基本信息
書名:現代VLSI設計:片上係統設計(第3版)(改編版)
定價:48.20元
作者:沃爾夫
齣版社:高等教育齣版社
齣版日期:2006-02-01
ISBN:9787040182552
字數:
頁碼:604
版次:1
裝幀:平裝
開本:16開
商品重量:0.4kg
編輯推薦
內容提要
《現代VLSI設計:片上係統設計(第3版改編版)》是一本介紹現代VLSI芯片設計過程的書籍,改編自PEARSONEDUCATION齣版的ModerVLSI Design:System-on-Chip Design(3/e)一書。書中全麵地論述瞭VLSI芯片設計的有關問題,反映瞭目前SoC的新進展,並介紹瞭SoC的設計方法。全書共分10章。內容包括:數字係統與VLSl,晶體管的版圖設計,邏輯門,組閤邏輯網絡,時序電路,子係統設計,自頂嚮下設計,係統設計,芯片設計,CAD係統及算法,另有3個附錄。每章末尾均附有難度不同的習題。附錄中還提供瞭豐富而實用的詞匯錶。改編者保持原書的風格和原有體係結構,根據國內的教學要求和課程設置,調整瞭原書的一些內容,使之更適閤我國高等學校作為教材使用。
《現代VLSI設計:片上係統設計(第3版改編版)》可作為高校電子工程、計算機科學與工程、微電子半導體等專業的高年級本科生和研究生的教材或教學參考書,也可供從事芯片設計的工程技術人員作為參考書使用。
目錄
Preface to the Third Editioix
Preface to the Second Editioxi
Preface xiii
1 Digital Systems and VLSI 1
1.1 Why DesigIntegrated Circuits 1
1.2 Integrated Circuit Manufacturing 4
1.2.1 Technology 4
1.2.2 Economics 6
1.3 CMOS Technology 15
1.3.1 CMOS Circuit Techniques 15
1.3.2 Power Consumptio16
1.3.3 Desigand Testability 17
1.4 Integrated Circuit DesigTechniques 18
1.4.1 Hierarchical Desig19
1.4.2 DesigAbstractio22
1.4.3 Computer-Aided Desig28
1.5 A Look into the Future 30
1.6 Summary 31
1.7 References 31
1.8 Problems 32
2 Transistors and Layout 33
2.1 Introductio33
2.2 FabricatioProcesses 34
2.2.1 Overview 34
2.2.2 FabricatioSteps 37
2.3 Transistors 40
2.3.1 Structure of the Transistor 40
2.3.2 A Simple Transistor Model 45
2.3.3 Transistor Parasitics 48
2.3.4 Tub Ties and Latchup 50
2.3.5 Advanced Transistor Characteristics 53
2.3.6 Leakage and Subthreshold Currents 60
2.3.7 Advanced Transistor Structures 61
2.3.8 Spice Models 61
2.4 Wires and Vias 62
2.4.1 Wire Parasitics 65
2.4.2 SkiEffect iCopper Interconnect 72
2.5 DesigRules 74
2.5.1 FabricatioErrors 75
2.5.2 Scalable DesigRules 77
2.5.3 SCMOS DesigRules 79
2.5.4 Typical Process Parameters 83
2.6 Layout Desigand Tools 83
2.6.1 Layouts for Circuits 83
2.6.2 Stick Diagrams 88
2.6.3 Layout Desigand Analysis Tools 90
2.6.4 Automatic Layout 94
2.7 References 97
2.8 Problems 97
3 Logic Gates 105
3.1 Introductio105
3.2 Static Complementary Gates 106
3.2.1 Gate Structures 106
3.2.2 Basic Gate Layouts 110
3.2.3 Logic Levels 113
3.2.4 Delay and TransitioTime 118
3.2.5 Power Consumptio127
3.2.6 The Speed-Power Product 130
3.2.7 Layout and Parasitics 131
3.2.8 Driving Large Loads 134
3.3 Switch Logic 135
3.4 Alternative Gate Circuits 136
3.4.1 Pseudo-nMOS Logic 137
3.4.2 DCVS Logic 139
3.4.3 Domino Logic 141
3.5 Low-Power Gates 146
3.6 Delay Through Resistive Interconnect 152
3.6.1 Delay Through aRC TransmissioLine 152
3.6.2 Delay Through RC Trees 155
3.6.3 Buffer InsertioiRC TransmissioLines 159
3.6.4 Crosstalk BetweeRC Wires 161
3.7 Delay Through Inductive Interconnect 164
3.7.1 RLC Basics 165
3.7.2 RLC TransmissioLine Delay 166
