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準備学習・事後学習
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WebClassに講義資料があるので、事前に読んで、疑問点を１時間でまとめておく。ディスカッション、プレゼンテーション、製作を行う週は追加で、ディスカッション、プレゼンテーションに必要な資料を作成し、必要な製作をする。資料作成や製作は４時間以上かけて行う。
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課題・定期試験に対するフィードバック
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毎週の小レポート課題については講義内で継続的に解説、質問対応を行う。
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履修上の留意
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デジタル回路1で学習したVerilogを使いこなせている前提で講義を進めるため、デジタル回路1の単位が取得できていない場合、履修は困難である。
製作を行う週は、ノートパソコンを持参する。
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授業の概要と目的
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コンピュータの動作原理を学び、コンピュータの基本構造理解のために、FPGA (Field Programmable Gate Array) を用いて電卓を設計製作する。2年次までは小さな回路モジュールのシミュレーションだけを行ってきたが、本講義では、コンピュータの基礎となる回路を設計し、FPGAで実際に動作させられるようになることを目的とする。
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アクティブ・ラーニング
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学生間のディスカッションと成果物のプレゼンテーションを行う。
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該当するCP（カリキュラム・ポリシー）およびDP（ディプロマ・ポリシー）
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実務経験と授業内容の関係
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授業内容が民間企業での研究開発にどのように応用されるかについて、実務経験を基にデジタル回路の重要性を伝える授業を実施する。
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科目ナンバリングコード
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サブタイトル
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コンピュータを構成するデジタル回路の理解と電卓の設計製作
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到達目標
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コンピュータを構成するデジタル回路部品を設計し、製作できるようになる。
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授業計画
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【項目欄】
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【内容欄】
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1.
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序論
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履修内容の応用先と活用できる仕事を知る。
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2.
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コンピュータアーキテクチャ
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コンピュータの動作原理を復習する。
コンピュータを構成するデジタル回路部品の概要を学ぶ。
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3.
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コンピュータの演算部
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CPU (Central Processing Unit) の動作原理を学ぶ。
論理設計による演算の高速化方法を学ぶ。
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4.
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FPGA (1)
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FPGAの動作原理を学ぶ。
FPGAでのデジタル回路開発法を学ぶ。
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5.
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FPGA (2)
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ピンアサインを実施する。
目標：Verilogの記述通りFPGA実機を動作させることができるようになる。
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6.
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電卓部品の製作 (1)
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7セグメントデコーダをFPGAで製作する。
目標：FPGAの内部状態を表示できるようになる。
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7.
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電卓部品の製作 (2)
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フリップフロップ、レジスタをFPGAで製作する。
目標：デジタル信号の保持ができるようになる。
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8.
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電卓部品の製作 (3)
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電卓に必要な演算命令を定義する。
目標：電卓の演算命令を保持し、結果を出力できるようになる。
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9.
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電卓の設計
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電卓の設計書を作成する。
ディスカッション形式でデザインレビューを実施する。
目標：設計ミスを事前に発見できるようになる。
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10.
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プレゼンテーション
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設計した電卓について発表する。
目標：設計したものの良さを人に理解してもらえるようになる。
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11.
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電卓の製作と検査
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設計書に沿って電卓を製作する。
製作物の検査を実施する。
目標：製作したものの品質を確保できるようになる。
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12.
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コンピュータの高速化
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半導体の製造プロセスを学ぶ。
微細化によるコンピュータ高速化の原理を学ぶ。
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13.
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コンピュータの表示部 (1)
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コンピュータの表示に使われるデジタル回路を学ぶ。
コンピュータグラフィックスの原理と必要な演算を学ぶ。
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14.
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コンピュータの表示部 (2)
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GPU (Graphics Processing Unit) の動作原理を学ぶ。
並列化によるコンピュータ高速化の原理を学ぶ。
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15.
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コンピュータの表示部 (3)
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GPUの応用先を学ぶ。
GPUと深層学習 (Deep Learning) の関係を学ぶ。
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テキスト
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【書籍名】
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【著者】
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【出版社】
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1.
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WebClassの講義資料
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参考文献
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【書籍名】
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【著者】
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【出版社】
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1.
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入門VerilogHDL記述
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小林優
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CQ出版
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授業方法の形式
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授業の実施方法
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成績評価方法
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講義内容に関するレポート20％，製作物の設計書80％で評価する。
製作物の設計書と製作物を提出していない場合は、単位を得られない。また、ディスカッションとプレゼンテーションを実施していない場合も、単位は得られない。
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成績評価基準
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C(合格)となるためには、到達目標を最低限達成することが必要である。
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受講生へのメッセージ
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我々の生活にとって必要不可欠となったコンピュータは、デジタル回路の一番の応用先である。本講義でコンピュータの動作原理を理解し、コンピュータの基礎の基礎を自分で設計、製作することによって、自分でも時間をかければコンピュータを製作できると感じるはずである。実機を動作させるというハードルはかなり高いが、製造業を目指す学生にはぜひ受講してもらいたい。
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参考URL
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画像
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ファイル
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更新日時
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2024/05/09 10:19
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