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雑誌名 福井大学工学部研究報告

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(1)

論理回路シミュレータのためのXwindowアプリケー ションの製作

著者 松本 晃, 柳瀬 龍郎, 長谷川 武光

雑誌名 福井大学工学部研究報告

巻 44

号 2

ページ 333‑342

発行年 1996‑09

URL http://hdl.handle.net/10098/3592

(2)

篠 井 大 学 工 学 部 研 究 報 告

4 4

巻 第

2

1 9 9 6

9

論理回路シミュレータのための Xwindow アプリケーションの製作

松 本 晃 * 柳瀬龍郎** 長谷川武光**

Making an User‑F r i e n d l y  I n t e r f a c e  w i t h  X  ‑window  t o  a  Lo g i c  C i r c u i t  S i m u l a t o r  

A k i r a   MATSUMOTO. Ta

u r o uYANASE  a n d   T a k e m i t s u  HASEGAWA 

(R e c e i v e d  A u g .  3 0 ,  1 9 9 6 )  

An  u s e r

ー 創

e n d l y

t e r

. c e

切出

X‑window

a l o g i c   c i r c u i t   s i m

a t o r i s  

∞ n s t r u c t e d

di n t e g r a t e d

泊句

as y s t e m .   Usersαn u s e  t h e  s i m u 1 a t o r  i n t e r a c t i v e l y   w i

白 白

e

t e r f a c ec o n s '

u c t e dw h i c h  f a c i l i t a t e s   many o p e r a t i o n s ,  s u c h   a s

p u t , mαli

c a t i o na n d  s t o r i n g  o f  c i r c u i t  c h

紅 白

o rd e c i s i o n  o f  s i g n a l  w a v e s .  

1  はじめに

3 3 3  

ディジタル回路を設計する場合、シミュレータを使って論理的動作の確認をしたい場合が頻繁にある。

シミュレータのーっとして、パッチ処理形式の論理回路シミュレータ

' L C S S ' [ 1 ]

が既に開発されている。

しかし、これを用いてシミュレーションを行なうには、専門的知識が必要なだけでなく入力の手間もか かる。まず、必要なファイルをエディタ

( v i

Emacs

等)を用いて、作成しなければならない。また、

回路記述言語を用いて回路を記述しなければならない。

そこで、本研究では、シミュレータ本体に対する使いやすいインターフェースを

OSFj M o t i f  [ 5 , 6 , 7 , 8 ]  

を用いて作成し、全体を一つのウインドウアプリケーション

[ 3 , 4 ]

に発展させた

[ 9 , 10 , 1 1 , 1 2 ] 0

シミュレー タのコマンド操作、回路図の入力/修正/保存、入力信号波形の設定等を、マウスを用いて対話的に簡 単にできるようにした。

* 工 学 研 究 科 情 報 工 学 専 攻 料 工 学 部 情 報 工 学 科

(3)

2  5 命 E 里回 E

各シミュレータ

LCSS

論理回路シミュレータ

LCSS

は、ディジタル回路をシミュレーションするための論理回路シミュレー シヨン・システム

( L o g i cC i r c u i t   S i m u l . a t i o l l   S y R t e m )

であり、

1 9 9 1

年にワークステーション上に移 植された。このシステムは回路記述言語を使って記述された回路を、

C

言語のソースファイルに変換し て、通常の

C

コンパイラでコンパイルしそれを実行する、というパッチ処理形式のシミュレーションシ ステムであるD

論理回路シミュレータ

LCSS

を用いてシミュレーションを行うためには、回路記述言語を用いて、

LCD

ファイル、

SIM

ファイル、

DAT

ファイルと呼ばれる

3

種類のファイルを、 viEma<:Hなどのエデイ タを使って作成しなければならない。そして、コマンドラインからシミュレータを起動し、

C

言語のソー スファイルに変換した後、

C

コンパイラでコンパイルすると、実行ファイルができる。その実行ファイ ルに入力したい入力信号

(DAT

ファイル)を渡して実行すると、シミュレーシヨンが行なわれ、結果が

O ( L

レベル)、

1(H

レベル)で出力されたタイミングチャートファイルができる。それを可キ見化するツー ルを用いて、出力信号波形を確認する。図

1

にその様子を示す。詳しくは参考文献

[ 1 ]