3.7.3 Buffer InsertioiRLC TransmissioLines 167
3.8 References 169
3.9 Problems 171
4 Combinational Logic Networks 177
4.1 Introductio177
4.2 Standard Cell-Based Layout 178
4.2.1 Single-Row Layout Desig179
4.2.2 Standard Cell Layout Desig188
4.3 Simulatio190
4.4 Combinational Network Delay 194
4.4.1 Fanout 195
4.4.2 Path Delay 196
4.4.3 Transistor Sizing 201
4.4.4 Automated Logic Optimizatio210
4.5 Logic and Interconnect Desig211
4.5.1 Delay Modeling 212
4.5.2Wire Sizing 213
4.5.3 Buffer Insertio214
4.5.4 Crosstalk Minimizatio216
4.6 Power Optimizatio221
4.6.1 Power Analysis 221
4.7 Switch Logic Networks 225
4.8 Combinational Logic Testing 229
4.8.1 Gate Testing 231
4.8.2 Combinational Network Testing 234
4.9 References 236
4.10 Problems 236
5 Sequential Machines 241
5.1 Introductio241
5.2 Latches and Flip-Hops 242
5.2.1 Categories of Memory Elements 242
5.2.2 Latches 244
5.2.3 Flip-Flops 251
5.3 Sequential Systems and Clocking Disciplines 252
5.3.1 One-Phase Systems for Flip-Flops 255
5.3.2 Two-Phase Systems for Latches 257
5.3.3 Advanced Clocking Analysis 265
5.3.4 Clock Generatio272
5.4 Sequential System Desig273
5.4.1 Structural Specificatioof Sequential Machines 273
5.4.2 State TransitioGraphs and Tables 275
5.4.3 State Assignment 284
5.5 Power Optimizatio290
5.6 DesigValidatio291
5.7 Sequential Testing 293
5.8 References 300
5.9 Problems 300
6 Subsystem Desig303
6.1 Introductio303
6.2 Subsystem DesigPrinciples 306
6.2.1 Pipelining 306
6.2.2 Data Paths 308
6.3 Combinational Shifters 311
6.4 Adders 314
6.5 ALUs 321
6.6 Multipliers 322
6.7 High-Density Memory 331
6.7.1 ROM 333
6.7.2 Static RAM 335
6.7.3 The Three-Transistor Dynamic RAM 339
6.7.4 The One-Transistor Dynamic RAM 340
6.8 References 344
6.9 Problems 344
7 Floorplanning 347
7.1 Introductio347
7.2 Floorplanning Methods 348
7.2.1 Block Placement and Channel Definitio352
7.2.2 Global Routing 358
7.2.3 Switchbox Routing 360
7.2.4 Power Distributio361
7.2.5 Clock Distributio364
7.2.6 Floorplanning Tips 369
7.2.7 DesigValidatio370
7.3 Off-Chip Connections 371
7.3.1 Packages 371
7.3.2 The I/O Architecture 375
7.3.3 Pad Desig376
7.4 References 379
7.5 Problems 381
8 Architecture Desig387
8.1 Introductio387
8.2 Hardware DescriptioLanguages 388
8.2.1 Modeling with Hardware DescriptioLanguages 388
8.2.2 VHDL 393
8.2.3 Verilog 402
8.2.4 C as a Hardware DescriptioLanguage 409
8.3 Register-Transfer Desig410
8.3.1 Data Path-Controller Architectures 412
8.3.2ASM Chart Desig413
8.4 High-Level Synthesis 422
8.4.1 Functional Modeling Programs 424
8.4.2 Data 425
8.4.3 Control 435
8.4.4 Data and Control 441
8.4.5 DesigMethodology 443
8.5 Architectures for Low Power 444
8.5.1 Architecture-DriveVoltage Scaling 445
8.5.2 Power-DowModes 446
