超大规模集成电路2
超大规模集成电路.pptx
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1）P阱CMOS集成电路工艺过程简介
一、硅片制备 二、前部工序
Mask 掩膜版
CHIP
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• 掩膜1： P阱光刻
Si-衬底
P-well
具体步骤如下： 1．生长二氧化硅：
SiO2
Si-衬底
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2．P阱光刻： 涂胶、掩膜对准、曝光、显影、刻蚀
§1 双极型（NPN）集成电路工艺 (典型的PN结隔离工艺)
1
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思考题
1.与分立器件工艺有什么不同？ 2.埋层的作用是什么？ 3.需要几块光刻掩膜版(mask)? 4.每块掩膜版的作用是什么？ 5.器件之间是如何隔离的？ 6.器件的电极是如何引出的？
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1.衬底准备 2.第一次光刻——N+隐埋层扩散孔光刻
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1.P阱CMOS工艺
P阱CMOS工艺以N型单晶硅为衬底， 在其上制作P阱。NMOS管做在P阱内， PMOS管做在N型衬底上。
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P阱CMOS工艺
电连接时，P阱接最负电位，N衬底接最正 电位，通过反向偏置的PN结实现PMOS器件和 NMOS器件之间的相互隔离。P阱CMOS芯片剖 面示意图见下图。
艺有时已不满足要求，双阱工艺应 运而生。
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双阱CMOS工艺
• 通常双阱CMOS工艺采用的原始材料是在 N+或P+衬底上外延一层轻掺杂的外延层， 然后用离子注入的方法同时制作N阱和P阱。
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双阱CMOS工艺
超大规模集成电路答案
⎞ ⎟⎠
(1
+
λnVM
)
= 115×10−6 × 2× 0.63× (1.05 − 0.4 − 0.63 / 2)(1+ 0.06×1.05)
= 52 ×10−6 A
g = − k Vn DSATn + k Vp DSATp
ID
(VM
)(λn
−
λ p
)
= − 1 2 ×115×10−6 × 0.63 + 3× 30×10−6 ×1
A：Al1 导线平面电容：(0.1×103μm2) ×30aF/μm2=3pF Al1 导线边缘电容：2×(0.1×106μm) ×40aF/μm=8pF Al1 导线总电容：CW=11pF Al1 导线电阻：RW=0.075Ω/□×(0.1×106μm)/ (1μm)=7.5kΩ Al1 导线的 r 和 c 值：c=110aF/μm；r=0.075Ω/μm
由VD2 > VDSATn ，确定 M2 发生速度饱和，因此
ID
=
kn
⎛ ⎜⎝ (VGS 2
− VT 2 )VDSAT
2
− VDSAT 2
⎞ ⎟⎠
，
VGS 2
= VT 2
+
⎛ ⎜ ⎝
ID kn
2
+ VDSAT 2
VDSAT
⎞ ⎟ ⎠
，
VGS 2
=
0.94
+
⎛ ⎜⎝
பைடு நூலகம்
0.2 ×10−3 3× 8.9 ×10−5
( ) ID
=
kn 2
VGS 2 − VT 2
2 ， VGS 2 = VT 2 +
2ID kn
集成电路的分类标准
集成电路的分类标准
集成电路可以按照不同的分类标准进行分类，主要的分类标准包括以下几种：
1. 按照集成度分类：分为小规模集成电路（SSI）、中规模集
成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电
路（VLSI）四种，其中小规模集成电路包含的器件数量最少，超大规模集成电路包含的器件数量最多。
2. 按照工作原理分类：分为数模混合电路、模拟电路和数字电路三种。
3. 按照功能分类：分为通用型集成电路和特定功能集成电路两种，通用型集成电路可以被广泛应用，而特定功能集成电路则只能完成特定的功能。
4. 按照应用领域分类：分为通信、计算机、汽车电子、工业控制、医疗设备等不同领域，每个领域都具有不同的需求和应用范畴。
5. 按照制造工艺分类：分为Bipolar、MOS、BiCMOS、DMOS、CMOS等不同的制造工艺。
以上是常见的五种分类标准，不同的分类标准可以为我们提供不同的视角来了解集成电路的产生和发展。
超大规模集成电路技术的现状与发展趋势
超大规模集成电路技术的现状与发展趋势超大规模集成电路（Very Large Scale Integration Circuit，缩写为VLSI）技术是当今电子工业和信息产业的基石，也是计算机科学、工程学、物理学等学科的前沿领域之一。
随着各国对科学技术的投入不断增加，人类社会正走向信息化时代，VLSI技术的发展趋势和前景备受关注。
本文将就VLSI技术的现状与发展趋势展开讨论。
一、VLSI技术的现状VLSI技术最初出现于20世纪60年代末期，并在70年代里开始进入商业化应用领域。
通过工艺不断完善和发展，现在的VLSI 技术已经实现了海量管脚集成电路芯片设计与制造。
