Microcomputer System Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer-Verlag

作者:M. J. Flynn

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1984-10

价格:USD 39.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780387135458

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 系统设计
• 计算机体系结构
• 数字逻辑
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 汇编语言
• 计算机组成原理
• 电子工程
• 单片机

好的，这是一份关于《数字集成电路设计与应用》的图书简介，内容翔实，力求专业与深入，不涉及微型计算机系统设计。 --- 《数字集成电路设计与应用》 导论：集成电路领域的基石与前沿 在当代电子信息技术浪潮中，数字集成电路（Digital Integrated Circuits, DICs）构成了几乎所有现代电子系统的核心骨架。从高性能计算、通信设备到消费电子产品，无一不依赖于高效、可靠、低功耗的数字逻辑电路实现。本书《数字集成电路设计与应用》旨在全面、深入地探讨数字集成电路的设计原理、物理实现技术、验证方法以及先进的工艺约束，为读者构建起从晶体管级到系统级的完整知识体系。 本书的编写立足于当前主流的CMOS技术平台，兼顾了传统与新兴的电路设计范式。我们不仅深入剖析了数字电路的基础——MOS晶体管的工作原理及其在IC设计中的建模，更将重点放在了如何将这些基础知识转化为高效、实用的电路结构。 第一部分：基础理论与工艺环境 本部分为读者奠定坚实的理论基础，深入剖析集成电路的制造环境和基本元件特性。 1. 半导体基础与MOS晶体管 我们将从半导体物理学基础出发，详细阐述PN结的特性，进而聚焦于MOSFET——现代数字电路的基石。内容涵盖了理想MOS器件的模型（如长沟道模型）、短沟道效应、亚阈值导通机制以及寄生效应（如沟道长度调制、速度饱和）对晶体管特性的影响。此外，还将介绍NMOS和PMOS晶体管的版图设计规则（DRC）和设计参数（如$V_{th}$、$eta$、$C_{ox}$）对电路性能的关键作用。 2. CMOS工艺概述与设计规则 数字电路的性能与所采用的制造工艺紧密相关。本章将概述现代半导体制造的基本流程，包括光刻、刻蚀、薄膜沉积和离子注入等关键步骤。重点将放在深亚微米及纳米级别的CMOS工艺平台，讨论先进节点带来的设计挑战，例如互连延迟的加剧、静电放电（ESD）防护以及工艺变异性（Process Variation）对电路可靠性的影响。读者将学习如何解读设计工具输出的工艺设计套件（PDK）文件。 3. 逻辑门电路的静态特性分析 本部分将详细分析基本的CMOS逻辑门（反相器、NAND、NOR）。重点在于静态特性分析，包括噪声容限（Noise Margin）、扇出（Fanout）能力以及关键的电压传输特性（VTC）曲线的推导和测量。我们将引入负载效应和阈值电压对这些特性的修正作用，为后续的动态电路设计提供量化依据。 第二部分：动态电路分析与优化 数字电路的性能主要由其对输入信号的响应速度决定，即动态性能。本部分专注于延迟、功耗和时序分析。 4. 延迟建模与传播时间计算 延迟是衡量数字电路速度的核心指标。我们将介绍多种延迟模型，如Elmore延迟模型、逻辑等效时间（Logical Effort）方法。重点讨论如何精确计算组合逻辑电路和顺序逻辑电路的传播延迟（Propagation Delay）和锁存时间（Latch-up Time）。