2025年度 コンピュータのアーキテクチャと構成 (木 3)



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授業  (2025年度)  

(全体の予定。変更があれば、修正します)

話題 配布資料 例題/実習/作業 キーワード
(1)
4/10
1. ブート (立ち上げよう)
2. ソフトウェア/ハードウェア
     OSとアプリケーション
3. ハードウェア
     パーツを見よう
4. コンピュータの5大装置
5. 制御と情報の流れ

1. 電卓とコンピュータ

2. 2進数の表現

3. アーキテクチャ

4. まとめと作業用
 (読む資料ではありません)


プログラムを(高速に
間違いなく)実行
(プログラム内蔵方式)

ビット、ブール代数
(情報の表現と演算)

構成、機能の階層構造
(上下、層(レイヤー))

(2)
4/17
1. PC探検
  (3つのドライブ、性能表示)
(2020年はスキップ)



 r進数 (基数と重み)とは
 (2進数で数える)


基数変換
(10進法の数 ⇔ 2/8/16進法の数)


C言語 例題0
基数変換のプログラム
 5. コンパイル (放送、スキップ)

 6. 補助単位



 7. 基数と重み

 8. 基数変換
PCでいろいろ
(2017)
ソースコード (ソースプログラム)
バイナリコード (実行可能プログラム)
コンパイル/コンパイラ


B (バイト) KB (キロバイト)
MB, GB, TB



10進数で納得

2/8/16進数の変換

8 : (0-7) (0-7)(000-111)
16: (0-15) (0-F) (0000-1111)

8進から2進 : ??? (3桁)
16進から2進: ???? (4桁)

ここまでは、2進数とは何かの理解

(3)
4/24
C言語 例題0104
(2進数で表現できない10進数)
(丸め誤差)

 r進数 (基数と重み)とは
 (2進数で数える)

基数変換
(10進法の数 ⇔ 2/8/16進法の数)
 9. 練習問題、あの試験から 2進数では、いくつ?
8,16進数では、いくつ?

10進数にすると、いくつ?

10進数で納得

2/8/16進数の変換

8 : (0-7) (0-7)(000-111)
16: (0-15) (0-F) (0000-1111)

8進から2進 : ??? (3桁)
16進から2進: ???? (4桁)

ここまでは、2進数とは何かの理解
(4)
5/8
負の整数の表現
加算の工夫

符号あり整数 - 2の補数
(コンピュータ内部で数を表現。その基礎となる考え方)

C言語 例題0101と0102
練習問題

 10. 2の補数
2の補数
(nビット表現)
ここからは、コンピュータ内部の表現
(2進数のうまい利用)

「反転してプラス1」とは
(5)
5/15
  • 基数変換
  • 2の補数
   小数点のある数の表現
  • 固定小数点数

C言語 例題
  • 0101
    (整数型 int のサイズ, 範囲を探ろう)
  • 0102
    (int 整数の内部表現を探ろう)
   C言語で確認
  • 0102で、負の数の表現を確認しよう。
(6)
5/22

小数点のある数の表現

固定小数点数
浮動小数点数

ある数を表現しよう
  • 基数変換
  • 正規化
  • 2の補数

2進数で、計算(四則演算)

計算 : 軽くて速い手続きの工夫
 11. 固定小数点形式
 12. 浮動小数点形式

 13. 文字
 14. 10進数

 15. 二進数を、筆算しよう
筆算に隠れている機械的な手続きに注目
 基数は2
浮動小数点表記 (-1)S×M×(2)E
S E M
符号、指数(2の補数)、仮数
(よくわかるC p.15)


ASCIIコード
(よくわかるC p.69)
文字を扱うプログラミングに必須 

C言語 例題集
  • 0105
    (char 英数文字の内部表現)
  • 0106
    (全角1文字のコード)
(7)
5/29
シフト演算

0201
(シフト演算のCプログラム)

0104
(0.1 丸め誤差)
 16. 固定小数点数の加減
  - 2の補数

 17.固定小数点数の掛け算
  - シフト演算
計算結果と操作結果 「計算の仕方」の基礎 入門
  • 固定小数点形式
  • 浮動小数点形式
  • 資格試験には、誤差の定義(国語問題)の出題あり
(8)
6/5

論理シフトと算術シフト

浮動小数点形式による加算と乗算

演算の誤差
「けた落ち」
「情報落ち」
 18. 浮動小数点数の演算と誤差


資料19裏の塗り絵
(9)
6/12
2進数と論理
(ビットの演算)

演算の層から、回路の層へ(下向き)
ビット演算を支える論理回路
 19. 論理演算(離散数学、資料2も)

 20.論理演算 問題集
(真理値表、式の変形、ベン図、どれでも利用)

 21. 論理演算と論理回路
 XORと「階段の電灯 離散数学の復習です

論理回路を論理演算として読む
論理回路(論理演算)が、様々な働き

典型的な練習問題になれること


   

2019年度まではUNIX キーワード
2019
年度
ChukyoBSD インストール (2019)
(みんなで、じたばたと、一斉作業)
  Virtual Boxに、Free BSD 仮想UNIXのインストール 
2019
年度
UNIX上のソフトウェア
TkGateで、論理回路実習 (2019)
 22.TkGateによるシミュレーション  tkgate 実習

file0.v
file1.v
file2.v
tkgate関係、解答確認
キーワード
  

(10)
6/19
演算の層から、回路の層へ(下向き)
ビット演算を支える論理回路

論理回路シミュレータ
Simcirjs (この講義向け)
使ってみよう!
 22. 論理回路 問題集

   Sim 最初の例
   XOR 回路
   
22の裏の実習

論理回路を論理演算として読む
論理回路(論理演算)が、様々な働き

典型的な練習問題になれること

基本ゲートによるXORは常識
  

(11)
6/26

半加算回路
全加算回路
 23.加算回路

  半加算回路 例
半加算器
全加算器

半加算電子回路実習
Simcirjsで確認しよう
(12)
7/3
組み合わせ回路と順序回路
回路の状態を読む
オートマトンとして見る
 24.SRフリップフロップ

  未完成なSR-FF
  SR-FF 例
入力がある/ないとき、どういう状態に(値を記憶) 課題あり、お忘れなく
  

(13)
7/10
「コンピュータの構成」から
「コンピュータはどう動くのか」

プログラム内蔵方式
命令サイクル

TD4インストール
 25A. 構成、メモリ、CPU
 25B. 命令サイクル
 25C. 確認と「情報処理]」

25Bを、追いかけられるように

TD4エミュレータをさわってみよう
(14)
7/17
命令サイクル、命令セット
機械語命令 と アドレス指定

TD4実習

メモリ、アドレス、ポインター
C言語で確認
メモリのアドレス情報を得るには
 26. 命令サイクルと構成
 27. 命令

 28. TD4 実習
速い処理には
(基礎編)

間接アドレス指定
TD4の構成
機械語プログラミング
実行の様子
(15)
7/24
命令サイクル
命令の表現
プログラム内蔵方式の特徴と欠点
  資料 26, 27は自習も

以上、15回   

7/31 試験 次は、アルゴリズムとデータ構造1
(2024) (2025年度の担当者未定)

夏休み明けは 例題集から
以下予定 キーワード
  

以下、予定