2019年，美国国防部推出了一款基于7纳米FinFET工艺的ASIC芯片——Polaris，其晶体管数目逼近100亿个，是目前业内最为先进和规模最大的微电子器件。
此外，Intel的Tiger Lake处理器和苹果公司的A14芯片也采用了7纳米工艺，其晶体管密集度也达到了1.3亿/平方毫米。
这些数据充分证明了VLSI技术的发展已经进入了井喷式增长的阶段。
二、VLSI技术的发展趋势从目前的技术发展趋势来看，VLSI技术将在以下几个方面取得新的突破：1. 下一代制造工艺的引领集成电路的制造工艺一直是当前技术变革的关键。
未来，VLSI 技术将着力发展一个更加快速、精准、环保的制造过程。
目前Wafer Foundry（晶圆代工）已经推出的5纳米FinFET工艺仍不断被引领着。
同时，在改进制造工艺的同时，VLSI技术还需继续提高器件的集成度和功耗比。
比如逐渐向1.0nm(纳米)工艺、三维芯片打造、量子计算器等方向迈进等。
2. 大数据应用需求的增长VLSI技术的快速发展引起了大数据应用的日益增长，如2G、3G、4G、5G、6G通信、人工智能、物联网、医疗健康、能源环保、无人驾驶等领域，这些都将为集成电路技术提供巨大空间和深厚市场需求。
3. VLSI软硬件融合的发展与以往大规模工程系统设计相比，软硬件融合芯片设计(series Connected)已经成为下一阶段VLSI产业的趋势发展。
大规模集成电路(VLSI)介绍应用和发展
大规模集成电路（VLSI）介绍应用和发展大规模集成电路（VLSI）介绍应用和发展电子元件知识5月8日讯，集成电路(integratedcircuit，港台称之为积体电路)是一种微型电子器件或部件。
采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。
它在电路中用字母IC(也有用文字符号N等)表示。
超大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegratedcircuits：VLSI)在一块芯片上集成的元件数超过10万个，或门电路数超过万门的集成电路，称为超大规模集成电路。
超大规模集成电路是20世纪70年代后期研制成功的，主要用于制造存储器和微处理机。
64k位随机存取存储器是第一代超大规模集成电路，大约包含15万个元件，线宽为3微米。
目前超大规模集成电路的集成度已达到600万个晶体管，线宽达到0.3微米。
用超大规模集成电路制造的电子设备，体积小、重量轻、功耗低、可靠性高。
利用超大规模集成电路技术可以将一个电子分系统乃至整个电子系统集成在一块芯片上，完成信息采集、处理、存储等多种功能。
例如，可以将整个386微处理机电路集成在一块芯片上，集成度达250万个晶体管。
超大规模集成电路研制成功，是微电子技术的一次飞跃，大大推动了电子技术的进步，从而带动了军事技术和民用技术的发展。
超大规模集成电路已成为衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志，也是世界主要工业国家，特别是美国和日本竞争最激烈的一个领域。
VlSI测试技术展望。
超大规模集成电路 集成度高的电路
超大规模集成电路 集成度高的电路
超大规模集成电路，简称U-VLSI，是一种具有极高集成度的电路。
它主要包
括以下内容：
1.系统结构：U-VLSI由多个组件组成，有多种不同的结构，但最典型的是“由
套接器到套接器”连接的结构。
2.芯片技术：U-VLSI技术采用两种主要技术：静态随机访问存储器（SRAM）和可编程逻辑阵列（PLA）。
其中SRAM主要支持存储，PLA则用于连接各个组件，实现电路的运算、控制以及信号传输。
3.封装技术：U-VLSI采用常用的芯片封装技术，用于将多个不同的芯片和电
路整合在一起。
常用的封装技术包括：静态随机访问存储器（SRAM）、功率管（Powertube）、多层印刷电路板（MLP）和芯片封装。
4.软件技术：U-VLSI软件技术主要用于设计芯片结构、连接各芯片等功能。
它采用多种语言，如VHDL、Verilog、SystemC等，并结合多种仿真工具以及
EDA工具完成整个设计过程。
5.测试技术：U-VLSI测试技术具有良好的测试质量和极大的节省时间的特点，有效的减少了芯片的质量安全隐患。
常用的测试技术包括：检测测试（Check Test）、探测测试（Detection Test）、等效性测试（Equivalent Test）、故障注入测试（Fault Injection Test）和功能测试（Functional Test）等。
总之，U-VLSI具有极大的集成度，通过集成多个组件，它可以实现高性能，
高可靠性以及节省成本的多功能电路。
数字集成电路的分类
一、数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。
1．按结构工艺分按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。
如图0-1所示。
世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。
双极型集成电路主要有 TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能力强。
它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。
MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。
计算机四代产品的划分标准
