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The AIPS ( Artificial Intelligent Partner System ) Home Page

................. a story of the intelligent AIPS image sensor..............

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　　　萩原良昭の出版図書の紹介
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　　　　人工知能パートナー（ＡＩＰＳ）を支える　　
　　　　　　　　　　　デジタル回路の世界
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ISBN 978-4-88359-339-2 C3055
本体 9000円＋税　
Ｂ５サイズ　上製　475ページ　（ハードカバー）
TEL: 042-765-6460(代) 　　　　　　　青山社
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　人工知能搭載の「賢い電子の目」

　　　　　　とそれを支える

　　　　デジタル回路の世界

　　　をやさしく　紹介しています。

　　将来への展望を語っています。

　若い技術者、大学の学生諸君には、

　　是非、読んでもらいたいです。

　　　文系理系にかかわらず、

　　　一般社会人の方でも、

　高校数学程度の知識があれば、

じっくり時間をかけて楽しく読めます。

　　　会社や大学の図書館で

是非一冊買ってもらってください。

　　そして、勉強してください。

　　　頭の体操になります。

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１９７５年から２００８年まで　ソニー（株）に勤務しました。　

その後、２００９年より２０１７年まで、熊本市にある崇城大学の

情報学部の教授として勤務しました。本書は若手社員や学生を

対象に教育指導してきた技術内容の基礎をまとめ解説したものです。　

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　　　　　　萩原良昭の出版図書の紹介
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　　人工知能パートナー（ＡＩＰＳ）を支える　　　

　デジタル回路の世界

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ISBN 978-4-88359-339-2 C3055

本体 9000円＋税　

Ｂ５サイズ　上製　475ページ　（ハードカバー）

　TEL: 042-765-6460(代) 　　　　　　　青山社

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　　　この本の概要説明です
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未来の人間の社会においては、いたるところで、人間にやさしい、
人工知能パートナーシステム（ AIPS = Artificial Intelligent Partner
System）とも言える人間支援システムが出現すると期待しています。

たとえば、AIPS搭載の自動走行車や老人介護システム、人間型
歩行ロボット、ロボット・ハウス等です。

このAIPSを支えるのが、コンピュータとその通信技術です。
また、その基礎となるのが、基礎情報数学、数値計算法、
電子回路、知能ロボット工学などです。

そこにはさらに、ハードとソフトの両面があります。

従って、ハードとソフトの技術が連携して、はじめて、AIPS搭載の
人間支援システムの実現が可能となります。

そこでAIPSを志す人は、宮本武蔵の様に、自己の腕（技術力）を
二刀流で磨いていただきたいところです。

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　本書ご購入された方は　下記の　e-mail にご連絡ください。

　　　　　　　　　hagihara-yoshiaki@aiplab.com

本書に関する補足資料、Appendix 資料などのご案内をお送りします。

　　また、本書を複数冊購入された団体・企業におかれましては、

　内部セミナー講義や説明会・勉強会の開催に際しては、

　　　　　　　喜んで、講師として参上いたしま。。。

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　　　本書「デジタル回路の世界」を購入された読者のみなさまには、

　　　　　　本書購入日時と購入手段（購入書店）を記載の上、

　　　　　hagihara-yoshiaki@aiplab.com　にご連絡いただければ、

　　　　　この補足資料の解答集 (Lecture Note) をお送りします。

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　　　　　　　特別付録　　　　雑学　特殊相対性理論　の紹介

これは、本書の第３章　デジタル回路のための基礎物理のAppendix(3-1-2)の補足資料でもあります。

　　　　　　　　　ベクトル　E[ ]　や　行列式　F[ ][ ] の応用例として

　　　　　　　　　初歩的な特殊相対性理論を例にして解説しています。

　　　　　　　　中学程度の数学の基礎からでも取りかかりが可能です。

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　　　　以下は本書のＡＰＰＥＮＤＩＸです
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　　　人工知能パートナー（ＡＩＰＳ）を支える　　　

　　　デジタル回路の世界

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まず、各項目を参照して、はじめに Software の環境を構築してみましょう
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0-1-1 Hello Digital Circuit World !

