2.7 デジタル回路構成要素の関係と統合的設計視点
2.7 Component Hierarchy and Systematic Design View
🎯 本節のねらい｜Goal of This Section
これまで学んできた論理ゲート・組み合わせ回路・FSMといった構成要素が、
どのように役割を分担し、協調して動作するのかを、システム全体の視点から整理します。
🔍 構成要素の役割分担と分類｜Functional Classification
デジタル回路の主な構成カテゴリは以下の3つです：
| カテゴリ / Category | 代表構成要素 / Example Components | 主な役割 / Main Role | 使用例 / Typical Use |
|---|---|---|---|
| 制御 / Control | FSM, デコーダ / FSM, Decoder | 動作条件の制御・遷移切替 | シーケンサ, 状態制御 |
| 選択 / Selection | MUX, セレクタ / MUX, Selector | 信号の切替・入力選択 | データバス制御 |
| 演算 / Operation | AND, XOR, 加算器 / Adder | 計算・ビット演算 | ALU, カウンタ |
🧭 階層構成モデル｜Hierarchical Model
📘 図2.7-1：制御・選択・演算の階層モデル
Figure 2.7-1: Hierarchical Structure of Control → Selection → Operation
flowchart TD
A["🧠 Control<br>(FSM, Decoder)"] --> B["🔀 Selection<br>(MUX, Selector)"]
B --> C["🧮 Operation<br>(Adder, AND, XOR)"]
- FSMの出力信号 → MUX/Selectorを制御
- MUXが選んだ信号 → 加算器やゲートに渡されて演算
- 各ブロックが明確な役割とインタフェースを持って動作連携します
🧠 教材的ポイント｜Educational Focus
- 個別のゲートではなく、構成全体の動作イメージを育む
- FSM → MUX → 演算という制御の流れを体感させる
- SoCやHDL設計では、このモジュール間接続視点が極めて重要
🔄 次章への接続｜Transition to Next Chapter
第3章では、こうした機能ブロックの実装に不可欠な
半導体プロセス技術とトランジスタ構造について学びます。
本章の「構成要素の階層化視点」は、次章の「物理的実装制約」への導入となります。
📎 次章リンク：chapter3_process_evolution/