计算机四代产品的划分标准简述电子计算机经历了四代，其划分以“构成计算机的电子元器件”为基础；第一代以电子管为主要电路元件的电子计算机(1946-1958),第二代晶体管计算机研制(1958-1964年),第三代基于中小规模集成电路的计算机研制(1964-70年代初),第四代基于超大规模集成电路的计算机研制(70年代中期至今) 。
电子计算机的发展世代电子计算机的发展世代主要是以硬件核心的质量水平为标准划分的。
从1939年10月世界第一台电子计算机诞生以来，电子计算机的发展经历了四代。
第一代：电子管计算机（1946年—1958年）硬件方面：逻辑元件采用的是真空电子管；主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁心；外存储器采用磁带。
软件方面：采用的是机器语言和汇编语言。
1954年，第一个高级程序设计语言FORTRAN问世。
应用领域以军事和科学计算为主。
电子管计算机的缺点是体积大，功耗高，可靠性差，速度慢（一般为每秒数千次至数万次），价格昂贵。
第二代：晶体管计算机（1958年—1964年）硬件方面：晶体管作为逻辑器件；磁心(Magnetic Core)作主存储器；磁带、磁鼓、纸带、卡片、卡片穿孔机和卡片阅读机作输入输出设备。
软件方面：使用操作系统；除机器语言和汇编语言外，使用高级程序设计语言（Algol、COBOL等）及其编译程序。
应用领域：以科学计算和数据（广义的数据，包括文字、数学符号等）处理为主，并开始进入工业控制领域。
特点是体积缩小，能耗降低，可靠性提高，运算速度提高（一般为每秒数10万次，可高达300万次）。
第三代：小规模集成电路计算机（1964年—1970年）硬件方面：逻辑器件采用集成电路（Integrated Circuit-IC），包括小规模（Small Scale Integration-SSI）集成电路和中规模（Middle Scale Integration-MSI）集成电路；主存储器仍采用磁心，并逐渐被半导体存储器取代。
《超大规模集成电路设计》习题(含答案)
《超大规模集成电路设计》习题1．集成电路的发展过程经历了哪些发展阶段？划分集成电路的标准是什么？集成电路的发展过程:•小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)•中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)•大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)•超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)•特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)•巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）划分集成电路规模的标准2．超大规模集成电路有哪些优点？1. 降低生产成本VLSI减少了体积和重量等,可靠性成万倍提高,功耗成万倍减少.2.提高工作速度VLSI内部连线很短,缩短了延迟时间.加工的技术越来越精细.电路工作速度的提高,主要是依靠减少尺寸获得.3. 降低功耗芯片内部电路尺寸小,连线短,分布电容小,驱动电路所需的功率下降.4. 简化逻辑电路芯片内部电路受干扰小,电路可简化.5.优越的可靠性采用VLSI后，元件数目和外部的接触点都大为减少，可靠性得到很大提高。
6.体积小重量轻7.缩短电子产品的设计和组装周期一片VLSI组件可以代替大量的元器件,组装工作极大的节省,生产线被压缩,加快了生产速度.3．简述双阱CMOS工艺制作CMOS反相器的工艺流程过程。
4．在VLSI设计中，对互连线的要求和可能的互连线材料是什么？5．在进行版图设计时为什么要制定版图设计规则？在芯片尺寸尽可能小的前提下，使得即使存在工艺偏差也可以正确的制造出IC，尽可能地提高电路制备的成品率6．版图验证和检查主要包括哪些方面？◆DRC(Design Rule Check)：几何设计规则检查；对IC的版图做几何空间检查，保证能在特定的工艺条件下实现所设计的电路，并保证一定的成品率；◆ ERC(Electrical Rule Check)：电学规则检查；检查电源(power)/地(ground)的短路，浮空的器件和浮空的连线等指定的电气特性；◆ LVS(Loyout versus Schematic)：网表一致性检查；将版图提出的网表和原理图的网表进行比较，检查电路连接关系是否正确，MOS晶体管的长/宽尺寸是否匹配，电阻/电容值是否正确等；◆LPE(Layout Parameter Extraction)：版图寄生参数提取；从版图中提取晶体管的尺寸、结点的寄生电容、连线的寄生电阻等参数，并产生SPICE 格式的网表，用于后仿真验证；◆ POSTSIM：后仿真，检查版图寄生参数对设计的影响；提取实际版图参数、电阻、电容，生成带寄生量的器件级网表，进行开关级逻辑模拟或电路模拟，以验证设计出的电路功能的正确性和时序性能等，并产生测试向量。
集成电路规模划分依据
集成电路规模划分依据以集成电路规模划分为主题，我们将探讨集成电路的不同规模划分和其对应的特点。
一、集成电路规模的划分集成电路根据规模的大小可以分为小规模集成电路、中规模集成电路和大规模集成电路。
1. 小规模集成电路小规模集成电路（Small Scale Integration, SSI）指的是集成电路中的晶体管数量较少，一般在10-100个之间。
小规模集成电路主要由几个逻辑门电路组成，适用于较简单的电子设备。
由于晶体管数量较少，小规模集成电路的功耗较低，价格较便宜。
