超大规模集成电路设计-1
超大规模集成电路CAD 第一章 VLSI设计的概述教材
差））
1952 年，英国皇家雷达研究所的达默第一次提出“集成电 路”的设想； 1958年美国德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制出世 界上第一块集成电路了双极性晶体管（由12个器件组成的 相移振荡和触发器集成电路），并于1959年公布—这就是 世界上最早的集成电路，是现代集成电路的雏形或先驱 ； （基尔比于2000年获得诺贝尔物理学奖） 1960年成功制造出MOS管集成电路； 1965年戈登· 摩尔发表预测未来集成电路发展趋势的文章， 就是“摩尔定律”的前身； 1968年Intel公司诞生。
2019/4/12 4
第1章 VLSI概述
集成电路的发展除了物理原理外还得益于许多新工艺的 发明：
50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺； 56年美国人富勒发明的扩散工艺； 60年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺； 60年kang和Atalla研制出第一个硅MOS管； 70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺，使晶体管从点接触 结构向平面结构过渡并给集成电路工艺提供了基本的技术支持。 因此，从70年代开始，第一代集成电路才开始发展并迅速成熟。
图1 – 1 “点接晶体管放大器” 2019/4/12 3
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
第1章 VLSI概述
1948年，威廉· 肖克莱（William Shockley)—“晶体管之 父” ，提出结型晶体管的想法； 1951年，威廉· 肖克莱领导的研究小组成功研制出第一个可 靠的单晶锗NPN结型晶体管；（温度特性差、提纯度差、表面防护能力差(稳定性
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
中国科学院大学 段成华 VLSI 超大规模集成电路 期末复习笔记(1到10章)
MOS 管 耗尽区电荷以及宽度
阈值电压的定义，饱和区线性区等阶段的电流
阈值电压：强反型发生时
饱和区： 与 Vgs-Vt 平方成正比
线性区：
ID
n
(VGS
VT
)VDS
VDS 2
2
Vds 较小时忽略平方项，就是线性关系
沟调效应
增加 Vds 会使漏结的耗尽区变大，缩小了有效沟道长度。 影响为：Vds 会增大 ID
Vdd Vdd 0 'Supply' VgspVdd gatep dc='Supply' Vgsngaten Gnd dc='Supply'
.dc Vgsp0 'Supply' 'Supply/20' .dc Vgsn0 'Supply' 'Supply/20'
.print dc I1(mp) .print dc I1(mn)
* Set TSMC 0.18um library
*.model pch PMOS level=49 version = 3.1 *.model nch NMOS level=49 version = 3.1
.options list node post measout * Option List: Prints a list of netlist elements, node connections, and values for components, voltage and current sources, parameters, and more. * Option Node: Prints a node cross-reference table. * Option Post: Saves simulation results for viewing by an interactive waveform viewer. * Option Measout: Outputs .MEASURE statement values and sweep parameters into an ASCII file.
