[KIT]
オール・トランジスタ4bitコンピュータ CPU1738

ALU，レジスタ，I/Oなどをトランジスタ・レベルで手作りし，さらにFPGAにも実装

1738個のMOSFETで動く4bitコンピュータ“CPU1738”の概要

写真1に示すのは，1738個のトランジスタで構成されたフルディスクリートの4ビットCPU(central processing unit)「CPU1738」です．

動画1は，CPU1738の動作中のビデオです．動画2は，CPU1738にモータ駆動回路とセンサ入力回路を追加して作った移動ロボットです．壁にぶつかるたびに向きを変えて前進したり，後進したりします．シンプルなCPUでも，自分で条件を判断しながら処理を進めることがわかります．

CPU1738は，現代の多くのCPUが備える基本要素をすべてもっています(図1)．


写真1　フルディスクリートCPU CPU1738


動画1　CPU単体の動作のようす	動画2　キットに付属する車体(モータ付き)をCPU1738で制御して自走させているところ


図1　CPU1738は現代のCPUがもつ要路回路をすべて備える

CPUを1つのシステムと見なしたとき，その構造を表現するために「アーキテクチャ」(architecture)という言葉が使われます．図1に，本キット「CPU1738」のアーキテクチャを示します．

本CPUキットで使っている半導体部品は，MOSFETとダイオード(LEDも含む)だけです．ICはいっさい使わずにコンピュータとしての動作を実現しています．表1に使用した部品の種類と個数を示します．


表1　CPU1738を構成する部品の種類と数

MOSFETの数は「合計1738個」，ディジタル回路ブロック(論理ゲート回路)の数は「合計336個」です(表2)．


表2　オール・トランジスタ製4ビットCPUの製作に使った論理ゲートの種類と個数

本CPUキットは，写真2に示す「ディジタル回路ブロック」で構成されています．このブロックの基板にMOSFETをはんだ付けすると，トランジスタ・レベルでCMOSのディジタル回路が完成します．信号ラインにはLEDが付いているので，すべての信号線の状態を一目で確認できます(写真3)．


写真2　フルディスクリートCPUはミニ・モジュール「ディジタル回路ブロック」を組み合わせて作る


写真3　信号ラインにはLEDが付いているので，すべての信号線の状態を一目で確認できる

ディジタル回路ブロックは全部で10種類あり，1つ1つのブロックは「ANDゲート」，「ORゲート」，「NOTゲート」といった基本的な論理ゲート回路として動作します．CPU1738は，このブロックを組み合わせて作られています．