超大规模集成电路设计导论

超大规模集成电路设计导论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:清华大学出版社
作者:周强
出品人:
页数:280
译者:
出版时间:2005-1
价格:26.00元
装帧:平装(无盘)
isbn号码:9787302099529
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机
  • 微电子
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  • IC
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具体描述

超大规模集成电路设计导论,ISBN:9787302099529,作者:蔡懿慈,周强编著

深入浅出:数字电路与系统设计精要 内容简介 本书旨在为读者提供一套全面而深入的数字电路与系统设计基础知识体系。它不仅仅是一本理论教材,更是一本实践指导手册,力求在严谨的科学基础上,结合现代工程实践,引导读者掌握从最基本的逻辑门到复杂集成电路系统构建的全过程。 第一部分:基础逻辑与器件 本书的开篇聚焦于数字系统的基石——布尔代数和逻辑门。我们从数学原理出发,详细阐述了布尔代数的基本公理、定理及其在电路设计中的简化应用。在此基础上,我们将深入剖析各种基本逻辑门(与、或、非、与非、或非、异或)的工作原理、实现方式及性能考量。 随后,内容转向半导体器件的基础。我们将对MOS晶体管的物理结构、工作原理及其作为开关的特性进行详尽的介绍。重点分析了NMOS和PMOS晶体管的阈值电压、跨导、亚阈值区和饱和区的行为。基于这些基础器件,我们将系统地介绍CMOS逻辑门的设计与优化,包括静态CMOS结构、传输门及其在实现各种组合逻辑中的优势与局限性。同时,也会探讨几种主流的低功耗和高速逻辑家族的特性,如TTL、ECL等,以拓宽读者的视野。 第二部分:组合逻辑电路设计与实现 本部分是数字系统设计的核心环节之一。我们将详细介绍组合逻辑电路的设计流程,从需求分析、真值表构建到逻辑表达式的化简。内容覆盖了标准组合电路模块的构建,如加法器、乘法器、译码器、多路复用器和数据选择器等。对于复杂功能的实现,我们将深入讲解卡诺图(Karnaugh Map)和布尔代数化简法的多维度应用。 特别地,本书将投入篇幅讨论大规模组合逻辑的实现技术,包括使用查找表(LUT)和可编程逻辑器件(PLD)的思想。我们会详细解析PLA、GAL等器件的结构和编程方式,为读者过渡到现代FPGA设计打下坚实的结构化思维基础。同时,对竞争冒险(Hazards)的检测与消除技术将作为电路鲁棒性设计的重要内容被详细讨论。 第三部分:时序逻辑电路与状态机 时序电路是数字系统引入“记忆”能力的关键。本部分从基本概念入手,详细解析了锁存器(Latches)和触发器(Flip-Flops)的结构、工作特性(如建立时间和保持时间)和同步/异步操作模式。我们将对比D触发器、JK触发器和T触发器的内部结构和应用场景。 状态机的设计与分析是本部分的重中之重。本书将系统地介绍有限状态机(FSM)的建模方法,包括米里(Mealy)模型和摩尔(Moore)模型。我们将提供一套清晰的步骤来设计复杂的控制逻辑,包括状态图的绘制、状态编码的优化(如独热编码、Gray码编码等)以及如何有效减少电路中的竞争冒险和毛刺。大量的实例将贯穿始终,帮助读者理解如何将抽象的状态描述转化为实际的硬件电路。 第四部分:同步系统与时钟网络 现代数字系统的性能和可靠性在很大程度上依赖于其时钟管理。本部分将深入探讨同步设计的重要性。我们将分析时钟信号的特性,包括周期、占空比和抖动(Jitter)。重点内容是对多周期时钟域之间的同步问题进行深入剖析,详细介绍异步信号跨越不同时钟域时可能遇到的挑战,如建立时间违例和脉冲丢失。我们将提供可靠的同步电路设计模式,如双触发器同步器和握手协议,以确保数据传输的完整性。 此外,时钟树综合(CTS)的概念也会被引入,探讨如何设计低偏斜(Skew)和低偏振(Skew)的时钟分配网络,这对高速设计至关重要。 第五部分:存储器单元与阵列 存储器是所有数字系统的核心组成部分。本书将从最基础的静态随机存取存储器(SRAM)单元开始,分析其读写操作的电路级实现和功耗特性。随后,我们将介绍动态随机存取存储器(DRAM)的基本原理,包括电荷存储和刷新机制。 在系统层面,本书将讲解存储器阵列的组织结构,包括地址译码、数据线驱动和I/O接口。我们还将讨论常用的存储器接口标准,以及如何构建大型存储系统,包括位扩展和字扩展的技术。对于嵌入式系统设计,只读存储器(ROM)、EEPROM和闪存(Flash Memory)的原理和应用差异也将被涵盖。 第六部分:半定制化逻辑与可编程器件概述 为了连接理论与现代硬件描述语言(HDL)设计流程,本部分将对可编程逻辑器件(PLD家族的延伸)进行介绍。我们将概述现场可编程门阵列(FPGA)的基本架构,包括其可配置逻辑块(CLB)、布线资源和I/O单元。虽然本书侧重于硬件原理,但我们会简要说明如何将前述的组合逻辑和时序逻辑模块映射到FPGA资源上。这部分内容旨在为读者理解现代硬件设计工作流提供必要的背景知识,强调结构化设计和模块化方法的优势。 第七部分:设计验证与可测试性 一个完整的数字系统设计流程离不开严格的验证和测试。本书末尾将强调设计验证的重要性。我们将讨论功能仿真、静态时序分析(STA)的基本概念,解释如何通过分析时序报告来确保电路在目标频率下的正确运行。 此外,可测试性设计(DFT)的初步概念也将被引入,特别是对自动测试设备(ATE)的支持。我们将介绍扫描链(Scan Chain)的工作原理及其在故障检测中的作用,帮助读者理解设计过程中如何预留测试的“后门”。 总结 本书结构严谨,逻辑清晰,覆盖了数字电路设计从器件到系统层面的关键知识点。它要求读者具备一定的电子学基础,但通过详尽的推导和丰富的工程实例,确保读者能够扎实掌握数字系统的核心理论,并具备初步的设计和分析能力。学习完本书,读者将能够自信地迎接更深入的数字系统与VLSI领域的研究与实践挑战。

