平成28年度 沼津工業高等専門学校シラバス
５年
電子制御工学科

計算機工学Ⅱ
科目

Computer Engineering
Ⅱ

講義

通年必修

２学修単位 (講義60+自学自習30)

勝呂 元美
担当

SUGURO Motoyoshi

授業の概要
1. 授業で扱う主要なテーマ：コンピュータのハードウエア
2. テーマの歴史等：コンピュータが実用化されて60年の間にめざましい発展をとげ、汎用的に利用されるようになってきたが、ハードウエアは、基本構造をほとんど変えずに高速化・小型化された。電子回路の発展による高速性とソフトウエアによる融通性、集積回路の発展による超小型化などマイクロプロセッサ、各種メモリ素子の発達による成果であり、それらの知識を修得する。
3. 社会との関連：パーソナルコンピュータ、携帯端末の利用技術は誰にでも要求され、生産・サービス・消費の社会生活に不可欠である。
4. 工学技術上の位置付け：システムの開発や設計をするとき必要となるコンピュータのハードウエアの基礎知識を修得する。
5. 学問的位置付け：コンピュータのハードウエアの基礎知識を学び、そこから今後の技術開発の有様を考察する。

本校学習・教育目標（本科のみ）プログラム学習・教育目標（プログラム対象科目のみ）○目標
説明
技術者の社会的役割と責任を自覚する態度
1
自然科学の成果を社会の要請に応えて応用する能力
2
工学技術の専門的知識を創造的に活用する能力
3
豊かな国際感覚とコミュニケーション能力
4
実践的技術者として計画的に自己研鑽を継続する姿勢
5
実践指針
実践指針のレベル（プログラム対象科目のみ）（プログラム対象科目のみ）(C1) 機械工学、電気電子工学、情報工学、応用化学、生物工学、材料工学などの専門的技術を(C1-3)機械工学、電気電子工学、情報工学、応用化
C. 工学的な解析・分析力及びこれ 身につけ、これらの技術を複合的に活用して、学、生物工学、材料工学のいずれかの課題に、修得しらを創造的に統合する能力
環境エネルギー工学、新機能材料工学、医療福た専門知識を応用できる。
祉機器開発工学等の分野に創造的に応用することができる。
授業目標
1. コンピュータのハードウエアを構成する各装置を図で示し説明できる。
2. CPUの基本動作、プログラム実行過程をブロック図で示し説明できる。
3. CPUの設計手順を理解し、説明できる。
4. 基本的な構成のCPUの設計が行える。(C1-3)
5. プログラム容量追加、割り込み機能/タイマ機能追加等、機能を拡張したCPUの設計が行える。(C1-3)
授業計画
オリエンテーション
プログラムの学習・教育目標、授業概要・目標、スケジュール、評価方法と基準、等の説明
コンピュータシステム コンピュータの応用、種類、処理方式、ネットワークシステム
記憶装置他
主記憶装置、補助記憶装置、半導体メモリ、入出力装置概説
コンピュータの中のデータ 数の表現、情報の表現
マイクロコンピュータ マイクロコンピュータ概説
電子デバイスの電気的特性 電気的特性の意味、セットアップホールドタイム、ファンイン/ファンアウト、動作周波数
CPUと他のデバイスの接続 CPUと他のデバイスとの接続
前期中間試験
CPUの基本動作
ハードウエア/ソフトウエア、『タイマープログラム』実行過程の概略説明
CPUの機能設計
CPUの内部ブロック（回路）、命令の構成と機能、『押しボタン式信号機プログラム』実行過程の解説
CPUのタイミング設計 各ブロックの動作タイミング、CPUの動作速度
CPUの回路設計・レジスタ他 レジスタ、入出力ポート、プログラムカウンタ、セレクタ、演算回路
CPUの回路設計・デコーダ デコーダ/制御信号生成回路
CPUの回路動作検証 回路シミュレーション結果より、プログラム実行時の動作を確認
前期末試験
第15回 前期の復習と後期の予定 期末試験の返却と解説および後期の授業概要、目標等の説明
第16回 CPUの各要素のVHDL記述 レジスタ、プログラムカウンタ、セレクタ、演算回路、デコーダ回路のVHDL記述
第17回 CPUの設計演習・回路図入力 ＱｕａｒｔｕｓⅡ・回路図入力、プログラム作成/入力
第18回 CPUの設計演習・回路検証 ＱｕａｒｔｕｓⅡ・論理シミュレーションにて動作確認
第19回 プログラム容量拡張・機能設計 プログラム容量拡張ＣＰＵの内部ブロック（回路）の構成と機能仕様、命令仕様
第20回 プログラム容量拡張・回路設計 プログラム容量拡張ＣＰＵのレジスタ、演算回路、PC、デコーダ/制御信号生成回路他
第21回 容量拡張版CPU設計演習 ＱｕａｒｔｕｓⅡ・回路図入力、プログラム作成/入力
第22回 容量拡張版CPU設計演習 ＱｕａｒｔｕｓⅡ・論理シミュレーションにて動作確認
第23回 後期中間試験
第24回 割込機能追加CPU機能設計 割込機能追加CPUの内部ブロック（回路）の構成と機能仕様、命令仕様
第25回 割込機能追加CPU回路設計 割込機能追加CPUのレジスタ、演算回路、PC、デコーダ/制御信号生成回路他
第26回 タイマ機能追加CPU機能設計 タイマ機能追加CPUの内部ブロック（回路）の構成と機能仕様、命令仕様
第27回 タイマ機能追加CPU回路設計 タイマ機能追加CPUのレジスタ、演算回路、PC、デコーダ/制御信号生成回路他
第28回 機能追加CPU設計演習 ＱｕａｒｔｕｓⅡ・回路図入力、プログラム作成/入力
第29回 機能追加CPU設計演習 ＱｕａｒｔｕｓⅡ・論理シミュレーションにて動作確認
学年末試験
学年末試験の返却と解説および計算機工学Ⅱまとめ
第30回 CPUの設計総括
評価方法 ４回の試験の平均を７０％、課題レポートを３０％の重みとして評価する。授業目標４（C1-3）及び授業目標５（C1-3）が標準基準と基準 （６割）以上で、かつ科目全体で６０点以上の場合に合格とする。評価基準については、成績評価基準表による。
第1回
第2回
第3回
第4回
第5回
第6回
第7回
第8回
第9回
第10回
第11回
第12回
第13回
第14回

