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コンピュータシステムの理論と実装 モダンなコンピュータの作り方

・著者:Noam Nisan、Shimon Schocken/斎藤 康毅978-4-87311-712-6
・定価:3,888 円(本体3,600 円+税)
・A5 416頁

・ISBN

・発売日


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自らコンピュータを作り、コンピュータを本質的に理解する!

 

コンピュータを理解するための最善の方法はゼロからコンピュータを作ることです。コンピュータの構成要素は、ハードウェア、ソフトウェア、コンパイラ、OSに大別できます。本書では、これらコンピュータの構成要素をひとつずつ組み立てます。具体的には、Nandという電子素子からスタートし、論理ゲート、加算器、CPUを設計します。そして、オペレーティングシステム、コンパイラ、バーチャルマシンなどを実装しコンピュータを完成させて、最後にその上でアプリケーション(テトリスなど)を動作させます。実行環境はJava(Mac、Windows、Linuxで動作)。

2015/03
★このような方におすすめ
コンピュータサイエンスの初心者、コンピュータ技術者全般、アカデミック(学生、教師)
主要目次

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詳細目次
賞賛の声
    訳者まえがき:NANDからテトリスへ
    まえがき
    イントロダクション:こんにちは、世界の下側

1章 ブール論理
    1.1 背景
        1.1.1 ブール代数
        1.1.2 論理ゲート
        1.1.3 実際のハードウェア構築
        1.1.4 ハードウェア記述言語(HDL)
        1.1.5 ハードウェアシミュレーション
    1.2 仕様
        1.2.1 Nandゲート
        1.2.2 基本論理ゲート
        1.2.3 多ビットの基本ゲート
        1.2.4 多入力の基本ゲート
    1.3 実装
    1.4 展望
    1.5 プロジェクト

2章 ブール算術
    2.1 背景
    2.2 仕様
        2.2.1 加算器(Adder)
        2.2.2 ALU(算術論理演算器)
    2.3 実装
    2.4 展望
    2.5 プロジェクト

3章 順序回路
    3.1 背景
    3.2 仕様
        3.2.1 D型フリップフロップ
        3.2.2 レジスタ
        3.2.3 メモリ
        3.2.4 カウンタ
    3.3 実装
    3.4 展望
    3.5 プロジェクト

4章 機械語
    4.1 背景
        4.1.1 機械
        4.1.2 言語
        4.1.3 コマンド
    4.2 Hack機械語の仕様
        4.2.1 概要
        4.2.2 A命令
        4.2.3 C命令
        4.2.4 シンボル
        4.2.5 入出力操作
        4.2.6 シンタックスとファイルフォーマット
    4.3 展望
    4.4 プロジェクト

5章 コンピュータアーキテクチャ
    5.1 背景
        5.1.1 プログラム内蔵方式
        5.1.2 ノイマン型アーキテクチャ
        5.1.3 メモリ
        5.1.4 CPU
        5.1.5 レジスタ
        5.1.6 入出力
    5.2 Hackハードウェアのプラットフォーム仕様
        5.2.1 概観
        5.2.2 CPU
        5.2.3 命令メモリ
        5.2.4 データメモリ
        5.2.5 コンピュータ
    5.3 実装
        5.3.1 CPU
        5.3.2 メモリ
        5.3.3 コンピュータ
    5.4 展望
    5.5 プロジェクト

6章 アセンブラ
    6.1 背景
    6.2 Hackアセンブリからバイナリへの変換の仕様
        6.2.1 構文規約とファイルフォーマット
        6.2.2 命令
        6.2.3 シンボル
        6.2.4 例
    6.3 実装
        6.3.1 Parserモジュール
        6.3.2 Codeモジュール
        6.3.3 シンボルを含まないプログラムのためのアセンブラ
        6.3.4 SymbolTableモジュール
        6.3.5 シンボルを含むプログラムのためのアセンブラ
    6.4 展望
    6.5 プロジェクト

7章 バーチャルマシン#1:スタック操作
    7.1 背景
        7.1.1 バーチャルマシンの理論的枠組み
        7.1.2 スタックマシン
    7.2 VM仕様(第1部)
        7.2.1 概要
        7.2.2 算術と論理コマンド
        7.2.3 メモリアクセスコマンド
        7.2.4 プログラムフローと関数呼び出しコマンド

        7.2.5 Jack-VM-Hackプラットフォームにおけるプログラム要素
        7.2.6 VMプログラムの例
    7.3 実装
        7.3.1 Hackプラットフォームの標準VMマッピング(第1部)
        7.3.2 VM実装の設計案
        7.3.3 プログラムの構造
    7.4 展望
    7.5 プロジェクト
        7.5.1 実装についての提案
        7.5.2 テストプログラム
        7.5.3 助言
        7.5.4 ツール

8章 バーチャルマシン#2:プログラム制御
    8.1 背景
        8.1.1 プログラムフロー
        8.1.2 サブルーチン呼び出し
    8.2 VM仕様(第2部)
        8.2.1 プログラムフローコマンド
        8.2.2 関数呼び出しコマンド
        8.2.3 関数呼び出しプロトコル
        8.2.4 初期化
    8.3 実装
        8.3.1 Hackプラットフォームの標準VMマッピング(第2部)
        8.3.2 例
        8.3.3 VM実装の設計案
    8.4 展望
    8.5 プロジェクト
        8.5.1 テストプログラム
        8.5.2 助言