0-1-2 Ｐ進法数をＱ進法数に変換する。

0-1-3 { x(t), y(t) } の値を計算し、そのグラフを描く ( for t=a to t=b )

0-1-4 Ｎ次方程式を解く

0-1-5 ＮxＮの行列式を解く

0-1-6 √2 を小数点Ｎけた迄計算する

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　　　この本の目次です
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各項目ごとに、本の中で図を用意して、内容を詳細にわかりやすく説明しています。

　　　　本を購入された方は、　著者に直接、下記ＭＡＩＬにて、ご連絡ください。

　　　　　　　　hagihara-yoshiaki@aiplab.com

項目ごとに、演習問題とその解答例などの資料について、ご案内ＭＡＩＬをさしあげます。

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以下に、本書の各セクションの補足資料(Appendix)を掲示します。

特に各セクション解説内容の補足と、その詳細な計算手順(algorithm)や

そのＣ言語のsource programと計算結果の例などを掲示します。

まだ工事中ですが、これからどんどん掲示拡充していきます。

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　　　　　　第１章デジタル回路の関数モデル

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1-1-1 ...............デジタル回路を取り巻く仲間たち

 1-1-2 ______ 1 bit デジタル記憶回路　Oya( ) 回路の定義

 1-1-3 ______ 2つの数　0 と 1　の値しかとらない２価変数ベクトルの定義

 1-1-4 ______ 2 bit デジタル記憶回路　Sosofubo( ) 回路の定義

 1-1-5 ______ y=f(x)=2**x ( ２の x 乗）を計算するデジタル回路 2noXjo( )回路

 1-1-6 ......... 3 bitデジタル記憶回路 Sosofubo( )回路

 1-1-7 .............4 bitデジタル記憶回路 FlagSosofubo( )回路

 1-1-8 .................. n bit レジスター回路

 1-1-9 ................... read/write/clock 制御信号について
　
 1-1-10　............... 同時読み書き同時実行可能な記憶回路について

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1-2-1 ______ 大きな数のかけ算回路　BigNumber( ) の定義

 1-2-2.......... BigNumber( )回路の計算手順(algorithm)の説明

 1-2-3 ..............大きな数のけた数を概算するには？
　　　　　　　また、定積分値の数値計算（雑学）の例として、
　　　　　　自然対数　ln(2) やln(10)の値をも数値的に求めます。

1-2-4 ..................10進法数を2進法数に変換する 10to2( )回路

 1-2-5 ......................... 10to2( )回路の計算例

 1-2-6 ............. ２進法数のかけ算回路　XXYYtoZZ( )回路の定義

 1-2-7 .............AND( )回路の定義

 1-2-8 ........... VectorAND( )回路の定義

 1-2-9 .............いろいろな２入力１出力Gate回路の定義

 1-2-10 .............NAND( )回路

1-2-11 OR( ) 回路

1-2-12 NOR( ) 回路

1-2-13 EXOR( ) 回路

1-2-14 EXNOR( ) 回路

1-2-15 inverter回路

1-2-16 HalfAdder( ) 回路

1-2-17 FullAdder( )回路の定義

1-2-18 √2の値を10進法小数で表示する演算関数 sqrt2S10( ) の定義

1-2-19 √2の値を２進法小数で表示する演算関数 sqrt2S2( ) の定義

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1-3-1 人間語から機械語への変換回路装置について

1-3-2 KeyBoard256( )回路について

1-3-3 Encoder256to8( ) 回路

1-3-4 Encoder256to8( )回路の演算Algorithm

1-3-5 10進法数の整数ベクトルを２進法数に変換する10to2( )回路

1-3-6 入力data蓄積回路　Accm( )について

1-3-7 残る検討項目

1-3-8 パソコンのビット幅

1-3-9 実数や複素数を整数値に投影するとは？

1-3-10 デジタルとアナログの違いは？

1-3-11 A/D変換器とは？

1-3-12 Overflowの定義

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1-4-1 デジタル回路と関係が深い技術分野と学術組織

1-4-2 IEEE574形式

1-4-3 単精度32 bitの２値表示形式の例

1-4-4 IEEE754形式で表記できる数の値

1-4-5 半精度のデジタル数

1-4-6 単精度のデジタル数

1-4-7 後段処理回路

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1-5-1 デジタル回路を演算関数 f( ) として表記する

