VLSI- Entwurf eines RISC- Prozessors. pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Vieweg Verlagsgesellschaft

作者:Ulrich Golze

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1995-04-01

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9783528054168

丛书系列:

图书标签:

• 芯片工艺
• VLSI
• RISC
• Processor
• Digital Design
• Computer Architecture
• Integrated Circuits
• Hardware Design
• Microprocessor
• Embedded Systems
• Verilog
• FPGA

《微电子学与集成电路设计》 内容简介 本书深入探讨了微电子学领域的基石——集成电路（IC）的设计与实现。从半导体材料的基本物理原理出发，逐步引导读者深入理解晶体管的制造工艺、结构特性以及它们在构成复杂逻辑门电路中的作用。本书旨在为有志于投身于集成电路设计、制造、测试以及相关应用领域的工程师和研究人员提供扎实的理论基础和实践指导。 第一章：半导体物理基础 本章将详细介绍半导体材料的电学特性，包括本征半导体和杂质半导体的载流子行为。我们将从原子结构入手，讲解电子和空穴的概念，以及它们在不同电场和磁场作用下的运动规律。通过对能带理论的深入剖析，读者将理解绝缘体、导体和半导体的区别，以及费米能级在半导体掺杂过程中的变化。此外，本章还将探讨 PN 结的形成机制，包括载流子扩散和漂移形成的内建电势，以及 PN 结在正向和反向偏压下的伏安特性曲线。这将为理解后续章节中晶体管的工作原理奠定坚实基础。 第二章：MOSFET 器件原理与特性 MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是现代数字集成电路中最基本的构建块。本章将详细阐述 MOSFET 的结构、工作原理以及各种操作模式。我们将从理想 MOSFET 模型出发，逐步引入实际器件的非理想效应，如短沟道效应、漏致势垒降低效应（DIBL）、亚阈值摆幅退化等。通过对沟道电荷、阈值电压、跨导等关键参数的深入分析，读者将能够准确预测和评估 MOSFET 的性能。本章还将介绍 NMOS 和 PMOS 两种类型的 MOSFET，以及它们在互补金属氧化物半导体（CMOS）技术中的应用，重点分析 CMOS 结构的工作原理和其在功耗和速度方面的优势。 第三章：CMOS 逻辑门电路设计 CMOS 技术以其低功耗、高速度和良好的抗干扰能力，成为当前集成电路设计的主流。本章将深入讲解利用 CMOS 器件构建各种基本逻辑门电路，包括反相器、与门、或门、与非门、或非门以及异或门。我们将详细分析这些逻辑门在不同输入组合下的输出状态，并计算其传播延迟、功耗等性能指标。本章还会介绍如何设计复合逻辑门，以及如何利用这些基本单元构建更复杂的组合逻辑电路。此外，读者将学习到如何进行逻辑门的布局布线，以及如何考虑寄生效应对电路性能的影响。 第四章：时序逻辑电路设计 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路具有记忆功能，其输出不仅取决于当前输入，还取决于之前的状态。本章将重点介绍各种时序逻辑电路的结构和设计，包括触发器（D 触发器、JK 触发器、SR 触发器）、锁存器以及移位寄存器。我们将深入分析这些电路的工作原理，特别是时钟信号在控制状态翻转中的作用。