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PICK UP

開講期間 2016/12/5 ~ 2017/1/31


  コンピュータのしくみⅡ


   放送大学
   講師:岡部洋一

閉講いたしました
 

学習目標

ディジタルの概念的な理解を深め、コンピュータを構成する回路の基礎となる論理回路を理解すること。
 

講義内容

 近年、家電製品などについて原理を知らないで利用されています。せめて、コンピュータのしくみと動作原理ぐらいは理解して欲しいというのが、この講義の目的です。 かなり詳細にいたるまで説明しているため、初めての人にはやや難しいかも知れません。逆 に、その気になればコンピュータを設計できるほどのレベルまで説明したつもりです。 初めての人は、そのつもりで、本書のすべてを理解できないからとがっかりしないで、まず概要をつかむことを目標にして学習しましょう。
 全11章中、コンピュータのしくみⅡでは第6章~第11章を対象としています。

 
データの内部表現とその処理
 
コンピュータ
 
プログラム
 
データ処理部
 
制御部
 
コンピュータの将来
 

講義計画

第6章:データの内部表現とその処理

6.1 データの種類
 6.1.1 コンピュータで扱うデータ
 6.1.2 数字・文字・文字列
6.2 整数の内部表現
 6.2.1 4bit符号なし整数
 6.2.2 手回し式計算機のしくみ
 6.2.3 手回し式計算機による加算と減算
 6.2.4 手回し式計算機の負の数の表現
 6.2.5 4bit符号あり整数の正の数
 6.2.6 2進数における補数表現
 6.2.7 4bit符号あり整数の負の数
 6.2.8 符号ビット
6.3 2進数の加減算
 6.3.1 4bit符号なし整数
 6.3.2 補数の計算
 6.3.3 4bit符号あり整数の加算
 6.3.4 4bit符号あり整数の減算
6.4 2進数の乗算
 6.4.1 符号なし乗算の計算
 6.4.2 符号あり乗算の計算
 6.4.3 補数表現
 6.4.4 補数計算の調整
 6.4.5 負数×負数
6.5 2進数の除算
 6.5.1 除算
 6.5.2 足し戻し法
 6.5.3 突き放し法
 6.5.4 足し戻し法と突き放し法の解説
 6.5.5 突き放し法の計算
 6.5.6 負になった場合
 6.5.7 解を導く
 6.5.8 解説
6.6 小数の内部表現
 6.6.1 小数の表し方
 6.6.2 小数の加減乗除
6.7 文字の内部表現
 6.7.1 ASCIIコード
 6.7.2 日本語のコード、中国語のコード

 

第7章:コンピュータ

7.1 コンピュータの概要
 7.1.1 コンピュータの概要
 7.1.2 データバス
 7.1.3 アドレスバス
 7.1.4 制御線
 7.1.5 表計算の実行例
7.2 中央処理装置
 7.2.1 データ処理部と制御部
 7.2.2 制御部の働き
7.3 データ処理部
 7.3.1 データ処理部
 7.3.2 バス
 7.3.3 フラグ
 7.3.4 データバスとアドレスバス
7.4 制御部
 7.4.1 制御部
7.5 メモリーと周辺装置
 7.5.1 メモリー
 7.5.2 16進(補足説明)
 7.5.3 周辺装置
 7.5.4 初期プログラム領域
7.6 質問コーナー
 7.6.1 補数表現


 

第8章:プログラム

8.1 プログラム
 8.1.1 高水準プログラムの種類
 8.1.2 制御部の働き
 8.1.3 加算の手順
 8.1.4 高水準プログラム言語と機械語
 8.1.5 アセンブリ言語
 8.1.6 コンパイラ・インタプリタ・アセンブラー
8.2 命令の種類
 8.2.1 演算命令
 8.2.2 移動命令とジャンプ命令
 8.2.3 フラグ
 8.2.4 無条件ジャンプ
 8.2.5 条件ジャンプ
 8.2.6 命令の重要性
 8.2.7 ループ
8.3 命令の実行と蓄積プログラム方式
 8.3.1 フェッチ
 8.3.2 命令の実行
 8.3.3 蓄積プログラム方式


 

