Class#2001 Introduction to Information Science and Engineering
Haizoku Eduport Syllabus Video Submit report Edusys Scoresheet Scoring Submit score

Objectives We learn, from a higher viewpoint, how the world's state-of-the-art technologies are making progress or integrating in information science and engineering, and what new scientific technologies are expected to emerge, etc.
コンピュータシステムにおいてプログラムが動作する仕組みに関連する基本構成要素について理解を深める。対象とする基本構成要素は、ハードウェア、オペレーティングシステム、プログラミング言語、データ構造、アルゴリズムである。履修の結果、プログラムは、単に動けばよいのではなく、機能的には同一のプログラムであっても、利用環境やスキルによって、プログラミングの容易さ、移植性、脆弱性、所要メモリ量、実行時間、消費電力、効率(電力あたり性能)などの評価指標が大きく変動することが理解できるようになる。また制約条件に応じて様々な最適化を行う余地が存在することを理解できるようになる。
Activities We teach students so that they master the higher viewpoint concerning information sicence and engineering as above and thereby obtain material for considering what should be chosen from 7 educational programs.
この講義では、ハードウェア(演算、記憶、性能指標)、オペレーティングシステム(仮想化、プロセス、I/O)、プログラミング言語(手続き型、オブジェクト指向)、データ構造(配列、リスト、木構造、グラフ)、アルゴリズムと計算量(整列)、グラフアルゴリズム(探索)について扱う。
Textbook Computer Architecture A Quantitative Approach 6th Ed. ISBN:978-0128119068
Introduction to Algorithms (Third Edition) ISBN:978-0262033848
Python Tutorial(https://docs.python.org/3/tutorial/)
OHM大学テキスト コンピュータアーキテクチャ ISBN:978-4-274-21253-6(電子版ここ)
アルゴリズムイントロダクション第3版総合版 ISBN:978-4-7649-0408-8
Pythonチュートリアル(https://docs.python.org/ja/3/tutorial/)
Prerequisites None
Grading Minitest(12.5pt*8=100pt)
Office hour None (make an appointment by e-mail)

No. CE-CAO2016 Standard JPN textbook Title Download Description
1 CE-CAO-01
CE-CAO-0301
CE-CAO-0303
CE-CAO-0702
Chap.3,6,7 Basic structure of commercial computers and programming Eng script report Mechanism how programs are executed on computers, buffer overflow attack, and the importance of cache memory
プログラムが動く仕組み,スタックの脆弱性,キャッシュメモリの重要性を理解する.
2 CE-CAO-04
CE-CAO-2001
CE-CAO-0502
Chap.5,7 New principles of emerging power efficient computing platforms Eng script report Metrics, comparison of new principles, and the precision of floating-point operations
性能指標,今後重要になる省エネコンピュータの選択肢,浮動小数点演算精度
3-8 The rest of the lectures Visit Syllabus in NAIST
Incl. CE-CAO-01 Chap.3 Basic structure of computers and programming Eng Jpn How do computers execute programs?
プログラムが動くとは,そもそもどういう仕掛けなのか
Incl. CE-CAO-0301 Chap.3 Programing language and instruction sets Jpn Instruction set architecture
命令セットアーキテクチャとは
自習 CE-CAO-0302 Chap.5 High-performance media processing and VLIW Eng Jpn How can we use multimedia instructions?
マルチメディア命令はどう使うのか
Incl. CE-CAO-0303 Chap.6 Memory-space, stack and buffer overflow Eng Jpn Why your computers are easily hacked?
コンピュータがやられる仕組み
Incl. CE-CAO-04 Chap.7 Performance evaluation Eng Jpn What is Energy-Delay-Product(EDP)?
電力遅延積(EDP)という評価尺度
自習 CE-CAO-0501 Chap.1 Expression of information Jpn Circuit
回路の話
Incl. CE-CAO-0502 Chap.5 Floating-point operations Eng Jpn Do you know pitfalls in floating-point operations?
浮動小数点演算の落し穴を知っていますか
自習 CE-CAO-0701 Chap.2 Memory Jpn Circuit
回路の話
Incl. CE-CAO-0702 Chap.7 Cache memory and execution speed of programs Eng Jpn Why your programs run so slow?
あなたのプログラムは,なぜそんなに遅いのか
自習 CE-CAO-0703 Chap.12 Memory hierarchy and virtualization Jpn Memory
記憶階層と仮想化
自習 CE-CAO-08 Chap.13 I/O device and interruption Jpn OS
自習 CE-CAO-09 Chap.10 I/O device and file system Jpn OS
自習 APDX01 -- Boolean algebra and basic logic circuits Jpn Circuit
自習 APDX02 -- Sequential logic circuit Jpn Circuit
自習 APDX03 Chap.11 Process control and inter-process communication Jpn OS
自習 APDX04 Chap.11 Deadlock and avoidance Jpn OS
自習 APDX05 Chap.14 Structure of virtual machines Jpn The magic of virtual machines: why many OS can run on single hardware?
たくさんのOSが走る仮想計算機の不思議