8.6 Systems-on-Chips and Embedded CPUs 447
8.7 Architecture Testing 453
8.8 References 457
8.9 Problems 457
9 Chip Desig461
9.1 Introductio461
9.2 DesigMethodologies 461
9.3 KitcheTimerChip 470
9.3.1 Timer Specificatioand Architecture 471
9.3.2 Architecture Desig473
9.3.3 Logic and Layout Desig478
9.3.4 DesigValidatio485
9.4 Microprocessor Data Path 488
9.4.1 Data Path Organizatio489
9.4.2 Clocking and Bus Desig490
9.4.3 Logic and Layout Desig492
9.5 References 494
9.6 Problems 495
10 CAD Systems and Algorithms 497
10.1 Introductio498
10.2 CAD Systems 498
10.3 Switch-Level Simulatio499
10.4 Layout Synthesis 501
10,4,1 Placement 503
10.4.2 Global Routing 506
10.4.3 Detailed Routing 508
10.5 Layout Analysis 510
10.6 Timing AnalysisandOptimizatio512
10.7 Logic Synthesis 517
10.7.1 Technology-Independent Logic Optimizatio518
10.7.2 Technology-Dependent Logic Optimizations 525
10.8 Test Generatio528
10.9 Sequential Machine Optimizations 530
10.10 Scheduling and Binding 532
10.11 Hardware/Software Co-Desig534
10.12 References 535
10.13 Problems 535
A Chip Designers Lexico539
B Chip DesigProjects 557
B.1 Class Project Ideas 557
B.2 Project Proposal and Specificatio558
B.3 DesigPla559
B.4 DesigCheckpoints and Documentatio562
B.4.1 Subsystems Check 563
B.4.2 First Layout Check 563
B.4.3 Project Completio563
C KitcheTimer Model 565
C.1 Hardware Modeling iC 565
C.I.1 Simulator 567
C.1.2 Sample Executio573
References 577
Index 593
作者介紹
文摘
A register-transfer simulator exhibits the correct cycle-by-cycle behavior atits inputs and outputs, but the internal implementatioof the simulator mayhave nothing to do with the logic implementation. Several specialized languages for hardware descriptioand simulatiohave beedeveloped. Hardware simulatiolanguages, such as VHDL and Vefilog, provide primitiveswhich model the parallelism of logic gate evaluation, delays, etc., so that astructural descriptiolike a list automatically provides accurate simulation. Ia pinch, a C program makes a passable register-transfer simulator:the ponent is modeled as a procedure, which takes inputs for one cycleand generates the outputs for that cycle. However, hardware modeling iCor other general-purpose programming languages requires more attentiotothe mechanics of simulation.
A logic simulator accepts a list whose ponents are logic gates. Thesimulator evaluates the output of each logic gate based othe values pre-sented at the gates inputs. You catrace though the work to find logicbugs, paring the actual value of a wire to what you think the valueshould be. Verilog and VHDL cabe used for logic simulation: a libraryprovides simulatiomodels for the logic gates; a list tells the simulationsystem how the ponents are wired together.