第9章:データ処理部

9.1 バスとタイミング
 9.1.1 バス
 9.1.2 タイミング
 9.1.3 プリチャージ回路
9.2 I/Oとレジスタ
 9.2.1 入出力回路
 9.2.2 レジスタ
 9.2.3 レジスタ回路
9.3 シフタ
 9.3.1 制御線
 9.3.2 シフタの原理
 9.3.3 回転シフト
9.4 任意関数の合成
 9.4.1 任意関数とは
 9.4.2 任意関数の作成回路
 9.4.3 任意関数の合成の回路
 9.4.4 EORで回路を実現
9.5 算術論理回路ALU
 9.5.1 ALUとは
 9.5.2 16ビット 全加算器
 9.5.3 スピードを上げる工夫
 9.5.4 伝達子Pと生成子G
 9.5.5 加算の考え方
 9.5.6 キャリーアウトの式
 9.5.7 伝達子Pを使ったキャリーアウトの式
 9.5.8 伝達子と生成子
 9.5.9 中核的な回路図
 9.5.10 汎用的な関数が作れる回路
 9.5.11 ALUのフラグ機能
 9.5.12 乗算・除算の場合
9.6 命令コード
 9.6.1 命令コードには幅が必要
 9.6.2 演算命令の制御コード
 9.6.3 移動命令の制御コード
 9.6.4 制御線と制御部

 

第10章:制御部

10.1 固定作業を行う制御部
 10.1.1 固定作業を行う制御部
 10.1.2 図解
 10.1.3 状態遷移図
10.2 フラグに依存する制御部
 10.2.1 フラグに依存する制御部
 10.2.2 図解
10.3 電卓
 10.3.1 電卓
 10.3.2 逆ポーランド法
 10.3.3 一桁の計算
 10.3.4 二桁の計算
 10.3.5 電卓の制御部が行う作業
 10.3.6 状態遷移図
10.4 状態遷移図とプログラム
 10.4.1 状態遷移図とプログラム
10.5 蓄積プログラム方式
 10.5.1 蓄積プログラム方式
 10.5.2 命令コード
 10.5.3 多くの命令を作る工夫
 10.5.4 2語命令
 10.5.5 制御部の働き
 10.5.6 フェッチ・デコード・実行
 10.5.7 プログラムカウンタ
 10.5.8 命令レジスタ
 10.5.9 制御部の状態遷移図
 10.5.10 蓄積プログラム方式に対応した制御部
 10.5.11 まとめ
10.6 高速化への工夫
 10.6.1 マイクロプログラム
 10.6.2 RISCとCISC
 10.6.3 パイプライン処理
 10.6.4 SIMD

 

第11章:コンピュータの将来

11.1 c-MOSゲートの動作速度と電力損失
 11.1.1 スケール則
 11.1.2 電荷
 11.1.3 抵抗
 11.1.4 速度
 11.1.5 消費電力
 11.1.6 ムーアの法則
 11.1.7 21世紀のスケール則
11.2 汎用コンピュータと専用コンピュータ
 11.2.1 汎用コンピュータ
 11.2.2 専用コンピュータ
 11.2.3 スーパーコンピュータ「京」
 11.2.4 計算機室の中へ
 11.2.5 スーパーコンピュータの細部
 11.2.6 スーパーコンピュータの部品
11.3 おわりに
 11.3.1 おわりに

 

講師・スタッフ

 
    
岡部洋一
東京大学先端科学技術研究センター長、東京大学情報基盤センター長、放送大学教授、副学長を経て、現在、放送大学長。著書に『コンピュータのしくみ』、『電磁気学の意味と考え方』他。専門は電子工学、特に超伝導エレクトロニクスにおけるディジタル応用、ブレインコンピュータ、脳磁場の逆問題解析。工学博士(東京大学、1972年)(学位論文「発振器の安定性と雑音」)。東京都生まれ。
【専門分野】ブレインコンピュータ 特に、中庸主義に基づく神経回路網の自己組織化、生体磁場 特に、逆問題解析、超伝導エレクトロニクス 特に、単一磁束量子論理回路
【研究キーワード】超伝導デバイス、ニューラルネットワーク、 生体磁気
 

課題内容・スケジュール

●前提知識
   コンピュータのしくみI「論理回路編」の学習を終えた方、
   あるいは同等の知識を持っている方。

●課題内容
   各章ごとの章末テスト
   各章の章末テストで60%以上の点数を獲得すると、学習修了認定バッジを獲得することができます。
   全ての学習修了認定バッジを獲得すると、シリーズ修了認定バッジ(通称:大バッジ)が発行されます。

●レポートの配点とスケジュール
   受講登録期間:10/3 ~ 1/20
   開講期間:12/5 ~ 1/31 

●修了証発行日
   修了条件に達し次第、発行可能

●修了条件
   シリーズ修了認定バッジ(通称:大バッジ)を獲得すること。
   (すべての章末テストで60%以上の点数を獲得すること)

●想定学習時間
   約7時間

●補助教材
   OUJ MOOC「コンピュータのしくみ」談話室
   Facebook公開グループです。Facebookアカウントをお持ちの方は、
   是非、ご参加ください。…Facebookアカウントが必要です。

   https://www.facebook.com/how.computers.work.chilo/

 

字幕・講義資料

●字幕(日本語)   : あり
●講義資料(日本語) : あり

 

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