作者简介

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读后感

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用户评价

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这本书的篇幅和标题都暗示着它可能是一本内容详实的VLSI设计参考手册。我是一名大学教授,主要研究方向是计算机体系结构,而VLSI设计正是实现高性能计算单元的基础。我尤其希望书中能够深入探讨“高性能VLSI设计中的关键技术”。在我看来,随着摩尔定律的放缓,如何通过精巧的电路设计和体系结构优化来提升芯片的性能,变得尤为重要。本书能否详细介绍流水线(Pipelining)技术在VLSI设计中的应用,包括如何设计有效的流水线级,如何解决流水线冒险(Pipeline Hazards)问题,以及如何通过超标量(Superscalar)和乱序执行(Out-of-Order Execution)等技术来进一步提高指令吞吐量?此外,对于缓存(Cache)的设计,我希望书中能够深入剖析不同缓存结构(如直接映射、全关联、组相联)的优缺点,以及如何通过提高缓存命中率来显著改善系统性能。书中是否会涉及多核处理器设计中的缓存一致性(Cache Coherence)问题,以及相关的同步机制?作为一名学术研究者,我不仅关注理论,更希望书中能够提供一些前沿的研究方向和挑战,例如如何设计低功耗、高能效的计算单元,如何利用新兴材料和器件来突破传统VLSI设计的瓶颈,以及如何应对日益增长的可靠性问题。这本书的深度和广度,让我看到了它能够为我提供丰富的研究素材和新的学术视角。

