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実践 コンピュータアーキテクチャ ―MIPSのアセンブリ言語とVHDL設計―

実践 コンピュータアーキテクチャ ―MIPSのアセンブリ言語とVHDL設計―

  • 著者仲野 巧
  • 定価3,080円 (本体2,800円+税)
  • 判型A5
  • 244頁
  • ISBN978-4-274-20849-2
  • 発売日2010/03/19
  • 発行元オーム社

アーキテクチャの実際的な設計を通して、コンピュータアーキテクチャが手にとるようにわかる!

本書は、大学・高専の学生、関連の初級技術者を主たる対象として、主要なアーキテクチャの一つであるMIPSを題材にとり、アーキテクチャの実際的な設計を通してコンピュータアーキテクチャを理解できる参考書。
第1章 コンピュータアーキテクチャとMIPSの構成,命令の動作
 1節 マイクロプロセッサの歴史と身近な組込みプロセッサ
  ◇コンピュータアーキテクチャ
  ◇4004からのマイコンの歴史
  ◇マイクロプロセッサの技術
  ◇CISCとRISCの方式
  ◇コンピュータの基本原理
  ◇メモリアーキテクチャ
  ◇代表的なマイクロプロセッサ
  ◇PIC,dsPICアーキテクチャ
  ◇ゲーム機のマイクロプロセッサ
  ◇ARM,MIPSアーキテクチャ
 2節 MIPSプロセッサのレジスタ構成と命令セット
  ◇MIPSプロセッサの構成
  ◇レジスタの構成
  ◇メモリのアドレス
  ◇メモリの階層構造
  ◇命令のタイプ
  ◇基本命令
  ◇命令セットRタイプ
  ◇命令セットIタイプ
  ◇命令セットJタイプ
  ◇その他のアセンブリ言語
 3節 MIPSの構成部品と代表的な命令の動作
  ◇MIPSの構成部品
  ◇1クロックの動作
  ◇ステージの処理
  ◇命令フェッチの処理
  ◇命令の動作(add)
  ◇命令の動作(addi)
  ◇命令の動作(lw)
  ◇命令の動作(sw)
  ◇命令の動作(beq, j)
  ◇制御信号
 4節 サブルーチンコールの原理とMIPS命令による実現
  ◇サブルーチンコール
  ◇サブルーチンの原理
  ◇サブルーチンの命令
  ◇サブルーチンの例
  ◇命令の動作(jal, jr)
  ◇制御信号(分岐関連)
  ◇レジスタの退避(スタック)
  ◇局所変数(フレーム)
  ◇サブルーチンの実行とメモリ
  ◇コンパイラの最適化
 5節 パイプライン処理の特徴と割込み処理の活用
  ◇パイプライン処理
  ◇ハザード(障害)
  ◇ストール,フラッシュ
  ◇フォワーディング
  ◇分岐予測
  ◇パイプライン処理の効果
  ◇割込みの処理
  ◇割込みの動作
  ◇マルチタスクの概念
  ◇マルチタスクの処理
 VHDLのまとめ①
第2章 MIPSシミュレータSPIMによるアセンブリ言語の活用
 1節 SPIMシミュレータとアセンブリ言語の基礎
  ◇SPIMの概要
  ◇SPIMの仕様
  ◇PCSpimの操作
  ◇PCSpimの画面
  ◇スタートアップ
  ◇main関数の引数
  ◇アセンブリ言語の規則
  ◇擬似命令(1)
  ◇基本命令の記述
  ◇レジスタの用途
 2節 アセンブリ言語によるアルゴリズム記述
  ◇加算処理
  ◇マクロ命令
  ◇変数とポインタ
  ◇変数とポインタの例
  ◇配列の合計
  ◇配列の合計の例
  ◇繰返しループ(for)
  ◇繰返しループ(for)の例
  ◇繰返しループ(while)
  ◇繰返しループ(while)の例
 3節 メモリの利用とサブルーチンの動作
  ◇メモリセグメント
  ◇サブルーチンの戻り番地
  ◇サブルーチンの引数
  ◇スタックポインタの例
  ◇フレームポインタの例
  ◇スタックフレームのまとめ
  ◇メモリのバイト順
  ◇エンディアンの例
  ◇追加命令一覧(1)
  ◇乗算・除算・転送命令
 4節 再帰呼出しと浮動小数点演算
  ◇再帰呼出し
  ◇階乗計算のメイン処理
  ◇階乗計算1
  ◇階乗計算2
  ◇追加命令一覧(2)
  ◇条件分岐命令
  ◇浮動小数点規格(IEEE754)
  ◇追加命令一覧(3)
  ◇浮動小数点(単精度)の例
  ◇浮動小数点(倍精度)の例