1-5-2 多重演算関数回路の入出力表記例

1-5-3 １ビット情報の意味の解釈はいろいろある

1-5-4 電源と接地

1-5-5 存在するという概念

1-5-6 デジタル回路をとりまく世界

1-5-7 信号線はベクトル情報

1-5-8 複数個の信号線のベクトル情報

1-5-9 機能が名前と外形と中身も決める

1-5-10 デジタル回路の名称

1-5-11 多様性と豊かさについて

1-5-12 異なる電源電圧を使っている発信者回路と受信者回路

1-5-13 複数の発信者から信号受信する配線網の例

1-5-14 自分の中の回路部品の中にも自分がいる回路

1-5-15 指数関数を計算する演算回路

1-5-16 z[ ]=f(k)x[ ]y[ ]　を計算する回路

1-5-17 Remember？デジタル回路で取り扱う数はデジタル数

1-5-18 複数個のdataを記憶保存してくれる記憶回路

1-5-19 読み出し専用記憶回路

1-5-20 1 bit 情報を記憶する回路　RAM1bit( ) 回路

1-5-21 128 bit Register とは？

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1-6-1 1970年はデジタル回路誕生の時だった

1-6-2 128 bit 比較回路

1-6-3　Latch型128 bit Register回路　Reg128( )回路の全体図

1-6-4 同時読み書き可能なRegRW128 ( ) 回路

1-6-5 Latch回路を使った128 bit Shift Register

1-6-6 暗号の自動解読装置とは？

1-6-7 情報伝達の使命

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　第２章デジタル回路の基礎数学
　　　
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2-1-1 数という集合体について

2-1-2 デジタル回路は基本的にベクトル演算回路である。

2-1-3 ベクトルの内積の定義

2-1-4 ベクトルの外積の定義

2-1-5 テンソル演算回路 TNSR( )回路の定義

2-1-6 行列式A[ ][ ]とベクトルX[ ]のかけ算回路TNSR01( )回路の定義

2-1-7 行列式A[ ][ ]と行列式X[ ][ ]のかけ算回路TNSR02( )回路の定義

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2-2-1 三角関数の定義

2-2-2 ピタゴラスの定理

2-2-3 三角関数の基本的な性質

2-2-4 特別な三角形の辺の値

2-2-5 三角形の面積

2-2-6 余弦定理

2-2-7 正弦定理

2-2-8 複素数と複素平面の点は１対１に対応する

2-2-9 ２つの複素数のかけ算は複素数平面での回転と１対１に対応する。

2-2-10 三角関数の加法定理

2-2-11 x**n ＝1 の根

2-2-12 ２次方程式の一般解

2-2-13 W*W = z = a + j b の解

2-2-14 複素数の逆数

2-2-15 複素数のわり算

2-2-16 ２元１次連立方程式の解

2-2-17 ２元１次連立方程式の解を 2 x 2 の行列式で表記する

2-2-18 ３次方程式を一般解

2-2-19 ４次方程式の一般解法

2-2-20 行列式を使った虚数と複素数の定義

2-2-21 ２乗すると単位行列になる行列式

2-2-22 回転行列

2-2-23 ３次元ベクトルの極座標系

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2-3-1 ２点 P(a,b) と Q(c,d) を通る直線の式 y = Ax + B

2-3-2 y=f(x) 上の２点 PとQ を通る直線の式 y = Ax + B

2-3-3 曲線上の任意の点 P での接線の式

2-3-4 Taylor 級数　

2-3-5 外気にさらされた耳の温度の変化はＲＣ放電特性と同じ形式となる

2-3-6 指数関数　exp(x) の性質　

2-3-7 三角関数が指数関数と兄弟であるとは？

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　第３章デジタル回路の基礎物理

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3-1-1 デジタル回路の主役は電子(electron)

3-1-2 _____ Filed Tensor F[ ][ ]と Maxwell の方程式

　　　　雑学　特殊相対性理論の紹介

　　　　　ベクトル　E[ ]　や　行列式　F[ ][ ] の応用例として

　　　　　　初歩的な特殊相対性理論を例にして解説しています。

　　　　　　中学程度の数学の基礎からでも取りかかりが可能です。

3-1-3 電子のスピン(自転)