を参照されたい。

LCD7Y)!.車t DATフ?イ)!.‑燦3 1CDファイ)"

回路ユニットの名前や 機能、論理、結線情報

NIODNAUEMRTFPEI YNIT pECcQK‑‑dSa.HECighqJb.0  を記述

PA'τ可官:RN

20, 

40, 

ELXOC NT GNNB0EE.IJJK‑GKK‑5

1.,5 AGN2D2‑G53..AGNaD3‑G5S.,   60, 

80, 

G O z t H . "High Q "ighCCRK‑‑lJ  C1 = NEJK̲5(H, H, CO.O, CO.Q, CK̲I;  120, 

G2zANNANNEEJJDDRK23‑‑‑‑5 555  tGOQ  G10}, 

140, 

C] = NEJK̲5(H, H, C2, C2, 0̲);  160, 

C4 (CO.O01.0, OJ.Q);  180, 

C5 • NEJK̲5 (H, H, 04, G4  CJt̲); 

0<1 = 05.0;  220, 

QQGcba   zG3QQ Q J  240, 

C1.0; 260, 

CO.O;

END;  END; 

QdHighz q c . q b . 0 H1gh;

(2)シミュレーション実行

lct pc

E

1cd

LCD to C Transrator Veralon 1.00  Pil

'pc ..lcd'

Warning ext1a1国 主it 'NEJK̲5' 10 undef1ned 1n un1t  'pc4s'  warnlng exta1 unit  'AND2̲5'  1undef1ned 1n un1t  'pc.'

arnlng

xternal unit  'AND3̲S'  is undefined in unit pc

. '

lcs pc

・ ‑

LCD 81lation Code Generator V 1.00  Fl1.  'pc4. ..1m' 

Flle  'pc

..lcd'

Fl1e  'pc4s. .1m'  FU..  'pc

8.1cd'

FUe  'pc

. ・

..1m

(3)シミュレーション結果の表示

lcg pc

..dat

NAMI! pc

8

]0, 

50, 

10, 

110, 

1l0, 

150, 

110, 

190, 

210, 

2]0, 

250, 

210, 

2SIMファイル

シミュレーションする 回路ユニットや注入す る信号名、観測したい 信号名を記述

※3DATファイル

回路に入力する信号列 を記述

j CC pc c

xec.C ‑lmain ‑llcss 

pc

8.C

:

x

c

i a.out pc4.. dat 

Logic Circuit  Simurator Verslon 1.0  File  'pc4s .dat. 

馳 同 ・pc4s' T1r帽'10' T1'20・ T1嗣 ・30

T1嗣 ・]00'

TlME, 0  5  10 20 25 ]0 

0

5 50  60  65 10  80 85 90  100105110120125130140145150160165110180185  280285290  CK̲  一一一一 一一一J一一一一一二一一一ーーー一一一一二一一一一ー一一一一一一一ー一一一一司一一一‑

0 < 1 一 oc 

Qb  ‑‑‑̲一一一ー一一一一一一一一一ー一一一ー一一一一一 一ー一一一一一ーーー一一一一一一一一一一,

Qa  一二一一ー一一一一一一二一一一一一一一一一二一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一二一一一ー H1gh 

1 :LCSS

を用いたシミュレーションの流れ

(4)

3 3 5  

3  作成したインターフェース ' l i v e r ' の構成

本研究で作成したインターフェース

' l i v e r '

全体(図

2

に示す)は、回路図編集部、入力信号波形編集/

出力信号波形出力部、シミュレーション実行部の

3

つに分かれており、それぞれ別のウインドウになっ ている。

l i v e r  

回路図編集部

‑ エ テ

sィタウインドウ・

シミュレーション実行部 論理回路シミュレータE

I L C S S  

シミュレーションウインドウ・

入 力 信 号 波 形 編 集 /

出力信号波形出力部

・インプットウインドウ・

2 :

