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代表　　萩原良昭 ( hagihara-yoshiaki@aiplab.com )

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　　　AIPコンソーシアム（ＮＰＯ）法人の紹介
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　　人工知能パートナーシステム（ＡＩＰＳ）実現の為に、
　　　　ＡＩＰＳの基礎技術の発展と教育推進活動に
　　　　　　　　　奉仕するＮＰＯ法人です。
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　　　　　　　　　　代表　　萩原良昭　 　　

　　　　　　hagihara-yoshiaki@aiplab.com

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ＡＩＰＳに関する技術解説書を１冊紹介します

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書名　 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）

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この本の購入に関しては、
下記の出版社のホームページを参照の上、
出版社に直接ご連絡いただき、
ご購入ください。

　書籍の出版社の紹介　　　　　青山社　

http://www.seizansha.co.jp/company.html


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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。

しかし、そう簡単ではありませんが、、、

また、挑戦したくても、なかなか、ソフトとハードの
両面で、個々の小課題ごとに関連させて記述された
本や資料は少ないです。

油断していると、ソフト志向の学生は、まったく、
デジタル回路やロボット工学などのハードウエア
の側面に関しては、全く知識を持たないまま大学を
卒業してしまいます。

またハード志向の学生も、油断していると、全くC-言語
やWEBソフトやコンピュータのOSなどの知識なしで、
大学を卒業しているのが現状です。

会社のことを英語でcompanyと言いますが、
この単語は仲間と言う意味もあります。

会社ではいろいろな分野の技術者が、
仲間になり一体となり情報をシェアして、
協力し合って作業を進め、同じ目標を
目指します。

その為にも、一緒に仕事をする同僚の
違った技術分野にも多少たしなんで
おく必要があります。

この本は、ソフト志向の人には、ソフト関連
内容はかなり初期的なものと感じる内容と
なります。しかし、ソフト志向の人にも、その
課題に関するハードの分野の知識を効率
よく吸収できる様に工夫しています。ソフト
思考の人も自分の知識のすそ野を広げる
ことが可能です。

また、ハード志向の人には、ハード関連
内容はかなり初期的なものと感じる内容と
なります。しかし、ハード志向の人にも、
その課題に関するソフトの分野の知識を
効率よく吸収できる様に工夫しています。
ハード思考の人も自分の知識のすそ野を
広げることが可能です。

未来の人間社会には、至るところで、人工知能搭載の
車や機械が活躍していることでしょう。人間を温かく
見守り支援する、人工知能パートナーシステム（AIPS）が、
いろいろな形態を取り、実用化していることでしょう。

また、そのAIPSを支えるデジタル回路は、まずます
大規模で複雑化していることでしょう。その実現には
ハードとソフトの、両方の知識が不可欠となります。

この本ではAIPSを支えるデジタル回路について詳細に
説明しています。デジタル回路に関連する、難しい
物理現象や数式の紹介も、あえて避けることなく、
その説明解説に挑戦しています。

できるだけ直感にアピールする説明になる様にと
心がけた内容となっています。図や絵もたくさん
用意されています。あえて、難しい概念や数式も、
わかりやすく説明できれば、と挑戦しています。

まずこれから大学で理系を志す学生に
ぜひ一読してほしいです。

そして長くこの本とお付き合い
していただきたいです。

大学を卒業し社会人になってからも、
事あるごとに、辞書代わりに、
読み直してもらえれば幸いです

またかつて理系を志して大学に入ったが、
今はもう、社会人としてお勤めの皆さんにも、
少しお時間いただき、余暇に楽しく読んで
もらえればと思います。

もちろん、私と同様、ご年配の方々も、
初めて学んだ時のことを思い出しながら、
読んでいただければ幸いです。

また、自分は文系だけど、少しは科学にも
関心があったが、難しそうでなかなか
近づけなかったと感じておられる方も歓迎です。

かなり複雑な数式も紹介していますが、
できるだけ難しい物理現象をイメージ図で
スケッチし、数式の流れも、flow-chartや、
論理展開を段階step化して、Listとして
記述する形式をとっています。

細かい、論理stepの記述は読み飛ばしても、
全体の流れがつかめる様に、工夫しました。

細かい数字の値の計算や、数式の記述に
関しても、興味がない読者は、その部分を
適当に読み流してもらっても、飛ばしても、
楽しく読めるように工夫しました。

まだまだ見落としや、不完全な説明があるものと
思われますが、この本を手に取り、学習し、いろいろ
ご意見アドバイス等をいただければと切に希望します。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　著者 　　萩原良昭　　

　　　　　　連絡先　　　hagihara-yoshiaki@aiplab.com

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　　　この本の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

0-1-7 ２進法のたし算( binary addition)

0-1-8 ２進法のひき算( binary subtraction )

0-1-9 ２進法のかけ算（　binary multification　）

0-1-10　２進法のわり算（　binary division 　）

0-1-11　関数電卓（function calculaotor　）　

0-1-12　２進法数を１０進法数に変換する　( 10 to 2 number system )

0-1-13　原始反復計算法　( primitive recursive )

0-1-14　Ｎｅｗｔｏｎ反復計算法( newton recursive )

0-1-15　対称関数について( symmetric functions )

0-1-16　文書の編集( text editer )　。。。単語の入れ替え作業

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0-2-1 inverter回路 inv( ) の定義と動作確認

0-2-2 inverter回路を２個使った記憶回路の動作確認

0-2-3 inverter回路を奇数個使った発振回路の動作確認

0-2-4 ２入力基本論理回路 in2GateG( )の定義と動作確認

0-2-5 NAND型 RS-FFの回路 RSFF( ) の定義と動作確認

0-2-6 JK-FFの回路 JKFF( ) の定義と動作確認

0-2-7 Master-Slave型のJK-FFの回路 MSJKFF( ) の定義と動作確認

0-2-8 delay型Flip Flopの回路 DFF( ) の定義と動作確認

0-2-9 入出力判定回路 Judge( ) 回路の定義と動作確認

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　　　　　　　基礎情報数学の基本演習問題
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　演習問題０１　公約数と公倍数について　　　解答例

　演習問題０２　　多項式の因数分解について　 解答例

　演習問題０３　　２次方程式の解法について　　　解答例

演習問題０４　　連立方程式の解法について　　　　解答例

演習問題０５　　三角関数の定義と性質について　　　　　　解答例

演習問題06　　　 座標系の回転行列について　　解答例

演習問題07 　　三角関数の応用例（発電機の原理）　　解答例

演習問題08 　　　三角関数の諸定理について　解答例

演習問題09 　　交流電流の実効値と合成波の性質について　解答例

演習問題10 　　　指数関数について　解答例

演習問題11 　　対数関数について　解答例

演習問題12 　　　増幅回路について　解答例

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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 １bit 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値変数ベクトルの定義

1-1-4 ２ bit デジタル記憶回路　Sofubo( )回路の定義

1-1-5 y=f(x)=2**x 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？

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 Field Tensor F[ ][ ] とMaxwellの方程式

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。

　　　　　　　　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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書名　 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）

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この本の購入に関しては、
下記の出版社のホームページを参照の上、
出版社に直接ご連絡いただき、
ご購入ください。

　書籍の出版社の紹介　　　　　青山社　

http://www.seizansha.co.jp/company.html


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