★目次

◎MPUの基本からAIプロセッサ，TrustZone，RISC-Vまで
☆マイクロプロセッサ・アーキテクチャ教科書

本書は，中森章 著「マイクロプロセッサ・アーキテクチャ入門」(2004年4月1日初版発行)の各章を加筆/再編集したものです．

◎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
前史：マイクロプロセッサが産まれる前
登場：マイクロプロセッサ
進化：さまざまな製品が登場する
近代：32ビットMPUの登場
発展：RISCの時代へ
現代：今使われている技術

◎プロセッサの構成要素と動作の基本
●Chapter1　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

◎もっとも基本的なプロセッサ高速化技法
●Chapter2　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．Arm/StrongARM/XScale
6．R4000
7．Arm Cortex
8．RISC-V Rocket
9．Xtensa

◎1クロックで複数の命令を同時に実行する
●Chapter3　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． Cortex-M7
7． R10000
8． Cortex-A72
9． Cortex-A78
10．BOOMv1/BOOMv2
11．BOOMv3
12．Pentium
13．Pentium II
14．Pentium4
15．Pentium M
16．Nehalem
17．Alder Lake(Golden CoveとGracemont)
18．Hammerのパイプライン
19．Ryzen(Zen)
20．Alpha21264

◎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
●Chapter4　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

◎システムオンチップ時代のデバッグ手法
●AppendixⅠ　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
●Chapter5　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
7．最近のMPU(プロセッサ)のMMU
8．MPU(Memory Protection Unit)とは何か

◎携帯機器ではとくに重要な
●AppendixII　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
●Chapter6　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

◎VLIWの復権はあるのか
●Chapter7　VLIWとは何か
1．VLIWの概念
2．VLIWの実際(1)― Itanium
3．VLIWの実際(2)― Crusoe

◎誤り検出/訂正符号やシステムの多重化など
●AppendixIII　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
●Chapter8　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．マルチプロセッサを構築する技術
5．マルチプロセッサの構造

◎浮動小数点演算を高速にこなすための
●Chapter9 FPUのしくみ
1．IEEE 754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
6．浮動小数点に関する最近の話題

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

◎MPUの新たな用途
●Chapter10　AIチップの概要
○AI専用チップに注目が集まる背景
AIチップの歴史
AIチップで行う基本計算
AIチップの利点の考察…端末側にメリットがある気がする
○AIチップの基礎知識
これからはDSA(ドメイン固有アーキテクチャ)に注目が集まる
AIチップに求められる計算機能
推論用AIチップと学習用AIチップのちがい
AIプロセッサ3つの実例
AIプロセッサ①：EsperantoのET-SoC-1
AIプロセッサ②：Teslaが自社設計したD1チップ
AIプロセッサ③：インテルのGPU Xe-HPC

◎CISCの反省からRISCへ，そしてRISCもまた複雑化し，その将来は…
●Chapter11　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．少し前のRISC
7．SIMD命令/暗号化処理命令
8．命令セットアーキテクチャの行く末

◎現在の最新MPU
●Chapter12　ArmとRISC-Vの命令セットアーキテクチャ
レジスタセット 370MOVE(移動)命令
ロード/ストア命令
論理演算とビット操作
シフト命令
繰り返し処理と条件判断の実現
サブルーチンと関数
四則演算
高級言語サポート命令

◎複数のOSを動かすための支援機構
●Chapter13　仮想化とハイパーバイザ
仮想化とは
マルチタスクと何が違うのか
ハイパーバイザとスーパーバイザ
ハイパーバイザのためのハードウェア要件

◎MPUによる情報保護機能の実装
●Chapter14　セキュリティ機能
○Armのセキュリティ機能であるTrustZone
Armv7-A(Armv8-A)でのTrustZone
Armv8-MのTrustZone
Cortex-AとCortex-MのTrustZoneの違い
TrustZoneで何を護るのか？
○そのほかのMPUのセキュリティ機能
MIPSでのセキュリティ機能

◎研究段階から実用化へ，そして残っているのは…
●Epilogue　マイクロプロセッサ変遷史/2000年代〜現代
2000年代のCPU事例1：インテルx86
2000年代のCPU事例2：AMDのx86
2000年代のCPU事例3：MIPSのその後
2000年代のCPU事例4：もう1つの典型的RISC SPARC
2000年代のCPU事例5：Armの躍進
2000年代のCPU事例6：V850の変遷
2000年代のCPU事例7：SuperHの終焉
2000年代のCPU事例8：RISC-Vの胎動

本書は，中森章 著「マイクロプロセッサ・アーキテクチャ入門」(2004年4月1日初版発行)の各章を加筆/再編集したものです．