システムの構;成

ユーザは、まず回路図編集部で回路を作成し、次に入力信号波形編集部で入力信号波形を作成する。

その後、シミュレーション実行部で論理回路シミュレータ

LCSS

に、シミュレーションに必要なファイ ルを渡し、シミュレーションを実行する。その後、出力信号波形出力部で、出力信号波形を確認する。

この様子を図

3

に示す。

( 2 )

インプットウインドウで

入力信号波形を作成

①エディタウインドウで回路図を作成

T哩,77イル・E・崎圃'1'

ご仁

①インプットウインドウで出力信号波形確認

③シミュ…~~~ゥで

シミュレーションする

‑ ‑ 聞 刷 創 ・ ‑ ‑

.1CII'・・副園中舗脚・・・ψ ヘルアe'

̲ . . . .  

~

3 :' l i v e r '

でのシミュレーションの流れ

(5)

3 . 1   回路図編集部

ウインドウ上でマウスを使って、実際の回路記号で回路図を編集することができる。この回路図を ファイルに保存し、同時に、

LCD

ファイル(回路ユニットの名前や機能、論理、結線情報を記述)、

SIM

ファイル(シミュレーションする回路ユニットや注入する信号名、観測したい信号名を記述)を自動的に 作成することができる。

Loglc ClrISlmulalor '11vf[ed川│盤情幽棚鵬糊脚細雌蝉幽醐剖│

終了

< Q l

ファイル<[l 編集

<p

劃量

< ! ! l

.lf献サイズ{主} へルア

< H l

│回路図編集領域│

部品選択 領 域

ファイル名 選択領域

4J1t‑f' .. ・1,1.1‑1泊四施,

4 :

回路図編集部:エディタウインドウ ここでは次のようなことができる。

‑終了

回路編集の終了.….エディタウインドウを閉じる。回路が変更されていて保存されていない場合、

ダイアログが出現し、ユ}ザに確認を求める

o

‑部品

Draw.

….部品を描画したり、配線をヲ

i

いたり、配線を接続したりする。

一部品を描画する場合

部品名選択領域から描画したい部品を選択し、回路図編集領域にマウスカーソルを移動させる とラパーバンドがついてくるので、部品を描画したい場所でマウスの

1

ボタンをクリックする と部品が描画されるo

2

ボタンおよび

3

ボタンで部品の向きを変更することができるo

一配線を引く場合

部品名選択領域から

" l i n e "

を選択する。次に、接続したい部品のピンの上でマウスの 1ボタン をクリックする。配線は途中で

90

度曲げることができ、その時は

2

ボタンをクリックする。

3

ボタンをクリックすると一つ前の曲り角まで戻る。(取り消し) ー配線を接続する場合

部品名選択領域から

" j u n c t i o n "

を選択する。次に、接続したい配線上でマウスの 1ボタンを クリックするとそこに接続点がおかれ、配線同士が接続される。

(6)

3 3 7   Seled

….デリート、ヤンク、ペースト、部分保存等を行なう部品を指定する。回路図編集領

域上でマウスの

1

ボタンを押したまま、マウスカーソルを移動させると、長方形の ラバーバンドが表示される。マウスの1ボタンを放すと、ラパーバンド内の部品が 選択される(複数部品選択)。また、直接部品をクリックすることにより、その部品

を選択することもできる(単一部品選択)。

Undo 

・….直前に行なった動作を取り消す。もう一度押すと元に戻る。

Again 

…・・もう一度同じ部品を描画する。同じ部品を複数個描画する時に使用する。

Redraw.

….画面を再描画するo何かが原因で画面が乱れた時に使用する。

‑ファイy

オープン.….保存した回路図ファイル

(DRW

ファイル)をオープンするo ファイル名選択領域に

DRW

ファイルのリストが表示されるので、そのファイルを選択すると、その回路 が回路図編集領域に読み込まれる

o

保 存 …..編集中の回路図をファイルに保存する。既にファイルが存在する場合はダイアログ が出現し、ユーザに確認を求めるo

部分保存.…・

" S e l e c t "

で指定された部品をファイルに保存する。

新 規 .….回路図編集領域をクリアする。

印刷 …..編集中の回路図を

P o s t s c r i p t

プリンタに出力するo 環境変数でプリンタ名を指定

‑編集 デリート ヤンク ペースト

しておく

o

ファイルに出力することもできる

o

….. 