Class#4092 Commercial Based High Performance Computing Platforms
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Objectives Now, semiconductor miniaturization has been stopped. It is difficult to expect further performance improvements and power efficiency on CPUs / GPUs that "simulate" programming languages with machine language instructions. You can learn promising high-speed technologies and low-power technologies while learning conventional high-speed technologies. Not only students who want to become hardware engineers / researchers, but also students who want to become software engineer / researcher aiming at higher performance and low power computing infrastructures can study program execution methods from various view points.
半導体微細化が止まった今,プログラミング言語を機械語命令により「シミュレート」するCPU/GPUには,さらなる性能向上や省電力化を期待することは難しい.従来の高速化技術を学びつつ,今後有望な高速化技術や低電力化技術について学ぶ.ハードウェア技術者/研究者になりたい学生に限らず,ソフトウェア技術者/研究者としてより高性能かつ社会実装可能な低電力計算基盤を必要とする学生が、様々な角度からプログラム実行方式を検討できるようになることを目的とする.
Activities The knowledge on ILP(Instruction Level Parallelism), DLP(Data Level Parallelism), RECONF(FPGA and CGRA) TLP(Thread Level Parallelism), approximate computing units(Analog Calculation Unit, Stochastic Computing Unit), and Implementation on Machine Learning are provided step by step.
ILP(スーパスカラ,VLIW), DLP(ベクトル演算機構,GPU), リコンフ(FPGA, CGRA), TLP(共有メモリ,分散メモリ), approximate computing units(Analog Calculation Unit, Stochastic Computing Unit), 機械学習向け実装方法について順に学ぶ。
Textbook Computer Architecture A Quantitative Approach ISBN:978-0128119051
Computer Organization and Design ISBN:978-0-12-407726-3
Embedded Computing A VLIW Approach to Architecture, Compilers, and Tools ISBN1-55860-766-8
Design for Embedded Image Processing on FPGAs ISBN: 9780470828496
OHM大学テキスト コンピュータアーキテクチャ ISBN:978-4-274-21253-6(電子版ここ)
Prerequisites None
Grading Minitest(12.5pt*8=100pt)
Office hour None (make an appointment by e-mail)

No. CE-CAO2016 Standard JPN textbook Title Download Description
1 CE-CAO-0602
CE-CAO-0604 ILP Nakashima
Chap.4,8 Pipeline, Superscalar and VLIW Eng report Computrers have tradeoffs between compatibility and complexity.
互換性と複雑さはトレードオフの関係にある
2 CE-CAO-1001 DLP Nakashima Chap.9 Vector accelerator and GPU Eng report How can we get ultimate performance in large-scale computations?
さらに並列度を向上させる大規模計算の仕組み
3 CE-CAO-1002
CE-CAO-1003 RECONF Nakashima
Chap.9 Reconfigurable Architecture FPGA and CGRA Eng report How can we manage huge number of calclation?
大量の演算器を制御する方法とは
4 CE-CAO-11 TLP Nakashima Chap.15 Multicores and Distributed memory system Eng report The pros and cons of distributed-memory systems and shared-memory systems
主記憶共有型と分散型の長所と短所
5 CE-CAO-0601 ALU and Models Zhang Chap.2 High Performance ALU and Models Eng Jpn report Circuit
高性能演算器
6 CE-CAO-2005 ACU Zhang -- Analog Implementation Eng report What is analog computing?
アナログ計算とは
7 CE-CAO-2006 SCU Zhang -- Stochastic Implementation Eng report What is stochastic computing?
Stochastic Computingとは
8 CE-CAO-2007 ML Zhang -- Neuromorphic Computation and Machine Learning Eng report How to implement for ML
機械学習向け実装
自習 CE-CAO-02 -- Simulation and emulation Eng report How can we validate architecture?
アーキテクチャの妥当性はどのように検証するのか
Incl. CE-CAO-0602 Chap.4 The basics of pipelined execution Eng report Why computers can execute instructions every cycle?
機械語命令はどうすれば毎サイクル実行できるのか
自習 CE-CAO-0603 Chap.7 Prediction and speculation Eng report Computations can be predicted and then speculated.
計算は予測できる.予測できれば投機できる
Incl. CE-CAO-0604 Chap.8 Superscalar and VLIW Eng report Computrers have tradeoffs between compatibility and complexity.
互換性と複雑さはトレードオフの関係にある
Incl. CE-CAO-1002 -- FPGA Eng report How can we manage huge number of calclation?
大量の演算器を制御する方法とは
Incl. CE-CAO-1003 Chap.9 CGRA Eng report CGRA Applications
CGRAアプリケーション
発展 APDX06 -- Region-reuse and speculation Jpn Advanced speculation
発展 APDX07 -- High performance JAVA-VM Jpn Advanced speculation
発展 APDX08 -- Tiny emulation Jpn New material CPU