 5節 システムコールと例外処理,割込み処理
  ◇システムコール
  ◇擬似命令(2)
  ◇文字列の出力
  ◇整数の入出力
  ◇例外処理の種類
  ◇例外処理の例
  ◇割込み関連レジスタ
  ◇割込み処理の例
  ◇追加命令一覧(4)
  ◇アセンブリ言語の必要性
 VHDLのまとめ②
第3章 VHDLによるMIPSノンパイプラインの設計と命令の拡張
 1節 ハードウェア設計のためのVHDL記述と構造
  ◇ハードウェア設計
  ◇やわらかいハードウェア
  ◇ハードウェア記述言語
  ◇半加算器の記述例
  ◇VHDL記述(1)
  ◇VHDL記述(2)
  ◇階層構造設計(1)
  ◇階層構造設計(2)
  ◇テストベンチ(1)
  ◇テストベンチ(2)
 2節 コンピュータの構成部品とVHDLによる設計
  ◇コンピュータの構成
  ◇ALUの設計
  ◇セレクタの設計
  ◇レジスタの設計
  ◇メモリの設計
  ◇VHDLによる設計
  ◇データパス部
  ◇完全同期回路設計
  ◇制御部
  ◇制御回路
 3節 MIPSノンパイプラインの制御とマイクロプログラム制御信号
  ◇MIPSノンパイプライン設計
  ◇マイクロプログラム制御
  ◇命令の制御信号(R, I)
  ◇命令の制御信号(I, J, R)
  ◇IFステージの制御信号
  ◇IDステージの制御信号
  ◇EXステージの制御信号
  ◇MEMステージの制御信号
  ◇WBステージの制御信号
  ◇制御回路のVHDL設計
 4節 MIPSのIF部,ID部のVHDL設計
  ◇MIPSのVHDL設計
  ◇マイクロプログラムの制御信号
  ◇IF部の処理
  ◇IF部のVHDL設計(1)
  ◇IF部のVHDL設計(2)
  ◇IF部のVHDL設計(3)
  ◇ID部の処理
  ◇ID部のVHDL設計(1)
  ◇ID部のVHDL設計(2)
  ◇ID部のVHDL設計(3)
 5節 MIPSのEX部,MEM部,WB部のVHDL設計
  ◇EX部の処理
  ◇EX部のVHDL設計
  ◇MEM部の処理
  ◇MEM部のVHDL設計
  ◇WB部の処理
  ◇WB部のVHDL設計
  ◇テストプログラム
  ◇FPGAへの実装
  ◇実際の命令コード
  ◇命令の拡張
 VHDLのまとめ③
第4章 VHDLによるMIPSパイプラインの設計と高速化技術
 1節 MIPSパイプライン処理とハザード対策
  ◇MIPSパイプライン設計
  ◇パイプライン処理
  ◇パイプラインレジスタの構成
  ◇パイプラインレジスタの動作
  ◇パイプライン処理の例
  ◇パイプラインハザード
  ◇データハザードの例
  ◇データハザードの対策
  ◇制御ハザードの例
  ◇制御ハザードの対策
 2節 パイプラインレジスタとパイプライン処理
  ◇パイプラインレジスタの情報
  ◇IF部のパイプライン処理
  ◇ID部のパイプライン処理
  ◇IF/ID部のパイプライン仕様
  ◇EX部のパイプライ処理
  ◇EX部のパイプライン仕様
  ◇MEM部のパイプライン処理
  ◇MEM部のパイプライン仕様
  ◇WB部のパイプライン仕様
  ◇パイプラインレジスタPR
 3節 パイプライン設計とVHDL記述
  ◇IF部のパイプライン設計
  ◇IF部のパイプライン記述
  ◇ID部のパイプライン設計
  ◇ID部のパイプライン記述
  ◇EX部のパイプライン設計
  ◇EX部のパイプライン記述
  ◇MEM部のパイプライン設計
  ◇MEM部のパイプライン記述
  ◇WB部のパイプライン設計
  ◇WB部のパイプライン記述
 4節 ハザード検出とハードウェアによる対策方法
  ◇MIPSパイプライン記述
  ◇テスト命令(パイプライン)
  ◇データハザード検出
  ◇ストール,フラッシュの方法
  ◇フォワーディングの例
  ◇フォワーディングのパス
  ◇フォワーディング(1)
  ◇フォワーディング(2)
  ◇分岐予測
  ◇分岐履歴情報
 5節 マイクロプロセッサの高速化技術
  ◇キャッシュメモリ
  ◇キャッシュ書込み方式
  ◇仮想記憶
  ◇仮想記憶の原理
  ◇MMU
  ◇TLBの構造
  ◇スーパーパイプライン
  ◇スーパースカラ
  ◇マルチプロセッサ
  ◇ソフトコアプロセッサ
 VHDLのまとめ④
付録 MIPS設計のVHDL記述
参考文献
あとがき