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出版者:Mcgraw-Hill Osborne Media

作者:Chris H. Pappas

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1987-10

价格:USD 19.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780078812422

丛书系列:

图书标签:

• 80386
• 微处理器
• Intel
• CPU
• 计算机硬件
• 汇编语言
• 编程
• 技术手册
• 芯片
• 处理器
• x86

《现代集成电路设计与制造》 本书导读：超越指令集，深入硅基的奥秘 在数字时代的宏伟叙事中，微处理器无疑是驱动一切变革的核心引擎。然而，一台计算机的灵魂并非仅仅栖居于那串串晦涩难懂的二进制指令之中，它更深植于支撑这些指令得以运行的物理基础——集成电路（IC）的设计、制造与封装。本书《现代集成电路设计与制造》旨在为读者构建一个从抽象的逻辑门到复杂的芯片成品之间完整的知识图景，它聚焦于驱动当前信息技术革命的底层技术，而非某一特定处理器的架构细节。 本书避开了对特定CPU型号（如Intel x86系列、ARM架构的特定版本或以往的386/486等特定历史型号）的深入指令集剖析或软件层面的编程技巧，而是将视野投向了更广阔、更具前瞻性的集成电路领域，为工程师、研究人员以及对半导体技术有深刻兴趣的读者提供一份全面、深入的参考。 --- 第一部分：前沿集成电路设计方法论 本部分深入探讨现代集成电路设计流程中的关键环节，强调从概念到物理实现的转化过程。 第一章：系统级设计与抽象化建模 本章首先回顾了数字系统设计的发展历程，重点阐述了硬件描述语言（HDL）在抽象层次上的应用，包括VHDL和SystemVerilog。我们详细解析了如何利用高级综合（High-Level Synthesis, HLS）工具，将C/C++等高级语言描述的功能转化为RTL（寄存器传输级）代码。重点讨论了设计空间探索（Design Space Exploration, DSE）的技术，如何在功耗、面积和性能（PPA）之间找到最优解。本章的实践案例将侧重于设计一个高性能的数字信号处理器（DSP）核的模块化实现，而非特定的CPU流水线设计。 第二章：超深亚微米（UDSM）的物理设计 物理设计是将逻辑电路转化为实际晶体管布局的关键步骤。本章详尽介绍了从门级网表（Gate-Level Netlist）到GDSII版图输出的全过程。内容涵盖了： 布局规划（Floorplanning）与电源网络设计： 如何有效规划芯片的宏单元、I/O端口以及至关重要的电源和地线网格，以应对IR Drop和电迁移问题。 时序驱动物理综合（Timing-Driven Synthesis）： 深入解析静态时序分析（STA）在综合阶段的应用，如何通过缓冲器插入、逻辑重定时序来满足严格的时钟频率要求。 版图实现与寄生参数提取： 讨论了先进的布线技术（如多层金属层的使用、Via的堆叠），以及如何准确提取互连线的电阻、电容和电感，为后期的仿真提供精确模型。 