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当我拿到《超大规模集成电路设计导论》这本书时,我首先被其引人入胜的书名所吸引。作为一名对电子系统架构充满热情的工程师,我一直希望能够深入了解构成现代电子设备核心的芯片是如何被设计出来的。我特别关注书中关于“片上系统(SoC)设计与验证”的章节。在当今的电子产品中,SoC已经成为主流,它将CPU、GPU、DSP、内存控制器、各种I/O接口甚至射频模块等集成在一块芯片上,其设计复杂度是前所未有的。我希望书中能够详细介绍SoC的设计流程,包括系统级建模、IP集成、总线协议(如AXI)的应用,以及如何在SoC层面进行功耗管理和时序约束。我更希望书中能够深入探讨SoC的验证方法。由于SoC集成了大量的功能模块,其验证工作量巨大且耗时。本书能否介绍如何进行跨时钟域(CDC)的验证,如何利用仿真加速器(如Verilator, VCS)和形式验证工具来提高验证效率,以及如何设计有效的测试平台?对于验证语言(如SystemVerilog)和验证方法学(如UVM),本书是否会提供一些基础的介绍和实践指导?这本书的出现,让我看到了学习如何设计和验证复杂SoC系统的希望,我期待它能够为我打开SoC设计的大门,让我能够参与到未来更具创新性的电子产品设计中。

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这本书初拿到手,就被其沉甸甸的分量所吸引。翻开目录,琳琅满目的章节标题,从最基础的CMOS器件模型,到复杂的时序分析与功耗优化,再到前端设计流程和后端布局布线,无不展现出VLS I芯片设计领域的宏大图景。我尤其对其中关于“先进工艺下的器件物理与建模”的章节充满了期待。过去,我对半导体制造的细节了解仅限于教科书上的简化模型,深知这远远不足以应对现代芯片设计中的复杂挑战。例如,在纳米级别,量子隧穿效应、短沟道效应等都变得尤为显著,它们如何影响晶体管的开关特性,又如何通过精确的SPICE模型来捕捉,这其中的奥秘令我着迷。我希望书中能够深入剖析这些物理现象背后的数学原理,并提供实际的建模方法和工具介绍,以便我能更好地理解并应用它们。此外,对于“低功耗设计技术”这一部分,我也抱有极大的兴趣。随着移动设备和物联网应用的蓬勃发展,功耗已成为衡量芯片性能的重要指标之一。本书能否详细阐述动态功耗和静态功耗的来源,以及如何通过时钟门控、电源门控、动态电压频率调整(DVFS)等技术进行有效的优化?我希望书中不仅能介绍理论,还能给出实际的设计案例,展示如何在真实项目中权衡性能、功耗和面积之间的关系。这本书的篇幅如此之大,预示着它可能涵盖了从理论到实践的广泛内容,这对于我这样希望对VLSI设计有一个全面且深入了解的读者来说,无疑是一笔宝贵的财富。我希望能在这本书中找到解答我心中诸多疑问的答案,并为我未来的学习和工作指明方向。

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这本书的书名“超大规模集成电路设计导论”让我对它的内容充满了好奇。我是一名对模拟集成电路设计颇感兴趣的电子工程学生,一直以来,数字电路的逻辑设计相对容易理解,但模拟电路的复杂性,特别是与性能、噪声、线性度等相关的各种权衡,一直让我感到困扰。我非常希望书中能够专门开辟章节,深入探讨“模拟集成电路的原理与设计”。例如,对于运算放大器(Op-amp)的设计,书中能否详细讲解其差分输入级、增益级、输出级的各种拓扑结构,以及如何根据具体应用需求(如增益带宽积、相位裕度、输出摆幅、功耗等)来选择和优化这些结构?我希望书中不仅仅给出公式,更能解释这些公式背后的物理意义,以及在实际设计中如何通过晶体管的参数选择和偏置电流的设定来达到预期的性能指标。此外,对于“混合信号集成电路设计”这一概念,我也非常感兴趣。现代SoC芯片往往集成了数字、模拟和射频等多种功能模块,如何有效地将这些不同类型的电路集成在一起,并确保它们之间的相互干扰降到最低,是当前集成电路设计面临的一大挑战。本书能否提供一些关于混合信号设计的基本方法和注意事项,例如如何进行混合信号仿真,如何设计接口电路,以及如何处理不同信号域之间的转换?我对这本书寄予厚望,希望它能为我打开模拟和混合信号设计的大门,让我能够在这个充满挑战但又极具吸引力的领域有所建树。