内容还包括输入转换速率（Slew Rate）对延迟的影响，以及如何通过优化晶体管尺寸（Sizing）来平衡延迟和功耗。 5. 时序分析与约束 时序是数字系统正确运行的生命线。本章将深入讲解同步电路的时序要求，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的概念。内容覆盖单周期路径分析、多周期路径分析，以及时钟域交叉（CDC）带来的挑战与同步策略。我们将介绍静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）的基本流程和常用工具的应用。 6. 功耗分析与管理 现代IC设计越来越关注能效。我们将区分静态功耗（亚阈值漏电流、栅极漏电流）和动态功耗（开关活动）。重点在于如何通过设计手段降低功耗，例如电压/频率调节（DVFS）、时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）技术的原理和实现。 第三部分：高级逻辑结构与存储器设计 本部分将深入到更复杂的数字功能单元的设计与实现。 7. 组合逻辑的高级实现 除了基础门电路，本章将探讨更高效的组合逻辑结构，如传输门（Pass Transistor）逻辑、动态逻辑（如DCVSL）的优缺点，以及多路复用器（MUX）和译码器等标准单元的设计。特别会关注对电荷共享和噪声敏感性的处理。 8. 顺序逻辑与时序元件 本章聚焦于时序元件的设计，包括锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）的内部结构。详细分析主从式（Master-Slave）结构、边缘触发（Edge-Triggered）设计的优化，以及低功耗、高速度触发器的设计（如锁存器结构与时钟网络的耦合）。 9. 片上存储器设计 存储单元是数字系统的关键组成部分。本章将详细介绍静态随机存取存储器（SRAM）单元（如6T、7T单元）的读写操作原理、噪声容限和可靠性问题。同时，也将涉及寄存器堆（Register File）的设计考量，以及如何通过位线驱动和感应放大器优化存储器的访问速度。 第四部分：系统级设计与验证方法 数字电路的成功不仅依赖于单元级的设计，更依赖于整体架构的规划和验证。 10. 互连线与时钟网络设计 随着工艺节点的演进，互连线延迟已成为性能瓶颈的主要来源。本章将介绍RC延迟模型，以及如何使用缓冲器（Repeater Insertion）来优化长互连线的延迟。时钟网络作为全局信号，其设计至关重要，内容将涵盖时钟树综合（CTS）的目标（最小化时钟偏斜和抖动）及其实现技术。 11. 异步电路设计简介 虽然同步电路占据主导地位，但异步电路在特定应用中（如超低功耗、抗电磁干扰）展现出潜力。本章将简要介绍异步设计的核心概念，如握手协议（Handshaking Protocols）和无时钟逻辑的实现思路，提供对未来设计范式的初步认识。 12. 可靠性与可测试性设计（DFT） 现代IC必须具备应对制造缺陷和工作环境应力的能力。本部分将详细讲解电路的可测试性设计，包括扫描链（Scan Chain）的插入、内建自测试（BIST）技术，如基于LFSR的测试模式生成，以确保高缺陷覆盖率。同时，也将讨论抗闩锁（Latch-up Prevention）和电迁移（Electro-migration）等可靠性约束。 结语：面向未来的设计思维 《数字集成电路设计与应用》的目标是培养读者将理论知识与实际工程挑战相结合的能力。通过本书的学习，读者将掌握从晶体管规格书到功能模块实现的全流程设计技能，为未来在ASIC、SoC或FPGA等领域的设计工作打下坚实的基础。本书不仅是理论教材，更是工程实践的蓝图。