序言
我對這本書的評價是:它不僅僅是一本關於“現代VLSI設計”的書,更是一本關於如何構建復雜“片上係統”(SoC)的實戰指南。書中提供瞭一種非常務實的視角,它並沒有僅僅停留在理論的堆砌,而是將目光聚焦於實際的設計過程中所麵臨的挑戰和解決方案。我從中學習到瞭如何從一個宏觀的係統角度去思考芯片的設計,而不僅僅是關注單個模塊的實現。書中的很多章節都非常注重細節,例如在講解功耗分析時,作者會深入到不同功耗來源的分解,並給齣相應的優化策略。而在介紹驗證方法時,書中的內容也十分詳盡,從仿真驗證到形式驗證,再到硬件加速驗證,為讀者提供瞭完整的驗證思路。讓我印象最深刻的是,本書將“片上係統”的集成理念貫穿始終,它不僅僅是簡單地將各種功能模塊堆砌在一起,而是強調瞭模塊之間的接口定義、通信協議以及整體係統的協調工作。書中對各種設計自動化(EDA)工具的應用技巧的介紹,也為我提供瞭寶貴的實踐指導。特彆是在數字後端設計部分,關於布局布綫、時鍾樹綜閤以及功耗電網的設計,都做瞭非常細緻的講解。這本書的內容非常豐富,涵蓋瞭SoC設計的方方麵麵,從前端邏輯設計到後端物理實現,再到係統級的驗證和測試,都做到瞭全麵而深入的覆蓋。它讓我看到瞭一個現代SoC是如何從零開始,經過無數次的設計、驗證和優化,最終成為我們手中高性能電子産品的核心。
評分坦白說,一開始拿到這本書,我以為它會是一本枯燥乏味的學術教材,充滿瞭晦澀難懂的公式和理論。但齣乎意料的是,這本書的敘述方式非常生動且富有啓發性,它成功地將“現代VLSI設計”這一相對專業的技術領域,以一種易於理解的方式呈現給瞭讀者。書中的結構安排非常巧妙,從基礎的半導體器件特性講起,逐步深入到復雜的數字邏輯設計、時序分析、功耗管理等核心內容。最令我驚喜的是,作者在講解每一個概念時,都盡可能地結閤實際的應用場景和工程實踐,而不是僅僅停留在理論層麵。比如,在介紹芯片製造工藝時,書中的描述就非常直觀,讓我能夠想象齣芯片是如何從沙子變成我們日常生活中各種電子産品的心髒。而當涉及到“片上係統”(SoC)的設計時,這本書更是將前沿的技術趨勢和實際的設計挑戰進行瞭生動的描繪。它詳細講解瞭如何將各種功能模塊,如處理器、存儲器、圖形加速器、通信接口等,集成到一個單一的芯片上,並探討瞭在集成過程中遇到的各種技術難題,例如互聯帶寬、功耗約束、熱效應以及設計驗證的復雜性。書中的圖錶和示意圖都非常精良,為理解抽象的設計概念提供瞭極大的幫助。我尤其欣賞書中關於“IP核復用”和“IP集成”的章節,這部分內容直接觸及瞭現代SoC設計的主流實踐,讓我看到瞭如何通過高效利用現有資源來加速産品上市。總的來說,這本書不僅提供瞭豐富的設計知識,更重要的是激發瞭我對這個領域的好奇心和探索欲。
評分這本書的深入探討讓我對“現代VLSI設計”這個概念有瞭顛覆性的認識。在此之前,我可能更多地將VLSI理解為電路圖的繪製和芯片的物理實現,但這本書的視角遠不止於此,它將“片上係統”(SoC)的設計理念貫穿始終,讓我看到瞭一個更加宏觀和全局的設計圖景。作者在書中詳細闡述瞭SoC的設計方法論,強調瞭係統級的設計和驗證的重要性。我特彆喜歡其中關於如何進行SoC架構規劃的部分,它不僅關注單個組件的性能,更側重於如何優化不同模塊之間的通信效率、功耗和整體係統的可擴展性。書中的許多章節都花費瞭大量篇幅來講解高級設計自動化(EDA)工具的應用,以及如何利用這些工具來加速設計周期、提高設計質量。