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新・標準プログラマーズライブラリRISC-Vで学ぶコンピュータアーキテクチャ完全入門

新・標準プログラマーズライブラリ RISC-Vで学ぶコンピュータアーキテクチャ 完全入門 [電子書籍版]
吉瀬 謙二

3,300(税込)

商品情報

商品説明

内容紹介

【コンピュータアーキテクチャがわかる!】


コンピュータアーキテクチャとは、より良いコンピュータの構成を模索し、設計し、実現するための方式です。学習には、重要概念の理解とハードウェアの設計、実装、そのシミュレーションによる動作確認と性能評価、また、FPGAなどにハードウェアを実装し、動作・検証・性能確認することが大切です。本書は、これらを通じてコンピュータアーキテクチャの本質を学ぶことを目指します。特に、オープンな命令セットアーキテクチャとして注目されているRISC-Vの採用、Verilog HDLによるハードウェアの記述、FPGAによるハードウェア動作まで、広い範囲を扱っている点が特徴です。


■こんな方におすすめ


・コンピュータアーキテクチャの初学者および再入門者

・コンピュータサイエンスをしっかり身につけたい学生の方

・RISC-Vの入門者


■目次


第1章 イントロダクション

  1-1 コンピュータの基本構成

  1-2 コンピュータの性能

  1-3 特定用途向け半導体とFPGA

第2章 ディジタル回路の基礎

  2-1 組み合わせ回路

  2-2 順序回路

  2-3 やわらかいハードウェアとしてのFPGA

第3章 ハードウェア記述言語Verilog HDL

  3-1 ANDゲートのモジュール記述

  3-2 記述したモジュールのインスタンス化とシミュレーション

  3-3 文字列を表示するシステムタスクdisplay

  3-4 ブロックの指定

  3-5 指定した時間が経過するまで待たせる命令#

  3-6 システムタスクfinishとtime

  3-7 不定値xとハイインピーダンスz

  3-8 複数本の信号線、数値の表現、default_nettype

  3-9 三項演算子とマルチプレクサ

  3-10 ビット選択

  3-11 ビットの連結と複製

  3-12 論理演算子と算術演算子

  3-13 関係演算子

  3-14 論理シフト、算術シフトの演算子

  3-15 リダクション演算子

  3-16 if文とcase文

  3-17 クロック信号とカウンタ回路

  3-18 シフトレジスタと波形ビューア

  3-19 一定の間隔で生じる動作の記述とdefine文

  3-20 ランダムアクセスメモリ(RAM)とinclude文

  3-21 いくつかの代入の違い

第4章 RISC-V命令セットアーキテクチャ

  4-1 RISC-V RV32I命令セットアーキテクチャの概要

  4-2 データ形式、負の整数の表現

  4-3 命令形式

  4-4 R形式の算術演算命令、論理演算命令、シフト命令

  4-5 I形式の算術演算命令、論理演算命令、シフト命令

  4-6 ロード命令、ストア命令、エンディアンと整列

  4-7 条件分岐命令とプログラムカウンタ

  4-8 lui、auipc、jal、jalr命令とその他の命令

第5章 単一サイクルのプロセッサ

  5-1 単一サイクルのプロセッサの設計方針

  5-2 最初の版のプロセッサを設計するための構成要素

  5-3 add命令を処理するx1のみの単一サイクルのプロセッサ

  5-4 add命令を処理する単一サイクルのプロセッサ

  5-5 addとaddi命令を処理する単一サイクルのプロセッサ

  5-6 add、addi、lw、sw命令を処理する単一サイクルのプロセッサ

  5-7 add、addi、lw、sw、bne命令を処理する単一サイクルのプロセッサ

  5-8 シミュレーションの工夫と例題

第6章 プロセッサの高性能化の手法

  6-1 回路の動作周波数とパイプライン処理

  6-2 パイプライン処理(2段)のプロセッサの設計と実装

  6-3 パイプライン処理(3段)のプロセッサの設計と実装

  6-4 パイプライン処理(4段)のプロセッサの設計と実装

  6-5 パイプライン処理のプロセッサと同期式メモリ

  6-6 パイプライン処理(5段)のプロセッサの設計と実装

  6-7 ここまでのプロセッサの性能

第7章 分岐予測

  7-1 分岐予測の枠組み

  7-2 分岐先バッファ

  7-3 分岐の成立/不成立の予測

  7-4 bimodal分岐予測

  7-5 gshare分岐予測

第8章 キャッシュメモリ

  8-1 メインメモリとキャッシュ

  8-2 容量が大きくて遅いメモリ

  8-3 プロセッサのストール

  8-4 ダイレクトマップ方式のキャッシュメモリ

  8-5 マルチワードのダイレクトマップ方式のキャッシュメモリ

  8-6 セットアソシアティブ方式のキャッシュメモリ

  8-7 データキャッシュ

第9章 FPGA評価ボードを利用した動作の確認

  9-1 ファイルの準備

  9-2 Vivadoで論理合成、配置・配線してFPGAで動作確認


■著者プロフィール


吉瀬 謙二:東京工業大学教授。アダプティブコンピューティング研究推進体の代表、ACRiブログの編集長を務める。コンピュータアーキテクチャとFPGAシステムの研究と教育に従事している。


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