シラバス
情報デバイス技術（前期2単位）
教授 松井 俊浩
１．授業のねらい
セキュリティ問題はコンピュータで発生するのであるから、コンピュータを中心とする情報デバイス要素の動作原理、特性、プログラミング、内包する脆弱性を学ぶことは、セキュリティの学修にとって重要である。情報デバイスを構成する要素として、論理素子、コンピュータ、マイクロプロセッサ、メモリ、ネットワーク機器、そしてそれらが一体となった組込デバイスについて論ずる。情報デバイスの開発をARMマイコンとmbed開発環境を用いたハンズオン演習で体験する。
２．到達目標
・コンピュータアーキテクチャの発達の過程を理解し、さまざまなコンピュータアーキテクチャの特徴がわかる
・コンピュータの性能を決める要素や高性能化の手法を理解する
・デバイスが内包するセキュリティ脆弱性を認識する
・IoTに向けて簡単な組込デバイス開発が行える
３．授業計画と開講形態
第2回から第11回までは、オンライン遠隔授業とする。緊急事態あるいはそれに近い状況でなければ、第1回、第12回から第15回までの5回は、教室での授業および演習とする。授業に関する情報、また授業で用いるPDF教材は、学生情報サービスのほか、Google Classroom (クラスコード= 54xwkrs) において提供する。Google Classroomは、出席簿や小テストにも使用する
- 教室 組み合わせ論理回路 加算器、算術論理演算器
- 遠隔 順序回路 フリップフロップ、スイッチング素子、LSI
- 遠隔 コンピュータ１ ストアドプログラム方式、メインフレーム
- 遠隔 コンピュータ２ ミニコン、マイクロプログラム方式
- 遠隔 マイクロプロセッサ1 4－64ビットMPUの発達
- 遠隔 マイクロプロセッサ2 命令セットアーキテクチャ、スタックマシン、ハードウェアセキュリティ
- 遠隔 メモリ１ SRAM、DRAM、ランダム・逐次アクセス、メモリ階層、不揮発メモリ
- 遠隔 メモリ２ キャッシュメモリ、仮想メモリ、MMU
- 遠隔 高性能プロセッサ1 命令パイプライン、遅延分岐、分岐予測
- 遠隔 高性能プロセッサ2 SPECTRE脆弱性、SIMD並列、スレッド並列
- 遠隔 PCと周辺デバイス x86-x64, チップセット、GPU、SSD、UEFI
- 教室 組込み(IoT)デバイス ARM, mbed, RTOS, デバイスドライバ
- 教室 組込みデバイス センサーとシリアル接続(演習1)
- 教室 組込みデバイス I2Cインタフェース、Wi-Fi（演習2）
- 教室 ネットワークデバイス
４．教科書
学生情報サービスおよびGoogle Classroom に掲載する本授業教材PDFを各自で予復習に用いること。オンライン授業については、授業ビデオを受講生の復習用に提供することがある｡
５．参考書
- David A. Patterson and John L. Hennessy: Computer Organization & Design: The Hardware/Software Interface (Morgan Kaufmann Series in Computer Architecture and Design) , Paperback, Morgan Kaufmann、Fifth Edition、2013．
- 加藤直樹、「数理計画法（コンピュータサイエンス教科書シリーズ19）」、コロナ社、2007.
- 成田光影（翻訳）、コンピュータの構成と設計 ハードウエアとソフトウエアのインタフェース 第5版（上）（下）、日経BP社、 2014年
- 阪田 史郎, 高田 広章 (編著)、情報処理学会(編集): 組込みシステム IT Text、オーム社、2006年
- 桑野 雅彦、中森 章 、ARMマイコンCortex-M教科書、CQ出版社、2016.
- 勝純一、mbed電子工作レシピ、翔泳社、2016年
６．関連科目
本科目は､コンピュータ科学の基礎科目であり､特に情報システム構成論、オペレーティングシステム、プログラミング、実践的IoTセキュリティなどの科目の基礎となる｡
７．成績評価の方法と基準
各授業の内容について、次回授業のGoogle Classroom上で、5分間の選択式約10問の小テストを課す。その合計点で成績をA, B, C, D に評価する。
８．その他
組み込みデバイス演習環境
・本授業の後半で行う２回の演習では、受講生のWindows PCをWiFiネットワークに接続し、本学が貸し出す開発デバイスをUSBポートに接続して使用する。受講生は、WiFiネットワークとUSBポートを備えたWindows PCを準備すること。事務局で借りることができる。
・演習でのプログラムのコンパイルには、ARM社のmbed を使用する。受講生は、演習授業までにhttps://www.mbed.com/ にアカウント登録し、教員が提供するiisecチームに所属してプログラムを受け取る。方法については、授業の中で説明する。
・感染症の状況に応じて、演習をオンライン・遠隔で実施する場合、弁当箱サイズの演習キットを貸し出すので、自宅等に持ち帰り、各自のPCに接続して使用する。