Class#5001 PBL A1-1 Digital Accelerators by Nakashima

Title AI acceleration by 3'rd generation CGRA
CGRAの基礎と高性能化,AI学習および汎用計算への応用 -狭メモリバンド幅でも高性能を出す知恵と開発事例-
Activities The students can get the practical knowledge of 3'rd generarion CGRA related to the lecture "High-performance computing platforms".
講義「高性能計算基盤」で取り上げる次世代計算基盤「第3世代シストリックアレイ」 の実機を使用して,機械学習を含む高効率計算基盤の実際を体験し,理解を深める.
Tools Textbook
IMAX2 … 3'rd generation CGRA (256 core 10240 parallel instructions)
SSIM … AI program on CGRA
misc. … String search, lightfield image processing, and so on.
Limitation Only for students who finished "High-performance computing platforms".
高性能計算基盤単位取得者のみ受け入れる

Class#5002 PBL A1-2 FPGAによる画像処理(video0/bktr0からの入力とGP600M/GP5V330による画像処理)

Title Ultra speed image processing by large scale FPGAs.
大規模FPGAを使った毎秒600コマ画像処理 (7月)
Activities The students can get the practical knowledge of CAMERA+FPGA system related to the lecture "High-performance computing platforms".
講義「高性能計算基盤」で取り上げる計算基盤「FPGA」を使用して,高速画像処理の 実際を体験し,理解を深める.
Tools Textbook
GP5V330MF … PCI-e FPGA system (Virtex5)
stereo2 … Stereo camera + frontend + FPGA control software
Limitation Only for students who finished "High-performance computing platforms".
高性能計算基盤単位取得者のみ受け入れる.

Class#5003 PBL A1-3 Neuromorphic Accelerators by Zhang

Title Design and Evaluation of Neuromorphic Approximate Computing Units
ニューロモーフィック計算回路の設計と評価
Activities This project aims at developing novel computing architectures on the basis of single-wire-driving data representations and hardware implementation
本課題では、一本のデータ線で多くの情報を表現する近似計算方式をハードウェアにより実装探索する。
Tools HSPICE, C++, necessary technology libraries
Limitation Only for students who finished "High-performance computing platforms".
高性能計算基盤単位取得者のみ受け入れる

昔の講義

Class#5000 PBL A1-0 アーキテクチャ策定法・シミュレータ設計法

2.1 アーキテクチャとシミュレータとOS
並列分散の技術史
シミュレータの役目
アーキテクチャ階層の役目
「CPUでやりたいことをできるにかえる基本の12章オンライン版
VPPシミュレータ(proj-vpp/src/tim-*.tgz)
SPARC-V9-MICシミュレータ(proj-sap/src/ssim9-20131118.tgz)

2.2 C言語による命令レベルシミュレータ(EMIN)
JVMシミュレータ(proj-jvm/src/kaffe-1.0b4.tgz)
IBM370/SPARCエミュレータ(proj-rm/src/msim{8,9}.tgz)
SPARC-V8区間再利用シミュレータ(proj-camp/src/hsim-20081010.tgz)
SH2シミュレータ(proj-sh2/src/ssim-20100620.tgz)
ARM/EMINエミュレータ+OS(proj-emin/src/asim+fsim+femu)
ARM/EMIINエミュレータ+OS(proj-emin/src/asim+tsim+temu)

