本教材介绍了五个方面的内容:MOS器件基本原理以及主要的特性,VLSI中逻辑结构的主要设计方法,用于VLSI系统的模拟集成单元设计方法,VLSI的测试问题与相关技术,VLSI设计系统及其组成。
涉及了五个方面的基础知识:MOS器件基础知识,半导体工艺基础知识,集成电路版图基础知识,逻辑、电路设计基础知识和CAD基础知识。
《VLSI设计基础》作为VLSI设计基础教材,注重相关理论的结论和知识的应用。
可作为本科生教材和研究生参考书。
第1章VLSI设计基础概述1.1VLSI设计技术基础与主流制造技术1.2VLSI设计方法与设计技术1.3新技术对VLSI的贡献1.4ASIC和VLSI1.5SOC1.6VLSI的版图结构和设计技术1.6.1VLSI的版图总体结构1.6.2VLSI版图的内部结构第2章MOS器件与工艺基础2.1MOS晶体管基础2.1.1MOS晶体管结构及基本工作原理2.1.2MOS晶体管的阈值电压VT2.1.3MOS晶体管的电流-电压方程2.1.4MOS晶体管的平方律转移特性2.1.5MOS晶体管的跨导gm2.1.6MOS晶体管的直流导通电阻2.1.7MOS晶体管的交流电阻2.1.8MOS晶体管的最高工作频率2.1.9MOS晶体管的衬底偏置效应2.1.10CMOS结构2.2CMOS逻辑部件2.2.1CMOS倒相器设计2.2.2CMOS与非门和或非门的结构及其等效倒相器设计方法2.2.3其他CMOS逻辑门2.2.4D触发器2.2.5内部信号的分布式驱动结构2.3MOS集成电路工艺基础2.3.1基本的集成电路加工工艺2.3.2CMOS工艺的主要流程2.3.3Bi-CMOS工艺技术第3章工艺与设计接口3.1工艺对设计的制约与工艺抽象3.1.1工艺对设计的制约3.1.2工艺抽象3.2设计规则3.2.1几何设计规则3.2.2电学设计规则3.2.3设计规则在VLSI设计中的应用第4章晶体管规则阵列设计技术4.1晶体管阵列及其逻辑设计应用4.1.1全NMOS结构ROM4.1.2ROM版图4.2MOS晶体管开关逻辑4.2.1开关逻辑4.2.2棒状图4.3PLA及其拓展结构4.3.1“与非-与非”阵列结构4.3.2“或非-或非”阵列结构4.3.3多级门阵列(MGA)4.4门阵列4.4.1门阵列单元4.4.2整体结构设计准则4.4.3门阵列在VLSI设计中的应用形式4.5晶体管规则阵列设计技术应用第5章单元库设计技术5.1单元库概念5.2标准单元设计技术5.2.1标准单元描述5.2.2标准单元库设计5.2.3输入、输出单元(I/OPAD)5.3积木块设计技术5.4单元库技术的拓展第6章微处理器6.1系统结构概述6.2微处理器单元设计6.2.1控制器单元6.2.2算术逻辑单元(ALU)6.2.3乘法器6.2.4移位器6.2.5寄存器6.2.6堆栈6.3存储器组织6.3.1存储器组织结构6.3.2行译码器结构6.3.3列选择电路结构第7章测试技术和可测试性设计7.1VLSI可测试性的重要性7.2测试基础7.2.1内部节点测试方法的测试思想7.2.2故障模型7.2.3可测试性分析7.2.4测试矢量生成7.3可测试性设计7.3.1分块测试7.3.2可测试性的改善设计7.3.3内建自测试技术7.3.4扫描测试技术第8章模拟单元与变换电路8.1模拟集成电路中的基本元件8.1.1电阻8.1.2电容8.2基本偏置电路8.2.1电流偏置电路8.2.2电压偏置电路8.3放大电路8.3.1单级倒相放大器8.3.2差分放大器8.3.3源极跟随器8.3.4MOS输出放大器8.4运算放大器8.4.1两级CMOS运放8.4.2CMOS共源-共栅(cascode)运放8.4.3带有推挽输出级的运放8.4.4采用衬底晶体管输出级的运放8.5电压比较器8.5.1电压比较器的电压传输特性8.5.2差分电压比较器8.5.3两级电压比较器8.6D/A、A/D变换电路8.6.1D/A变换电路8.6.2A/D变换电路8.
