計算機構成論 - 理学部 - 東京大学授業カタログ

計算機構成論

情報科学はコンピュータの上に成り立っており、高度な情報システムの実現には、コンピュータそのものの構成と動作原理を理解することが重要である。本講義では、マイクロプロセッサ（CPU）やメモリ等のハードウェア・回路の動作原理と、それらの機能をソフトウェア階層に提供するための命令セットアーキテクチャ等の抽象化技術を中心に、計算機アーキテクチャ（コンピュータアーキテクチャ）に関する知識と技術の習得を目的とする。

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授業計画

(1) コンピュータアーキテクチャ入門と性能評価指標: ハードウェアとソフトウェア、スループット、レイテンシ、消費電力、電力効率 (2) 命令セットアーキテクチャとプロセッサ基本構成: アセンブリ言語、機械語、レジスタファイル、演算器、データパス、シングルサイクルプロセッサ、マルチサイクルプロセッサ (3) パイプラインプロセッサ: パイプライン、ハザード、ストール、フォワーディング (4) メモリシステム1: キャッシュメモリ、ダイレクトマップキャッシュ (5) メモリシステム2: セットアソシアティブキャッシュ、キャッシュ置き換え、プリフェッチ (6) メモリシステム3: DRAM (7) 命令レベル並列処理: 命令レベル並列性、スーパースカラ、命令スケジューリング (8) 投機: 分岐予測、分岐先予測、プリフェッチ (9) 動的命令スケジューリング: インオーダーとアウトオブオーダー、アウトオブオーダー実行、レジスタリネーミング (10) 並列処理と静的命令スケジューリング: SIMD、VLIW (11) 並列アーキテクチャ: マルチスレッド、マルチコアアーキテクチャ (12) 仮想記憶と割り込み: アドレス変換、ページテーブル、タイマー、各種I/O、例外 (13) 先進アーキテクチャ: GPU、NPU、ドメイン特化アーキテクチャ