コンピュータ設計概論 - CMOSから組込みCPUまで

著者名：鎌田弘之

コロナ社（2021/05発売）

• ISBN：9784339024883

内容説明

本書は，小規模なコンピュータシステムを自ら設計製作できることをゴールの一つに捉えた上で，その基盤となる様々な知識・基盤技術のエッセンスを基礎技術から応用技術まで系列的に示し，知識を連結させていくことを目的としている。

目次

1.　ディジタル回路の基本
1.1　MOSFETによるスイッチ回路
1.1.1　n型半導体とp型半導体
1.1.2　nMOSの構造と動作原理
1.1.3　pMOSの構造と動作原理
1.2　スイッチ回路としての動作
1.2.1　スイッチ回路を利用した反転回路の構成
1.2.2　実用的なnMOS，pMOSスイッチ回路
1.2.3　しきい値（閾値）
1.3　CMOSによるディジタル回路の現状と課題

2．基本論理回路
2.1　基本的な論理演算
2.1.1　反転（NOT）
2.1.2　論理積（AND）
2.1.3　論理和（OR）
2.1.4　論理演算に関わる重要な定理・公式
2.2　論理回路の応用
2.2.1　非反転回路（バッファ回路）
2.2.2　排他的論理和（XOR）
2.3　ディジタル回路に適した論理演算
2.3.1　NAND回路
2.3.2　NOR回路
2.3.3　XOR回路の高速化
2.3.4　多入力の論理回路
2.4　正論理と負論理
2.4.1　回路図に出てくるの見方，扱い方
2.4.2　回路の改良
2.5　用途に合わせて設計された論理回路
2.5.1　オープンドレーン回路
2.5.2　シュミットトリガ回路
2.5.3　差　動　回　路
2.5.4　3ステートロジック回路
2.5.5　論理ICのパッケージ

3．フリップフロップ回路
3.1　RS-FF回路
3.1.1　内部構造と動作
3.1.2　状態遷移図
3.1.3　利用例
3.1.4　ノイズ対策
3.1.5　マスタスレイブ型FF回路
3.2　JK-FF回路
3.3　D-FF回路
3.4　T-FF回路
3.5　FF回路の応用
3.5.1　シフトレジスタ
3.5.2　同期カウンタ
3.5.3　擬似乱数発生器

4．論理設計
4.1　加法標準形
4.2　乗法標準形
4.3　カルノー図
4.3.1　基本的な考え方
4.3.2　ハザード
4.3.3　さまざまな論理設計例
4.4　演算回路の設計
4.4.1　加算回路
4.4.2　2の補数による正負反転回路
4.4.3　減算回路

5．メモリ回路
5.1　メモリ回路の分類と展望
5.2　ROM
5.2.1　MROM
5.2.2　EPROM
5.2.3　EEPROM
5.2.4　フラッシュメモリ
5.2.5　ROMの現状と展望
5.3　RAM
5.3.1　SRAM
5.3.2　SRAMの現状と課題
5.3.3　DRAM
5.3.4　メモリセルの周辺回路
5.4　メモリ回路の構成
5.4.1　アドレスデコーダ
5.4.2　メモリ動作のタイムチャート
5.4.3　メモリアクセスに要する時間
5.4.4　DRAMのバーストモード
6．マイクロコンピュータの概要
6.1　マイクロコンピュータのルーツ
6.2　？ビットCPUとは
6.3　機械語
6.4　マイクロコンピュータによる演算
6.5　CPUの動作原理
6.6　データバスとアドレスバス
6.7　システムクロックと各種規格の必要性
6.8　パラレルデータ伝送とシリアルデータ伝送
6.9　「配線」を表す電気回路
6.10　キャッシュメモリ
6.11　パイプライン処理
6.12　マルチコア・マルチスレッド時代

7．小規模コンピュータの設計
7.1　Z80のピン配置と機能の概要
7.2　CPUの基本動作とタイムチャート
7.3　CPUとメモリ回路の接続
7.4　接続する論理回路・メモリICの仕様決定
7.5　CPUとI/O機器の接続回路
7.6　割込み処理
7.6.1　NMI
7.6.2　INT
7.7　DMA
7.8　その他の留意点
7.8.1　電源
7.8.2　リセット
7.8.3　安定動作に必要な抵抗，コンデンサ
7.9　CPU内部のレジスタと機能
7.9.1　アキュムレータとデータレジスタ
7.9.2　インデックスレジスタ
7.9.3　プログラムカウンタ
7.9.4　ステイタスレジスタ
7.9.5　スタックポインタ
7.9.6　セグメントレジスタ
7.10　組込みCPUとFPGA

付録
A.　2進数と演算
A.1　2進数と10進数
A.2　2進数による数値表現
A.3　2進数による加算
A.4　2進数による減算
A.5　2進数による乗算
A.6　2進数による除算
B.　2進数で実数を扱う
B.1　2進数での小数表現
B.2　循環小数
B.3　固定小数点演算
B.4　最大値と精度
B.5　加減算
B.6　乗算
B.7　除算
参考文献
索引

感想・レビュー

※以下の感想・レビューは、株式会社ブックウォーカーの提供する「読書メーター」によるものです。

[オザマチ]

再読。「論理回路の知識だけを念頭に置いて設計すると、こういう場合に上手くいかない」という例が多く挙げられており、アナログ回路の知識の大切さを実感できる。

2020/01/04

[オザマチ]

一般的な計算機アーキテクチャの本と比べると異色の内容。デジタル回路の教科書と、電子工作で使うようなマイクロコンピュータの間を補間する知識を得ることができる。周辺回路の話は特に参考になると思う。

2014/12/01

[の]

小規模なコンピュータシステムの設計製作をゴールに据え、半導体・ＣＰＵ・メモリの知識・技術を解説したもの。コンピュータのハードウェア部分が年々ブラックボックス化している傾向の中、こうしたディジタル回路や実装技術を解説しているのは希少。情報の記憶やそれを応用とした高度な処理、回路の中の論理式、高速で高性能なＣＰＵへの入出力信号など、基本的原理を理解するのは容易ではないが、多様な技術の中から最適なものを選び改良されてきた経緯を読むと、現在のコンピュータの基礎知識理解も体系付けられ楽になると思う。

2014/12/07