コンピュータアーキテクチャのエッセンス［第 2 版］(コンピュータアーキテクチャノエッセンス ダイニハン)

基礎知識こそ開発者にとっての
“銀の弾丸”だ!

【本書の内容】

本書は
Douglas E. Comer, "Essentials of Computer Architecture, 2nd Edition",
Taylor & Francis Group, LLC. 2017
の邦訳版です。

「コンピュータアーキテクチャ」という学術分野は、コンピュータ科学とコンピュータ工学を抱合しているだけに、深く広大です。
この膨大な知識をすべて習得するのは、専門家ならいざしらず、いわゆる IT 系技術者あるいは、そのトバクチに立っている初学者にとっては、無理筋というものです。
とはいえ、これらの知見があれば、より強固な知識の土台を形成し、開発者として一歩も二歩も先に進むことができます。

本書はその膨大な知見の中から「プロセッサ」「メモリ」「入出力 (I/O) 」の三分野に焦点を当て、プログラマやデベロッパー、それらの初学者にとって、有効な知識の武器となるパートを平易に解説し、より深い知識への踏み台を提供してくれます。

一般教養的なコンピュータの動作原理を、よりプログラミングに近いところで理解するには、本書を入り口に歩を進めるのが近道となるはずです。

【本書のポイント】

・コンピュータアーキテクチャのマップが手に入る

・開発者として一回り大きくなれる

・原理がわかるので緊急時にも慌てないココロをもてる

第 1 章 序論と概要

■第 1 部 基礎

第 2 章 デジタル論理回路の基礎
第 3 章 データとプログラムの表現

■第 2 部 プロセッサ

第 4 章 さまざまなプロセッサと計算エンジン
第 5 章 プロセッサの種類と命令セット
第 6 章 データパスと命令実行
第 7 章 オペランドのアドレッシングと命令表現
第 8 章 CPU:マイクロコード、保護、プロセッサモード
第 9 章 アセンブリ言語とプログラミングパラダイム

■第 3 部 メモリ

第 10 章 メモリとストレージ
第 11 章 物理メモリと物理アドレッシング
第 12 章 キャッシュとキャッシング
第 13 章 仮想メモリ技術と仮想アドレッシング

■第 4 部 入出力

第 14 章 入出力の概念と用語
第 15 章 バスとバスアーキテクチャ
第 16 章 プログラム駆動と割り込み駆動の入出力
第 17 章 デバイスと入出力とバッファのプログラミング

■第 5 部 高度な話題

第 18 章 並列処理
第 19 章 パイプライン処理
第 20 章 電力とエネルギー
第 21 章 性能評価
第 22 章 アーキテクチャのサンプルと階層構造
第 23 章 ハードウェアのモジュール化

付録 A コンピュータアーキテクチャコースのラボ
付録 B ブール代数を単純化する規則
付録 C x86 アセンブリ言語の基本
付録 D ARM のレジスタ定義とコーリングシーケンス

ソフトウェアエンジニアが「ハードウェアの中で何が起きているのか」を知りたいと思ったとき、最初の一歩として手に取りやすい入門書です。著者 Douglas Comer はネットワーク分野の著名な教育者であり、本書でもその教育的な語り口が活きています。 CPU の命令実行サイクル、メモリ階層、パイプライン、割込み、 I/O といったアーキテクチャの基礎概念を、特定のプロセッサに依存しない抽象的な視点から解説します。

『パタヘネ (コンピュータの構成と設計) 』と比較されることがありますが、本書はより薄く、より広く、より概念的です。 MIPS や RISC-V の具体的な命令セットを深掘りするというよりは、「なぜキャッシュが存在するのか」「パイプラインが分岐で詰まるとは何か」といった Why を中心に説明するため、ハードウェア専攻でない読者でも全体像を掴めます。情報系の学部生が授業の副読本として使うほか、普段は高水準言語だけを扱うエンジニアが低レイヤの素養を身につける用途に適しています。

ただし、本書は概念の地図を描くことに徹しており、具体的な設計演習やシミュレータを使った実習は含みません。「 CPU を設計できるようになりたい」ではなく「 CPU の設計思想を理解したい」という目的に合致する本です。