到達目標
学習目的：身の回りの多くの電子機器で使用されているマイコンなど高速・大規模デジタル回路システムを要求する社会に答える技術の育成を目指し，デジタル回路の設計を通してデジタル回路システムを学習する。
到達目標：
１．デジタル表現されたデータを処理する原理を理解し，説明できる。
２．簡単な組合せ論理回路や順序回路の説明や設計ができる。
３．ハードウェア記述言語を用いた設計やシミュレーションができる。
ルーブリック
| 優 | 良 | 可 | 不可 |
| 評価項目1 | デジタル表現されたデータを処理する原理を理解し，各種の手法を説明できる。 | デジタル表現されたデータを処理する原理を理解し，手法を概ね説明できる。 | デジタル表現されたデータを処理する原理を理解し，簡単な回路の処理手法を説明できる。 | デジタル表現されたデータを処理する原理や手法を説明できない。 |
| 評価項目2 | 簡単な組合せ論理回路や順序回路の説明や設計が自由にできる。 | 簡単な組合せ論理回路や順序回路の説明や設計が概ねできる。 | 簡単な組合せ論理回路や順序回路の説明や設計が教科書等を見ればできる。 | 簡単な組合せ論理回路や順序回路の説明や設計ができない。 |
| 評価項目3 | ハードウェア記述言語を用いた設計やシミュレーションが自由にできる。 | ハードウェア記述言語を用いた設計やシミュレーションが概ねできる。 | ハードウェア記述言語を用いた設計やシミュレーションが説明資料を見ればできる。 | ハードウェア記述言語を用いた設計やシミュレーションができない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
一般・専門の別：専門 学習の分野：情報･制御
必修・履修・履修選択・選択の別：履修選択
基礎となる学問分野：情報科学，情報工学／計算機システム
学科学習目標との関連：本科目は電気電子工学科学習目標「（２）電気電子工学に関する技術・知識を修得し，電気現象の解析や電気・電子機器の設計・製作に応用できる能力を修得している。」に相当する科目である。
技術者教育プログラムとの関連：本科目が主体とする学習･教育到達目標は「（Ａ）技術に関する基礎知識の深化, Ａ－２：「電気・電子」, 「情報・制御」に関する専門分野の知識を修得し, 説明できること」である。
授業の概要：デジタル回路の基礎および設計法の学習から始め，現代の設計の主流であるハードウェア記述言語を用いた設計を通して，各種のデジタル制御回路を学習していく。単なる知識の勉強ではなく，集積回路設計ツールを用いて設計を体験しながらデジタル処理を学習していく。
授業の進め方・方法:
授業の方法：１週２単位時間（９０分）で後期に開講する。教科書によるデジタル回路および設計法の勉強とともに，集積回路設計ツールを用いた設計演習を通して回路設計とシミュレーションを体験しながらデジタル処理回路を学習する。授業時間外学習として，設計課題や章末問題，課題調査にも取り組む。後半期の設計課題はグループで取り組み，各人が設計した分担回路を統合して全体回路を作成する。
成績評価方法：中間試験（５０％）。試験の持込可能物品はその都度指示する。授業においては演習や実習，レポート課題などを課し，その結果を評価する（５０％）。期末試験は行わず，その期間の演習，実習結果や課題提出物で評価する。成績が６０点未満の人には特別補習期間に再試験を行い，試験点を再計算して６０点まで成績を変更することがある。
注意点:
履修上の注意：本科目は「授業時間外の学習を必修とする科目」である。１単位あたり授業時間として１５単位時間開講するが，これ以外に３０単位時間の学習が必修となる。これらの学習については担当教員の指示に従うこと。
履修のアドバイス：内容はデジタル回路設計という高度な内容であるが，実習体験を通して最先端の設計法とデジタル処理の方法を感じ取ってもらうことが主眼である。毎回，内容を見返して復習するとともに，課題をこなして次回の授業始めに提出すること。情報系科目に興味のある人に履修を勧める。
基礎科目：電子情報回路（３年），電気電子工学実験Ⅳ（４）など 関連科目：情報処理（５年）
受講上のアドバイス：事前に教科書に目を通し，授業や実習，授業時間外学習に積極的に取り組もう。遅刻は１０分までとし，遅刻の回数が多い場合は，警告を行った後，欠課扱いとする。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
講義の概要，アナログとデジタル，数値表現
【授業時間外の学習】補数による演算 |
授業内容と全体の流れを知る。ディジタルの基礎，2の補数演算を理解する。
【授業時間外の学習】章末問題を解く。
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| 2週 |
デジタル回路の生成，PLD，自動設計，設計ツール
【授業時間外の学習】自動設計とカスタム設計の設計過程の違いと特徴，FPGA |
ディジタル回路の生成，FPGAの構成と特徴，自動設計とカスタム設計の流れと特徴を理解する。
【授業時間外の学習】課題をまとめ，理解する。
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| 3週 |
VHDL記述、ISEの使用方法，半加算器その１の設計（シミュレーションを含む）
【授業時間外の学習】半加算器その２の設計 |
ISEを用いた回路設計とシミュレーションの手順を覚える。
【授業時間外の学習】課題に取り組み回路設計やツールに慣れる。
