ハードウェア入門(サイエンス社)

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まえがき

１ コンピュータシステム

1.1 コンピュータと人間

1.2 コンピュータシステムとは？

1.3 ハードウェアとソフトウェアとの機能分担

２ ハードウェア

2.1 ハードウェアの横能

2.2 主なハードウェア装置 −内部装置と外部装置−

2.2.1 ハードウェア装置を2分割すると… −コンピュータの内部と外部−

2.2.2 内部装置はなぜ「コンピュータ本体」なのか？一内部装置の役割−

2.2.3 なぜ「外部装置」というのか？ −外部装置の役割−

2.2.4 ハードウェア装置の3点セット −プロセッサ，メモリ，入出力装置−

３ 内部装置

3.1 コンピュータの内部装置

3.1.1 内部装置のハードウェア構成 −プロセッサとメインメモリ−

3.1.2 内部装置ではどんな情報が必要か？ −マシン語−

3.1.3 プロセッサとメインメモリとの機能分担 −再考：内部装置−

3.2 プロセッサとメインメモリとの通信

3.2.1 役割分担だけでは… −プロセッサ−メインメモリ間通信の必要性−

3.2.2 プロセッサに指令するための言葉 −マシン命令−

3.2.3 プロセッサで処理される情報 −データ−

3.2.4 プロセッサからメインメモリを見ると… −アドレス−

3.2.5 プロセッサ動作は繰り返す！ −命令実行サイクル−

3.2.6 プロセッサ−メインメモリ間通信のために −内部バス−

４ プロセッサ

4.1 プロセッサの動作とその制御

4.1.1 プロセッサにもメモリがある −レジスタ−

4.1.2 演算器とレジスタとの親密な関係 −データバス−

4.1.3 マシン命令を「実行する」ためのハードウェア機構 −再考：命令実行サイクル−

4.1.4 プロセッサに指令するために −マシン命令形式−

4.1.5 処理するデータを指定する −再考：命令オペランド−

4.2 プロセッサの機能 −演算と制御−

4.2.1 人間の代わりにコンピュータが行う計算 −算術演算−

4.2.2 「コンピュータが大得意」という演算 −論理演算−

4.2.3 論理演算をまとめて行うと… −ビット列操作−

4.2.4 格納場所を変えるだけ −データ転送−

4.2.5 マシン命令の実行順序を決める −順序制御−

4.2.6 プロセッサの動作は自分自身で制御しなければ… −そのほかの制御機能−

4.3 演算器

4.3.1 コンピュータ上での数表現は不自由か？ −2進数表現−

4.3.2 2進数で10進数演算を行わねば… −2進数⇔10進数変換−

4.3.3 計算の主役はなぜこれだけなのか？ −整数と実数−

4.3.4 あらゆる演算は足し算から姑まる −加算器−

4.3.5 加算器で減算をするためには？ −負数の2進数表現−

4.3.6 加減算で乗除算もできるはずだけれど… −乗算器と除算器−

4.3.7 限りなくある実数はどう扱う？ −浮動小数点数表現−

4.3.8 実数の計算をするために −浮動小数点数演算器−

4.3.9 ハードウェアが得意な演算 −論理演算器とシフト演算器−

4.3.10 何をどれだけそろえようか？ −プロセッサとしての演算器−

4.4 順序制御機構

4.4.1 普通は並び順実行で… −プログラムカウンタ−

4.4.2 マシン命令の実行順序が自由に制御できると… −計算器からコンピュータへ−

4.4.3 並び順でやりたくないときに −順序制御命令−

4.4.4 元の場所に戻りたい！ −サブルーチン分岐−

4.4.5 そんなことは予測不可能だ！ −割り込み−

4.4.6 流れ作業でプロセッサを高速化する！ −パイプライン処理−

５ メモリ

5.1 メインメモリ −主要なメモリ−

5.1.1 メインメモリには何を格納しておくの？ −プログラム内蔵−

5.1.2 誰のためのメインメモリか？ −メインメモリの機能−

5.2 メモリの機能

5.2.1 どのメモリが最高か？ −メモリの性能−

5.2.2 メモリに「階級」ができた理由 −メモリ階層−

5.2.3 メモリ階層の中心は中流階層？ −メインメモリ−

5.2.4 メインメモリ以外は主要ではないのか？ −レジスタとファイル装置−

5.2.5 人間とコンピュータとの間に挟まれて… −主要なメモリ階層間の関係−

5.3 メインメモリの高機能化

5.3.1 メインメモリを上流階層に！ −メインメモリの高横能化？−

5.3.2 メインメモリをより大きく見せかける！ −仮想メモリ方式−

5.3.3 メインメモリ動作をより速く見せかける！ −キャッシュメモリ方式−

６ 外部装置

6.1 外部装置の分類

6.1.1 誰のための外部装置か？ −外部装置の役割−

6.1.2 入出力装置だけが外部装置じゃない！ −主な外部装置−

6.2 入出力装置

6.2.1 人間−コンピュータ間の対話のために −入出力装置の役割−

6.2.2 人間とコンピュータとの間に立って −入出力機能−

6.2.3 なぜこんなにたくさんの種類があるの？ −入出力装置の分類−

6.2.4 コンピュータに命令やデータを送り込むために −入力装置−

6.2.5 コンピュータによる処理結果を得るために −出力装置−

6.2.6 切ったら切れる入出力装置と内部装置との関係？ −入出力制御−

6.2.7 こんなにたくさんの入出力装置の面倒を見られるの？ −入出力制御の規格−

6.2.8 「我が道を行く」内部装置と入出力装置 −入出力のタイミング−

6.2.9 プロセッサと入出力装置のタイミング合わせ −入出力割り込み−

6.3 ファイル装置

6.3.1 格納庫も兼ねた入出力装置 −ファイル装置の入出力装置との比較−

6.3.2 ファイル装置ほ高速の入出力装置でもあるから… −ファイル装置の制御−

6.3.3 ファイル装置にも「階級」があった −再考：メモリ階層−

6.4 通信装置とコンピュータネットワーク

6.4.1 コンピュータどうしの対話とは？ −データ通信−

6.4.2 通信と入出力とは違うの？ −通信機能−

6.4.3 電話回線をコンピュータネットワークとして利用する −モデム−

6.4.4 コンピュータどうしをつなげるために −通信機構とコンピュータネットワーク−

6.4.5 こうして全世界のコンピュータがつながった！ −インタネット−

７ 論理回路

7.1 論理素子 −ハードウェアの基本単位−

7.1.1 すべては2進数演算から始まる！ −論理演算と論理素子−

7.1.2 たった3種類で何でもできる！ −基本論理素子−

7.1.3 論理素子はスイッチだ −論理素子の動作−

7.1.4 論理素子で語れるハードウェアの歴史 −コンピュータの世代−

7.1.5 “0”と“1”を記憶する仕組みの最小単位 −メインメモリ素子−

7.2 論理回路とハードウェア機構

7.2.1 論理素子を組み合わせて… −論理回路と論理関数−

7.2.2 演算式で書ける論理回路の機能 −組み合わせ回路−

7.2.3 論理回路からコンピュータハードウェアへ −いろいろな実用的論理回路−

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