3-1-4 MKS単位

3-1-5 Compton 効果

3-1-6 電子の固有物理量

3-1-7 デジタル回路の主役の電子(electron) が従う物理法則とは？

3-1-8 電子は電位(electronic potential)を感じる

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3-2-1 仕事とは？

3-2-2 運動エネルギーは速度の２乗に比例する

3-2-3 ロケットの脱出速度と地球の大きさの関係

3-2-4 なぜパラシュートはゆっくり落下するのか？

3-2-5 抵抗率と伝導率の関係

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3-3-1 器に入った水のモデル

3-3-2 金属に光を照射すると電子が飛び出す

3-3-3 Band Gap とは？

3-3-4 電流の基本単位アンペア（ Ampere ）の定義と誘磁率

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3-4-1 抵抗体と抵抗率

3-4-2 移動度μの定義（透磁率のμではない）

3-4-3 金属の中の電子密度 n のお話

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3-5-1 コンデンサーとは？

3-5-2 コンデンサーのRC充放電問題

3-5-3 容量Cを使った電気回路の仲間たち

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3-6-1 デジタル回路の電力の定義

3-6-2 家庭にはどのようにして電力が送られてきているか？

3-6-3 ２本の交流電圧の送電線にかかる力と電流の関係は？

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3-7-1 Radarの話

3-7-2 二極真空管に光を照射するとどうなるか？

3-7-3 二極真空管の整流特性について

3-7-4 三極真空管とは？

3-7-5 ３つの金属板による不揮発性記憶動作

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　第４章デジタル回路の基本部品
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●第４章の基本理解度チェック問題（Q４－１）　　
　　　　　　　
　　　　　　　第４章基本理解度チック問題の解答例（ＱＡ４－1)
　

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4-1-1 半導体とは？

4-1-2 N 型半導体とは？

4-1-3 N 型シリコン結晶の中の電子の物理モデル

4-1-4 P 型シリコン半導体とは？

4-1-5 P 型シリコン半導体結晶の中の電子の物理モデル

4-1-6 箱に入ったボールの物理モデル

4-1-7 N 型シリコン半導体に光を照射すると実効抵抗値が下がる

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4-2-1 diodeとは？

4-2-2 逆バイアスされたPN接合の物理モデル

4-2-3 空乏層とは？

4-2-4 順方向バイアスのdiodeで電流が大量に流れる理由

4-2-5 順方向バイアス(bias)のdiodeに光を照射すると電流が減少する

4-2-6 逆方向バイアス(bias)のdiodeに光を照射した場合

4-2-7 太陽電池とは？

4-2-8 固体撮像素子（solid state image sensor）とは？

4-2-9 CCD imager の登場

4-2-10 P+N-P受光構造

4-2-11 MOS imagerの実用化時代の到来

4-2-12 ロボットの網膜に位置検出素子PSDを使う

4-2-13 位置検出素子PSDの構造とその動作原理

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4-3-1 transistorの誕生

4-3-2 NPN bipolar transistor の動作モデル

4-3-3 NPN bipolar transistor のいろいろな物理定数

4-3-4 負荷抵抗型電圧増幅回路 BipAmp( )

4-3-5 電圧増幅回路 BipAmp( ) の電圧利得

4-3-6 究極の電子の目はやはりtransistor だった

4-3-7 固体撮像装置の提案（1975.11.10）

4-3-8 NPN bipolar transistor 型のセンサーの物理モデル

4-3-9 PNP photo transistor の static mode と dynamic mode

4-3-10 HADセンサーの界面物理について

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4-4-1 MOS capacitorとは？

4-4-2 MOSの反転層(strong inversion layer)

4-4-3 MOS transistorの水門モデル

4-4-4 MOS transistorの３つの動作モード(mode)

4-4-5 MOS transitorの飽和領域について

4-4-6 NMOS抵抗負荷型反転回路 invNMOSR( )

4-4-7 NMOS Transistor の電流式を求める

4-4-8 NMOS transistor の断面図とlayout図

4-4-9 NMOS Transistorの IV 特性のまとめ

4-4-10 PMOS Transistorの IV 特性のまとめ

4-4-11 switch 回路について

4-4-12 ２x２＝４通りの switch 回路の状態について

4-4-13 SwitchN( )回路と SwitchP( )回路の入出力特性

4-4-14 CMOS switch回路 SwitchCN( )回路の動作について

4-4-15 CMOS switch回路 SwitchCP( )回路の動作について

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4-5-1 CMOS inverter

4-5-2 inverter回路の寄生容量によるRC遅延について

4-5-3 CMOS inverter の遅延時間と基本制御 clock の周期

4-5-4 CMOS inverter 回路の coding 例

4-5-5 入力信号側に RC 回路がある inverter 回路 invRC( ) の入出力特性

4-5-6 入力端子と出力端子の容量の両方を考慮したinverter回路

4-5-7 CMOS Schmitt trigger inverter

4-5-8 発振器(Oscillator)回路と記憶(Memory)回路

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4-6-1 2入力デジタル回路　in2GateG( ) 回路の定義