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| 4週 |
階層記述，全加算器，多ビット信号
【授業時間外の学習】４ビット加算器の設計 |
階層設計，多ビット信号の扱いを理解する。
【授業時間外の学習】課題に取り組み回路設計やツールに慣れる。
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| 5週 |
補数による演算の復習と加減算器の設計
【授業時間外の学習】加減算器の設計 |
演算処理の方法とその回路実現法を理解する。
【授業時間外の学習】課題に取り組み回路設計やツールに慣れる。
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| 6週 |
process文，if文やcase文による条件分岐
【授業時間外の学習】半減算器およびデコーダの設計 |
process文，if文，case文を理解して，条件処理の設計が行える。
【授業時間外の学習】真理値表に基づいた設計ができる。
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| 7週 |
状態遷移，順序回路の記述，BCDカウンタ
【授業時間外の学習】BCDカウンタの設計 |
状態遷移，ステートに基づいた順序回路の設計を理解する。
【授業時間外の学習】順序回路の設計が行える。
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| 8週 |
後期中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
後期中間試験の返却と解答解説，コンピュータの構成，命令と実行過程，PICマイコンのCPU
【授業時間外の学習】CPUの基本構成と動作 |
解答を聞き，不十分な箇所の理解を深める。PIC CPUの構成と動作を理解する。
【授業時間外の学習】CPUの基本構成と動作を理解する。
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| 10週 |
累算器，デコード，算術論理演算回路
【授業時間外の学習】算術論理演算回路の設計 |
算術論理演算回路の機能と記述を理解する。
【授業時間外の学習】課題CPU用の算術論理演算回路を設計する。
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| 11週 |
シーケンサ，メモリ，簡易ＣＰＵの構成と命令
【授業時間外の学習】シーケンサの設計，課題ＣＰＵの構成図 |
ステートマシンとメモリの記述，課題CPUの機能と命令を理解する。
【授業時間外の学習】ステートに基づいた設計ができる。課題CPUの構成図を考える。
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| 12週 |
（グループチームでのＣＰＵ設計課題演習）役割分担による個々の部品設計
【授業時間外の学習】役割分担による個々の部品設計 |
CPUの構成図，部品回路，CPUの各ステート動作を記述する。
【授業時間外の学習】分担した部分を作成する。
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| 13週 |
（グループチームでのＣＰＵ設計課題演習）役割分担による個々の部品設計
【授業時間外の学習】役割分担による個々の部品設計 |
CPUの記述，簡単なプログラムを考える。
【授業時間外の学習】分担した部分を作成する。
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| 14週 |
（グループチームでのＣＰＵ設計課題演習）全体回路の設計
【授業時間外の学習】課題CPUのシミュレーション |
部品を統合して，簡単なプログラムを入れて課題CPUを作成する。
【授業時間外の学習】シミュレーションでCPUの動作を確かめる。
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| 15週 |
後期末試験は実施しない。
【授業時間外の学習】報告書作成 |
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| 16週 |
報告書の提出
簡易CPUのVHDL記述，プログラム例とシミュレーションの解説 |
簡易CPUの構成，VHDL記述，命令実行動作を理解する。
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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 |
| 基礎的能力 | 工学基礎 | 情報リテラシー | 情報リテラシー | 情報の意味と情報を適切に収集・処理・発信するための基礎的な知識を理解し活用できる。 | 3 | |
| 論理演算と進数変換の仕組みを理解し、演算できる。 | 3 | |
| コンピュータのハードウェアに関する基礎的な知識を理解し活用できる。 | 6 | |
評価割合
| 試験 | 演習・実習，課題 | 合計 |
| 総合評価割合 | 50 | 50 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 50 | 50 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |