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デジタル論理回路

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01デジタル信号と数の表現

○デジタル信号：電圧を 0 と 1 として読む条件概念

○数体系と固定幅の表現概念

02論理ゲートと真理値表

○基本ゲート：AND・OR・NOT・BUFFER概念

○NAND・NOR と否定記号の読み方概念

○XOR・XNOR：一致・不一致とパリティ概念

○万能ゲート：NAND だけで回路を作る概念

03論理式から回路設計へ

○ブール代数・等価変形・実装コスト概念

○真理値表から論理式へ：最小項・最大項・SOP・POS概念

○カルノー図とドントケアの条件概念

○設計実習：仕様から 3 入力多数決回路へ実習

04アドレスと選択回路

○デコーダ・ワンホット選択・有効な入力概念

○エンコーダと優先順位：複数の要求から一つを選ぶ概念

○DEMUX とデコーダ：選択した経路へデータを送る概念

○信号とポート：幅・方向・時間の取り決め概念

○真理値表から MUX とシャノン展開へ概念

05算術回路と比較

○加算器とキャリー伝搬構造概念

○2 の補数・符号拡張・オーバーフロー概念

○比較器と境界値の仕様概念

06ラッチ・フリップフロップと状態の記憶

○記憶の始まり：フィードバックと SR・D ラッチ概念

○D フリップフロップ：レベルからエッジへ概念

○フリップフロップ・enable・制御の優先順位概念

○同期式の状態遷移とクロックの役割概念

07MUX の RTL 実装と検証

○組合せ選択とレジスタ出力の遅延概念

○組合せ RTL と完全な代入概念

○実習：MUX の全数検査とレジスタ出力の解析実習

○波形のサンプリング時点と因果関係概念

○MUX の検証：全数検査とプロパティ概念

○設計確認：選択回路の等価性と観測時点理解度チェック

08カウンタと同期式の状態更新

○状態数・カウンタ幅・未使用コード概念

○カウンタの次状態とリセットの優先順位概念

○ノンブロッキング代入と同時状態更新概念

○実習：カウンタのリセット・循環・不変条件の検証実習

○モジュロ・飽和カウンタと終了パルス概念

○カウンタのデバッグと最小反例概念

○設計確認：幅・優先順位・循環の境界理解度チェック

09シフトレジスタとデータの流れ

○ベクトルのインデックス・ビット順・符号概念

○シリアル入力とフレーム境界概念

○シフトレジスタの状態方程式概念

○スライス・連結・繰返し演算の幅概念

○実習：シリアルデータの移動とビット順の検証実習

○サイクル遅延とスループットの区別概念

○シフト回路の検証とデータ・valid の整列概念

○設計確認：遅延・整列・入力の保存理解度チェック

10タイミング・実際の入力・状態機械

○セットアップ・ホールドとタイミング予算概念

○論理ハザードと等価式の限界概念

○クロック領域の境界とメタステーブル概念

○実際のボタン入力：同期化・デバウンス・一回のイベント概念

○状態機械：状態・遷移・出力を分ける概念

○検証計画・カバレッジ・独立した参照モデル概念

○総合設計：重なりを許す 101 パターン検出器概念

11選択発展 · 算術データパス

○ALU と zero・negative・carry・overflow フラグ概念

○バレルシフタと段階的な MUX概念

○固定小数点・丸め・飽和概念

○複数サイクルの unsigned シフト加算乗算器概念

12選択発展 · メモリと FIFO

○同期メモリと読み書き競合の契約概念

○2 読み出し・1 書き込みレジスタファイルとバイパス概念

○単一クロック FIFO のポインタと境界条件の方針概念

○FIFO・メモリの検証計画と独立したスコアボード概念

13選択発展 · パイプラインとインターフェース

○Ready/valid と 1 要素のエラスティックバッファ概念

○乗加算パイプラインとデータの整列概念

○停止可能なパイプラインとバックプレッシャー概念

○レジスタインターフェースと副作用の発生時点概念

○総合実習：UART 送信器とフレームのタイミング概念

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