計算機システム改訂版

『計算機システム改訂版』 (春日 健、舘泉 雄治 著、コロナ社、2016 年 4 月刊) は、コロナ社の「電気・電子系教科書シリーズ」の 17 巻にあたる、計算機のしくみを学ぶ教科書です。コンピューターの概要から始めて、2 進数によるデータの表現と論理回路、マイクロプロセッサーのアーキテクチャ、メモリ、インターフェース、周辺装置、OS、ネットワーク、システムの信頼性までを全 11 章で扱います。版元の内容紹介によれば、初版の発行から 10 年の間に進んだコンピューターシステムの変化に合わせ、動作原理などの本質的な部分は変えずに、構成要素や技術を「メモリ階層からイーサネットまで隅々目を通し」て改めた改訂版です。

全 11 章の構成、データ表現からシステムの信頼性まで

1 章はコンピューターシステムの構成と動作原理、ハードウェアとソフトウェアの構成を概観します。2 章はデータ表現で、2 進数、基数の相互変換、正の整数と負数、固定小数点と浮動小数点、文字と命令の表現、2 進数の算術演算を扱います。3 章「ブール代数とディジタル回路」は基本の組合せ回路と論理回路の簡単化、フリップフロップ、カウンター、レジスターといった順序回路へ進み、4 章「2 進演算と算術回路」は直列加算器と並列加算器、加算器を用いた減算を取り上げます。5 章はマイクロプロセッサーのアーキテクチャ、6 章はメモリ、7 章はインターフェース、8 章は入力装置、出力装置、補助記憶装置といった周辺装置、9 章は OS とアプリケーションソフトウェア、10 章はネットワーク、11 章はシステムの信頼性です。各章の末尾に演習問題があり、巻末に引用 / 参考文献、演習問題解答、索引が付きます。

2 章の負数の表現から 5 章の命令セットまで

負の数を 2 の補数で表すと、引き算をある数の補数を足す操作に置き換えられるため、加算器 1 つで加減算の両方をまかなえます。2 章の負数の表現と 4 章の加算器を用いた減算は、この関係を表現と回路の両側から扱う節です。フリップフロップのような順序回路は 1 ビットの状態を保持する部品で、これを並べたものがレジスターになります。5 章はその上に立つ CPU の設計を、データタイプ、レジスタセット、命令セットと命令形式、アドレス指定方式、アドレス空間とセグメント、マルチタスクと仮想記憶、保護機構の順に扱い、最後の節で CISC と RISC を取り上げます。CISC は命令を多機能にして 1 命令あたりの仕事を増やす設計、RISC は命令を単純にそろえてパイプラインで処理する設計です。

6 章のメモリ階層、7 章のインターフェース、10 章のネットワーク

6 章は ROM と RAM の種類から、キャッシュメモリと仮想記憶によるメモリの階層構成、アクセスの高速化、データバス幅の拡大、メモリの並列動作へ進みます。キャッシュメモリは、使う見込みの高いデータを置く小さく速い記憶です。7 章はパソコン用のパラレル、シリアル、USB、IDE、SCSI、HDMI、イーサネットの各インターフェースに加えて、マイクロコンピューター用のパラレル、シリアル、アナログの各インターフェースに節を分けています。10 章は LAN とインターネット、TCP/IP の IP アドレス、サブネットマスク、VLSM と CIDR、プライベート IP アドレス、OSI 参照モデル、TCP と UDP、イーサネットの規格と CSMA/CD、無線 LAN の伝送規格と暗号化規格、DNS と URL、ルーター、セキュリティを扱います。11 章は信頼性と信頼度、平均故障寿命と平均故障間隔、保全度、アベイラビリティ、直列および並列システムの信頼度、高信頼化システムの構成、信頼性評価を扱います。計算機の内側を学ぶ本の選び方は OS / 低レイヤー本ガイド にまとめています。本書は、データの表現と論理回路、マイクロプロセッサーとメモリ、インターフェースと周辺装置、OS とネットワーク、システムの信頼性までを、章末の演習問題とその解答付きで全 11 章に収めています。