慶應義塾大学
2019年度 春学期
コンピューター・アーキテクチャ
Computer Architecture
概要
The lectures for this class in 2019 will be in Japanese, but
English-speaking students are encouraged to join. Adequate
materials to learn the topic and complete the assignments will be
available in both languages.
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。
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 English, but Japanese speaking students are encouraged to join the class. Sufficient materials will be available in both English and Japanese to learn the material and complete the assignments.
教科書 Textbook
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
Or, in Japanese:
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
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
教材
Lecture by Lecture
The first class, there is a short lecture. Most of the rest of the
semester will be hands-on work and discussion during class time.
Generally, Mondays will be spent on discussing the contents of the
wiki, and Fridays will be spent in hands-on programming and analysis
work.
１回の授業はレクチャー型です。２回目から、ほとんどハンズオン型になります。基本的に、月曜日の授業は自家製のウィキの議論、木曜日はプログラミングとデザイン問題を解決します。
- 第1回 速い
Lecture 1: Fast
Lecture 1: Fast
Concepts: What's in a computer?
What's our goal in designing a computer?
Reading a performance graph
In-class exercise: show around Intel CPUs, computer parts
Wiki: Set up schedule
Homework (programming/hands-on computing): install R on your laptop
Homework (analysis problem set): (none)
Requirements
The course consists of fourteen ninety-minute classes. Students are
expected to contribute a large amount of material
to the
group wiki, contribute to classroom discussions, complete the
homeworks, and pass a final exam.
１４回の９０分の授業です。学生の責任はウィキの開発、授業中の議論、プログラミングとデザイン／解析の課題、そして試験です。
There are several types of exercises that you must do during the
course of this semester. You grade will be composed of the following,
with a maximum total of 200 points:
- Wiki development (combined with attendance and participation,
50 points)
Your contributions to the wiki are expected to
be finished before Mondays, so that you
can present them to your classmates each Monday.
- Programming/hands-on (60 points):
- Install R, Python3, C (trivial, 5 points)
- Install MIPS simulator (trivial, 5 points)
- Integer performance, floating point precision and
performance (easy, 10 points)
- Matrix multiplication in C (easy, 10 points)
- Matrix multiplication in assembler (hard, double credit, 20 points)
- Measure parallel performance (easy, 10 points)
- Analysis problem sets (40 points):
- Matrix multiplication/counting computational operations (10 points)
- Estimating CPU and memory performance (10 points)
- Optimizing in the context of design constraints (hard,
double credit, 20 points) (last exercise, due end of the semester)
- Final exam (50 points)
Homework (except for the wiki) will be submitted via the SFS system.
その他