2. 中规模集成电路中规模集成电路（Medium Scale Integration, MSI）指的是集成电路中的晶体管数量在100-1000个之间。
中规模集成电路能够实现较为复杂的逻辑功能，适用于中等复杂度的电子设备。
中规模集成电路的功耗和价格相对较小规模集成电路有所增加。
3. 大规模集成电路大规模集成电路（Large Scale Integration, LSI）指的是集成电路中的晶体管数量在1000-100万个之间。
大规模集成电路可实现复杂的逻辑功能和大规模存储，适用于计算机、通信设备等高性能电子设备。
由于晶体管数量众多，大规模集成电路功耗较高，价格也相对较高。
二、不同规模集成电路的特点不同规模集成电路在晶体管数量、功耗、价格和应用范围等方面具有不同的特点。
1. 小规模集成电路特点小规模集成电路由于晶体管数量较少，功耗较低，适用于对功耗要求较低的电子设备。
同时，小规模集成电路的成本相对较低，价格较为便宜。
小规模集成电路适用于一些简单的逻辑功能，如门电路、触发器等。
2. 中规模集成电路特点中规模集成电路的晶体管数量在100-1000个之间，能够实现较为复杂的逻辑功能。
中规模集成电路的功耗和价格相对较小规模集成电路有所增加，但仍然适中。
中规模集成电路适用于一些中等复杂度的电子设备，如计数器、译码器等。
3. 大规模集成电路特点大规模集成电路的晶体管数量较多，能够实现复杂的逻辑功能和大规模存储。
超大规模集成电路铜镍硅和铜铬锆引线框架材料研发方案(二)
超大规模集成电路铜镍硅和铜铬锆引线框架材料研发方案一、实施背景随着信息技术的飞速发展，集成电路（IC）已成为当代电子设备的基石。
然而，随着半导体工艺的进步，芯片特征尺寸不断缩小，使得芯片与外部电路之间的连接成为了一个重要挑战。
为了解决这个问题，铜镍硅和铜铬锆被选为引线框架材料，因为它们具有高电导率、高热导率、良好的机械强度和耐腐蚀性。
二、工作原理铜镍硅和铜铬锆引线框架材料的主要工作原理是利用这些材料的电导率和机械强度，以实现芯片与外部电路之间的可靠连接。
这些引线框架材料具有良好的可焊性和耐疲劳性，能够在多次插拔和高温环境下保持稳定。
三、实施计划步骤1. 开展基础研究：了解铜镍硅和铜铬锆材料的性质、合成方法、表面处理工艺等基础性问题。
2. 工艺技术研究：研究适用于大规模生产的铜镍硅和铜铬锆引线框架制造工艺，包括精密加工、表面处理、焊接等。
3. 产品设计与开发：根据芯片特点和应用需求，设计开发出具有良好兼容性和高性能的铜镍硅和铜铬锆引线框架。
4. 样品制备与测试：制造铜镍硅和铜铬锆引线框架样品，并进行各种性能测试，包括电导率、机械强度、耐腐蚀性等。
5. 批量生产：根据测试结果，对产品进行优化，然后进行批量生产和市场推广。
四、适用范围铜镍硅和铜铬锆引线框架材料适用于各种需要高可靠性连接的集成电路封装领域，如微处理器、存储器、传感器等。
随着5G、物联网、人工智能等技术的不断发展，这些材料的应用前景十分广阔。
五、创新要点1. 材料创新：通过优化铜镍硅和铜铬锆材料的成分和制备工艺，提高材料的综合性能。
2. 工艺创新：开发新的制造工艺，提高生产效率，降低生产成本。
3. 技术创新：结合新材料和新技术，如3D打印技术，实现复杂结构的快速制造。
六、预期效果1. 提高芯片连接可靠性：铜镍硅和铜铬锆引线框架材料具有良好的电导率和机械强度，能够提高芯片与外部电路之间的连接可靠性。
2. 缩小封装体积：采用高密度封装技术，使封装体积进一步缩小，提高封装密度。
计算机发展四个时代划分依据
计算机发展四个时代划分依据《计算机发展四个时代划分依据》在计算机发展的历史长河中，人们常常提到计算机发展的四个时代：电子管时代、晶体管时代、集成电路时代和超大规模集成电路时代。
这四个时代的划分依据是什么呢？1. 电子管时代电子管时代是计算机发展的最初阶段，它的主要特征是使用电子管作为计算机的主要元件。
电子管是一种电子器件，通过控制电子流的开关来完成运算和存储数据。
电子管时代的计算机体积庞大，能耗高，而且稳定性较差。
这个时代的划分依据主要是计算机的核心元件。
2. 晶体管时代晶体管的发明标志着计算机的进步，晶体管替代了笨重的电子管，使得计算机体积大大减小，而且能耗也相应降低。
晶体管时代的计算机更加高效稳定，成为了商业和科研领域的主要工具。
划分这个时代的依据即是计算机的核心元件的更新换代。
3. 集成电路时代集成电路的发明开启了计算机发展的第三个阶段。
集成电路将多个晶体管和其他的元件集成在同一块芯片上，使得计算机的性能得到了爆发式的增长。
集成电路的应用使得计算机体积更小，性能更强，能耗更低，成本更低，因此引领了计算机技术的快速发展。
划分这个时代的依据是计算机核心元件集成度的提升。
4. 超大规模集成电路时代超大规模集成电路时代是计算机发展的最新阶段，它的主要特征是芯片上集成的晶体管数目达到了数十亿甚至上百亿级别。
超大规模集成电路的应用使得计算机性能的提升达到了一个新的高度，同时能耗进一步降低。
划分这个时代的依据是计算机核心元件集成度的进一步提升。
总结回顾：四个时代的划分依据主要是计算机的核心元件，即电子管、晶体管、集成电路和超大规模集成电路的更新换代。
随着核心元件的更新，计算机的性能不断提升，应用范围也越来越广泛，成本也不断降低。
这些时代的变迁推动了计算机技术的快速发展，也改变了人类社会的方方面面。
个人观点和理解：在我看来，计算机的发展并不仅仅是硬件的更新换代，更重要的是带来的社会变革和科技进步。
从电子管时代到超大规模集成电路时代，计算机的运算能力不断提升，这带来了互联网、人工智能、大数据分析等一系列的技术革命，改变了人们的生活和工作方式。
全国计算机一级考试题库
全国计算机一级考试题库第一章基础知识一、是非判断题(16题)1，在计算机中使用八进制和十六进制，是因为它们占用的内存容量比二进制少。