第三章：低功耗设计的高级策略 在移动计算和物联网（IoT）时代，功耗是决定产品成败的关键因素。本章系统地介绍了各种低功耗设计技术： 电源门控（Power Gating）与时钟树综合（CTS）： 详细分析了如何选择性地关闭不活动模块的电源域，以及如何设计低功耗时钟分发网络，减少动态功耗。 动态电压与频率调整（DVFS）： 探讨了如何在运行时根据负载需求动态调整核心电压和时钟频率，实现能效的最大化。 多阈值电压设计（Multi-Vt Design）： 阐述了使用不同阈值电压的晶体管来平衡速度与漏电的设计权衡艺术。 --- 第二部分：半导体制造工艺与可靠性 本部分将读者的视角拉回到硅晶圆的制造车间，探索将设计蓝图变为现实的复杂物理过程。 第四章：先进的半导体制造流程 本章全面概述了晶圆制造的七大步骤，重点关注7nm及以下先进工艺节点的技术挑战： 光刻技术的前沿： 深入讲解浸没式光刻（Immersion Lithography）和极紫外光刻（EUV）的工作原理、光源挑战以及掩模版（Mask）的制造与缺陷检测。 薄膜沉积与刻蚀技术： 讨论原子层沉积（ALD）如何实现超薄、高k/金属栅极的精确控制，以及反应离子刻蚀（RIE）在实现高深宽比（High Aspect Ratio）结构中的作用。 先进晶体管结构： 详细对比了FinFET（鳍式场效应晶体管）的结构优势，并前瞻性地介绍了Gate-All-Around (GAA) 晶体管的制造难点与性能提升。 第五章：芯片封装与先进互连技术 芯片的性能并非仅由硅片本身决定，封装技术在信号完整性和热管理中扮演着至关重要的角色。 2.5D/3D 集成技术： 重点分析了硅通孔（TSV）技术的应用，如何实现高带宽内存（HBM）与逻辑芯片的垂直堆叠，以克服传统PCB布线的带宽限制。 先进封装的散热挑战： 探讨了热界面材料（TIMs）、再布线层（RDL）以及系统级散热解决方案，确保高密度芯片的长期可靠性。 信号完整性与电源完整性（SI/PI）： 分析了高速信号在封装内部的反射、串扰问题，以及如何通过优化封装结构来维持信号的清晰度。 第六章：芯片可靠性、测试与良率管理 制造过程中的微小偏差都可能导致芯片失效。本章关注如何确保芯片的长期可靠性和高良率。 失效物理与应力测试： 涵盖了电迁移（EM）、静电放电（ESD）、热循环对芯片寿命的影响分析，以及加速寿命测试（ALT）的方法。 设计可测性（Design for Testability, DFT）： 详细介绍扫描链（Scan Chain）的插入、内置自测试（BIST）电路的设计，这些是确保功能正确性的核心手段。 良率提升策略： 探讨了缺陷密度模型（如Poisson/Negative Binomial模型）的应用，以及如何通过工艺控制和冗余设计来提高单位晶圆的可用芯片数量。 --- 结语 《现代集成电路设计与制造》并非一本关于特定微处理器内部逻辑操作的手册，而是一部关于如何将电子设计转化为物理现实的工程学巨著。它带领读者穿越了从抽象的系统级模型到原子级别的制造工艺的完整链条，使读者深刻理解驱动现代计算核心的硅基技术的深度与广度。本书的价值在于，它提供的是一套通用且前沿的方法论和技术知识体系，是理解所有现代高性能计算、存储与通信芯片基础的必备参考。

