慶應義塾大学
2011年度 秋学期
コンピューター・アーキテクチャ
Computer Architecture
第1回 9月30日 Lecture 1, September 30:
What's in a Computer?
Outline of This Lecture
- Review of Students' Programming Backgrounds
- Course Outline
- Grading Criteria and Requirements
- Contact Information, Office Hours and Class Notes
- What's a Computer?
コンピュータって、何？
- What's in a Computer's Guts?
コンピュータの内蔵は？
- Fundamentals of Computer Design
コンピュータデザインの基礎
- Introduction
- Technology Trends
- Quantitative Principles of Design
定量的なデザイン概念
- Homework/課題
Review of Students' Programming Backgrounds
Take a sheet of paper. On it, put your name and student ID number.
Then answer the following questions:
- Do you currently have a working C compiler on your system?
現在、C言語のコンパイラーを持っていますか。
- List the operating systems and versions you have used:
今までの使ったことがあるオペレーティングシステムをリストアップしてください。
Microsoft Windows, MacOS, Linux, FreeBSD, Solaris?
- How many years ago did you start programming?
何年前にプログラ
ミングを始まったでしょう。
- Have you administered a multi-user computer system before, such as
a web server or file server?
マルチユーザーのコンピューター（ウェブサーバー、ファイルサーバーなど）を管理したことありますか。
- List the languages you have programmed in:
今までの使ったことがある言語をリストアップしてください：
assembler, BASIC, C, C++, Fortran, Java, Lisp, Perl, Python, Ruby, sh, ...?
- Which tools have you used:
このリストの中にはどのツールを使ったことがある：
make, CVS, RCS, Microsoft VisualC etc.,
automake, grep, sed, awk, lex/flex, yacc/bison, Spirit, ...?
- What is the longest program you have written, measured in lines?
ひとつのプログラムは何行まで書きましたか。
- When you write code, do you write comments?
プログラムを書いているとき、コメントを書きますか。
- Have you worked in a team to write one program? What source code
control system did you use? How did you divide up the work, and how
did you define and test interfaces between members of the team?
一
人以上のグループでプログラムを書いたことありますか。ソースコードコント
ロールはどうやってしましたか。仕事がどうやって分割しましたか。インター
フェースの定義のしかたには何をしましたか。
The lectures for this class will be in Japanese, but
non-Japanese-speaking students are encouraged to join. Adequate
materials to learn the topic and complete the assignments will be
available in English.
ムーアの法則の後期に入ったということは、先端のマルチコア・マイクロプロセッサは新しい時代を迎えたということだ。これからのコンピューターデザインはその事実をふまえなければなりません。並列データ処理、データの転送、熱等は非常に重要なファクターです。現在のコンピュータ環境を支えるマイクロプロセッサの技術を中心に扱い、動作原理や高速化の原理について考えます。次のような課題を扱います。
- 計算機の構成と動作原理
- 高級言語と機械語
- コンパイラと最適化技術
- オペレーティングシステムとプロセッサの関係
- プロセッサの構成と設計
- インプット・アウトプットシステム、データストレージシステム
- マルチプロセッサネットワーク
以下の事項を注意してください。
内容を理解し、課題を行う上で基本的なC言語の知識が必要となる場合があります。しかし、大きなプログラムや複雑なプログラムを作成する能力は必要ありません。C言語の文法 (繰り返し、条件判断、関数呼出し、記憶クラスなど) の知識だけで十分です。したがって、Java 言語や Pascal 言語などの他の手続き型言語しか知らなくても、数時間の自習で理解できます。
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We have entered the late Moore's Law period of computer architecture, as shown by the latest multicore microprocessors. From this point forward, computer design must concentrate on parallel processing, data transfer, and heat management as especially important factors. Studying modern microprocessor design, we will see where performance is created in computer systems, including:
- Structure and development of processors
- High-level language and machine language
- Compiler optimization
- Relationship of architecture and operating systems
- Input/output systems, data storage systems
- Multiprocessor networks
Note:
Students will be expected to understand at least one high-level language as part of the course. Lectures will be in Japanese, but non-Japanese speaking students are encouraged to join the class. Sufficient materials will be available in English to learn the material and complete the assignments.