9章 高水準言語
    9.1 背景
        9.1.1 例1:Hello World
        9.1.2 例2:手続きプログラムと配列処理
        9.1.3 例3:抽象データ型
        9.1.4 例4:リンクリストの実装
    9.2 Jack言語仕様
        9.2.1 シンタックス要素
        9.2.2 プログラム構造
        9.2.3 変数
        9.2.4 文
        9.2.5 式
        9.2.6 サブルーチン呼び出し
        9.2.7 Jack標準ライブラリ
    9.3 Jackアプリケーションを書く
    9.4 展望
    9.5 プロジェクト
        9.5.1 Jackプログラムのコンパイルと実行

10章 コンパイラ#1:構文解析
    10.1 背景
        10.1.1 字句解析
        10.1.2 文法
        10.1.3 構文解析
    10.2 仕様
        10.2.1 Jack言語の文法
        10.2.2 Jack言語のための構文解析器
        10.2.3 構文解析器への入力
        10.2.4 構文解析器の出力
    10.3 実装
        10.3.1 JackAnalyzerモジュール
        10.3.2 JackTokenizerモジュール
        10.3.3 CompilationEngineモジュール
    10.4 展望
    10.5 プロジェクト
        10.5.1 テストプログラム
        10.5.2 第1段階:トークナイザ
        10.5.3 第2段階:パーサ

11章 コンパイラ#2:コード生成
    11.1 背景
        11.1.1 データ変換
        11.1.2 コマンド変換
    11.2 仕様
        11.2.1 バーチャルマシンへの標準マッピング
        11.2.2 コンパイルの例
    11.3 実装
        11.3.1 JackCompilerモジュール
        11.3.2 JackTokenizerモジュール
        11.3.3 SymbolTableモジュール
        11.3.4 VMWriterモジュール
        11.3.5 CompilationEngineモジュール
    11.4 展望
    11.5 プロジェクト
        11.5.1 第1段階:シンボルテーブル
        11.5.2 第2段階:コード生成
        11.5.3 テストプログラム

12章 オペレーティングシステム
    12.1 背景
        12.1.1 数学操作
        12.1.2 数字の文字列表示
        12.1.3 メモリ管理
        12.1.4 可変長な配列と文字列
        12.1.5 入出力管理
        12.1.6 グラフィック出力
        12.1.7 キーボード操作
    12.2 Jack OSの仕様
        12.2.1 Math
        12.2.2 String
        12.2.3 Array
        12.2.4 Output
        12.2.5 Screen
        12.2.6 Keyboard
        12.2.7 Memory
        12.2.8 Sys
    12.3 実装
        12.3.1 Math
        12.3.2 String
        12.3.3 Array
        12.3.4 Output
        12.3.5 Screen
        12.3.6 Keyboard
        12.3.7 Memory
        12.3.8 Sys
    12.4 展望
    12.5 プロジェクト
        12.5.1 テスト方法
        12.5.2 OSクラスとテストプログラム

13章 さらに先へ
    13.1 ハードウェアの実現
    13.2 ハードウェアの改良
    13.3 高水準言語
    13.4 最適化
    13.5 通信

付録A ハードウェア記述言語(HDL)
    A.1 例題
    A.2 規則
    A.3 ハードウェアシミュレータへの回路の読み込み
    A.4 回路ヘッダ(インターフェイス)
    A.5 回路ボディ(実装)
        A.5.1 パーツ
        A.5.2 ピンと接続
        A.5.3 バス
    A.6 ビルトイン回路
    A.7 順序回路
        A.7.1 クロック
        A.7.2 クロック回路とピン
        A.7.3 フィードバックループ
    A.8 回路操作の視覚化
    A.9 新しいビルトイン回路

付録B テストスクリプト言語
    B.1 ファイルフォーマットと使用方法
    B.2 ハードウェアシミュレータでの回路テスト
        B.2.1 例
        B.2.2 データ型と変数
        B.2.3 スクリプトコマンド
        B.2.4 ビルトイン回路の変数とメソッド
        B.2.5 最後の例
        B.2.6 デフォルトスクリプト
    B.3 CPUエミュレータでの機械語プログラムのテスト
        B.3.1 例
        B.3.2 変数
        B.3.3 コマンド
        B.3.4 デフォルトスクリプト
    B.4 VMエミュレータでのVMプログラムのテスト
        B.4.1 例
        B.4.2 変数
        B.4.3 コマンド
        B.4.4 デフォルトスクリプト

付録C Nand2tetris Software Suiteの使い方
    C.1 ソフトウェアについて
    C.2 Nand2tetrisソフトウェアツール
    C.3 ソフトウェアツールの実行方法
    C.4 使用方法
    C.5 ソースコード

索引

コラム目次
    API表記についての注意点
    回路の“クロック”属性
    フィードバックループの有効/無効
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