バナー

自作CPU入門3：メモリマップとアドレス


メモリのアクセス先「アドレス」

CPUは番地を利用してデータにアクセスする

図1　CPUは，メモリマップを利用して，メモリやI/Oの位置をアドレスで指定し，正しくデータ送受信を実現する．画像クリックで動画を見る．または記事を読む

AIやロボットが動作する際の「頭脳」にあたる部分はCPU（中央処理装置）です．情報処理の中心であるCPUは，「アドレス」を使って，「メモリ」や「I/O（入出力装置）」とデータをやり取りします．

メモリマップとは

メモリマップとは，CPUがデータのやり取りをする際に，各装置の場所を番号（アドレス）で指定するしくみです．CPU，メモリ，I/Oは「バス」という通信線を通じてつながっています．バスは1本の線を複数の装置が共有します．CPUがデータを送るとき，誰が受け取るのかを判別するために，各装置に固有のアドレスが割り当てられています．

以下のようにアドレスを割り当てることで，データのやり取りが可能になります．

  1. メモリ：0?99番地
  2. ハード・ディスク：100番地
  3. ディスプレイ：200番地

CPUはデータのやり取りをする際，あらかじめ相手のアドレスを指定します．これにより，確実に目的の装置へデータが届くしくみです．

アドレッシング技術

アドレスの割り当ては，単純に1つのアドレスだけで指定する方法だけでなく，2段階の指定方法もあります．これにより，ハード・ディスクの交換時でもCPUから見たアドレスが変わらないようにできます．たとえば，

  1. CPUは「100番地」と指定
  2. ハード・ディスク内の「5000番地」と指定

この2段階の指定により，ハード・ディスクを交換しても「100番地」としての指定は変わらず，管理が容易になります．この方法を「アドレッシング」と呼びます．

AIやロボットの制御では「アドレス」という概念が重要です．アドレスはデータの置き場所を表す数字であり，デバイスやメモリの区画ごとに一意の番号が割り当てられます．

  1. CPUはアドレスを指定してデータの読み書きを行う
  2. 複数のデバイスが同一アドレスを使用すると，正しく動作しない
  3. アドレスの重複を避けるため，各装置には固有の番号が割り当てられる
  4. アドレッシング技術により，ハード・ディスクの交換後でも同一アドレスでの管理が可能

アドレスは単なる数字ですが，AIやロボットにとっては「どこに何があるのか」を知るための重要な手がかりです．これにより，効率的かつ正確なデータ処理が実現します．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

チャプタ・リスト

  • 0:53 今回の内容
  • 1:44 アドレスを使って読み書き
  • 3:32 I/Oにもアドレスがある？
  • 4:17 素直にアドレスを振ると不便
  • 5:07 I/Oでよく使われる方法①
  • 6:10 バスで注意が要ること②
  • 7:35 メモリマップ
  • 8:18 マイコンのLチカの例
  • 13:08 ソフトを置くアドレス
  • 14:02 ソフトの“ロード”
  • 14:47 おまけ：自作CPU派に！お勧め開発キット
  • 15:11 次回予告

著者紹介

  • NTT，IBM，Sony，NECの各研究所において高性能回路IPやハイレベル・シンセシスの研究，およびプレイステーションなどの製品用SoC開発に従事した後，現職にて民間宇宙ロケットの飛行制御コンピュータの研究開発に従事．FPGAや高位合成を活用している

著書

  1. ［VOD/KIT］一緒に動かそう！Lチカから始めるFPGA開発【基礎編＆実践編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］Xilinx製FPGAで始めるHDL回路設計入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD/KIT］一緒に動かそう！Lチカから始めるFPGA開発【基礎編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/KIT］Zynqで初めてのFPGA×Linux I/O搭載カスタムSoC製作，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD/KIT］Tiny FPGA実習！高校生から始めるHDLプログラミング，ZEPエンジニアリング株式会社．
  6. ［VOD/Pi KIT］カメラ×ラズパイで一緒に！初めての画像処理プログラミング，ZEPエンジニアリング株式会社．
  7. スパコンでも破れない！高セキュリティ・マイコン・プログラミング，ZEPエンジニアリング株式会社．
  8. ［YouTube］宇宙軌道ロケット 成功の方程式
  9. ［YouTube］宇宙ロケットの電子回路開発
  10. FPGA/Zynqで作るカスタム・コンピュータ・チップ，ZEPエンジニアリング株式会社．
  11. Lチカ入門！ソフトウェア屋のためのHDL事はじめ，ZEPエンジニアリング株式会社．
  12. USBカメラの動画キャプチャ＆描画用 Pythonプログラム，ZEPエンジニアリング株式会社．
  13. ライブラリ完備！組立式ラズパイI/O増設ボード MCC DAQ HATSファミリ誕生，ZEPエンジニアリング株式会社．

参考文献

  1. ［VOD/KIT］ 実習キットで一緒に作る！オープンソースCPU RISC-V入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］ARM Cortex-A9＆FPGA内蔵SoC Zynqで初体験！オリジナル・プロセッサ開発入門，ZEPエンジニアリング株式会社．