数字集成电路分析与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业

作者:王薪安

出品人:

页数:425

译者:

出版时间:2005-9

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787121016660

丛书系列:

图书标签:

• 数字集成电路
• 简体中文
• 电子
• 中国
• 2005
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《芯片之魂：微观世界的奥秘与前沿》 一、 混沌初开，万物生焉——数字集成电路的源起与奠基 在人类文明的长河中，信息处理能力的飞跃从未停歇。从古老的算盘到机械计算器，再到电子管时代的庞然大物，每一次进步都伴随着对更小、更快、更可靠计算方式的极致追求。二十世纪中叶，一个颠覆性的概念——“集成”——犹如划破混沌的闪电，彻底改变了电子世界的格局。 本书追溯电子元件小型化的漫漫征程，深入剖析半导体材料的奇妙属性，从锗到硅，揭示了原子层面的精妙操控如何孕育出晶体管这一微小的开关。我们将一同回望那些奠基性的时刻：肖克利、巴丁和布拉顿对晶体管的发明，诺依斯的集成电路概念，以及基尔比的创造性实践。这不是枯燥的技术罗列，而是对人类智慧与工程精神的赞颂，展现了从宏观电路到微观器件的深刻洞察如何一步步将无数晶体管凝聚成一个微小的芯片，开启了信息时代的序幕。 二、 逻辑之舞，二进制的王国——数字电路的基本构件与原理 一旦拥有了微小的开关，我们便能编织出由“0”和“1”构成的数字世界。本书将带您走进这个由逻辑门构成的奇妙王国，理解最基础的逻辑门（AND、OR、NOT）是如何运作的，以及它们如何组合成更复杂的逻辑单元。我们将深入探讨组合逻辑电路，如加法器、减法器、译码器和多路选择器，揭示它们在执行算术运算和数据选择中的核心作用。 更重要的是，我们将解析时序逻辑电路的精妙之处。触发器（Flip-Flops）和寄存器（Registers）的引入，使得电路能够“记忆”，为构建状态机和存储器奠定了基础。本书将详细阐述各种类型的触发器，以及它们在构建计数器、移位寄存器等关键部件中的应用。我们还将探讨时钟信号的作用，它是数字电路的脉搏，同步着信息的流动与处理。通过生动的比喻和清晰的图示，即使是初学者也能领略二进制逻辑的优雅与强大。 三、 芯片的脊梁，数据流的指挥家——微处理器架构与流水线技术 微处理器，作为现代计算设备的“大脑”，其内部结构之复杂与运行之高效令人惊叹。本书将为您揭开微处理器的神秘面纱，从冯·诺依曼体系结构的核心理念出发，深入剖析指令集架构（ISA）的作用，理解指令如何被解码、执行。我们将详细讲解CPU的几个关键组成部分：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、算术逻辑单元（ALU）、寄存器堆以及控制单元。 为了实现更高的性能，微处理器采用了先进的流水线（Pipelining）技术。本书将详尽阐述指令流水线的工作原理，将指令的执行过程分解为取指、译码、执行、访存、写回等多个阶段，并解释如何通过并行处理来提高吞吐量。我们将探讨流水线中可能出现的冲突，如结构冲突、数据冲突和控制冲突，以及各种解决这些冲突的策略，如气泡插入、转发（Forwarding）和分支预测（Branch Prediction）。通过对微处理器内部运作的深入了解，您将更能理解为何现代计算设备能够如此迅速地处理海量数据。 四、 信息的殿堂，速度的基石——存储器层次结构与缓存原理 信息是数字世界的血液，而存储器则是承载这些信息的殿堂。本书将带领您探索不同类型的存储器，从速度极快但容量较小的寄存器，到速度较慢但容量巨大的硬盘。我们将深入剖析随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的原理，并重点介绍现代计算机系统中至关重要的存储器层次结构。 其中，缓存（Cache）技术是提升系统性能的关键。本书将详细解释缓存的作用，以及它如何利用程序访问的局部性原理来减少CPU访问主存储器的时间。我们将探讨不同级的缓存（L1、L2、L3）以及它们的工作机制，并深入解析缓存的命中（Hit）与未命中（Miss）概念。本书还将介绍主要的缓存替换策略，如最近最少使用（LRU）算法，以及写回（Write-back）和写通（Write-through）等写策略，帮助您理解缓存如何默默地为应用程序的流畅运行贡献力量。 五、 信号的律动，时间的魔法——时序分析与时钟设计 在高速运转的数字世界中，时间扮演着至关重要的角色。本书将深入探讨时序分析（Timing Analysis）的原理，理解建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）对触发器正确工作的要求。我们将解析时钟信号的抖动（Jitter）和偏移（Skew）对系统稳定性的影响，并介绍如何通过时钟树综合（Clock Tree Synthesis）来优化时钟信号的分布。 本书还将关注数字电路的时钟设计。从简单的单时钟系统到复杂的多时钟域系统，我们将探讨不同时钟策略的优缺点。对于跨时钟域（Clock Domain Crossing, CDC）通信，本书将详细介绍同步器（Synchronizer）的设计，如两级触发器同步器，以及如何有效地避免跨时钟域产生的亚稳态（Metastability）问题。理解时序的精妙之处，是设计稳定高效数字系统的基石。 六、 挑战与未来——超大规模集成电路的演进与新兴趋势 随着摩尔定律的不断推进，集成电路上集成的晶体管数量呈指数级增长，这带来了超大规模集成电路（VLSI）的飞跃。本书将概述VLSI设计流程，从高层抽象到逻辑综合，再到版图设计和验证。我们将探讨先进的制程技术，如FinFET和GAAFET，以及它们如何克服短沟道效应，实现更小的尺寸和更高的效率。 此外，本书还将展望数字集成电路的未来。我们将探讨异构集成（Heterogeneous Integration）、三维集成（3D Integration）等新兴技术，以及它们如何通过将不同功能的芯片堆叠或集成在一起，突破传统二维设计的瓶颈。人工智能（AI）与集成电路的深度融合，如AI芯片的设计与应用，以及物联网（IoT）和边缘计算（Edge Computing）对低功耗、高效率芯片的需求，都将是本书的关注焦点。这不仅是一次对现有技术的梳理，更是一次对芯片未来发展方向的深刻洞察，激发读者对微观世界无限可能的探索热情。

