到達目標
(ア)システム設計で重要なHDL、集積回路、ASIC、再構成可能ハードウェアなどについて理解でき、特徴を説明できる。
(イ)VHDLによるハードウェア回路を設計でき、VHDLの設計手順や特徴について説明できる。
(ウ)設計した回路をFPGAに実装でき、FPGAの実装手順や特徴について説明できる。
(エ)VHDLによる組み合わせ回路が設計でき、記述について説明できる。
(オ)VHDLによる順序論理回路が設計でき、記述について説明できる。
ルーブリック
| 最低限の到達レベルの目安(優) | 最低限の到達レベルの目安(良) | 最低限の到達レベルの目安(不可) |
| システム設計で重要なHDL、集積回路、ASIC、再構成可能ハードウェアについて理解でき、特徴を説明できる。 | システム設計で重要なHDL、集積回路、ASIC、再構成可能ハードウェアについて理解できる。 | システム設計で重要なHDL、集積回路、ASIC、再構成可能ハードウェアについて理解できない。 |
| VHDLによるハードウェア回路を設計でき、VHDLの設計手順や特徴について説明できる。 | VHDLによるハードウェア回路を設計できる。 | VHDLによるハードウェア回路を設計できない。 |
| 設計した回路をFPGAに実装できる。 | 設計した回路をFPGAに実装できる。 | 設計した回路をFPGAに実装できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
マイクロコンピュータは、近年の半導体技術の急速な進歩によって、ますます小型化、低価格化、高速化、高機能化が進み、現在ではあらゆる製品に組み込まれて利用されている。特に、マイクロコンピュータを利用する人は、簡単なコンピュータを設計できる程度にマイクロコンピュータの動作原理から内部構造までを理解していることが必要である。そこで、基本的なコンピュータ(COMET)を設計するために,ハードウェア記述言語VHDLを用いたハードウェア回路の設計とFPGAへの実装によるLSI設計について学習する。
授業の進め方・方法:
講義でノートに書く代わりに、説明した内容を整理してパソコンでテキストにまとめ、電子的に提出する。
注意点:
コンピュータ工学ABの単位を修得していることが望ましい。なお、ノートパソコンを利用した演習を行うため、継続的に授業内容の予習・復習を行うこと。これを確認するための小テストを実施する。また、授業内容について、決められた期日までの課題(レポート)提出を求める。
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 |
シラバスの説明(評価基準)、組み込みシステムとシステム設計:HDL、集積回路、ASIC、再構成可能ハードウェア |
「授業内容」ができる
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2週 |
VHDLによるサンプル回路の設計と実装:サンプルVHDL記述、VHDLシミュレータの操作、シミュレーション |
「授業内容」ができる
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3週 |
半加算器の設計と実装:半加算器の記述、論理合成、配置配線、FPGAへの実装 |
「授業内容」ができる
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4週 |
全加算器の設計:全加算器の階層構造設計記述、シミュレーション |
「授業内容」ができる
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5週 |
加算回路:4ビット加算回路、Nビット加算回路、テストデータによるテスト |
「授業内容」ができる
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6週 |
小テスト、まとめ |
5回の「授業内容」ができる
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7週 |
ALU回路:演算回路の自動生成、テストベンチのいろいろ |
「授業内容」ができる
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8週 |
組み合わせ回路:3ステート回路、エンコーダ回路、デコーダ回路、バレル・シフト回路 |
「授業内容」ができる
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2ndQ |
9週 |
フリップフロップ:非同期信号、同期信号 |
「授業内容」ができる
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10週 |
レジスタ:Nビットレジスタ |
「授業内容」ができる
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11週 |
機能レジスタと状態遷移回路:シフト・レジスタ回路、カウンタ回路、スタック回路、キュー、状態遷移図 |
「授業内容」ができる
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12週 |
小テスト、まとめ |
5回の「授業内容」ができる
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13週 |
基本回路設計:VHDLによる4ビットマイコンの設計 |
「授業内容」ができる
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14週 |
基本回路設計:4ビットマイコンのFPGA実装 |
「授業内容」ができる
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15週 |
応用回路設計:4ビットマイコンの拡張 |
「授業内容」ができる
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16週 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
評価割合
| 定期試験 | 課題 | 小テスト | 合計 |
総合評価割合 | 40 | 30 | 30 | 100 |
専門的能力 | 40 | 30 | 30 | 100 |