现代VLSI设计：片上系统设计(第3版)(改编版) 沃尔夫 9787040182552 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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沃尔夫 著

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• 沃尔夫
• 高等教育

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040182552

商品编码：29579482644

包装：平装

出版时间：2006-02-01

基本信息

书名：现代VLSI设计：片上系统设计(第3版)(改编版)

定价：48.20元

作者：沃尔夫

出版社：高等教育出版社

出版日期：2006-02-01

ISBN：9787040182552

字数：

页码：604

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《现代VLSI设计：片上系统设计（第3版改编版）》是一本介绍现代VLSI芯片设计过程的书籍，改编自PEARSONEDUCATION出版的ModerVLSI Design：System-on-Chip Design（3／e）一书。书中全面地论述了VLSI芯片设计的有关问题，反映了目前SoC的新进展，并介绍了SoC的设计方法。全书共分10章。内容包括：数字系统与VLSl，晶体管的版图设计，逻辑门，组合逻辑网络，时序电路，子系统设计，自顶向下设计，系统设计，芯片设计，CAD系统及算法，另有3个附录。每章末尾均附有难度不同的习题。附录中还提供了丰富而实用的词汇表。改编者保持原书的风格和原有体系结构，根据的教学要求和课程设置，调整了原书的一些内容，使之更适合我国高等学校作为教材使用。
《现代VLSI设计：片上系统设计（第3版改编版）》可作为高校电子工程、计算机科学与工程、微电子半导体等专业的高年级本科生和研究生的教材或教学参考书，也可供从事芯片设计的工程技术人员作为参考书使用。

目录

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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

作者介绍

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文摘

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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

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《现代VLSI设计：片上系统设计（第3版）（改编版）》一书，由沃尔夫编著，书号为9787040182552，聚焦于现代集成电路设计领域，尤其是日益重要的片上系统（System-on-a-Chip, SoC）的构建与实现。本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的VLSI（Very Large Scale Integration，超大规模集成电路）设计理论与实践的指导，内容涵盖从基础的数字逻辑到复杂的系统级设计方法，为工程师和研究人员在这一快速发展的领域中导航提供了坚实的知识基础。 本书的结构安排逻辑严谨，循序渐进。首先，它会从最基本的数字电路和逻辑设计原理入手，确保读者对构成现代SoC的基石有清晰的理解。这部分内容可能包括布尔代数、组合逻辑和时序逻辑的设计，以及状态机等核心概念的讲解。在此基础上，本书将逐步引入更高级的VLSI设计概念，例如数据路径和控制路径的设计，以及如何有效地组织和管理复杂的数字系统。 随着读者对基础知识的掌握，本书将深入探讨VLSI设计的各个关键阶段。其中，体系结构设计将是本书的核心内容之一。它会阐述如何根据系统需求，将不同的功能模块（如CPU、GPU、DSP、内存控制器、通信接口等）进行合理的划分、集成和优化，以构建出一个高性能、低功耗且满足特定应用场景的SoC。这部分内容将强调设计权衡的重要性，例如在速度、功耗、面积和成本之间的取舍，并介绍不同的体系结构设计方法和策略。 布局布线是VLSI设计中至关重要的物理实现环节，本书亦将对此进行详尽的阐述。它会讲解如何将逻辑电路转化为物理版图，包括门级网表的映射、单元的放置、导线的路由以及时钟树的构建等。对于SoC而言，其规模庞大、复杂度高，因此高效、可行的布局布线技术尤为关键。本书会介绍如何利用EDA（Electronic Design Automation）工具来完成这些任务，并讲解影响布局布线质量的各种因素，如信号完整性、时序约束、功耗分布以及可制造性设计（Design for Manufacturability, DFM）等。 性能分析与优化是确保SoC能够满足设计指标的必要步骤。本书将深入探讨各种性能评估技术，包括静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）、动态仿真以及功耗分析等。它还会介绍各种优化方法，例如逻辑优化、布局优化和时钟树优化，以提升SoC的运行速度、降低功耗并减少芯片面积。理解并掌握这些优化技术，对于设计出满足市场竞争力要求的SoC至关重要。 在现代SoC设计中，验证是不可或缺的一环，它贯穿于设计的全过程。本书将详细讲解各种验证方法和技术，包括功能验证、性能验证以及形式验证等。它会介绍如何构建高效的验证环境，编写有针对性的测试用例，以及利用仿真和硬件加速等技术来发现并修复设计中的错误。对于SoC的复杂性，全面的验证策略是确保芯片质量和可靠性的关键。 本书还会重点关注片上系统（SoC）设计的特点和挑战。与传统的离散芯片设计不同，SoC将多个功能单元集成在一颗芯片上，这带来了更高的集成度，但也面临着更复杂的互连、功耗管理、时钟同步和通信协议等问题。本书将深入探讨如何设计高效的片上总线（如AMBA），如何实现有效的功耗管理策略，以及如何应对日益严峻的信号完整性和功耗问题。 此外，本书还会涉及一些与VLSI设计相关的先进主题，例如低功耗设计技术、异步电路设计、以及嵌入式处理器的集成等。这些内容旨在让读者了解当前VLSI设计领域的前沿发展趋势，并为他们解决实际工程问题提供更广阔的视野。 本书的“改编版”定位，可能意味着在内容的选择和侧重上，更加贴近国内的教学和工程实践需求。例如，可能选取了更具代表性的设计案例，或对某些国外原版内容进行了删减或补充，使其更符合国内读者的背景和学习习惯。同时，采用9787040182552这个ISBN号，表明该书符合国内出版规范，并面向国内读者发行。 总而言之，《现代VLSI设计：片上系统设计（第3版）（改编版）》是一本集理论深度与实践指导于一体的VLSI设计权威参考书。它为读者提供了一个系统性的学习路径，从基础的数字逻辑设计，到复杂的SoC体系结构构建，再到物理实现、性能优化和验证，全方位地涵盖了现代集成电路设计的关键环节。通过阅读此书，读者将能够掌握设计高性能、低功耗、高可靠性SoC所需的理论知识和工程技能，为他们在电子信息产业的职业发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来了前所未有的震撼，它的深度和广度都超出了我的想象。当我翻开第一页，就被作者行云流水般的笔触和严谨的逻辑所吸引。从最基础的逻辑门电路原理，到复杂的处理器架构设计，这本书都进行了详尽而深刻的阐述。特别是关于时序分析的部分，作者用非常生动的比喻和图示，将那些晦涩难懂的概念变得易于理解，这对于我这样在时序方面常常感到困惑的学生来说，简直是雪中送炭。而且，书中还穿插了大量的实际案例，这些案例并非简单的理论堆砌，而是真正来自于工业界的前沿设计，让我能够直观地感受到理论知识在实际应用中的力量。我尤其喜欢关于功耗优化的章节，其中介绍的多种低功耗设计技术，如动态电压频率调整（DVFS）、时钟门控（Clock Gating）等等，都给出了非常详细的解释和实现思路，这对我未来从事低功耗系统设计非常有启发。这本书不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的引导，它教会我如何去分析问题、如何去解决问题，如何从宏观到微观，层层递进地构建一个完整的VLSI系统。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的硬件工程师，我对市面上的VLSI设计书籍早已司空见惯。然而，这本书的出现，无疑给我带来了耳目一新的感觉。它的内容结构非常严谨，逻辑性极强，从基础概念的引入，到高级应用的讲解，环环相扣，层层递进，让人在学习过程中不会感到突兀或遗漏。作者在讲解高级主题时，例如互连网（Interconnect）的设计和优化，并没有停留在理论层面，而是深入分析了各种互连技术的优缺点，以及在不同应用场景下的适用性，这对于实际的芯片设计者来说，具有极高的参考价值。此外，书中还穿插了许多关于验证和可测性设计（DFT）的章节，这往往是许多同类书籍所忽略的。作者详细阐述了如何通过有效的验证策略来确保设计的正确性，以及如何通过DFT技术来降低测试成本，提高生产效率。这些内容对于我这样的实战派来说，无疑是宝贵的财富。这本书不仅仅是一本技术手册，更是一位经验丰富的老工程师的经验总结和智慧结晶。