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我是一名从事FPGA开发多年的工程师,近来对ASIC设计产生了浓厚的兴趣,希望能借此机会进一步拓展我的知识边界。这本书《超大规模集成电路设计导论》正是我的首选。在我看来,从FPGA到ASIC的转变,最核心的差异在于对底层硬件的掌控程度以及设计流程的复杂性。我特别关注书中关于“ASIC设计流程与工具链”的章节。FPGA的开发过程相对而言是高度抽象和自动化的,而ASIC的设计则需要我们深入理解每一个环节,并熟练掌握相关的EDA工具。本书能否清晰地梳理出ASIC从规格定义、RTL编码、逻辑综合、静态时序分析、布局布线到物理验证的整个端到端流程?我希望书中能够详细介绍各个流程阶段所使用的典型EDA工具,例如Synopsys的DC(Design Compiler)进行逻辑综合,Cadence的Innovus进行布局布线,以及Synopsys的PrimeTime进行STA。更重要的是,我希望书中能够解释这些工具在各自环节中扮演的角色,以及它们之间是如何协同工作的。例如,逻辑综合的目标是什么,它如何将高层次的抽象描述转换为门级网表,以及在综合过程中需要考虑哪些约束条件?而布局布线又面临着哪些挑战,如何平衡时序、功耗、面积和可制造性?这本书如果能为我揭示ASIC设计流程的“全貌”,并提供对关键工具的深入剖析,那将对我从FPGA工程师向ASIC工程师的转型提供巨大的帮助。

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当我看到《超大规模集成电路设计导论》这个书名时,我立刻联想到的是芯片的“生命周期”——从概念的诞生到最终的产品实现。这本书的厚度预示着它可能涵盖了芯片设计过程中的许多关键环节。我最想深入了解的是书中关于“芯片测试与可测性设计(DFT)”的部分。在我看来,无论前端设计多么精妙,后端布局布线多么优秀,最终的芯片都需要经过严格的测试才能保证其质量和可靠性。本书能否详细介绍各种芯片测试方法,例如功能测试、性能测试、功耗测试以及老化测试?更重要的是,我希望书中能够深入讲解可测性设计(DFT)的技术,例如扫描链(Scan Chain)的设计原理和实现方法,边界扫描(Boundary Scan)的应用,以及内建自测试(BIST)的概念。这些技术如何能够有效地提高芯片的可测试性,降低测试成本,并加速故障诊断?我希望书中能够通过实例说明,如何在设计早期就融入DFT策略,从而避免在后期测试阶段遭遇难以解决的问题。例如,如何设计合适的扫描链结构来覆盖更多的电路节点,如何生成有效的测试向量,以及如何处理时序和功耗对DFT的影响?这本书的出现,让我看到了系统性学习芯片从设计到可制造性保证的全过程的希望,我迫切地希望能够从中汲取关于如何设计出“易于测试”且“性能可靠”的芯片的知识。

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作为一名刚踏入集成电路设计领域的研究生,我一直在寻找一本能够系统性地介绍VLSI设计流程的书籍。这本《超大规模集成电路设计导论》恰好满足了我的需求。我最关注的是书中关于“数字后端设计与验证”的部分。我深知,前端逻辑设计只是芯片实现的第一步,而将逻辑转化为物理版图,并确保其在实际制造中能够正常工作,是后端设计的核心挑战。书中能否详细讲解版图设计规则(DRC)、物理验证(LVS)的原理和流程?如何在复杂的后端工具(如Cadence Virtuoso, Synopsys IC Compiler等)中进行操作,并理解其背后的自动化算法?我特别希望了解在进行布局(Placement)和布线(Routing)时,如何考虑信号完整性、时钟树综合(CTS)、功耗分布等关键问题。例如,时钟信号的延迟和抖动(Jitter)对时序性能有着至关重要的影响,本书能否提供关于时钟树设计和优化的详细指导,包括低skew时钟树的构建方法和时钟同步的策略?另外,对于验证部分,我希望书中能够介绍静态时序分析(STA)的详细方法,包括建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)违例的检测与修复,以及如何利用静态功耗分析工具来识别和缓解高功耗区域。这本书的篇幅和内容的深度,让我看到了它成为我学习道路上不可或缺的参考资料的可能性,我期待它能为我打下坚实的后端设计基础。

