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開講期間:2019/4/17 ~ 2020/3/31


  コンピュータのしくみⅡ 「コンピュータの構造編」2019


   放送大学
   講師:岡部洋一

 

学習内容

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。
コンピュータのしくみII「コンピュータの構造編」は、講師著書『コンピュータのしくみ』の全11章中、第6章~第11章を対象としています。

第1単元(第6章):データの内部表現とその処理
第2単元(第7章):コンピュータ
第3単元(第8章):プログラム
第4単元(第9章):データ処理部
第5単元(第10章):制御部
第6単元(第11章):コンピュータの将来

 
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
 

課題内容・修了条件

●課題内容
   各章ごとの章末テスト

●修了条件
   各単元60%以上およびアンケートの提出
   ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
   ・単元ごとに確認テストがあります。テストに合格すれば「単元修了バッジ」が発行されます。
    全ての単元に合格し、受講後アンケートに回答すると、講座の修了証および大バッジが発行されます。

    
     バッジサンプル
   ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

●修了証発行日
   修了条件に達し次第、発行可能

 

前提条件

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。
 

目的

コンピュータのしくみと動作原理を理解すること。
 

到達目標

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。
 

想定学習時間・学習期間(スケジュール)

●想定学習時間
   約7時間
   
●学習期間(スケジュール)
      受講登録期間:2019/3/20 ~ 2020/3/31
      開講期間  :2019/4/17 ~ 2020/3/31

●反転授業
   なし
 

講義計画

第1単元(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2単元(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3単元(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4単元(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5単元(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6単元(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、放送大学副学長、学長を経て、現在、放送大学学生 兼 名誉教授。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、情報工学。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
 

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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