" S e l e c t "

で指定された部品を削除し、バッファに格納するo

. .

  " S e l e c t "

で指定された部品をバッファに格納するo

…..バッファに格納されている部品を描画する。回路図編集領域にマウスカーソ ルを移動させると、ラパーバンドがついてくるので、ペーストしたい場所で マウスの1ボタンをクリックすると、バッファ内にある部品がペーストされ る。

入力端子名変更..…入出力端子の名前を変更する。入出力端子名の名前は、指定しなければそれ ぞれ

"INx ぺ "OUTx " ( ' x '

は数字)となる

o

部品内容確認 …..モジュール化した部品の回路図を、別のエディタウインドウを聞き、そこに 読み込む。

文字列描画 .….回路図中に任意の文字列(コメント等)を書き込む。文字列描画ダイアログ が出現するので、そこに任意の文字列を入力すると、マウスカーソルにラパー バンドがついてくるので、書き込みたい場所に移動して、マウスの1ボタン を押すと、文字列が書き込まれる。

遅延時間変更 .….遅延素子が持つ遅延時間を変更する。遅延素子とは回路に遅延時間を持たせ るため、導入した架空の素子である。

‑ 登 録

部品登録…・.編集中の回路を一つの部品として部品リストに登録する(モジュール化)。もちろん、

モジュール化した部品は、他の回路図で使用することができる。

部品抹消…..モジュール化した部品を、部品リストから削除する。

・用紙サイズ

A4 

回路図編集領域およびプリントアウト時の用紙サイズを、

A4(

20.9cm x

2 9 . 6 c m )

B4 .  . D4(

25.5em x

3 6 . 2 e m )

A3(

2 9 . 6 e m x

4 1 . 8cm)

のいずれかに設定する。

A3 

(7)

3 . 2  

入 力 信 号 波 形 編 集 / 出 力 信 号 波 形 出 力 部

回路に入力したい信号波形をマウスを使って描くことができ、

DAT

ファイル(回路に入力する信号 列を記述)を可視的に作成することができる。また、シミュレートした結果、出力される出力信号波形 は、入力信号波形と共にこのインプットウインドウ上に表示されるo

E

I L o g l cC l r c u l l  S l r n u l a t o r  ' 1

Ivf

I n p u t ]

終了{旦}ファイル(I.)時間(1)

10 20  ) ) 柏 5 0 ω 7 0帥 割 1 110 120  130  1 150 160  1;00 

日日ト I~ 一一一寸一一一ァ

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自 由

‑M AL

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5 :

入力信号波形編集/出力信号波形出力部:インプットウインドウ ここでは次のようなことができる。

‑終了

波形編集の終了…・・インプットウインドウを閉じるo入力信号波形が変更されていて保存されて いない場合、ダイアログが出現し、ユーザに確認を求める。

‑波形

DRAW

….範囲を指定して入力信号波形を入力(変更)する。入力信号波形を変更する時間を、

マウスの

1

ボタンをクリックした場所から、マウスの

2

ボタンをクリックした所 までと、定める。下記

" H I " ,  "LOW'¥"HL"  ,  "LH"

ボタンを押し、変更したい 入力信号波形上で、マウスの

3

ボタンをクリックすると、変更される。

DRAW2 

,….入力信号波形を一つ一つ入力(変更)する。マウスカーソルを移動させ、

1

ボタン を押しながら、上に動かすと

High

レベルに、下に動かすと

Low

レベルになる

o

1ボタンを押しながら横に移動すると、次々と信号波形を入力することができる。

HI 

…・

"Draw"

で指定した入力信号波形を

High

レベルにするo

LOW

…. 

"Draw"

で指定した入力信号波形を

Low

レベルにする。

HL

…, 

"Draw"

で指定した入力信号波形を

High , Low

レベルの繰り返しパターンにする。

LH 

…・・

"Draw"

で指定した入力信号波形を

Low , High

レベルの繰り返しパターンにする。

TIMECH.

