
- 担当教員
- 吉瀬 謙二
- 授業形態
- 講義 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 月5-6 (W8E-308(W834)) / 木5-6 (W8E-308(W834))
- クラス
- -
- 科目コード
- CSC.T433
- 単位数
- 200
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 4Q
- シラバス更新日
- 2025年3月14日
- 使用言語
- 英語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
本講義のねらいは，パソコン、パーソナルモバイルデバイス、組込みシステムなどの計算機のダウンサイジング、パーソナル化、高性能化、省電力化に大きな役割を果たしているマイクロプロセッサを中心に計算機アーキテクチャ（コンピュータアーキテクチャ）の動向と先端技術を身につけることです。
本講義では、まず，計算機アーキテクチャの重要な概念を示すとともに、命令セットアーキテクチャからアウトオブオーダ実行のスーパースカラプロセッサが命令レベル並列性を抽出する仕組みまでを学びます。続いて、マルチプロセッサアーキテクチャ、マルチプロセッサやマルチコアプロセッサにおいてスレッドレベル並列性を活用する仕組みを学びます。
到達目標
本講義を履修することによって、以下の項目を習得します。
(1) 今日の高性能計算機を構成する基本原則
(2) 高性能マイクロプロセッサが採用する命令レベル並列性を抽出する仕組み
(3) マルチプロセッサおよびマルチコアプロセッサがスレッドレベル並列性を活用する方式
(4) ソフトウェアとハードウェアの新しい相互関係
キーワード
コンピュータアーキテクチャ，プロセッサ，組込みシステム，マルチプロセッサ，マルチコアプロセッサ
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
各回の授業内容をよく読み，予習・復習を行って下さい．
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 計算機システムの設計と解析 | 計算機システムの設計と解析の基礎を理解すること。 |
| 第2回 | 命令セットアーキテクチャ | 命令セットアーキテクチャの具体例を理解すること。 |
| 第3回 | 記憶階層 | 記憶階層の仕組み理解すること。 |
| 第4回 | パイプライン処理 | パイプラインの概念と仕組み理解すること。 |
| 第5回 | 命令レベル並列性： 概念と要求 | 命令レベル並列性の概念と要求を理解すること。 |
| 第6回 | 命令レベル並列性： 命令フェッチ、分岐予測 | 命令レベル並列性を抽出するための命令フェッチ、分岐予測の仕組みを理解すること。 |
| 第7回 | 命令レベル並列性： 先進的な分岐予測 | 命令レベル並列性を抽出するための先進的な分岐予測の仕組みを理解すること。 |
| 第8回 | 命令レベル並列性： 動的スケジューリング | 命令レベル並列性を抽出するための動的スケジューリングを理解すること。 |
| 第9回 | 命令レベル並列性： 多重命令発行と投機処理 | 命令レベル並列性を抽出するための多重命令発行と投機処理を理解すること。 |
| 第10回 | 命令レベル並列性： アウトオブオーダ実行、マルチスレッディング | 命令レベル並列性を抽出するためのアウトオブオーダ実行とマルチスレッディングを理解すること。 |
| 第11回 | マルチプロセッサ： 分散メモリ型アーキテクチャ、共有メモリ型アーキテクチャ | マルチプロセッサの分散メモリ型アーキテクチャと共有メモリ型アーキテクチャを理解すること。 |
| 第12回 | スレッドレベル並列性： コヒーレンス制御、同期 | スレッドレベル並列性のためのコヒーレンス制御と同期を理解すること。 |
| 第13回 | スレッドレベル並列性： メモリコンシステンシモデル | スレッドレベル並列性のためのメモリコンシステンシモデルを理解すること。 |
| 第14回 | スレッドレベル並列性： 相互結合ネットワークとメニーコア | スレッドレベル並列性のための相互結合ネットワークとメニーコアを理解すること。 |
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）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
教科書
John L. Hennessy、 David A. Patterson 著、中條拓伯、天野英晴、鈴木貢 監訳、吉瀬謙二、佐藤寿倫 訳 『コンピュータアーキテクチャ 定量的アプローチ第5版』 翔泳社、2014
参考書、講義資料等
William James Dally, Brian Patrick Towles 著 『Principles and Practices of Interconnection Networks』 Morgan Kaufman Publishers Inc., 2004.
成績評価の方法及び基準
命令レベル並列性、マルチプロセッサ、スレッドレベル並列性を活用するアーキテクチャ技術の理解度を評価します。
課題および中間レポート（４０％）、期末レポート（６０％）で成績を評価します。
関連する科目
- CSC.T363 ： コンピュータアーキテクチャ
- CSC.T341 ： コンピュータ論理設計
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。
吉瀬謙二: kise[at]c.titech.ac.jp
オフィスアワー
メールで事前予約すること．