此外，本章还将讲解如何设计状态机（有限状态机，FSM），包括状态转移图、状态转换表以及状态编码的方法。这将为设计控制器、计数器等复杂的时序逻辑系统提供必要的理论和实践工具。 第五章：存储器单元设计 存储器是集成电路中不可或缺的组成部分，用于存储和检索数据。本章将详细介绍各种类型的存储器单元，包括静态随机访问存储器（SRAM）和动态随机访问存储器（DRAM）的基本结构和工作原理。我们将分析 SRAM 存储单元（如 6T SRAM 单元）的读写操作，以及 DRAM 存储单元（如 1T1C DRAM 单元）的工作机制，并探讨它们在密度、速度、功耗和刷新需求方面的差异。此外，本章还会简要介绍只读存储器（ROM）的类型，如掩膜 ROM、PROM、EPROM 和 EEPROM，以及它们在不同应用场景下的适用性。 第六章：时钟与时序分析 在高速数字电路设计中，精确的时钟信号和严格的时序控制至关重要。本章将深入探讨时钟信号的生成、分配和管理。我们将介绍各种时钟生成电路，如压控振荡器（VCO）和锁相环（PLL），以及它们在频率合成和时钟抖动抑制方面的作用。此外，本章还将详细讲解时序分析的概念，包括建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的要求，以及如何通过时序路径分析来识别和解决时序违例问题。读者将学习到如何使用时序分析工具来验证电路设计的正确性。 第七章：低功耗 CMOS 设计技术 随着移动设备和便携式电子产品的普及，低功耗设计已成为集成电路设计的关键目标。本章将系统介绍各种低功耗 CMOS 设计技术。我们将从功耗的来源入手，分析动态功耗和静态功耗的成因。然后，我们将探讨各种功耗优化策略，包括降低电压、降低频率、使用电源门控技术、时钟门控技术以及多阈值电压设计等。此外，本章还将介绍低功耗存储器的设计方法，以及在工艺选择和架构设计中如何考虑功耗因素。 第八章：版图设计与制造工艺 集成电路的最终实现离不开精确的版图设计和先进的制造工艺。本章将介绍版图设计的规则和方法，包括设计规则检查（DRC）和版图寄生参数提取（LVS）。我们将详细讲解不同层级（如金属层、多晶硅层、扩散层）的图形绘制，以及如何将逻辑电路转化为物理版图。此外，本章还将简要介绍半导体制造的主要工艺步骤，如光刻、刻蚀、离子注入和薄膜沉积等，并简述不同工艺技术（如 CMOS、BiCMOS）的特点和应用。 第九章：验证与测试 在集成电路设计流程中，验证和测试是确保产品质量和功能正确性的关键环节。本章将介绍各种验证方法，包括仿真验证（功能仿真、门级仿真、时序仿真）和形式验证。我们将讲解如何编写测试平台和生成测试向量，以覆盖各种设计场景。此外，本章还将探讨集成电路测试的基本概念，包括故障模型、测试模式生成和可测试性设计（DFT）技术，如扫描链和内建自测试（BIST）。 第十章：可配置硬件加速器设计简介 本章将为读者介绍如何设计可配置的硬件加速器，以满足特定应用领域对高性能和低功耗的需求。我们将探讨硬件加速器的基本概念，例如数据流架构、流水线技术和并行处理。读者将学习如何将算法映射到硬件，并设计出能够高效执行特定任务的定制化硬件模块。本章还将简要介绍一些现代的硬件设计方法学，例如高层次综合（HLS），以及如何利用这些方法来加速硬件开发流程。 结论 本书通过系统性的章节安排，从基础的半导体物理原理，到复杂的逻辑电路设计、存储器实现、时序分析、低功耗技术、版图设计以及验证测试，全面地覆盖了集成电路设计的主要方面。本书的目标是培养读者扎实的理论功底和良好的工程实践能力，使其能够独立完成或参与到复杂的集成电路设计项目中。通过学习本书，读者将能够更深刻地理解现代电子设备背后的核心技术，为未来在集成电路领域的发展奠定坚实的基础。