4-6-2 in2GateE( ) 回路、別名 NAND( ) 回路の定義

4-6-3 in2Gate1( ) 回路、別名 AND( ) 回路の定義

4-6-4 in2Gate8( ) 回路、別名 NOR( ) 回路の定義

4-6-5 in2Gate7( ) 回路、別名 OR( ) 回路の定義

4-6-6 in2Gate6( ) 回路、別名 EXOR( ) 回路の定義

4-6-7 in2Gate9 ( )回路、別名 EXNOR( )回路の定義

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4-7-1 128 bit 加算回路

4-7-2 FAD( )　回路の定義

4-7-3 引き算回路

4-7-4 加減算回路　ADDSUB( )回路

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4-8-1 かけ算回路 KAKE( ) の定義

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4-9-1 わり算回路 WARU( ) の定義

4-9-2 わり算回路 WARU( ) の各種制御パルス波形について

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4-10-1 inverter 型の DRAM 回路と SRAM 回路

4-10-2 NAND 型の記憶回路

4-10-3 2NAND 型 1 bit 記憶回路の動作説明

4-10-4 clock 付き 2NAND型 1 bit SRAM 回路の動作説明

4-10-5 大容量記憶回路の構造

4-10-6 センスアンプ(sense amp)回路の正体

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4-11-1 NAND型 R-S Flip Flop 回路の定義

4-11-2 J-K Flip Flop 回路の定義

4-11-3 Toggle Flip Flop 回路の定義

4-11-4 Delay Flip Flop回路の定義

4-11-5 128 bit の２値変数ベクトル A[ ] の一時記憶用 register 回路

4-11-6 128 bit の shift register 回路の定義

4-11-7 2-bit counter 回路の定義

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4-12-1 ２x２の行列式の値をもとめる演算回路 DET2x2( )

4-12-2 逆行列式の演算回路 Gyaku2x2( ) の定義

4-12-3 N x N 行列 A[ ][ ] の逆行列式 B[ ][ ] = invA[ ][ ] を演算する回路

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4-13-1 DAC( digital to analog conversion )変換回路 DAC( ) とは？

4-13-2 オペアンプ( operational amplifier) 回路 OpAmp( )とは？

4-13-3 オペアンプの定義と具体的な構成回路の例

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4-14-1 ADC( analog to digital conversion ) 変換回路とは？

4-14-2 二重積分型 ADC 回路 ADCdoubleInteg( ) 回路の定義

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　第５章デジタル回路の応用例(1)
　　　　　
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5-1-1 通行人カウンター装置の全体図

5-2-1 電源回路装置 Vdd( ) の内部構造

5-3-1 いろいろな Sensor( ) 装置について

5-4-1 アナログ信号を２値 pulse 信号に変換する PulseGen( ) 回路について

5-5-1 入退室判定回路 InOutJudge( )

5-6-1 Output表示装置の設計構築

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　第６章デジタル回路の応用例(2)

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6-1-1 フーリエ級数

6-2-1 離散フーリエ変換 (DFT) の定義

6-3-1 回転因子行列と複素数平面の関係

6-4-1 基底 N=１の場合

6-4-2 基底 N=２の DFT 変換回路

6-4-3 基底 N=４の DFT 変換回路

6-5-1 偶数奇数２分割手法による DFT 演算回路 DFT4( ) の設計

6-6-1 もう１つの DFT変換 ( digital frequency transformation )

6-6-2 ゼロ時高密度 sampling 手法について

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　　　　　　　　　　　　　　以上がこの本の目次・内容ＬＩＳＴになっています。

　　　　各項目ごとに、本の中で図を用意して、内容を詳細にわかりやすく説明しています。

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　　　　　　　　　　　　　hagihara-yoshiaki@aiplab.com

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