シンプルなCPUを作ってみよう

　　　　　　　　　（ver. 2 　2007.5.9）

井澤　裕司

このコンテンツでは、ハードウェア記述言語のVHDLを用いて，「 シンプルなCPU 」 を設計する手法
について解説します．

一般に，CPUの設計には、算術演算回路（ALU）等の論理回路から，コンピュータアーキテクチャ
の命令セット，アセンブリ言語まで幅広い知識が要求されるため，初心者には「 ハードルの高い 」
ものとなってしまいます．

一方，ソフトウェアの「 C言語 」は，情報系の基礎科目となっており，工学を志すほとんど
すべての学生が使いこなすことが可能です．

そこで，本コンテンツでは，極めて単純な命令セットをもつCPUの動作を，ソフトウェア上で
シミュレーションする「 CPUシミュレータ 」を，C言語を用いて制作します．

次に，この「 CPUシミュレータ 」を，ハードウェア記述言語［ VHDL ］に拡張します．

VHDLは、トップダウンの回路設計に適したハードウェア記述言語であり，上記「 CPUシミュレータ 」は
比較的容易にVHDLに拡張できると思います．

このコンテンツは，以下の6章から構成されています．

• 第１章(その１)　「CPUシミュレータの制作」
• 第２章(その２)　「VHDLを用いた全体設計」
• 第３章(その３)　「VHDLを用いたコンポーネントの設計」
• 第４章(その４)　「より実用的なCPUを目指して」
• 第５章(その５)　「パイプライン処理の導入」
• 第６章(その６)　「C言語によるクロスアセンブラの制作」

オリジナルCPUの設計を通して，個性的で愛着が沸くようなCPUが数多く生まれることを期待しています。

また，このコンテンツを活用し，CPUやVHDLの理解が深まり，組み込みシステムに関連する研究課題へと
発展することを願っています．
誤りや問題点等がありましたら，井澤 (yizawa.cs@gmail.com) までご連絡いただければ幸いです．