【関連製品】
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[著] 別府 伸耕 (リニア・テック)
【Index】
■フルディスクリートのシンプルなCPUを作る
●FPGA入門の第一歩!コンピュータの心臓部を手作りする
●ディジタル回路ブロック
●CPUの設計方針
■CPUの仕様を決める
●定番アーキテクチャ「ノイマン型」を採用する
●メモリ
●CPU
●I/O
●製作するCPUの目標スペック
■CPUのアーキテクチャを決める
●必要な要素を付け足しながらアーキテクチャを完成させる
●算術論理演算装置(ALU)
●レジスタ(A REG、B REG)
●入出力回路(I/O)
●プログラム・カウンタ(PC)
●ROM
●命令デコーダ(ID)
●ステート・マシン
●アーキテクチャの完成
■CPUの命令仕様を決める
●CPUで扱うデータ・フォーマット
●命令セット・アーキテクチャ
●機械語とニモニック
●アセンブリ言語とアセンブラ
●高級言語とコンパイラ
●各命令の概要
■コラムA 使用するFPGAと開発環境
■コラムB FPGAの実験用の基板の製作
■コラムC 割込み機能を実現するアドレス保存回路「スタック・ポインタ」
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー【本文サンプル】
①フルディスクリートのシンプルなCPUを作る
■FPGA入門の第一歩!コンピュータの心臓部を手作りする
●1738個のMOSFETで作る
この技術解説シリーズでは、コンピュータの心臓部である「中央処理装置」(central processing unit:CPU)を実際に作りながら、その動作原理を学んでいきます(Vol.1~6の全6回を予定)。
写真1に示すのは、これから作るCPUをキット化した「CPU1738」です。このCPUキットにはICをいっさい使っていません。すべての回路は個別(ディスクリート)部品のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:MOS型電界効果トランジスタ)だけで構成されています。合計1738個のMOSFETを使って、コンピュータとしての動作を実現しています。
このキットは現在マルツエレック社から発売中です(https://www.marutsu.co.jp/pc/i/1633082/)。具体的な組み立て方法などは商品のマニュアルを参照してください。
●FPGAを使った設計例も解説
このCPUの回路は単純なものですが、本質的な部分は一般的なCPUやマイコンと同じです。また、すべてトランジスタで構成されているためブラック・ボックス的な部分がまったくありません。これから解説する一連の内容を理解すればCPUやマイコンを応用した製品設計やプログラム開発において大いに役立つ知識が得られます。
本技術解説シリーズの主旨は「トランジスタだけで構成されたCPUを作ること」ですが、それと平行してFPGA上に同じ機能をもったCPUを実装する方法も解説します。使用するFPGAや開発環境についてはコラムを参照してください。(つづく)
●開発者/著者 略歴
2011年 東京工業大学 工学部 電気電子工学科 卒業
2013年 東京工業大学大学院 理工学研究科 電子物理工学専攻 修了
2013年 株式会社アドバンテスト 入社
2016年 株式会社村田製作所 入社
2019年 リニア・テック 開業
▲主な著書
(1)電子回路のキホン 要点マスタ50,トランジスタ技術,2015年5月号,別冊付録,CQ出版社.
(2)情熱のフル・ディスクリートFMラジオ,トランジスタ技術,2016年1月号 特集 第5章,CQ出版社.
(3)本質理解!万能アナログ回路塾,トラジスタ技術,2017年9月号,連載,CQ出版社.
(4)初等関数と微分・積分,2019年,CQ出版社.
(5)月着陸船アポロに学ぶ確率統計コンピュータ,トランジスタ技術,2019年7月号 特集,CQ出版社.
(6)大解剖!CPUはこうやって動いている,トランジスタ技術,2020年5月号 特集,CQ出版社.