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第三段评价： 我最近在尝试用一种全新的视角来看待高速数字系统的信号完整性问题，这本书里关于传输线理论和串扰抑制的章节简直是我的“救星”。它没有停留在理想导线的层面，而是引入了时域反射和阻抗匹配的复杂计算。最让我眼前一亮的是，作者引入了“电磁兼容性（EMC）”的视角来审视设计，讨论了如何通过地平面设计和屏蔽技术来确保数字信号在高速切换时的波形质量，这在很多纯粹关注逻辑功能实现的教材中是看不到的。书中的插图清晰明了，尤其是那张对比了不同过孔设计对上升沿延时的影响图，让人一目了然。对于需要处理Gbps级别数据接口的设计师而言，这本书提供了非常实用的、基于物理层面的解决方案。

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第二段评价： 老实说，这本书的讲解方式带着一种非常“老派”的严谨和系统性，完全没有现在市面上那些浮躁的“速成指南”的影子。它的大部分篇幅都在构建一个坚实的理论基础，比如从半导体物理的基本方程出发，一步步推导出CMOS器件的I-V特性模型，这一点非常扎实。我特别欣赏作者对于版图布局（Layout）和设计规则（DRC/LTV）的重视，书中用了整整三个章节来讨论寄生效应的消除和互连线的建模，清晰地指出了亚微米乃至纳米级工艺下，版图对最终电路性能的决定性影响。对于初学者来说，可能初期的阅读门槛略高，但一旦坚持下来，你会发现自己对整个集成电路设计流程的理解，从前端的系统架构到后端的物理实现，都有了质的飞跃。这本书更像是一本教科书，而非参考手册。

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第一段评价： 这本书在深入剖析模拟电路设计原理和工艺制程方面，着实是下了大功夫。我记得有一章专门详细讲解了双极型晶体管和MOS管在不同工作区间的精细特性曲线，分析得极其透彻。特别是关于噪声分析的那部分，作者不仅给出了理论公式，还结合实际晶圆测试数据，展示了如何通过版图设计来抑制热噪声和闪烁噪声。读完后，我对那些看似复杂的电路图，比如低噪声放大器（LNA）和混频器的设计，都有了更直观的认识。书中关于反馈网络稳定性的讨论，更是点睛之笔，不同于其他教材的泛泛而谈，它深入到了相频响应和增益裕度的实际计算中，配有大量的Matlab仿真实例，对于想在射频前端领域深造的工程师来说，绝对是案头的必备良器。

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第四段评价： 从应用的角度来看，这本书在可重构逻辑阵列（FPGA架构）和系统级集成（SoC）的设计流程描述上，提供了一个非常全面的蓝图。它详尽地介绍了从硬件描述语言（VHDL/Verilog）的编写、综合工具的使用，到时序约束的设定和静态时序分析（STA）的全过程。特别是对时序收敛这一“老大难”问题的处理，书中提供了一套可操作的迭代优化方法论，而不是简单地罗列工具按钮。我对比了好几本专注在FPGA设计的书籍，这本书在算法到硬件映射的思维转换上做得最好，它能帮助读者理解为什么某些算法在硬件上就是比软件实现要高效得多，这种底层逻辑的贯通是极其宝贵的经验财富。

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第五段评价： 这本书给我的最大感受是，它非常注重“可靠性”和“功耗”这两个现代IC设计中最核心的约束。在介绍低功耗设计技术时，作者没有局限于简单的时钟门控，而是深入探讨了电源门控、多电压域隔离以及动态电压频率调节（DVFS）的实际电路实现细节和控制逻辑。对于功耗敏感的便携式设备开发，这是至关重要的知识点。此外，书中关于工艺变异（Process Variation）和可靠性物理的讨论也十分深刻，阐述了如何通过冗余设计和错误检测编码（ECC）来应对制造和运行中的随机故障。这是一本将高性能、低功耗和高可靠性这三大目标完美融合、并提供具体工程指导的典范之作。

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不错，但和透视相比，简单了些

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