…・信号波形の長さ(総入力時間)を変更する。マウスカーソルに縦軸のラパーバンド がついてくるので、左右に移動させると入力信号波形の総入力時間が増減する。

マウスの1ボタンをクリックすると、決定するo

(8)

3 3 9  

‑ファイl

オープン….,保存した入力信号ファイル

(DAT

ファイル)をオープンする。ファイル名選択領域 に

DAT

ファイルのリストが表示されるので、そのファイルを選択すると、その回 路が入力信号波形編集領域に読み込まれる。

保存 .….編集中の信号波形をファイルに保存する。既にファイルが存在する場合はダイアロ グが出現し、ユーザに確認を求める。

新 規 .….信号波形編集領域をクリアする。

印刷 …..編集中の入力信号波形およびシミュレーション後の出力信号波形を

P o s t s c r i p t

プ リンタおよびファイルに出力する。

‑時間

時間間隔変更.….信号波形の単位時間(波形一つの長さ)を変更するD 時間間隔変更ダイアログ が出現するので、スライダーを操作すると、信号波形の単位時聞が変更できる

o

3 . 3   シミュレーション実行部

ボタン操作だけで、既存の論理回路シミュレータ

LCSS

にパッチ処理コマンドを渡すことができる口 すると、シミュレートの経過に関する情報が表示される。シミュレーションが終了すると、前述のイン プットウインドウに出力信号波形が表示される。

」 盟 竺

E ω

ItSl剛l

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I

・ 岡 山t刷

1

終了(gl

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髄編集

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I~山 pd vt

 

3

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一四 百一 2 3一 日

明 日一

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一叫山町四淀川白川町川同四四四回岡山一淀川mm

一 時四 一

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H4 H4

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1

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6 :

シミュレーション実行部:シミュレーションウインドウ ここでは次のようなことができる0

・終了

回路編集の終了…..システム

' l i v e r '

全体を終了する。エディタウインドウおよびインプットウイ ンドウ上で、保存されていない回路および入力信号波形がある場合、ダイア ログが出現し、ユーザに確認を求める。

‑ウインドウ

回路編集.…・回路図編集ウインドウをオープンする。複数個開く事が出来る。

波形編集..…信号波形編集ウインドウをオープンする。

(9)

‑シミュレーション

3 . 4  

PP

….回路図記述言語を

C

言語のソースプログラムに変換する。このボタンをクリックした 後、シミュレーションしたい

LCD

ファイルを選択し、

"GO"

ボタンをクリックする と、シミュレータにコマンドが渡る。その結果、シミュレータからのメッセージが表 示される

o

DATA 

…..シミュレーションする信号名から、

C

言語のソースプログラムに変換する。このボタ ンをクリックした後、シミュレーションしたい

SIM

ファイルを選択し、

"GO"

ボタ ンをクリックすると、シミュレータにコマンドが渡る。その結果、シミュレータから のメッセージが表示される。

CC 

.C

コンパイル。

" P P " , "DATA"

で作成された

C

言語のソースファイルを、コンパイ ルする。その結果、コンパイラからのメッセージが表示される。

TIME 

…..シミュレーション実行。このボタンをクリックした後、回路に注入する

DAT

ファイ ルを選択し、

"GO"

ボタンをクリックすると、シミュレーションが実行されるoその 結果、インプットウインドウ上に出力信号波形が表示される。

ヘルプウインドウ

全てのウインドウに、ヘルプ機能を追加することにより、初心者の手助けとなるようにした。これに より、ユーザは、使い方がわからないボタン等の正しい使い方や、シミュレーションの仕方等を知るこ とができるo

‑【シミュレーション詣

7

の涜れ】

:詰里回路シミュレータ 11ver、で

t

事里回路をシミュレートする には、以下の手順で諸ラします.

1.  回路図編集ウインドウで回路図を作成し、ファイルに保存 する.