2.3 C言語によるレジスタトランスファレベルシミュレータ(EMAX)
ARMシミュレータ+OS(proj-arm/src/osim-20080430-armonly.tgz)
ARM+VLIWシミュレータ+OS(proj-frv/src/osim-20080909.tgz)
VLIWアレイシミュレータ(proj-lap/src/nsim-20110701-gp5v.tgz)
高信頼VLIWアレイシミュレータ(proj-lap/src/esim-20110711-gp6v+erela.tgz)
EMAX2/Intel仕様(proj-emax/doc/emax2/emax2.pdf)
EMAX2/Intelシミュレータ(proj-emax/src/xsim)
EMAX2/ARM32,EMAX4/ARM32,EMAX5/ARM64仕様(proj-arm32/doc/emax4/emax4.pdf)
EMAX2/ARM32シミュレータ(proj-arm32/src/asim)
並列EMAX4/ARM32シミュレータ(proj-arm32/src/bsim)
並列EMAX5/ARM64シミュレータ(proj-arm64/src/bsim)

2.4 FPGAとPCI-HOST連携(HOST⇒FPGA内REG一括転送,処理結果⇒HOST一括転送)
GP600Mマニュアル
GP600M仕様

2.5 FPGAとPCI-HOST連携(キャッシュミスを契機として,FPGA⇒HOST,HOST⇒FPGAキャッシュフィル)
(再掲)ARM+VLIWシミュレータ+OS(proj-frv/src/osim-20080909.tgz)
(再掲)VLIWアレイシミュレータ(proj-lap/src/nsim-20110701-gp5v.tgz)
(再掲)高信頼VLIWアレイシミュレータ(proj-lap/src/esim-20110711-gp6v+erela.tgz)

2.6 FPGAとPCI-HOST連携(FPGA上SSRAMをmmapによりHOSTにマップ,SSRAM参照が基本動作)
(再掲)ARM/EMINエミュレータ+OS(proj-emin/src/asim+fsim+femu)

2.7 FPGAとPCI-HOST連携(ユーザプログラムによるHOST⇒FPGA内DDR3,処理結果⇒HOST書き戻し)
(再掲)EMAX2/Intelシミュレータ(proj-emax/src/xsim)

2.8 FPGAとPCI-HOST連携(FPGA上DDR3をmmapによりHOSTにマップ,DDR3参照が基本動作)
(再掲)EMAX2/ARM32シミュレータ(proj-arm32/src/asim)
(再掲)並列EMAX4/ARM32シミュレータ(proj-arm32/src/bsim)
(再掲)並列EMAX5/ARM64シミュレータ(proj-arm64/src/bsim)

Class#5004 PBL A1-4 CPU設計とプログラム走行

Class#5006 PBL A1-5.1 STARC実習1 eXCiteを用いた画像アルゴリズム実習(高位合成)

Class#5007 PBL A1-5.2 STARC実習2 制御アルゴリズムから組込みソフトウェア実装までの体験(ロボット制御)

Class#0001 SSH高校生向けCPUの歴史とプログラミング演習 SUBMIT REPORT SCORING

PDF
1XEONの歴史
2パソコン解体新書
3図形表示(直線,矩形,直線と矩形,花火)
4グラフ解析(固定表示,ランダムな動き,引力と斥力によるシミュレーション,トライアングルカウンティング/CAM)
5ライトフィールド画像処理(原画表示,レンダリング,疑似動画)

Class#0002 情報処理入門 SUBMIT REPORT SCORING

Objectives 情報の取り扱い、ネットワークの仕組み、ソフトウェアとハードウェアの仕組みなど、情報処理に関する代表的な話題を網羅的に概観する。情報機器を用いる演習は行わない。なお、以下を履修予定の場合、本講義は1回生での履修を推奨する。
Textbook 「大学生の新教養科目情報社会とコンピュータ」昭晃堂
Prerequisites None
Grading Minitest(12.5pt*8=100pt)
Office hour None (make an appointment by e-mail)