微电子器件与IC设计 (1)
集成电路发明的启示
集成电路早在1952年英国Dummer 已经提出其概 念，为什么它的发明不在英国而在美国呢？ Michael F. Wolff 曾经总结了下面几条： 1. Kilby 和Noyce 都强调广泛的半导体技术基础 的重要性。1952年的英国并不存在这个基础， 而美国却存在。
2. 客观需求对小型化的要求，特别是军事上应 用提出的迫切需求，促进了集成电路的发明。 基于同一理由，军队需求成为集成电路的最早 用户，促进了集成电路的工业生产。
发 射 极
0.005cm
塑料楔
集 电 极
的间距
锗
蒸金箔
金属 基极
世界上第一个Ge点接触型PNP晶体管
2. 集成电路的发明
1952年5月，英国科学家G. W. A. Dummer达默 第一次提出 了集成电路的设想。1958年以德 克萨斯仪器公司的科学家基尔比 (Clair Kilby)为首的研究小组研制 出了世界上第一块集成电路，并 于1959年公布了该结果
肖克莱 ( William Shockley)
巴丁 (JohnBa rdeen)
布拉顿 (Walter Brattain)
晶体管的发明
二战结束时，诸多半导体方面的研究成果为晶体管的发 明作好了理论及实践上的准备。1946年1月，依据战略 发展思想，Bell实验室成立了固体物理研究组及冶金组， 开展固体物理方面的研究工作。在系统的研究过程中， 肖克莱根据肖特基的整流理论，预言通过“场效应”原 理，可以实现放大器，然而实验结果与理论预言相差很 多。经过周密的分析，巴丁提出表面态理论，开辟了新 的研究思路，兼之对电子运动规律的不断探索，经过多 次实验，于1947年12月实验观测到点接触型晶体管放大 现象。第二年1月肖克莱提出结型晶体管理论，并于 1952年制备出结型锗晶体管，从此拉开了人类社会步入 电子时代的序幕。
第一 二章作业题(参考答案)汇总
第一章引论（Introduction）1．知识要点数字电路的发展及其在信息技术领域中的地位；数字信号与模拟信号之间的关系及数字信号的基本特点；数字系统输入/输出特性及其逻辑特点，数字逻辑电路（Digital Logic Circuit）的主要内容。
重点：1．数字信号（Digital Signal）与模拟信号（Analog Signal）之间的关系；2．数字信号的基本特点；3．数字系统（Digital System）输入/输出特性及其逻辑特点。
难点：1．数字信号的基本特点；2．数字系统的特点。
数字信号只在离散时刻（观测时刻）变化；其取值也是离散的，即数字信号只能取有限种不同的值，为方便电路中处理，这些数值可以用二进制（Binary Number)表达（0，1）。
数字系统的特点：（1）只需考虑观测时刻的输入/输出关系，无须考虑其连续的变化；（2）只需考虑有限的信号取值，不考虑其中间值；（3）任何时刻一根输入/输出线上的状态只能为0或1，所以输入/输出具有有限状态，输入-输出的关系可以采用有限表格进行表达；（4）对于输出的讨论只是考虑在哪些输入条件下输出会等于0，哪些条件下会等于1，于是输入-输出关系体现为逻辑关系。
2．Exercises1.1 Define the following acronyms:ASIC, CAD, CD, CO, CPLD, DIP, DVD, FPGA, HDL, IC, IP, LSI, MCM, MSI, NRE, PBX, PCB, PLD, PWB, SMT, SSI, VHDL, VLSI.ASIC: Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路CAD: Computer Aided Design，计算机辅助设计CD: Compact Disc，原意: 紧凑型小唱片，即CD光盘CO: Central Office，中央局，中心站，交换机（也可作Carry Out，进位输出）CPLD: Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件DIP: Dual Inline-pin Package，双列直插式封装DVD: Digital Versatile Disc，数字通用光盘FPGA: Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列HDL: Hardware Description Language，硬件描述语言IC: Integrated Circuit，集成电路IP: Internet Protocol，因特网协议（也可作Intellectual Property，知识产权）LSI: Large Scale Integration，大规模集成电路MCM: MultiChip Module，多芯片模块MSI: Medium Scale Integration，中规模集成电路NRE: Nonrecurring Engineering，非再现工程，一次性工程PBX: Private Branch Exchange，专用用户交换机PCB: Printed Circuit Board，印制电路板PLD: Programmable Logic Device，可编程逻辑器件PWB: Printed-Wiring Board，印刷线路板SMT: Surface Mount Technology，表面贴装技术SSI: Small Scale Integration，小规模集成电路VHDL: Very High-speed-integrated-circuit Hardware Description