2025/6/24 15:01:24 12.57MB VLSI
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【电子科技大学计算机组成原理实验代码 Mips_CPU代码】在计算机科学领域,计算机组成原理是理解计算机硬件基础的重要课程。
这个实验代码集是针对MIPS(Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages)架构的一个CPU实现,使用了硬件描述语言Verilog进行编写。
MIPS是一种精简指令集计算机(RISC)架构,广泛应用于教学、研究以及一些嵌入式系统。
1. **MIPS架构**:MIPS架构以其简单的指令集和流水线设计著称,包括取指、解码、执行、访存和写回五个阶段。
它具有高吞吐量和低延迟的特点,适合高性能计算和嵌入式应用。
2. **Verilog**:Verilog是一种硬件描述语言,用于设计和验证数字系统的逻辑功能。
在这个实验中,Verilog被用来描述MIPS CPU的各个部件,如寄存器、ALU(算术逻辑单元)、控制单元等,并实现指令集架构。
3. **CPU组成**:Mips_cpu文件夹可能包含了CPU的主模块,包括: - **寄存器文件**:存储数据和指令的临时位置。
- **ALU**:执行算术和逻辑运算。
- **控制单元**:根据指令解码结果生成控制信号,指导整个CPU的操作。
- **内存接口**:与外部存储器交互,读取或写入数据。
- **指令解码器**:解析指令并生成相应的操作。
4. **Cpu_and_io**:这部分可能包含了CPU与输入/输出设备的交互逻辑,比如中断处理、设备驱动等。
在实际系统中,CPU不仅要处理内部指令流,还需要响应外部事件,如用户输入、定时器中断等。
5. **Module**:这个文件夹可能包含CPU设计中的各个独立模块,每个模块都有特定的功能,如加法器、比较器、寄存器堆等。
这些模块可以复用,提高代码的可读性和可维护性。
6. **实验过程**:实验描述中提到“保证编译直接可用”,意味着代码已经经过了编译和仿真验证。
这通常涉及到使用像ModelSim这样的仿真工具,确保代码在逻辑上是正确的。
同时,“仿真跟下载FPGA开发板都做了”意味着代码不仅能在软件层面模拟运行,还能在硬件平台上实现,如Xilinx或Altera的FPGA开发板,验证其实物性能。
7. **附加题**:实验可能还包括了一些额外的挑战,如扩展指令集、优化性能等。
这有助于深入理解计算机组成原理,并提升设计能力。
这个实验项目提供了实践MIPS CPU设计的宝贵机会,通过动手编程和硬件验证,学习者可以更深入地理解计算机硬件的工作原理,为后续的系统级设计和硬件开发打下坚实的基础。
2025/6/19 13:19:12 2.77MB
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(1)按照实验要求设计简单ALU,能执行8种操作,分别为:1)加、减、增1、减1等4种8位算术运算;
2)与、或、非、异或等4种8位逻辑运算。
实现上,可以用一位M作为进行算术运算或逻辑运算的控制位,M=0时进行算术运算,M=1时进行逻辑运算。
另外用2位来表示4种操作。
(2)实现一些基本的PSW标志位:1)进位/借位的输出标志位C;
2)运算结果为零的输出标志位Z;
3)运算结果为溢出的输出标志位V;
4)运算结果为负数的输出标志位N。
(3)加减必须用最基本的1位全加器fa作为基础,可以采用直接由8次1位运算得到8位的操作;
也可以先构造4位加法器,再进一步实现8位加减运算。
注意:算术运算的两个操作数要求都是带符号数,即1位符号位和7位数据位。
2025/5/24 16:20:41 26KB ALU VHDL语言
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计算机组成原理的课程设计。
设计并仿真实现一台16位模型机系统。
开发平台:QuartusⅡ。
有原理图,仿真图等。
用quartus直接运行。
能实现20条指令。
寄存器组、ALU等都在里面。
2025/3/19 1:38:55 1.26MB 计组原理 模型机 quartus 微指令
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单片机试卷及答案单片机试卷及答案是一个关于单片机的考试试卷,涵盖了单片机的基本概念、指令、存储器、定时器、中断、串行通信等方面的知识点。
单片机的基本概念1.单片机(Microcontroller,MCU)是一种集成了中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口等功能于一块集成电路(IC)的微型计算机。
