到達目標
Intel社製MCS-4システムの内部構造を理解するとともに，CPUである4004などをVerilogにより回路構築することによって，学習教育目標(D-1)(D-2)の達成とする．
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| Verilog | Verilogの構文を理解し使用ができる． | Verilogの構文を理解できる． | Verilogの構文を理解でない． |
| FPGAによるROMおよびRAMの実装 | ROMおよびRAMの構造を理解し完全な実装できる． | ROMおよびRAMの構造を理解し，概ね実装できる． | ROMおよびRAMの構造を理解できない． |
| MCS-4の実装 | CPUの構造を理解し完全な実装できる． | CPUの構造を理解し概ね実装できる． | CPUの構造を理解できない． |
学科の到達目標項目との関係
(D-1)
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(D-2)
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産業システム工学プログラム
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教育方法等
概要:
近年，ディジタル回路を設計するときの多くは，汎用ロジックICを用いず，代わりにVerilog などのハードウェア記述言語とFPGAを用いていることが増えてきている．この講義では，原始的なCPUを構築することを題材としており，先修科目の集積回路設計で習得したVerilogを用いて，より大規模な回路を構築できることを目的としている．
授業の進め方・方法:
CPUの構造を再確認するため，インテル4004とともに4001および4002の内部構造について理解する．その後，Verilog HDLにより各ブロックについて実装していき，最終的にMCS-4をVerilogに構築する．
なお、本科目は学修単位科目であり，授業時間30時間に加えて，自学自習時間60時間が必要である．事前・事後学習として課題等を与える．
注意点:
＜成績評価＞ レポート課題（60%），前期末達成度試験（30%），平常点(10%)の合計100点満点で目標（D-1）及び（D-2）の達成度を総合的に評価する．合計で6割以上を達成した者をこの科目の合格者とする．
＜オフィスアワー＞月曜日16:00～17:00，電子情報工学科１F芦田教員室
＜先修科目＞集積回路設計，電気回路，電子回路
＜備考＞集積回路設計で学んだVerilogについて，復習しておくことが望まれる．また，計算機とりわけCPUの構造について復習しておくこと．この科目では，BYODパソコンを持参すること．
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
Verilog HDLの復習と7セグメントLEDの制御モジュールの作成(課題説明) |
Verilog HDLの復習をしつつ，7セグメントLEDの制御モジュールの内部構造を理解できる．
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| 2週 |
MCS-4の概要(1) |
インテルMCS-4の内部構造，MOS-FETの動作，4001(ROM)の概要を理解できる．
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| 3週 |
MCS-4の概要(2) |
4002(RAM)，4003(シフトレジスタ)，4004(CPU)の概要を理解できる．
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| 4週 |
ドットマトリクスディスプレイの制御モジュールの作成(課題説明) |
ドットマトリクスディスプレイの制御方法を理解できる．
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| 5週 |
BlockRAMの使い方 |
FPGAにあるブロックRAMの使い方を理解できる．
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| 6週 |
4001モジュールの作成(課題説明) |
FPGAにインテル4001を構築する方法を理解できる．
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| 7週 |
4004の動作 |
インテル4004の構造および動作原理について理解できる．
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| 8週 |
4004のインストラクション(1) |
インテル4004のインストラクションについて理解できる．
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| 2ndQ |
| 9週 |
4004のインストラクション(2) |
インテル4004のインストラクションについて理解できる．
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| 10週 |
4004モジュールの作成(課題説明) |
FPGAにインテル4004を構築する方法を理解できる．
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| 11週 |
MCS-4の実装(1) |
FPGA上にMCS-4を構築できる．
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| 12週 |
MCS-4の実装(2) |
FPGA上にMCS-4を構築できる．
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| 13週 |
MCS-4の実装(3) |
FPGA上にMCS-4を構築できる．
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| 14週 |
MCS-4の実装(4) |
FPGA上にMCS-4を構築できる．
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| 15週 |
MCS-4の実装(5) |
FPGA上にMCS-4を構築できる．
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| 16週 |
前期末達成度試験 |
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評価割合
| 試験 | 小テスト | 平常点 | レポート | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 30 | 0 | 10 | 60 | 0 | 100 |
| 配点 | 30 | 0 | 10 | 60 | 0 | 100 |