概要

3ビットCPUを自作しながらコンピュータの動作原理をゼロから理解する

想定読者

CPUの内部構造を体系的に学びたいソフトウェアエンジニア、およびハードウェア設計の基礎を掴みたい学生・趣味の電子工作者

こんな人には向いていない

• すでに論理回路・HDL・マイクロアーキテクチャを実務で扱っている人には基本事項の比重が大きい
• FPGAや商用CPUの実装を即戦力として習得したい人には対象範囲が狭すぎる
• ソフトウェア開発スキルの即時向上を求めている人には間接的な学びに留まる

読了後にできるようになること

• 2進数・順序回路・組み合わせ回路など論理回路の基本構造を説明できる
• CPU・メモリ・I/Oの役割分担とそれぞれの動作原理を理解する
• ALU・レジスタ・命令デコーダを含むCPUブロック図を読み解ける
• コンセプト設計から回路図・基板図設計までのCPU設計フローを追体験できる
• クロックジェネレータ・リセット回路・電源設計といった電子回路の基本要素を把握する
• 自作CPU組み立てキット(別売)と組み合わせて実物のCPUを動作させる経験を積める

本書のキー概念(章解説)

• 第 1 章 論理回路 — 2進数・順序回路・組み合わせ回路を扱う。CPUの構成要素を理解するための必須基礎。ハードウェア未経験者はここを丁寧に読む価値がある
• 第 2 章 コンピュータ — CPU・メモリ・I/Oの三要素の役割と連携を概説する。全体像を掴む章として薄く読み流しながら後の章で戻ってくる使い方が有効
• 第 3 章 CPU基本設計 — コンセプト設計・仕様設計・ブロック図設計の流れを追う。実務での設計プロセスに近い視点が得られる
• 第 4 章 CPU論理回路 詳細設計 — レジスタ・ALU・命令デコーダの回路図設計。本書の核心部分。時間をかけて手で追うと理解が定着する
• 第 5 章 CPU電子回路 詳細設計 — 電源・クロック・リセット・LED・基板図設計を扱う。組み立てキット利用者は特に精読が有効
• 補章 — 仕様書・ブロック図・回路図・部品表・基板図・サンプルプログラム・参考文献を収録。設計資料の全体を確認するリファレンスとして使う

ハイライト

• 目指すべきところは、CPUの動作原理を理解することです。そこで、本書のために新しいCPUを設計しました。このCPUは動作原理を理解するためにイチから創ったものです。とてもシンプルで分かりやすいCPUです。そして、まったくブラックボックスがありません。(本書の独自性が最も端的に示された箇所 — ブラックボックスを排除した教育目的専用CPUの設計方針)
• 理解をさらに深めるには、手を動かすことも大切です。そのため、CPUを実際に製作できる自作CPU組み立てキット(別売)も用意しています。実物を作って手に取り、動かしてみてはいかがでしょう。(書籍単体だけでなく物理キットとセットで学べる点が他の入門書との明確な差別化要素)

編集メモ

Qiita言及 0件 / 2026年3月刊行の新刊のため外部シグナル蓄積なし。内容の網羅性や組み立てキット連動の独自性は高いが、現時点では外部評価データが存在しない

読む前に押さえておきたいこと

• 2進数の基本的な読み書き(10進数との変換ができる程度)
• 電気回路の基礎(電圧・電流・抵抗の概念)があると5章の電子回路設計が読みやすい
• プログラミング経験は必須ではないが、補章のサンプルプログラムを試す場合は基本的な命令セットの読み方の理解が助けになる

学習のコツ

• 1章(論理回路)は本書全体の土台。電子回路の知識がない場合は2進数と基本ゲートの理解を確認してから進む
• 3〜4章はCPU設計の中心。ブロック図と回路図を紙に書き写しながら読むと構造が頭に入りやすい
• 補章の仕様書・回路図は随時参照資料として使う。順番に読まず、設計章で疑問が生じたときに参照する使い方が効率的
• 組み立てキット(別売)を併用する場合は5章を読んでから製作に入ると、各部品の役割を理解した状態で手を動かせる