2.单片机的主要组成部分包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口、计时器/计数器、串行通信接口等。
单片机的指令1.单片机指令是指单片机执行的一系列机器指令,用于控制单片机的操作,例如arithmeticallogicalunit(ALU)操作、load/store操作、branch操作等。
2.单片机指令的编码规则是指单片机指令的编码方式,包括操作码、操作数、地址码等。
单片机的存储器1.单片机的存储器包括程序存储器、数据存储器和特殊功能存储器等。
2.程序存储器用来存储单片机的程序代码,数据存储器用来存储数据,特殊功能存储器用于存储特殊功能参数。
单片机的定时器/计数器1.定时器/计数器是单片机的一种外设,用于产生时钟信号、计数脉冲信号等。
2.定时器/计数器有多种工作方式,例如计数方式、时钟方式等。
单片机的中断1.中断是单片机的一种事件响应机制,当单片机收到外部中断请求时,会暂停当前执行的程序,转而执行中断服务程序。
2.单片机的中断源包括外部中断、定时器中断、串行通信中断等。
单片机的串行通信1.串行通信是单片机的一种通信方式,用于与外部设备进行通信。
2.串行通信的协议包括异步串行通信、同步串行通信等。
其他知识点1.EPROM存储器是一种可擦除可编程只读存储器,用于存储程序代码和数据。
2.MCS-51是一种单片机家族,包括8051、8031、89C51等型号。
3.8155A是一种片上系统(SoC),集成了单片机、存储器、输入/输出接口等功能于一块集成电路(IC)。
总体来说,单片机试卷及答案涵盖了单片机的基础知识、指令、存储器、定时器、中断、串行通信等方面的知识点,是一个非常全面和系统的考试试卷。
2025/3/17 2:14:36 1.13MB
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计算机组成原理实验----8位算术逻辑运算ALU,华农信软学院实验报告。
你懂的。
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单周期CPU的设计,使用结构级语句与描述级语句构建寄存器堆、ALU、CONUNIT等模块,支持12条指令:add、sub、j、bne、bnq等
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这是用Verilog语言写的ARM的ALU的设计,可以完成全部的16条算术指令,如加、减、反向减、带进位加等
2025/1/12 18:36:08 699KB ARM ALU Verilog
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本项目主要利用Verilog语言设计一一个基于MIPS架构的CPU。
分别设计指令存储器、寄存器堆、ALU、取指令部件、数据存储器、立即数处理单元、主单元控制器、ALU控制单元。
将这些单元连城数据通路,再结合控制单元合成CPU下板验证。
并基于该cpu完成了串口收发数据的驱动,并下板测试,功能正确。
该代码是基于EP4CE10F17C8开发板的,可直接下板,其他开发板只需稍做改变即可用
2024/12/10 11:11:03 13.13MB FPG 多周
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计算机硬件课程设计,用与门、非门等逻辑门集成电路设计一个4位运算器,输入、输出、功能选择模块划分清晰,并具有5种基本功能,其中一种为算术运算功能A加B、其余4种为逻辑运算功能,分别为A与B、A或B、A异或B和A同或B,输入使用DIP开关、输出使用LED灯显示,并且能用数码显示器显示出数值。
2024/10/24 6:46:24 64KB 计算机硬件 4位ALU EWB
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在日常工作中,钉钉打卡成了我生活中不可或缺的一部分。然而,有时候这个看似简单的任务却给我带来了不少烦恼。 每天早晚,我总是得牢记打开钉钉应用,点击"工作台",再找到"考勤打卡"进行签到。有时候因为工作忙碌,会忘记打卡,导致考勤异常,影响当月的工作评价。而且,由于我使用的是苹果手机,有时候系统更新后,钉钉的某些功能会出现异常,使得打卡变得更加麻烦。 另外,我的家人使用的是安卓手机,他们也经常抱怨钉钉打卡的繁琐。尤其是对于那些不太熟悉手机操作的长辈来说,每次打卡都是一次挑战。他们总是担心自己会操作失误,导致打卡失败。 为了解决这些烦恼,我开始思考是否可以通过编写一个全自动化脚本来实现钉钉打卡。经过一段时间的摸索和学习,我终于成功编写出了一个适用于苹果和安卓系统的钉钉打卡脚本。
2024-04-09 15:03 15KB 钉钉 钉钉打卡