教科書等 配布資料
備 考1.試験や課題レポート等は、JABEE 、大学評価・学位授与機構、文部科学省の教育実施検査に使用することがあります。
2.授業参観される教員は当該授業が行われる少なくとも1週間前に教科目担当教員へ連絡してください。

「計算機工学Ⅱ」 成績評価基準表

Ａ：定期試験

学籍番号

Ｂ：課題レポート
Ｃ：その他（）

氏名評価割合(100%)

到達基準

A

授業目標
未到達基準

標準基準

優秀基準

B

C

70% 30%0%□コンピュータのハードウエア構成図を描
け、各々の関係及び信号の流れを説明できる。
□コンピュータのハードウエア構成図を描 □CPUの制御装置の役割及び他の装置とける。の関係を説明できる。
□CPUの制御装置の役割を説明できる。 □CPUの演算装置の役割及び他の装置と□CPUの演算装置の役割を説明できる。 の関係を説明できる。
□主記憶装置の役割を説明できる。
□主記憶装置の役割及び他の装置との関□入出力装置の役割を説明できる。
係を説明できる。
□入出力装置の役割及び他の装置との関係を説明できる。

143□基本的なCPUの構成図を描け、各々の関係及び信号の流れを説明できる。
□基本的なCPUの構成要素の詳細を説明できる。
□プログラム実行時、CPUの各要素の働きを詳細に説明できる。
□プログラム実行時、実行過程を時系列的に詳細に説明できる。