從RTL(寄存器傳輸級)設計到門級網錶的生成,再到最終的物理實現,每一個步驟都充滿瞭技術細節和挑戰,而本書則為我們提供瞭解決這些挑戰的思路和方法。我尤其對書中關於接口標準和總綫協議的講解印象深刻,比如AMBA協議的介紹,讓我明白瞭在SoC中,不同功能單元之間如何高效、規範地進行數據交換。此外,本書對低功耗設計和可測試性設計(DFT)的關注,也反映瞭現代芯片設計所麵臨的實際需求和挑戰。通過閱讀這本書,我不僅學到瞭許多技術性的知識,更重要的是培養瞭一種係統性的設計思維,能夠從更高的層麵去審視和解決復雜的設計問題。
評分作為一名在電子工程領域摸爬滾打多年的從業者,我一直在尋找一本能夠真正引領我理解“片上係統”(SoC)設計核心理念的書籍。而這本書,恰恰滿足瞭我的這一需求,並且遠超我的預期。它不僅僅是一本技術手冊,更像是一位經驗豐富的導師,帶領我一步步深入到SoC設計的復雜而迷人的世界。書中的內容涵蓋瞭從基礎的邏輯設計到高級的係統集成,每個章節都緊密相連,層層遞進。我特彆贊賞書中關於“設計流程”的闡述,它清晰地勾勒齣瞭SoC設計從概念提齣、架構定義、模塊開發、集成驗證到最終物理實現的全過程,並且詳細介紹瞭每個階段的關鍵技術和挑戰。在閱讀過程中,我時常會停下來思考書中所提齣的設計權衡,例如如何在性能、功耗和成本之間找到最佳平衡點。書中對於各種集成技術的深入分析,讓我對現代SoC的復雜性有瞭更深刻的認識。我尤其對書中關於“總綫架構”和“片上互聯”的章節印象深刻,它揭示瞭SoC內部數據流動的關鍵,以及如何通過高效的互聯方式來優化整體係統的性能。此外,書中對於“低功耗設計”和“可製造性設計”的關注,也體現瞭作者對當下半導體行業麵臨的實際挑戰的深刻洞察。這本書的語言風格既嚴謹又富有啓發性,通過豐富的圖示和案例,將抽象的設計理念具象化,使得復雜的概念變得易於理解和掌握。
評分這本書簡直是打開瞭我對集成電路設計領域新世界的大門!之前對“片上係統”(SoC)這個概念一直有點模糊,感覺它既涉及硬件又牽扯軟件,非常復雜。但這本書以一種非常係統且易於理解的方式,一步步地將我引入瞭這個迷人的領域。首先,它從最基礎的VLSI設計原理講起,即使是初學者也能找到切入點,逐步建立起對芯片從概念到實現過程的認知。讓我印象深刻的是,書中對不同設計流程的講解非常細緻,從邏輯綜閤、布局布綫到物理驗證,每一個環節都配以大量的圖示和清晰的解釋,仿佛我真的在跟著作者一步步操作一樣。特彆是關於時序分析和功耗優化的章節,讓我理解瞭為何高性能芯片的設計需要如此精密的考量。而當進入到片上係統設計的核心內容時,我更是感覺豁然開朗。作者並沒有停留在單個模塊的設計,而是著重於如何將CPU、內存、各種外設控製器以及通信接口等獨立的功能模塊高效地集成到一個單一芯片上,並實現它們之間的協同工作。書中的案例分析非常貼切,讓我看到瞭理論知識在實際項目中的應用,比如在嵌入式係統、通信設備等領域,SoC是如何發揮其核心作用的。此外,該書還對現代SoC設計中日益重要的IP核復用、低功耗設計、可靠性工程等議題進行瞭深入探討,這些內容對於我理解當前半導體行業的發展趨勢非常有幫助。總的來說,這本書的結構安排閤理,內容深入淺齣,既有紮實的理論基礎,又有豐富的實踐指導,對於想要深入瞭解SoC設計領域的讀者來說,絕對是一本不可多得的寶典。
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