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这本书的视角非常独特，它似乎是站在一位经验丰富的首席架构师的角度来撰写，充满了对细节的苛求和对宏观设计的把控。我购买这本书时，主要目的是想了解如何将理论模型转化为实际可流片的 RTL 代码。这本书在这方面做得非常出色，它提供了一个近乎完整的、可供参考的 RISC 核心实现路线图。我花了大量时间去比对书中描述的握手协议和总线接口规范，发现它们与目前业界主流的 AXI 标准有着极高的契合度，这无疑大大降低了将书中知识迁移到实际项目中的难度。其中关于时钟域交叉（CDC）处理的部分，我不得不说，这是我读过的所有相关书籍中，讲解得最细致、最少模棱两可的地方。作者没有使用太多花哨的语言，而是用最直接、最硬核的方式阐述了设计原则，这对于追求效率的工程师群体来说，无疑是最友好的。

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这本书的封面设计实在是太吸引人了，深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，一下子就给人一种专业、严谨的感觉。我是在一个技术论坛上偶然看到有人推荐这本书的，当时我正在为我的毕业设计寻找可靠的资料，主题正好是关于定制化处理器架构的优化。拿到这本书后，我立刻被它的内容深度所折服。它不仅仅停留在理论层面，而是非常扎实地展示了从概念到实际实现的每一个关键步骤。作者似乎对现代数字逻辑设计有着深刻的洞察力，尤其是在流水线优化和指令集架构（ISA）设计方面，提供了许多教科书上很少提及的工程实践经验。我特别欣赏它在硬件描述语言（HDL）应用上的详尽阐述，清晰的模块化结构使得复杂的系统分解得井井有条，即便是初学者也能循着思路逐步深入。这本书的排版也很精良，图表和代码示例的清晰度极高，极大地提升了阅读体验，避免了阅读技术文档时常见的晦涩感。

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说实话，这本书的阅读过程是一场智力上的马拉松，但绝对是酣畅淋漓的那种。我最开始关注的是它对RISC设计哲学在现代应用中的重新审视。在这个追求极致性能和低功耗的时代，如何平衡指令集的复杂性与实现速度，是所有芯片设计者必须面对的挑战。这本书没有回避这些权衡（trade-offs），而是用大量的案例分析来支撑其论点。我尤其喜欢其中关于分支预测单元（Branch Predictor Unit）设计的章节，作者不仅介绍了标准的TAGE算法，还深入探讨了如何针对特定应用场景进行定制化修改，这对于我正在尝试的小型嵌入式系统开发来说，简直是如获至宝。每一次当我感觉自己快要被复杂的时序逻辑绕晕时，翻到后面的附录，里面清晰的术语表和符号定义总能及时把我拉回来。这本书的价值在于，它要求读者真正动手去思考，而不是被动接受信息，这使得学习过程充满了发现的乐趣。

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这本书的深度远超出了我最初的预期，它不仅仅是一本关于“如何设计”的指南，更是一部关于“为什么这样设计”的哲学探讨。我发现自己不仅仅是在学习技术细节，更是在理解设计决策背后的深层原因。例如，书中对Cache一致性协议的讨论，不仅仅是列举了MESI协议，而是深入剖析了在多核环境下，不同预取策略对系统整体吞吐量的影响曲线。这使得我对现代处理器性能瓶颈的理解提升到了一个新的层次。遗憾的是，书中对于后期的物理设计（Physical Design）流程，如布局布线和寄生参数提取的讨论相对简略，可能这是为了保持对核心架构设计的聚焦。不过，对于侧重于前端设计的工程师或学生来说，这种取舍是完全可以理解的，它确保了核心内容的纯粹性和高密度。这本书无疑是处理器设计领域的一部里程碑式的作品。

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作为一名正在从软件转向硬件的跨界学习者，这本书给我带来了极大的信心。我过去总是觉得，处理器设计是一个高不可攀的领域，充满了只有少数顶尖专家才能理解的黑魔法。然而，这本书的作者用一种近乎“手把手”的方式，将复杂的概念层层剥开。特别是关于指令译码器（Instruction Decoder）的设计，书中通过一系列直观的状态图和真值表，将原本抽象的组合逻辑变得清晰易懂。我甚至可以想象，如果我是一名大学教授，我一定会将这本书作为高级数字系统课程的指定教材。它对于验证方法的介绍也十分到位，详细说明了如何构建一个健壮的测试平台来覆盖所有关键路径，这对于保证设计质量至关重要。这本书的结论部分，对未来RISC-V生态系统的展望，也充满了前瞻性和建设性，让人读完后倍感振奋，充满了继续探索的动力。

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