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当我拿到《超大规模集成电路设计导论》这本书时,我首先被其厚重的篇幅所震撼,这预示着其内容的深度和广度。作为一名在数字信号处理(DSP)领域工作多年的工程师,我一直对如何将复杂的DSP算法高效地映射到硬件上充满兴趣,而VLSI设计正是实现这一目标的关键。我尤其关注书中关于“DSP芯片设计与实现”的章节。我希望书中能够详细阐述如何将离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)、卷积等经典的DSP算法,通过硬件描述语言(HDL)进行描述,并最终转化为高效的VLSI电路。这其中是否会涉及专门的DSP处理器架构,例如VLIW(Very Long Instruction Word)架构,以及如何设计高效的MAC(Multiply-Accumulate)单元?此外,对于现代DSP应用中常见的如自适应滤波器、纠错编码器等复杂算法,本书能否提供一些设计思路和优化技巧?例如,如何通过流水线、并行化等手段来提高算法的执行速度,同时又要兼顾功耗和面积?我希望书中能够提供一些实际的设计案例,展示如何从算法规格到最终的芯片实现,例如介绍一些典型的DSP IP核的设计和应用。这本书的出现,让我看到了将我多年在DSP领域的理论知识与实际硬件实现相结合的桥桥梁,我迫切地希望能够从中学习如何设计出满足高性能DSP要求的VLSI芯片。

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这本书的书名《超大规模集成电路设计导论》让我对它充满了期待,因为我一直对芯片的“内在运作”充满了好奇。我是一名对半导体物理和材料科学有着浓厚兴趣的学生,虽然我目前主要学习的是理论知识,但我渴望了解这些理论是如何在实际的芯片设计中应用的。我非常希望书中能够详细阐述“先进半导体工艺与器件技术”。例如,对于当前主流的FinFET(鳍式场效应晶体管)和GAA(Gate-All-Around)FET等先进晶体管结构,本书能否深入剖析其结构特点,工作原理,以及相比于传统的MOSFET有哪些优势?更重要的是,这些先进器件的特性如何影响VLSI电路的设计?例如,FinFET的栅控效应更强,漏电流更小,这对于降低功耗和提高性能有什么帮助?而GAAFET在更小的尺寸下又有哪些独特的优势?我希望书中能够解释这些器件模型在SPICE仿真中的具体体现,以及如何在设计中充分利用这些器件的特性。此外,对于新兴的材料,如二维材料(如石墨烯、MoS2)在未来VLSI器件中的应用前景,本书是否会进行探讨?我对这本书的期望是,它能够为我揭示现代芯片制造的“秘密”,让我能够从更深层次理解VLSI设计的物理基础,并将我的材料科学知识与电路设计紧密地结合起来。

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初读《超大规模集成电路设计导论》的序言,我被作者对VLSI设计领域的热情所感染。作为一名刚刚接触芯片设计领域的研究生,我深知自己需要打下坚实的基础。我最期待的是书中关于“时序分析与优化”的章节。在数字电路设计中,时序约束和时序收敛是至关重要的。这本书能否详细讲解建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)的概念,以及它们在实际电路中的影响?我希望书中能够深入介绍静态时序分析(STA)的原理,包括关键路径的识别,时序报告的解读,以及如何通过各种设计技巧来修复时序违例。例如,如何调整组合逻辑的深度,如何进行寄存器优化,如何设计合理的时钟树,以及如何利用插入延迟(Delay Buffers)来满足时序要求?此外,对于亚稳态(Metastability)这一在异步电路和时钟域交叉(Clock Domain Crossing, CDC)设计中经常遇到的问题,本书是否会提供详细的分析和解决方案?我希望能了解如何设计有效的CDC电路,以避免亚稳态的产生,从而保证系统的稳定运行。这本书的出现,让我看到了一丝曙光,我希望它能够为我清晰地阐述时序分析的复杂世界,并提供实用的方法论,让我能够自信地应对时序收敛的挑战。

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