PDF TextDescription
1 導入 3章 教育における情報化の流れ
2社会のディジタル化と情報倫理1-2章 インターネットにおける諸問題
3ネットワークアーキテクチャ 13章 インターネットの仕組み
4通信ネットワーク 13章 通信の仕組み
5圧縮,エラー訂正,暗号 7,14章 通信量削減や信頼性・機密性向上の仕組み
6情報の表現 8章 情報をコンピュータに伝えるには
7データ構造とアルゴリズム 9章 情報処理をコンピュータにさせるには
8プログラムとソフトウェア 10,12章 オペレーティングシステムの仕組み
9アーキテクチャ 11章 CPUの動作原理と高性能化の歴史
10エミュレーション 11章発展異機種用ソフトウェアが何故動くのか
11スーパーコンピュータ 11章発展並列ベクトル型スーパーコンピュータとは何か
12論理設計 11章発展回路素子はどのように計算するのか
13メモリ技術 11章発展回路素子はどのように記憶するのか

Class#0003 基礎情報処理論A(前期UNIX編) SUBMIT REPORT SCORING

Textbook 「UNIXでやりたいことをできるにかえる基本の12章」メディアテック
Prerequisites None
Grading Minitest(12.5pt*8=100pt)
Office hour None (make an appointment by e-mail)

PDF TextData
1 導入
2Windowsの基本操作とメール 0章
3UNIXの基本操作とメール 1章課題に必要なファイル(data01)
4X/プロセス/システム 2章
5ファイルシステム 3章
6標準入出力/パイプ/フィルタ 4章
7ファイル編集/版数管理/印刷 5章
8スクリプト 6章
9ファイル検索/ソート/比較 7章課題に必要なファイル(data07)
10アーカイブ/圧縮/エンコード 8章課題に必要なファイル(data08)
11グラフ作成/作図 9章課題に必要なファイル(data09)
12文書作成 10章課題に必要なファイル(data10)
13プレゼンテーション 11章課題に必要なファイル(data11)

Class#0004 基礎情報処理論B(後期C言語編) SUBMIT REPORT SCORING

Textbook 「C言語でやりたいことをできるにかえる基本の12章」メディアテック
Prerequisites None
Grading Minitest(12.5pt*8=100pt)
Office hour None (make an appointment by e-mail)

PDF TextData
1 導入
2プログラムによる問題解決 0章
3最大/最小/平均 1章課題に必要なファイル(data13)
4日付/曜日計算(Fairfield公式) 2章課題に必要なファイル(data14)
5整列と計算量(バブルソートとクイックソート) 3章課題に必要なファイル(data15)
6二次方程式と演算精度 4章課題に必要なファイル(data16)
7連立一次方程式(Gauss消去法) 5章課題に必要なファイル(data17)
8積分(数値積分,Monte Carlo法) 6章課題に必要なファイル(data18)
9待ち行列シミュレーション 7章課題に必要なファイル(data19)
10回帰分析(最小自乗法) 8章課題に必要なファイル(data20)
11時系列分析(移動平均法) 9章課題に必要なファイル(data21)
12最短経路探索(Dijkstra法) 10章課題に必要なファイル(data22)
13最大流問題(多層ネットワークとKarzanov法) 11章課題に必要なファイル(data23)

Class#0005 データベース構築論1 SUBMIT REPORT SCORING

Textbook 「情報の表現」岩波講座マルチメディア情報学3
Prerequisites None
Grading Minitest(12.5pt*8=100pt)
Office hour None (make an appointment by e-mail)

PDF
1 導入
2データベースの現状
3データベースとは
4データ型(数値・文字・エンディアン・文字コード)
5データ構造(配列・つなぎ・抽象データ型・木・ハッシュ)
6データモデルとデータ設計(三層スキーマ・第一正規形・関数従属・キー・第三正規形)
7データ設計(一貫性・更新変則性・多値従属性・第四正規形)
8SQL
9演習の準備 ★ユーザ登録
10演習の準備
11PostgreSQL(基本)
12PostgreSQL(発展) ★レポート課題

Class#0006 データベース構築論2 SUBMIT REPORT SCORING

Textbook 「Perlで作るCGI入門(基礎編/応用編)」ソフトバンク
「Namazuシステムの構築と活用」ソフトバンク
Prerequisites None
Grading Minitest(12.5pt*8=100pt)
Office hour None (make an appointment by e-mail)

PDF
1 導入
2WEBの仕組み(httpd,index.shtml)
3BASIC認証(.htaccess,htpasswd)
4CGI,SSI,FORM
5PERL
6WEB-Perl-PostgreSQLの連携
7メーリングリストの仕組み(majordomo,sequencer2)
8メールの一覧表示と検索
9画像ファイルのデータベース化
10全文検索の高速化(Namazu)
11メールと検索可PDF/WORDを使った文書HP