作って学ぶコンピュータアーキテクチャ
——LLVMとRISC-Vによる低レイヤプログラミングの基礎

書籍の概要

この本の概要

コンピュータアーキテクチャ，とくにCPUの命令セットアーキテクチャについて，RISC-Vを例に「上のレイヤからアプローチする」ことで理解を深めることを目的とした一冊。本書を一通り読み終えるころには，低レイヤに対する一段上の実力がついているはずです！

こんな方におすすめ

  • 性能向上などのためにコンピュータアーキテクチャを理解したいエンジニア
  • RISC-VやLLVMへの理解を深めたいエンジニア

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「低レイヤ」を，なぜ・どうやって学ぶのか
コンピュータアーキテクチャ，とくにCPUの命令セットアーキテクチャについて，RISC-Vを例に「上のレイヤからアプローチする」ことで理解を深めることを目的とした一冊。本書を一通り読み終えるころには，低レイヤに対する一段上の実力がついているはずです！

目次

第1章：コンピュータアーキテクチャとISAの基礎知識

  • コンピュータアーキテクチャの全体像
  • 命令セットアーキテクチャ（ISA)
  • CPUの高速化技法

第2章：RISC-Vの基礎知識

  • RISC-V命令セットの特徴
  • RISC-V命令セットの詳細
  • RISC-Vを体験する

第3章：LLVMの基礎知識

  • LLVMの概要
  • LLVMを体験する

第4章：LLVMバックエンドの仕組み

  • LLVMバックエンド開発の全体像
  • LLVMのバックエンドを作るための第一歩
  • ターゲット記述ファイル（tdファイル）の作成
  • MYRISCVXのC++クラスを実装する
  • llcはどのようにマルチターゲットを実現しているのか

第5章：簡単な関数や演算のサポート

  • 関数の仕組み
  • シンプルな関数をコンパイルできるようにする
  • 関数が戻り値を返せるようにする
  • 関数のプロローグ・エピローグに必要な新規命令の実装
  • 関数のプロローグ・エピローグの実装

第6章：算術演算・グローバル変数・ポインタ・制御構文のサポート

  • 算術・論理・比較命令の生成
  • まとめとレッスン：画像のパタンマッチングを行うプログラムをシミュレーションする
  • グローバル変数のサポート
  • ポインタ・配列・構造体のサポート
  • 条件分岐や繰り返しの生成
  • 関数呼び出しのサポート
  • [LLVM] LLVMのビルドと確認
  • まとめとレッスン：配列のソート

第7章：オブジェクトファイル・ELFファイル出力のサポート

  • オブジェクトファイルとは何なのか
  • インラインアセンブリとllvm-mcの実装
  • まとめとレッスン：N-Queen問題を解く

第8章：LLVMでのテスト記述とリグレッション

  • llvm-litによるテスト実行

著者プロフィール

木村優之（きむらまさゆき）

半導体メーカー勤務のかたわら，趣味の技術ブログで主にRISC-Vについて試行錯誤した結果をブログ化している。RISC-Vを含め低レイヤの技術全般に興味がある。