（n）2，在计算机中用二进制表示指令和字符，用十进制表示数字。
( n )3，计算机采用二进制的主要原因是，十进制在计算机中无法实现。
( n )4，字长为16位的计算机，其机器数可表示的最大正数为128。
( n )5，每个汉字具有唯一的内码和外码。
（n）6，ASCII码的作用是把要处理的字符转换为二进制代码，以便计算机进行传送和处理。
( y )7，一个有效的计算机病毒清除软件，在带毒的环境下正好施展其威力。
（n ）8，无论当前工作的计算机上是否有病毒，只要格式化某张盘，则该盘上一定是不带病毒的。
（n ）9，计算机病毒可以通过网络进行传播。
（y）10，计算机病毒只能通过可执行文件进行传播。
（n）12，计算机病毒是一种可以自我繁殖的特殊程序。
（y）13，计算机病毒是因程序长时间运行使内存无法负担而产生的。
（ n ）14，在计算机中，所谓多媒体信息就是指存储在磁盘、光盘和打印纸等多种不同媒体上的信息。
（n）15，从数据的安全性考虑，应对硬盘中的重要数据定期备份。
（y）16，所有的ASCII码字符都可以打印显示。
（n）二、单选题（16题）1，第一至四代计算机使用的基本元件分别是（C）。
A 晶体管、电子管、中小规模集成电路、大规模集成电路 B 晶体管、电子管、大规模集成电路、超大规模集成电路 C 电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路 D 电子管、晶体管、大规模集成电路、超大规模集成电路2，以下关于计算机特点的论述中，错误的有 ( D)。
A 运算速度快、精度高 B 具有记忆功能 C 运行过程是按事先编好的程序指令,自动连续进行，不需人工干预 D 计算机不能进行逻辑判断3，计算机按其信息的表示和处理方法不同，可分为 ( A)。
A 模拟机和数字机 B 专用机和通用机 C 大型机和小型机 D 主机和终端4，对于R进制的数，其每一位需要的数字符号个数为 (C)。
大规模超大规模集成电路特点
大规模超大规模集成电路特点一、引言集成电路是现代电子技术的基础之一，它的发展历程经历了从小规模到大规模再到超大规模的过程。
随着科技的进步和市场需求的变化，超大规模集成电路（VLSI）已经成为当前集成电路领域中最重要和最具有竞争力的领域之一。
本文将从特点方面探讨VLSI。
二、定义超大规模集成电路是指在单个芯片上集成数百万、甚至数十亿个晶体管及其相关元器件，实现高度复杂功能的芯片。
与此相对应，大规模集成电路（LSI）则是指在单个芯片上集成数千到数百万个晶体管及其相关元器件。
三、特点1. 高度复杂性超大规模集成电路具有高度复杂性，它可以在一个小小的芯片上实现许多不同的功能。
这些功能可以包括处理器、存储器、通信设备等等。
由于这些功能非常多样化并且不断发展，因此VLSI需要具备极高的灵活性和可扩展性。
2. 高密度超大规模集成电路具有非常高的密度。
由于它可以在一个小小的芯片上实现许多不同的功能，因此需要在芯片上集成大量的晶体管和其他元器件。
这些元器件需要非常小的尺寸，以便能够在芯片上容纳更多的功能。
3. 高速度超大规模集成电路具有非常高的速度。
由于它可以在一个小小的芯片上实现许多不同的功能，因此需要具备非常高的处理速度和传输速度。
这些速度需要通过优化电路设计和使用高性能材料来实现。
4. 低功耗超大规模集成电路具有低功耗特性。
由于它可以在一个小小的芯片上实现许多不同的功能，因此需要尽可能减少功耗以延长电池寿命或减少能源消耗。
这些功耗需要通过优化电路设计和使用低功耗材料来实现。
5. 高可靠性超大规模集成电路具有非常高的可靠性。
由于它可以在一个小小的芯片上实现许多不同的功能，因此需要尽可能减少故障率以保证系统稳定运行。
这些可靠性需要通过优化电路设计和使用高品质材料来实现。
四、应用领域超大规模集成电路在各个领域都有广泛的应用。
其中最常见的应用包括计算机、通信、工业控制、医疗设备等等。
在这些领域中，VLSI可以实现高速度数据传输、高效能计算、精确测量和控制等功能。
大规模集成电路与超大规模集成电路
大规模集成电路与超大规模集成电路一、引言1.1 背景介绍1.2 任务意义二、大规模集成电路2.1 定义与特点2.2 历史发展2.3 优势与应用2.3.1 优势2.3.2 应用三、超大规模集成电路3.1 定义与特点3.2 历史发展3.3 优势与应用3.3.1 优势3.3.2 应用四、大规模集成电路与超大规模集成电路的比较4.1 基本概念比较4.2 技术差异比较4.3 性能差异比较五、未来发展趋势5.1 小型化与高性能5.2 芯片整合与功能增强5.3 应用领域拓展六、总结一、引言1.1 背景介绍近年来，随着科技的不断进步和人们对高效便捷的需求，集成电路技术得到了迅猛发展。
大规模集成电路（Large Scale Integrated Circuit，简称LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale Integrated Circuit，简称VLSI）作为其中两个重要的分支，被广泛应用于各个领域。
1.2 任务意义本文旨在对大规模集成电路和超大规模集成电路进行全面深入的探讨，比较它们的特点、优势以及应用领域，探讨未来发展趋势，为读者对集成电路技术有更深入的了解和认识。
二、大规模集成电路2.1 定义与特点大规模集成电路是指将数百个或数千个晶体管、电阻和电容等离散元件集成在一个芯片上的集成电路。
它的特点是规模较大，晶体管数量在1000到1亿个之间，单个芯片上能实现多种不同功能。
2.2 历史发展大规模集成电路的发展始于20世纪60年代。
随着工艺技术的进步和封装方式的改善，集成电路的规模不断扩大。
