コンピュータアーキテクチャ I

#1 Introduction

平成 27年 4月 10日

本講義の目標 ディジタル信号と物理量

– 量子化，標本化の原理を理解し，初歩的なブール代数による演算をすることができる

組み合わせ論理回路の設計– 命題を論理式で記述し，これを論理回路として記述することができる

順序回路の設計– 各種フリップフロップの動作を理解し，簡単な有限状態機械を順序回路で記述できる

総合的な論理回路の設計– 与えられた課題から自ら命題を設定し，それを実現するのに適切な論理回路を設計することができる

対応するディプロマポリシー：計算機システムの構成や動作に関する知識を習得し，それを応用できる力

授業計画（１）

1. アナログとディジタル（ 4/10）2. 論理代数の基礎（ 4/17）3. 論理関数と論理式（ 4/24）4. ブール演算演習，単元テスト（ 5/8）5. カルノー図による論理式の簡単化（ 5/15）6. 論理式の簡単化演習（ 5/22）7. 組み合わせ回路の設計（ 5/29）8. 組み合わせ回路設計演習，単元テスト（ 6/5）

授業計画（２）

9. フリップフロップ（ 6/12）10.順序回路の設計１（ 6/19）11.順序回路の設計２（ 6/26）12.順序回路の設計演習，グループ演習（ 7/3）13.コンピュータと論理回路１（ 7/10）14.コンピュータと論理回路２（ 7/17）15.コンピュータと論理回路３（ 7/24）　　定期試験（ 7/31）

教科書について 講義中教科書を参照することがありますので，購入しておいてください．– 論理回路の基礎（改訂版），田丸啓吉著，工学図書，

2,200円

参考書について 入門向け

– 松下俊介，「基礎からわかる論理回路」，森北出版– 速水治夫，「基礎から学べる論理回路第 2版」，森北出版

– 浜辺隆二，「論理回路入門第 2版」，森北出版– 角山正博・中島繁雄，「ディジタル回路の基礎」，森北出版

やや上級向け– 肥川宏臣，「ディジタル電子回路」，朝倉書店– 原田豊，「論理回路と計算機ハードウェア」，丸善– 柴山潔，「論理回路とその設計」，近代科学社

教科書と同レベルかちょっとだけ上級向け– 髙木直史，「論理回路」，オーム社– 浅川毅，「論理回路の設計」，コロナ社

成績評価 単元テスト 20％

– 単元テストは 40分～ 60分程度の試験時間– 単元テストの回数は 2回（１０点満点 ×２回）– 単元テストの結果に不安がある者は，次回講義開始時までにレポートとして解答を提出すれば，８０点を限度として単元テスト得点とみなします

– 単元テスト レポートは所定の表紙をつけること･ グループ演習 10%

– グループ課題１回（１０点満点 ×１回）– 自宅で解いてきた課題をグループ毎に確認，提出

定期試験は授業で扱った全範囲を対象– ７０点満点

出欠の確認について 授業時間中に確認の用紙をまわしますので，自筆

サインを書き入れること． サインに疑義がある場合，改めて口頭で確認することがあります．

用紙を持ってくるのを忘れたら，口頭での確認にすることもあります．

演習，レポート，定期試験について 演習

– 講義中の演習で解答した者には加点があります． レポート

– 各単元テストについて自主的に出すもの以外は，今のところ考えていません．

– 単元テスト結果があまりに悪いようだと，追加のレポートを課すこともあります．

– レポートの提出期限は単元テスト翌週の講義開始時（チャイムが鳴り終わるまで）とします．

定期試験– 講義を４回以上休んだものは，定期試験の受講資格を失います．

– 上記は３回までは休んでよい，との意味ではありません

レポート問題の配布について 授業で使ったスライド，単元テスト問題は以下の

URLで配布します．http://w1.cs.miyazaki-u.ac.jp/users/yamamori/

から“講義情報”へ．– “講義情報”は学内からのアクセスのみ許可します．

レポート用表紙も上記ウェブページにて配付します．

ウェブでの配布は基本的に PDF 形式で行います．

再試験について 原則として再試験は行いません．

– レポートなどで十分補充可能と考えています． 万が一行う場合でも，以下の学生は対象としませ

ん– ２回以上欠席がある– 単元テストの平均点が一定値以下

オフィスアワーについて 木曜１６時３０分から１７時３０分がオフィスア

ワー– オフィスアワーとは，教員がその時間に居室にいることを保障する時間です．

– 出張等で不在の場合は，なるべく事前に連絡します． 授業内容に関する質問だけでなく，大学生活や進路などに関する相談でも OKですので活用してください．– 不在の場合はドアにホワイトボードがありますので，

来訪の意図と連絡先を書いておいてくれればコンタクトします．

予習復習について 授業と単位の関係

– 1単位＝ 45時間の学習に相当する内容– 一般の講義（ 2単位）は 90時間の勉強– 講義の 1コマは 2時間に相当する

2時間 ×15 週＝ 30時間にしかならない 予習・復習に使うべき時間

– トータルで 90 － 30 ＝ 60時間，週 4時間！– マジにやれるとは思ってないが，家でも 1時間位は予習復習に当ててください．

本日の講義内容 アナログとディジタルの違い

– アナログとは？– ディジタルとは？

2 進数値と論理値の違い なぜコンピュータはディジタルなのか？

– アナログコンピュータは存在するか？

アナログ（ analog） 連続した値を扱う

– 連続関数で微分可能な関数系で表現できる 滑らかに変化して，コキッと折れ曲がったり，途中で飛んだりせずに表せるデータ

代表的なアナログ信号– レコードに刻まれた音楽– AM/FM ラジオの電波– ギターやピアノなど楽器の音– 人間の音声

ディジタル（ digital） とびとびの値を扱う→離散値，という

– グラフがカクカクしたり，途中で途切れたりする とびとびの値はどこにある？

– アナログ信号を一定間隔でサンプリング

論理と論理値 論理とは？

– 対になる 2つの値（ 2 値）で示される情報 論理がとる値を論理値と呼ぶ

– コンピュータの世界では０と１か， F（ False）と T（ True）が多い

論理の単位はビットであり， 1つの論理は 1ビットで表される

論理値と 2 進数値の違い 類似点

– ともに 2 進数一桁を単位としている– ともに単位をビットとしている

相違点– 論理値は各桁が独立した意味をもたせることが可能– ２進数値は全桁セットで意味を持つ– 論理値は論理演算， 2 進数値は算術演算

論理演算と算術演算は後の講義で扱います

ディジタルコンピュータとアナログ情報

論理回路の膨大な組合せ– 現在のディジタルコンピュータ

世の中にある一般の情報– アナログ情報が多い→変換が行われる

A/D D/Aanalog analogdigitaldigital

digital digital

コンピュータ＝ディジタル？ 現在のコンピュータは論理（ディジタル）回路から構成されている– 全ての演算，処理は論理演算として処理されている

論理回路ではない，アナログ回路（増幅回路など）を使ったコンピュータはありえるか？

本日のまとめ1. 授業計画等について2. アナログとディジタル

• 連続量と不連続量を扱う• 論理値と 2 進数値の違い

3. 論理回路とディジタルコンピュータ• ディジタル回路を用いたコンピュータ

4. 次回の予定論理数学の基礎