ゼロから学ぶコンピュータアーキテクチャ Part 2 ― パイプラインからマルチコアまで

トランジスタから論理ゲート、演算回路、メモリ、CPUまでをつなげながら、コンピュータが情報を表現し、計算・保存する仕組みを学びます。3つの総合設計プロジェクトを通じて、各部品の役割や相互のつながりを理解し、命令に応じてCPUが動作する過程を説明できるようになります。プログラミングやハードウェアの予備知識がなくても始められます。

この講義により、受講生はコンピュータアーキテクチャの基礎を固められると期待されます。

✅ 全体(1)~(7)のシリーズのうち、(1)コンピュータの役割の変化、階層、抽象化、PC構造

RISC-V命令の動作原理を出発点として、5段パイプライン構造の32ビットCPUを自ら設計し、Verilog RTLの実装からシミュレーション検証、FPGAでの実機動作までを完成させる実践的なCPU設計コースです。 RV32Iの40命令の中から、CPUの基本構造を学ぶために必要な14命令を選定し、TinyRV32Iを段階的に構築します。データパス、パイプラインレジスタ、ALUと制御回路、Branch、Hazard、Stall・Flush、Memory-Mapped I/Oなど、実際のCPUを構成する主要な構造を自ら設計・検証します。 講義で使用するVerilog RTL、Testbench、Assemblyプログラム、Memory Image、FPGA制約ファイルを提供し、最終的にはArty S7-25 FPGA上で、自ら設計したCPUにより実際のプログラムを実行します。 本コースはここで終わりではありません。TinyRV32Iを通じてCPUの基本構造を完成させた後、後続コースではRV32Iの40命令すべてをサポートするFull RV32I CPUへと拡張する、段階的なCPU設計シリーズへと続きます。

私たちが語る0と1、HIGHとLOW、論理ゲートとフリップフロップは すべてアナログ信号が閾値を超える物理的事象から生まれます。 それならば、論理以前の世界 — 電流と電圧が作り出す動きを理解することが 本当の回路設計の始まりではないでしょうか? この講義はその第一歩を共にします。

非専攻者のためにプログラミングに敷かれた知識であるコンピュータ構造の原理を説明する講義です。 講義の目的は、プログラムの動作の原理に精通していることです。

RISC-V RV32I命令セットから5段パイプラインCPUの内部構造まで体系的に学習します。データパス、制御信号、パイプラインレジスタの動作原理と、フォワーディング、ストール、フラッシュなどのハザード処理メカニズムをサイクル単位で分析し、Verilog RTL設計とFPGA実装の理論的基盤を築きます。

SW開発者が知っておくべきコンピュータ構成と動作原理の核心を、図解で分かりやすくお伝えします。

CPUを作ろうと決心すると、たいていはまず回路図を探します。ところが図面を広げた瞬間、 答えられない疑問が生まれます。このブロックはなぜここになければならないのでしょうか？ レジスタを読み取る ポートはなぜ2つあるのでしょうか？ 答えはすべて命令にあります。命令が何を要求しているのかが分かれば、どのような回路が必要なのかが 決まります。逆の順序ではいきません。 RISC-Vの講義はすでにいくつもあります。しかし、そのほとんどはスライドに値を表示して "このように なります" と言ったあと、先へ進んでしまいます。受講者には、その値が正しいかどうかを確認する方法がありません。 この講義では、Python製の命令実行シミュレーターも一緒に提供します。run ADDと入力すれば、その 場で機械語がアセンブルされ、32ビットがフィールドごとに展開され、レジスタがどのように変化するのかが 画面に表示されます。教材にあるすべての数字はこのツールの実行結果であり、皆さんの画面上でも同じように 再現されます。 市販のデバッガーにはライセンスが必要で、シミュレーターはインストールが壁になります。このツールはPythonさえ あれば使えます。ボードも、ライセンスも、インストールも必要ありません。 RV32Iの命令40個を一つも漏らさず実際に実行し、回路が何をしなければならないのかを自分で見つけ出していく 過程です。

VerilogとEDAツールを学ぼうとして諦めてしまいましたか？NPUを直接設計する半導体学科の教授が、9つのエクセルファイルでCPUからNPUまで計算しながら理解する方法を伝授します。

オープンソースベースの最新CPUアーキテクチャであるRISC-Vの核心概念と実用的なヒントを、分かりやすく詳細に解説します。

✅全体（1）〜（7）のシリーズ講義を紹介する（0）イントロ講義です。 ✅CS101シリーズ講義 - コンピュータの基礎理論から✅最新実践例まで - 幅広い基礎知識を提供

システムソフトウェアで最も多く使われている、最新のリナックスカーネル(v6.1)の基本的なデバッグ機能と方法を、「デバッグを通じて学ぶリナックスカーネルの構造と原理」の著者が詳しく解説します。

コンピュータハードウェアの基本構造と動作原理と設計方法とOSの部分を学び、良いプログラムを作成するために必要な知識を築くことができます。

システムソフトウェアで最も多く使われている、最新のリナックスカーネル(v6.1)のプロセスの核心概念を、「デバッグを通じて学ぶリナックスカーネルの構造と原理」の著者が詳しく解説します。

システムソフトウェアで最も多く使われている、最新のリナックスカーネル(v6.1)の「ワークキュー」の核心概念を、『デバッグを通じて学ぶLinuxカーネルの構造と原理』の著者が詳しく解説します。

これで私もリナックスカーネルの分析ができる！ リナックスカーネル講義の中で最も簡単なカーネル講義。

C++とJavaをそれぞれ学んだけど、なぜ設計が異なるのか混乱していませんか？ この講義は、2つの言語を同時に比較しながら、オブジェクト指向の構造・メモリ・動作原理まで完全に理解できるように導きます。 単なる文法ではなく、 ✔ コンパイル構造 ✔ メモリモデルの違い ✔ 継承と多態性の内部動作 ✔ virtual tableとJVM構造 まで、直接実習しながら理解を深めます。 また、「Pythonベースのコード比較自動生成ツール」を提供し、 C++ ↔ Javaの変換構造を視覚的に理解できるようサポートします。 オブジェクト指向を「使う」レベルから、「設計し、説明できるレベル」へと引き上げます。

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