教材
Course Outline
教科書 Textbook
The textbooks are available in the Seikyo:
コンピュータの構成と設計~ハードウエアとソフトウエアのインタフェース 第3版 (上)
デイビッド・A. パターソン (著), ジョン・L. ヘネシー (著), David A. Patterson (原著), John L. Hennessy (原著), 成田 光彰 (翻訳)
日経BP社
ISBN-10: 482228266X
ISBN-13: 978-4822282660
and the second volume:
コンピュータの構成と設計~ハードウエアとソフトウエアのインタフェース 第
3版 (下)
デイビッド・A. パターソン (著), ジョン・L. ヘネシー (著), David A. Patterson (原著), John L. Hennessy (原著), 成田 光彰 (翻訳)
日経BP社
ISBN-10: 4822282678
ISBN-13: 978-4822282677
Computer Organization and Design: The Hardware-Software
Interface, third edition
David A. Patterson and John L. Hennessy
Morgan Kauffman, 2007
ISBN-10: 0123706068
ISBN-13: 978-0123706065
A recommended, but not required, more advanced text:
コンピュータアーキテクチャ 定量的アプローチ 第4版
John L. Hennessy (著), ジョン・L・ヘネシー (著), デイビッド・A・パター
ソン (著), David A. Patterson (著), 中條 拓伯 (監修, 翻訳), 吉瀬 謙二
(翻訳), 佐藤 寿倫 (翻訳), 天野 英晴 (翻訳)
翔泳社
ISBN-10: 4798114405
ISBN-13: 978-4798114408
Computer Architecture: A Quantitative Approach, fourth edition
John L. Hennessy and David A. Patterson
Morgan Kauffman, 2007
ISBN: 978-0-12-370490-0
Lecture by Lecture
Requirements
The course consists of thirteen ninety-minute classes. Students are
expected to read a large amount of material from the textbook and
accompanying CD, contribute to classroom discussions, complete
weekly homework, and pass a final exam.
成績の仕方
Grading
Your grade will be determined as follows:
- 授業の討論/Class participation: 10%
- 宿題/Homework: 50%
- 期末テスト/Final exam: 40%
宿題
Homework
Twelve homework assignments will be handed out; you are
expected to complete ten. Each homework will typically
consist of:
- 3-5 problems from one of the textbooks
- A short programming assignment (typically a performance
measurement) or some use of the simulator that comes with the
textbook.
Homework is due at the start of class each week. Homework will be
submitted via the SFS system.
Contacting Me/Office Hours
連絡先/オフィスアワー
If you need to contact me, email is the preferred method. Please put
"COMP-ARCH:" in the Subject field of the email. If I do not respond to a
query within 24 hours, please resend. For more urgent matters, junsec
should know how to get ahold of me.
Office Hours, Fall 2011秋のオフィスアウアー：Wednesday （水曜日）,
9-12, Delta N211. You may come to my office during this time without
an appointment. If you wish to see me otherwise, you can attempt to
find me directly, or send me email to arrange an appointment.
What's a Computer?
What's in a Computer?
(Here's the fun part...)
Our computer
宿題
Homework
This week's homework (submit via SFS, due 10/14):
- Your goal for this week is to replicate the graphs I showed in
class. Get the code on armstrong, compile it yourself, test with
varying numbers of threads, create your own version of the graphs, and submit
through the SFS
system. Include the amount of time it took you to complete this
exercise.
- If you have additional thoughts about the above discussion of
programming experience, please email me.
- Read the text for next week.
Next Lecture
Next lecture:
第2回 10月7日
Lecture 2, October 7: Faster
以下で、P-Hはコンピュータの構成と設計~ハードウエアとソフトウエアの
インタフェース 第3版、
H-Pはコンピュータアーキテクチャ 定量的アプローチ 第4版.
Below, P-H is Computer Organization and Design: The
Hardware-Software Interface, and H-P is Computer Architecture:
A Quantitative Approach.
Readings for next time:
- Follow-up from this lecture:
- P-H: Chapter 1
- H-P: Chapter 1.1 - 1.12
- For next time:
Additional Information
その他