在过去几十年中，大规模集成电路在计算机、通信、军事等领域得到广泛应用。
2.3 优势与应用2.3.1 优势•高性能：大规模集成电路的高集成度使得电路运行速度更快，性能更强。
•低功耗：相比于离散元件电路，大规模集成电路通过集成化可以减少功耗。
•节省空间：大规模集成电路可以集成多个功能模块，减少了电路板的空间占用。
大规模集成电路与超大规模集成电路
大规模集成电路与超大规模集成电路
随着电子科技的不断发展，集成电路得到了极大的发展与进步，其中包括了大规模集成电路（Large Scale Integration, LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale Integration, VLSI）。
首先来介绍一下大规模集成电路。
大规模集成电路是指将上千个晶体管、电容、电阻等离散元器件集成到一块硅片上，从而产生一个功能完整的电路系统。
使用大规模集成电路，能够大幅度降低电路成本、体积和功耗，提升系统性能和可靠性，因此在计算机、电信、工业自动化等领域得到了广泛应用。
而VLSI则更加高级和复杂，它所集成的晶体管数量比大规模集成电路还要多，一般超过了10万个，甚至可以达到数千万或更多的晶体管数量。
因此，VLSI要求制造工艺更加精密和先进，也需要更高的设计和布局能力。
VLSI广泛应用于高速通讯、人工智能、计算机芯片、超级计算机等领域。
总体来说，LSI和VLSI同样具有极高的集成度和可靠性，并提供了更强大的系统性能和更高的效率。
他们的不同之处在于，VLSI要求更高的技术要求和更复杂的设计，因此适用于更多的高端技术领域。
值得注意的是，虽然LSI和VLSI在大多数领域中具有广泛应用，但是还存在着一些技术瓶颈，如制造成本和技术难度等需要不断攻克。
因此，随着电子科技的不断发展和迭代，新的集成电路技术和应用也将不断涌现。
总之，集成电路的发展已经成为电子科技领域的重要标志之一。
LSI和VLSI代表了集成电路技术的顶峰，二者的发展都在推动科技进步和人类文明的发展。
集成电路ic发展阶段
集成电路ic发展阶段
集成电路（Integrated Circuit，IC）的发展可以分为以下几个阶段：1. 早期集成电路（1958年-1964年）：这个阶段主要是指第一代集成电路的发展，也称为小规模集成电路（SSI）。
早期集成电路的芯片上只能容纳几个到几十个晶体管，主要用于数字逻辑电路和模拟电路。
2. 中期集成电路（1965年-1971年）：这个阶段主要是指第二代集成电路的发展，也称为中等规模集成电路（MSI）。
中期集成电路的芯片上能容纳几十个到几百个晶体管，主要用于数字逻辑电路和模拟电路。
3. 大规模集成电路（1972年-1984年）：这个阶段主要是指第三代集成电路的发展，也称为大规模集成电路（LSI）。
大规模集成电路的芯片上能容纳几百个到几千个晶体管，主要用于数字逻辑电路和模拟电路。
在这个阶段，集成度得到了极大的提高，芯片的功能越来越强大。
4. 超大规模集成电路（1985年至今）：这个阶段主要是指第四代集成电路的发展，也称为超大规模集成电路（VLSI）。
超大规模集成电路的芯片上能容纳几千个到几十亿个晶体管，主要用于数字逻辑电路和模拟电路。
在这个阶段，集成度继续提高，芯片的功能和性能进一步增强。
随着技术的不断进步和需求的不断增长，集成电路的发展仍在继续，未来可能会出现更高集成度、更强功能的集成电路。
CMOS超大规模集成电路设计第四版教学设计 (2)
CMOS超大规模集成电路设计第四版教学设计一、教学目标本教学设计旨在帮助学生全面深入地学习CMOS超大规模集成电路设计的知识和技能，包括：1.掌握CMOS超大规模集成电路设计的基础概念和原理；2.理解逻辑门电路、时序电路、内存电路和高速电路的设计方法；3.熟悉计算机辅助设计工具和流程，能够使用EDA软件进行电路设计；4.能够进行电路仿真和验证，掌握文档编写和报告撰写的规范。
二、教学内容1. CMOS超大规模集成电路设计基础1.CMOS工艺简介2.CMOS逻辑门电路设计3.CMOS时序电路设计2. CMOS高速电路设计1.MOSFET特性和高速电路的基础概念2.器件参数提高技术3.时钟和电源噪声抑制技术4.输入输出电路技术3. CMOS内存电路设计1.静态RAM存储电路设计2.动态RAM存储电路设计3.Flash存储器电路设计4. 计算机辅助设计工具和流程1.EDA软件的使用方法2.电路设计流程和设计规范3.电路仿真和验证方法三、教学方法1.理论课程采用讲授、提问和讨论的方式，注重知识与实践相结合，鼓励学生自主学习和团队合作；2.实验课程通过模拟和仿真实验的方式进行，通过实际操作来深入理解电路设计的原理和流程；3.课外学习包括课堂练习、期末论文和实验报告，加强学生的自主学习和研究能力。
四、教学评价1.课堂测验：测试学生对所学知识的掌握程度；2.期末论文和实验报告：测试学生对电路设计理论和实践的掌握和分析能力；3.团队合作评估：测试学生的团队协作和沟通能力；4.进行课程改革，准确把握学生学习特点，不断提高教学效果。
超大规模集成电路分析与设计
软件：SPICE； 设计技术特点：电路模拟和版图的设计验证
➢ 第二代IC CAD系统
技术特点： （1）以原理图为基础的EDA系统，以仿真和自动布局布线为核心 （2）自动综合器使被动的对设计结果的分析验证转为主动去选 择一个最佳的设计 结果。
➢ 第三代IC CAD系统
技术特点： （1）在用户与设计者之间开发了一种虚拟环境。 （2）各种硬件描述语言的出现（VHDL、Verilog HDL等） （3）高级抽象的设计构思手段（框图、状态图和流程图）
自顶向下的设计方法