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对于我来说，这本书最吸引人的地方在于它对于系统级设计的宏观视角。它没有仅仅停留在对单个组件的讲解，而是着重于如何将这些组件有机地整合在一起，构成一个功能完善的微处理器系统。作者在书中详细探讨了总线接口、中断处理机制以及I/O端口的设计，这些都是构建一个能够与外界进行有效交互的微处理器不可或缺的部分。我尤其喜欢其中关于DMA（直接内存访问）控制器原理的分析，它解释了如何在不占用CPU资源的情况下，实现高效的数据传输，这对于提升系统整体吞吐量至关重要。此外，书中对嵌入式系统中常见的串行通信协议，如UART和SPI的介绍，也让我对设备之间的数据交换有了更直观的认识。作者在讨论这些内容时，并没有使用过于高深的术语，而是尽量用通俗易懂的语言进行阐释，并且结合了实际的电路图和时序图，使得读者能够清晰地把握每一个细节。这本书让我深刻体会到，微处理器设计并非是孤立的技术堆砌，而是一门需要全局思维和系统化方法的艺术。

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这本书给我带来的最深刻感受是，它让我从“使用者”的视角，跃升到了“创造者”的视角。在阅读过程中，我仿佛置身于一个设计工作室，亲手搭建和调试一个微处理器系统。作者在介绍内存控制器设计时，详细讲解了DRAM的读写时序以及如何通过行地址/列地址复用（RAS/CAS）来提高效率，这让我对内存性能的瓶颈有了更深刻的理解。让我感到非常惊喜的是，书中对外设接口的设计，如USB和PCIe，也进行了详细的阐述。它不仅介绍了这些接口的物理层和协议层，还探讨了驱动程序的编写和系统集成的问题。这让我明白了，一个微处理器系统不仅仅是CPU和内存，还需要与各种各样的高速外设协同工作。作者的讲解方式非常直观，常常通过对比不同设计方案的优缺点，来引导读者进行批判性思考。这本书让我意识到，成功的微处理器设计需要在性能、成本、功耗和易用性之间找到一个最佳的平衡点。

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这本书以一种非常沉浸式的方式，让我体验了微处理器设计的奥秘。作者在讲解指令流水线时，不仅仅是描述了每个阶段的功能，更是通过详细的图示和例子，展示了数据冒险和控制冒险的发生机制，以及如何通过乱序执行和分支预测等技术来规避这些问题。这让我深刻理解了为什么现代CPU的性能可以如此强大。让我感到特别兴奋的是，书中关于内存管理单元（MMU）的介绍，它解释了虚拟内存的工作原理，以及如何通过页表来实现地址映射和内存保护。这对于理解操作系统和多任务处理至关重要。作者还对缓存一致性协议，如MESI协议进行了深入的剖析，让我明白了在多核处理器环境中，如何保证多个CPU之间对同一数据的访问的一致性。这本书的语言风格非常专业且严谨，同时又充满了探索的乐趣，它鼓励读者不断思考和提问，从而加深对知识的理解。总而言之，这是一本能够真正激发读者对微处理器设计兴趣的优秀著作。

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这本书的内容深度和广度都让我印象深刻，它不仅仅是简单地罗列了微处理器的工作原理，更像是为我打开了一扇通往数字世界核心的大门。作者对于CPU内部结构的讲解，从流水线到缓存一致性，细致入微，让我这个初学者也能逐渐领略到精密计算的魅力。尤其是在介绍指令集架构时，作者并没有止步于理论，而是通过大量具体的例子，展示了不同指令集在实际应用中的优劣势，这让我对硬件设计中的权衡取舍有了更深刻的大局观。更让我惊喜的是，书中对存储器层次结构的阐述，从DRAM到SRAM，再到各种寄存器，层层递进，让我理解了为什么计算机需要如此复杂的内存体系，以及如何通过优化内存访问来提升整体性能。对于一些初学者可能觉得晦涩的存储控制器设计，作者也用非常形象的比喻和图示，将抽象的概念具象化，使得理解不再那么困难。这本书的语言风格清晰流畅，即使在讨论复杂的硬件细节时，也能保持一种引人入胜的叙事感，让我阅读起来并不会感到枯燥乏味，反而充满了探索的乐趣。

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这本书为我提供了一个绝佳的平台，去深入理解现代计算机的基石——微处理器。作者对于CPU时钟同步和异步设计的讲解，让我对数据如何在微观层面流动有了全新的认识。我一直对时序问题感到困惑，而这本书中的时序分析和时钟树生成技术的介绍，给了我很大的启发。它不仅仅是告诉你“是什么”，更是告诉你“为什么”和“如何做”。例如，在讨论中断响应时，作者详细阐述了中断向量表的作用以及中断优先级的影响，这让我理解了实时操作系统中任务调度的关键所在。让我特别受益的是，书中对功耗管理和低功耗设计策略的探讨，这在如今强调绿色计算的时代显得尤为重要。作者分析了各种降低功耗的方法，例如时钟门控和动态电压频率调节（DVFS），并解释了它们在不同应用场景下的适用性。读完这部分，我才真正意识到，微处理器设计不仅仅是为了追求极致的性能，更需要平衡性能、功耗和成本。

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