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TECH I シリーズ Vol.20 【シリーズ一覧へ】

RISCプロセッサの基礎から最新プロセッサのしくみまで

マイクロプロセッサ・アーキテクチャ入門

中森 章 著
B5判 352ページ
定価2,376円(税込)
JAN9784789833318

2004年4月1日発行

 

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■第2章(90K)

●本書掲載記事内容の訂正&補足説明


 PCに限らず,現在では身の回りのありとあらゆる電子機器にプロセッサが使われているといっても過言ではない.本書ではそのプロセッサに焦点をあて,動作のしくみについて詳しく解説している.パイプラインやスーパースカラの構造,キャッシュやMMUの動作,割り込みや例外,浮動小数点演算の方法,そしてVLIWやJavaプロセッサなど,プロセッサとそれに関連する事柄を詳しく解説している.
 本書は,教科書的なプロセッサ解説書ではなく,実際の各種アーキテクチャのプロセッサの構造を解説し比較しながら解説することで,より実務的で実践的なプロセッサ解説書となっている.


目次

     コンピュータの誕生からプロセッサの発展まで
Prologue マイクロプロセッサの歴史
 コラム バグの起源

   プロセッサの構成要素と動作の基本
第1章 プロセッサの基礎知識
 1 コンピュータができること
 2 MPUの構成要素
 3 命令コード,オペランド,アドレッシングモード
 コラム エンディアンの由来

   もっとも基本的なプロセッサ高速化技法
第2章 パイプライン処理の概念と実際
 ●パイプライン処理の概念
  1 パイプラインとは
  2 パイプラインの理論
  3 パイプラインを効率良く動かす各種の方法
 ●パイプライン処理の実際
  4 R3000のパイプライン
  5 SH-1/SH-2/SH-3,そしてSH-5
  6 ARM/StrongARM/XScale
  7 V800シリーズ
  8 R4000
  9 Topaz(24K)のパイプライン
 コラム ウェーブパイプライン

   1クロックで複数の命令を同時に実行する
第3章 並列処理の基本とスーパースカラ
 ●スーパースカラの基本
  1 CPIからIPCへ
  2 複数の命令を並列実行するスーパースカラの概念
  3 スーパースカラの実現
  4 スーパースカラの命令発行を効率的に行うための「レジスタリネーミング」
  5 分岐予測と投機実行
 ●スーパースカラの実際
  6 SH-4
  7 SH-X
  8 R10000
  9 PowerPC750
  10 Power4のパイプライン
  11 Pentium
  12 PentiumII
  13 Pentium4
  14 Pentium M
  15 Hammerのパイプライン
  16 Alpha21264
 コラム1 スーパースカラという名前の由来
 コラム2 VR4131のパイプライン

   キャッシュ構造の違いから,680x0/i486/R4000のキャッシュの動作まで
第4章 キャッシュのメカニズム
 1 キャッシュの内部構成
 2 キャッシュへのアクセス方式
 3 リプレースメント方式
 4 書き込み制御
 5 キャッシュを支える各種機能
 6 実際のプロセッサのキャッシュ構成
 コラム キャッシュのヒット率に関して

     システムオンチップ時代のデバッグ手法
Appendix 1 エミュレーション機能の基礎

   仮想記憶/メモリ保護機能を実現するために
第5章 MMUの基礎と実際
 1 仮想記憶とは
 2 アドレス変換
 3 TLB
 4 PTE(Page Table Entry)の実例
 5 メモリ保護
 6 MMUの実例
 コラム1 アドレス変換の効率化
 コラム2 セグメント方式

     携帯機器ではとくに重要な
Appendix 2 低消費電力技術の原理

   外的要因と内的要因,ハードウェア割り込みとソフトウェア割り込みの違いを理解する
第6章 割り込みと例外の概念とその違い
 1 MPUにおける割り込みと例外
 2 外部割り込みと例外の動作の概要
 3 割り込みと例外処理の実際
 コラム1 ソフトウェア割り込みとサブルーチンコール
 コラム2 割り込みとポーリング
 コラム3 割り込みとタスク切り替え

     クロック周波数の上限は何で決まるのか
Appendix 3 高速化技術の基礎

   マイクロプログラミング方式のCISCからVLIWの動作まで
第7章 マイクロプログラミングとVLIW
 1 マイクロプログラミングの概念
 2 VLIWの概念
 3 VLIWの実際(1)―Itanium
 4 VLIWの実際(2)―Crusoe
 コラム1 Itaniumに関する個人的感想
 コラム2 Crusoeに関する個人的感想


     誤り検出/訂正符号やシステムの多重化など
Appendix 4 高信頼性をサポートする機能

   処理性能を上げるための最後の切り札
第8章 マルチプロセッサの基礎
 1 マルチプロセッサの基礎
 2 マルチプロセッサのキャッシュ制御
 3 プロセス間の相互通信の方法
 4 マルチプロセッサの構造
 5 マルチプロセッサ結合の実際

     コンフィギュアラブルの手法と実プロセッサの構成
Appendix 5 コンフィギュアラブルプロセッサの概略
 1 コンフィギュアラブルプロセッサの分類
 2 コンフィギュアラブルプロセッサの実際―静的リコンフィギュアラブル
 3 コンフィギュアラブルプロセッサの実際―動的リコンフィギュアラブル

   浮動小数点演算を高速にこなすための
第9章 FPUのしくみ
 1 IEEE754とは
 2 浮動小数点演算命令の処理手順
 3 浮動小数点演算で発生する例外
 4 演算精度について
 5 浮動小数点演算処理の実際
 コラム 開平計算

     演算回路をいかに高速に処理するか
Appendix 6 高速演算器の実際

   Javaアプリケーションを高速に実行するための
第10章 Javaプロセッサの特徴と実際
 1 SunのJavaプロセッサ
 2 Javaアクセラレータ
 3 Javaプロセッサの今後

   CISCの反省からRISCへ,そしてRISCもまた複雑化し,その将来は……
第11章 命令セットアーキテクチャの変遷
 1 コンピュータアーキテクチャとは
 2 CISCの命令セット
 3 崩れた神話――RISCへ至る道
 4 誕生初期のRISC
 5 過渡期のRISC
 6 現在のRISC
 7 SIMD命令/暗号化処理命令
 8 MPUの今後
 コラム 現在におけるCISC命令セットの意義

   研究段階から実用化へ,そして現在残っているのは……
Epilogue RISCプロセッサ興亡史
 RISCプロセッサの興亡



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