行为级设计 算法描述 寄存器传输级 门级 电路级
版图级（物理级）
2. CMOS集成电路制造技术
2.1 半导体材料-硅（Silicon）
➢ 集成电路制造中最常用的一种材料，本征状态下是一种半导体 材料。
➢ 硅片的制备(西门子工艺：冶金级 SGS )
1. SiC（s）+ SiO2(s) 2. Si(s) + 3HCl(g) 3. 2SiHCl3(g) + 2H2(g)
2.2 硅片的制备 （7）
超净间（Cleanroom）
一个净化过的空间，它以超净空 气把芯片制造与外界的沾污隔离开 来。
级别 1 10 100 1000 10，000 100，000
0.1μm 3.50×10 3.50×102
0.2μm 7.70 7.50×10 7.50×102
0.3μm 3.00 3.00×10 3.00×102
1.2集成电路设计的发展（3）
EDA技术的发展方向
➢ 更广（产品种类越来越多） ➢ 更快（设计周期越来越快） ➢ 更精（设计尺寸越来越精细） ➢ 更准（一次成功率越来越高） ➢ 更强（工艺适用性和设计自动化程度越来越高）
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2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计1§2.1 理想开关1 高电平有效的控制开关2 低电平有效的控制开关y=x1 MOSFET开关MOSFET：金属氧化物半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)¾栅极Gate，源极Source，漏极Drain。
¾源极S、漏极D在物理上不是固定的，由工作时端电位决定。
2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计3§2.2 MOSFET开关2 布尔值与电参量之间的转换（1）双电源供电（2）单电源供电正逻辑：高电平对应逻辑1，低电平对应逻辑0负逻辑：高电平对应逻辑0，低电平对应逻辑12013-9-7第2章MOSFET逻辑设计5§2.2 MOSFET开关3 MOSFET的开关特性数字电路中，可将MOS管看作是由栅极信号控制的双向开关。
2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计7（1）阈值电压V T ：开始形成导电沟道时的栅源电压。
NMOS ：阈值电压V Tn 为正数，典型值0.3~0.7VV GSn ＞V Tn 时，晶体管导通V GSn ≤V Tn 时，晶体管截止PMOS ：阈值电压V Tp 为负数，典型值–0.3~ –0.8VV SGp ＞|V Tp |时，晶体管导通V SGp ≤|V Tp |时，晶体管截止§2.2 MOSFET 开关NMOS 阈值电压V Tn 逻辑含义PMOS阈值电压V Tp逻辑含义2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计9§2.2 MOSFET开关（2）电压传输特性NMOS电压传输特性：NMOS传送强逻辑0电压，但传送弱逻辑1电压PMOS电压传输特性：PMOS传送强逻辑1电压，但传送弱逻辑0电压如何解决传送电平时阈值电压损失（Threshold Drops）问题？设计互补MOS（CMOS）解决传送电平问题，用PMOS传送逻辑1，用NMOS传送逻辑02013-9-7第2章MOSFET逻辑设计11§2.3 基本的CMOS逻辑门1 CMOS逻辑门的结构CMOS逻辑门的工作情况2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计13§2.3 基本的CMOS逻辑门2 互补对互补对由一个NMOS和一个PMOS组成，它们的栅极连在一起互补对的工作情况2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计15§2.3 基本的CMOS逻辑门2.3.1 非门（反相器）CMOS反相器的工作情况2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计17§2.3 基本的CMOS逻辑门2.3.3 与非门逻辑符号与真值表2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计19设计原理：)对每个输入使用一个NMOS/PMOS 互补对)将输出节点通过PMOS 与电源V DD 相连)将输出节点通过NMOS 与地相连)确保输出总是一个正确定义的高电平或低电平§2.3 基本的CMOS 逻辑门CMOS NAND2逻辑电路CMOS NAND3逻辑电路2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计21§2.3 基本的CMOS逻辑门2.3.2 或非门逻辑符号与真值表CMOS NOR2逻辑电路2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计23§2.3 基本的CMOS逻辑门CMOS NOR3逻辑电路2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计25思考：1 在IC 中，并不采用NAND3 、NOR3类似结构实现5输入以上的与非门和或非门，为什么？2 PMOS 和NMOS 两个网络实现的逻辑功能一致，能否省去其中一个？§2.4 CMOS 复合逻辑门复合逻辑门：实现几个最基本逻辑操作组合的单个电路。