7 :

ヘルプウインドウ ヘルプには次の

3

つのメニューがあるD

‑コンテキスト

使い方がわからないボタンや領域のヘルプを見ることが出来るo メニューで"コンテキスト"を選 択すると、マウスカーソルが"?"(クェスチョンマーク)になるので、わからないボタンや領域にそ のカーソルを移動させ、 1ボタンをクリックすると、ヘルプウインドウが聞き、ヘルプメッセージ が表示される。長いメッセージはスクロールパーで上下に移動して見ることができる。

‑概要

シミュレーションの概要を見ることが出来る。メニューで"概要"を選択すると、ヘルプウインド ウが開き、シミュレーションの概要が表示される。スクロールバーで上下に移動して見ることがで きる。

‑ノfージョン

' l i v e r '

のパージョンの情報が表示されるo

(10)

3 4 1  

4  まとめと今後の課題

既存のパッチ処理形式の論理回路シミュレータが

X

ウインドウを使って対話的に使用できるようになっ た。入力信号波形及び論理回路が可視的に作成でき、特にシミュレータについての専門的な知識がなく ても、論理回路をシミュレートすることができる。また、ヘルプ機能を追加することにより、初心者の 手助けとなるようにした。

今後は、異なるエディタウインドウ問でのコピー&ペースト機能の実現、信号波形のパターンサー チ機能等、キーボードのみ、あるいはマウスのみで使用できるようなインターフェースを実現する予定 であるD

シミュレーションウインドウ

L・glcS信回訓 S嗣叫副町可H・~' [・1m叫副l明司11明週・~NI即席園僻削.柑咽",IJ蝿配

Jレフ"(附

工テsィタウインドウ

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Junct1開 IH  n

T1IUt' 

ヘルプウインドウ エディタウインドウ

‑【シミュレーション野守のilttl

笛理@Jdシミュレータ11vRrで鎗理@Jdをシミュレートする

には.以hの手順で街寺します.

1 す 零 時 ウ ィ ン 門 沼 掴 叩 し フ 川 崎

9ローズ

へルア附}

・ 四 割 拠 網 個 個 ] 0 ..  . 1CIO U12・lJ・111Z

出力信号 図

8 :

作成したインターフェース

' l i v e r '

全体の様子

(11)

参考文献

[ 1 ]

安部英志:論理回路シミュレーション,

CQ

出版社

( 1 9 9 0 )

[ 2 ]

秀幸: OSF/Motif

ツールキットプログラミング

[ 1

],日刊工業新聞社

( 1 9 9 4 ) [ 3 ]   D.A.

ヤング

X T o o l k i t

プログラミング,トッパン

( 1 9 9 1 )

[ 4 ]   N  aba Barkal

i :

プログラミング

X Window

,インプレス

( 1 9 9 3 ) [

向 5 司 ] Motif  1 . 2  Progra

. m r

I

[

6 同 ] Motif  1 . 2  Progr

. ' a m m e

1

Gu

i d

e

S

unM i c α r o

S

y

s t

;

ems

l n c .  ( 1 9 9 2 )   [ 7 ]   Motif  1 . 2  S t y l e  Guide ,  Sun MicrosyHtems ,  l n c .  ( 1 9 9 2 )  

[ 8 ]   Motif  1 . 2  U s e r ' s  Guide ,  Sun M i c r o s y s t e I l l f  

[ 9 ]

川崎洋美:論理回路シミュレーションシステムの構築,平成

4

年度工学部情報工学科卒業論文

( 1 9 9 2 ) [ 1 0 ]

権藤和夫:論理回路シミュレータにおけるマウス操作を中心としたユーザインターフェースの実現,

平成

6

年度工学部情報工学科卒業論文

( 1 9 9 4 )

[ 1 1 ]

松本晃:論理回路シミュレータのための

Xwindow

アプリケーションの製作,平成

7

年度工学部情 報工学科卒業論文

( 1 9 9 5 )

[ 1 2 ]

松本晃,柳瀬龍郎,権藤和夫,川崎洋美:論理回路シミュレータのための

Xwindow

アプリケーシヨ ンの製作,平成

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年度電気関係学会北陸支部連合大会講演論文集

( 1 9 9 5 . 9 )

pp.297 

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