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我花了整整一个周末的时间，试图完全消化掉这本书中关于缓存一致性和总线仲裁的部分，老实说，这比我想象的要烧脑得多。这本书的写作风格非常严谨，带着一种古典的技术文档的冷峻美感。它不像现代那些“快速入门”指南那样，用大量比喻和简化来拉近与读者的距离；它更像是直接把Intel的官方文档用更具可读性的方式重新组织了一遍，但又不失其权威性。我特别欣赏作者在处理那些边缘情况时的细致入微，比如当缓存行冲突发生时，CPU内部状态机的转换流程，这些细节在实际的系统设计中往往是决定成败的关键。我记得有一次我在调试一个嵌入式系统中的总线冲突问题，反复查看了手册的几个部分，才意识到是自己对写缓冲区的延迟预期与硬件实际表现存在偏差。这本书提供的参考资料非常扎实，随手翻到任何一页，你都能找到清晰的信号图和时序图，这对于进行硬件层面的时序分析和故障排查提供了坚实的基础。对于那些希望深入理解现代CPU设计是如何从386这种奠基者那里继承和演化过来的读者来说，这本书提供了绝佳的对比参照系。

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这本书的语言风格有一种奇特的魅力，它非常克制，几乎没有主观色彩的抒情，全篇充满了精确的量化描述和严密的逻辑推导。我感觉自己不是在“阅读”一本技术书，而是在与一位资深、沉默寡言的芯片设计师进行一场无声的对话。它没有那些花哨的彩色插图，只有清晰的黑白电路图和表格，但正是这种朴素，反而凸显了内容的重量。我特别喜欢它对浮点单元（FPU）接口描述的那几页，详细说明了80387协处理器的状态寄存器和指令流的交互方式，这在如今这个FPU早已被集成到主CPU的时代，提供了一个难得的“考古”视角。每一次我试图去查找某个特定指令的执行周期或者操作数的内存布局时，这本书都能迅速提供权威的答案，而且答案往往附带着对该指令在不同工作模式（实模式与保护模式）下行为差异的注解。它不是一本让你读完就能“精通”的书，而更像是一本你需要在实际工作中反复查阅、每次都能带来新发现的工具书。

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这本《80386微处理器手册》真是一部信息密度极高的著作，初次翻阅时，那种扑面而来的技术深度差点让我有点招架不住。我记得当时是在一个技术论坛上看到有人强烈推荐，说这是理解386架构的“圣经”，于是我满怀期待地入手了。这本书的结构安排得非常逻辑清晰，从最基础的寄存器结构讲起，逐步深入到内存管理单元（MMU）的复杂寻址机制。对于那些希望从汇编语言层面精细控制硬件的工程师来说，这本书提供了详尽的指令集描述，每一个操作码的细微差别、时序要求，都被阐述得淋漓尽致，几乎没有含糊不清的地方。特别是关于保护模式和分页机制的章节，简直是教科书级别的范例，作者用了大量图表来辅助说明复杂的段描述符和页表的映射过程，这对于初学者理解为什么386能够实现多任务和内存保护至关重要。我个人的经验是，如果只是想了解386的“大概”工作原理，网上那些简短的概述就够了，但如果你想真正地进行底层开发、调试操作系统内核，或者逆向分析那个时代的软件，这本书里提供的细节——比如中断向量表的具体布局，或者I/O端口的控制方法——是任何在线资源都无法替代的宝贵财富。翻阅过程中，我能感受到作者对这个经典处理器系列的深刻理解和热爱，他不仅是在罗列规格，更是在传授一种“老派”的、对硬件尊重的编程哲学。

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说实话，这本书的阅读体验是需要一点“毅力”来维持的，它不适合那些只想快速扫一眼概念的人。它的篇幅相当可观，内容排版也相对紧凑，大量的技术术语和缩写需要读者具备一定的预备知识。我发现，每当我觉得自己快要掌握某个复杂概念时，作者总能在接下来的几页里引入一个更深层次的限制或例外情况，这反而让我对这个处理器的设计智慧感到由衷的敬佩。尤其是关于特权级的切换和系统调用实现的章节，作者没有简单地描述“是什么”，而是深入探讨了“为什么是这样设计”的权衡取舍——比如为了保持向后兼容性而引入的某些设计上的“妥协”。我个人觉得，这本书最大的价值在于它提供了一种“全景视角”，让你能跳出应用程序的思维定势，从硬件架构的角度去思考软件的边界。对于那些想自己动手移植旧版UNIX或者DOS扩展器的工程师而言，这本书无疑是一份不可或缺的工具箱，里面装载的知识密度，绝对值回票价。

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我入手这本书主要是冲着它在x86体系结构演进史上的地位。与其他侧重于新架构的著作不同，这本书提供了一个稳定、深入的基准点。它的深度足够让一个经验丰富的程序员感到挑战，但它的结构又足够清晰，让一个有志于深入底层学习的学生不会迷失方向。最让我印象深刻的是作者在处理地址转换时，不仅解释了分段和平坦模型的概念，还细致地剖析了TLB（快表）的工作机制对性能的影响，这在当时的技术背景下是非常前瞻性的讨论。我记得我曾经用这本书中的信息，成功地优化了一个老旧的程序中的内存访问模式，通过微调段基址的对齐，显著减少了流水线的停顿。这本书的论述是自洽的，它没有依赖任何外部资料就能让你搭建起一个完整的386虚拟处理器模型。它需要的不仅是你的时间，更是你对计算机科学底层原理的尊重和耐心，如果你想要的是那种“一小时精通”的快餐知识，那么这本书可能会让你感到沮丧，但如果你追求的是扎实、持久的工程理解力，那么它提供的知识体系是无价的。

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