)(c b a F +⋅=例： 与或非门AOI或与非门OAI2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计27PMOS 网络NMOS 网络)(c b a F +⋅=例：§2.4 CMOS 复合逻辑门)(c b a F +⋅=例：最终完成的CMOS 复合逻辑门电路§2.4.1 结构化逻辑设计CMOS逻辑门本质上是反相的2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计29§2.4 CMOS复合逻辑门NMOS形成逻辑的特点：串联NMOS实现“与非”逻辑并联NMOS实现“或非”逻辑2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计31dc b a X ⋅+⋅=串联和并联NMOS 的组合可实现复合逻辑门NMOS AOI 电路：§2.4 CMOS 复合逻辑门)()(f b e a Y +⋅+=beNMOS OAI 电路：2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计33PMOS 形成逻辑的特点：并联PMOS 实现“与非”逻辑串联PMOS 实现“或非”逻辑§2.4 CMOS 复合逻辑门d c b a X ⋅+⋅=)()(f b e a Y +⋅+=串联和并联PMOS 的组合可实现复合逻辑门PMOS AOI 电路：PMOS OAI 电路：2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计35d c b a X ⋅+⋅=)()(f b e a Y +⋅+=完整的CMOS AOI 和OAI 电路§2.4 CMOS 复合逻辑门)( 1.2d c b a X +⋅+=实现复合逻辑门例NMOS 电路的实现：第一组：输入为c 和d 的NMOS 并联；第二组：输入为b 的一个NMOS 和第一组串联；第三组：输入为a 的一个NMOS 和第二组并联。
PMOS 电路的实现：第一组：输入为c 和d 的PMOS 串联；第二组：输入为b 的一个PMOS 和第一组PMOS 并联；第三组：输入为a 的一个PMOS 和第二组PMOS 串联。
完整的电路2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计37§2.4 CMOS复合逻辑门移动反相小圈的方法理论基础：Demorgan定理2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计39ecd ab G ++= 2.2实现复合逻辑门例§2.4 CMOS 复合逻辑门完整的电路2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计41CMOS 逻辑门的晶体管电路设计步骤：¾用基本的AOI 或OAI 结构构成电路图。
允许如OAOI 和AOAI 这样的深层嵌套；¾在输出和地之间构成NMOS 逻辑电路：串联NMOS 提供“与非”操作，并联NMOS 提供“或非”操作；¾在输出和V DD 之间构成PMOS 逻辑电路：（1）PMOS 和NMOS 网络结构对偶：NMOS 串联——PMOS 并联，NMOS 并联——PMOS 串联（2）将小圈推回输入端，可得到PMOS 网络的连接拓扑。
§2.4 CMOS 复合逻辑门§2.4.2 异或门（XOR ）和异或非门（XNOR ）ba b a b a b a b a ⋅+⋅=⋅+⋅=⊕ba b a b a b a b a ⋅+⋅=⋅+⋅=⊕异或门：异或非门：2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计43b a ba异或门（XOR ）和异或非门（XNOR ）的电路§2.4 CMOS 复合逻辑门§2.4.3 一般化的AOI 和OAI 逻辑门命名方法：2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计45cdab d c b a +=),,,(22AOI 例：),,,(22AOI b a b a b a =⊕),,,(22AOI b a b a b a =⊕§2.5 传输门(TG)电路CMOS 传输门：一个NMOS 和PMOS 并联构成优点：可传送全范围电压[0，V DD ]缺点：需要两个MOSFET 和一个反相器2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计47传输门的逻辑设计1 多路选择器（MUX ）sP s P F ⋅+⋅=10 :1MUX :2怎样扩展为4:1MUX ？§2.5 传输门(TG)电路用2:1MUX 设计XOR 和XNOR （6+2个MOSFET ）sP s P F ⋅+⋅=10 :1MUX :2b a b a b a ⋅+⋅=⊕ba b a b a ⋅+⋅=⊕2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计492 或门（3+2个MOSFET ）ba ba a ba a a f +=⋅+=⋅+⋅=如何用5个FET 构造AND 门？§2.5 传输门(TG)电路3 另一种XOR 和XNOR 电路（4+2个MOSFET ）1 时钟控制的传输门2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计51§2.6 时钟控制和数据流控制2 用传输门实现数据同步2013-9-7第2章MOSFET 逻辑设计53模块级系统时序图hold2t T <§2.6 时钟控制和数据流控制3 锁存器SR 锁存器若长时间保存数据，需用锁存器钟控SR锁存器2013-9-7第2章MOSFET逻辑设计55。