评分☆☆☆☆☆

说实话，一开始我抱着学习之心翻阅此书，但很快就被其强大的内容所吸引，完全沉浸其中。作者在处理复杂概念时，总是能够化繁为简，用清晰的语言和直观的图表来解释。例如，在讲解总线协议时，作者并没有简单地介绍仲裁逻辑，而是通过模拟一个交通枢纽的运作来比喻，让我瞬间理解了不同设备之间如何协同工作，避免了冲突。这种“润物细无声”的教学方式，让我在不知不觉中掌握了大量的知识。而且，这本书的内容更新非常及时，紧跟了近几年的技术发展趋势。对于像低功耗和高性能计算这些热门领域，书中都有专门的章节进行深入探讨，并介绍了很多最新的技术和算法。我特别欣赏书中关于人工智能芯片设计的介绍，作者分析了当下AI芯片的挑战，并提出了几种创新的解决方案，这让我对未来的AI硬件发展有了更深刻的认识。总而言之，这是一本集知识性、趣味性和前瞻性于一体的优秀教材，强烈推荐给所有对VLSI设计感兴趣的读者。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的喜爱，源于它那令人惊叹的全面性和独特性。它不仅仅是一本教科书，更像是一个详尽的VLSI设计百科全书，涵盖了从逻辑综合到物理实现，再到封装测试的整个流程。在讲解逻辑综合时，作者深入剖析了不同综合工具的内部原理，以及如何通过优化综合约束来获得最佳的设计结果，这对于提高设计效率和降低功耗至关重要。让我尤为惊喜的是，书中还专门介绍了几种新兴的VLSI设计方法学，例如基于高层抽象的语言（如SystemVerilog）进行设计和验证，以及如何利用机器学习技术来加速设计流程。这些内容都展现了作者对行业前沿的敏锐洞察力。我特别欣赏关于功耗管理的部分，作者不仅仅是列举了各种功耗降低的技术，还详细分析了它们对性能和面积的影响，以及如何权衡取舍。这本书的语言风格也非常独特，既有学术的严谨，又不失通俗易懂的趣味性，读起来毫不费力。它无疑是我在VLSI设计领域遇到的最出色的参考书籍之一。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书的出版绝对是VLSI设计领域的一大盛事，它填补了许多现有教材的空白。在深入学习片上系统（SoS）设计时，我曾接触过一些其他的书籍，但都感觉差强人意，要么过于理论化，要么不够系统化。而这本书，则以一种非常独特且高效的方式，将SoS设计的各个方面娓娓道来。从早期的需求分析，到架构规划，再到IP集成和验证，每一步都经过了精心的设计和组织。作者在讲解IP集成时，不仅仅是罗列了各种IP核的类型，更深入地探讨了IP之间的接口协议、通信机制以及可能遇到的兼容性问题，这对于实际的SoS项目开发至关重要。我印象最深刻的是关于SoS验证的部分，作者提出的多层次验证策略，从单元级仿真到系统级仿真，再到硬件加速仿真，为我构建了一个完整的验证体系框架，这大大提高了我的验证效率，也让我更加自信地面对复杂的SoS项目。这本书真正做到了理论与实践的完美结合，是每一位SoS工程师案头必备的宝典。