143□CPUの基本的な構成を理解し、内部 □CPUの基本的な構成を理解し、内部構 □CPUへの要求仕様を理解し、汎用性を考構成要素選択の説明が行えない。
成要素選択の説明が行える。
慮した内部構成要素選択の説明が行える。
□CPUの基本的な構成を理解し、□CPUの基本的な構成を理解し、□CPUへの要求仕様を理解し、汎用性を考実装する命令選択の説明が行えない。 実装する命令選択の説明が行える。
慮した命令選択の説明が行える。
３．CPUの設計手□CPU内での制御信号とデータの役割、 □CPU内での制御信号とデータの役割、 □CPU内の各要素を、動作速度の向上を順を理解し、説明内部構成要素接続の説明が行えない。 内部構成要素接続の説明が行える。
考慮して選択、配置し、制御信号とデータ線できる。
□CPUの基本的な４つの動作を理解し、 □CPUの基本的な４つの動作を理解し、タ での内部構成要素接続の説明が行える。
タイミング設計の説明を行えない。
イミング設計の説明を行える。
□クロック同期で動作するCPUの設計方法□CPU内の信号の流れからCPUの動作 □CPU内の信号の流れからCPUの動作 の説明が行える。
速度の見積りの説明が行えない。
速度の見積りの説明が行える。

14

4□CPUの基本的な構成を理解し、内部 □CPUの基本的な構成を理解し、内部構 □CPUへの要求仕様を理解し、汎用性を考構成要素の設計が行えない。
成要素の設計が行える。
慮した内部構成要素の設計が行える。
□CPUの基本的な構成を理解し、□CPUの基本的な構成を理解し、□CPUへの要求仕様を理解し、汎用性を考実装する命令の回路設計が行えない。 実装する命令の回路設計が行える。
慮した命令の回路設計が行える。
４．基本的な構成□CPU内での制御信号とデータの役割 □CPU内での制御信号とデータの役割を □CPU内の各要素を、動作速度の向上をのCPUの設計がを決め、各要素の接続が行えない。
決め、各要素の接続が行える。
考慮して選択、配置し、制御信号とデータ線行える。(C1-3)□CPUの基本的な４つの動作を理解し、 □CPUの基本的な４つの動作を理解し、タ で各要素の接続が行える。
タイミング設計を行えない。
イミング設計を行える。
□クロック同期で動作するCPUの設計を行□CPU内の信号の流れからCPUの動作 □CPU内の信号の流れからCPUの動作 える。
速度の見積りが行えない。
速度の見積りが行える。

1410□プログラム容量追加の仕様を理解し、 □プログラム容量追加の仕様を理解し、 □プログラム容量追加の仕様を理解し、複必要な内部構成要素、命令の追加を行 必要な内部構成要素、命令の追加を行い 数の手段から最適な方法を選択し、必要な変更を加え、CPU全体の設計が行える。
いCPU全体の設計が行えない。
CPU全体の設計が行える。
□割り込み機能の仕様の概略を理解□割り込み機能の仕様の概略を理解し、 □割り込み機能の仕様を理解し、必要な内し、必要な内部構成要素、命令の追加に 必要な内部構成要素、命令の追加につい 部構成要素、命令の追加を行いCPU全体の設計が行える。
ついての概要を説明できない。ての概要を説明できる。
□タイマー機能の仕様の概略を理解し、 □タイマー機能の仕様の概略を理解し、 □タイマ機能の仕様を理解し、必要な内部必要な内部構成要素、命令の追加につ 必要な内部構成要素、命令の追加につい 構成要素、命令の追加を行いCPU全体の設計が行える。
いての概要を説明できない。ての概要を説明できる。

1410□コンピュータのハードウエア構成図を描けない。
１．コンピュータ
□CPUの制御装置の役割を説明できなのハードウエアをい。
構成する各装置□CPUの演算装置の役割を説明できなを図で示し説明
い。
できる。
□主記憶装置の役割を説明できない。
□入出力装置の役割を説明できない。

□基本的なCPUの構成図を描けない。 □基本的なCPUの構成図を描ける。
２．CPUの基本動 □基本的なCPUの構成要素を説明でき □基本的なCPUの構成要素を説明でき作、プログラム実 ない。
る。
行過程をブロック □プログラム実行時、CPUの各要素の □プログラム実行時、CPUの各要素の働図で示し説明で 働きを説明できない。
きを説明できる。
きる。
□プログラム実行時、その実行過程を時 □プログラム実行時、実行過程を時系列系列的に説明できない。
的に説明できる。

５．プログラム容量追加、割り込み機能/タイマー機能追加等、機能を拡張したCPUの設計が行える。（C1-3）

備考