Language，超高速集成电路硬件描述语言VLSI: Very Large Scale Integration，超大规模集成电路1.2 Research the definitions of the following acronyms:ABEL, CMOS, DDPP, JPEG, MPEG, OK, PERL (Is OK really an acronym?).ABEL: Advanced Boolean Equation Language，高级布尔方程语言（一种硬件描述语言）CMOS: Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体DDPP: Digital Design Principles and Practices，数字设计原理和实践（英文教材名）JPEG: Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组MPEG: Moving Picture Experts Group，运动图像专家组OK: OkayPERL: Practical Extraction and Report Language，实用报表提取语言1.3 Draw a digital circuit consisting of a 2-input AND gate and three inverters,where an inverter is connected to each of the AND gate’s inputs and its output for each of the four possible combinations of inputs applied to the two primary inputs of this circuit determine the value produced at the primary output. Is there a simpler circuit that gives the same input/output behavior?F第二章 信息的二进制表达 （Binary Expression of Information ）1．知识要点十进制、二进制、八进制和十六进制数的表示方法以及它们之间的相互转换、二进制数的运算；符号-数值码，二进制补码、二进制反码表示以及它们之间的相互转换；符号数的运算；溢出的概念。
紫光云数笔试题
紫光云数笔试题1、[单选题]Verilog语言与C语言的区别，不正确的描述是（ C ）A。
Verilog语言可实现并行计算，C语言只是串行计算；B。
Verilog语言可以描述电路结构，C语言仅仅描述算法；C。
Verilog语言源于C语言，包括它的逻辑和延迟；D。
Verilog语言可以编写测试向量进行仿真和测试。
2、[单选题]数据位宽8bit，地址位宽13bit的RAM，其大小为多少？BA。
4KBB。
8KBC。
16KB3、[单选题]以下哪些是第三代移动通信标准（B）A。
EDGEB。
TD-SCDMAC。
LTED。
WiFl解析：W-CDMA(宽带码分多址接入)、CDMA2000(码分多址接入)和TD-SCDMA(时分同步码分多址接入)，WiMA是继W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA 后的第四个3G标准。
4、[单选题]linu下，删除文件命令 BA。
mkdirB。
rmC。
mvD。
del5、[单选题]在verilog中，以下不属于分支语句的是（ C）A。
caeB。
if-eleC。
repeatD。
caaz6。
[单选题]一个八位D、A转换器最小电压增最为0。
011V，当输入10011100时，输出电压为（D）V。
A。
1、28B。
1、45C。
1、54D。
1、567。
[单选题]在verilog HDL的alway块语句中的语句是如何执行的（D）A。
顺序B。
并行C。
顺序或并行D。
不一定8。
[单选题]以下哪个不是异步处理的通用方法DA。
ynchronizerB。
fifoC。
handhake protocolD。
ampling by DFF9。
[单选题]Verilog HDL中信号没有定义数据类型时，缺省为什么数据类型 BA。
regB。
wireC。
triD。
Z10。
[单选题]项目后仿阶段，不需要哪个文件？DA。
标准单元库B。
网表C。
SDFD。
RTL11、[单选题]How many logic gate（only NAND and NOT gate）ued in a D latch （B）A。
计算机基础-选择题1-5
计算机基础-选择题第一章选择题1．CAM表示（）。
A）计算机辅助设计B）计算机辅助制造C）计算机辅助教学D）计算机辅助模拟2．第一台电子计算机是1946年在美国研制的，该机的英文缩写名是（）。
A）ENIAC B）MARK IIC）EDSAC D）EDVAC3．第四代计算机的电子器件采用的是（）。
A）晶体管 B）集成电路C）大规模、超大规模集成电路 D）微处理器集成电路4．国际上对计算机进行分类的依据是（）。
A）计算机的型号 B）计算机的速度C）计算机的性能 D）计算机生产厂家5．我国第一台电子计算机诞生于（）。
A）1948年B）1958年C）1966年D）1968年6．计算机按照处理数据的形态可以分为（）。
A）巨型机、大型机、小型机、微型机和工作站B）286机、386机、486机、Pentium机C）专用计算机、通用计算机D）数字计算机、模拟计算机、混合计算机7．将十六进制数2DCH转换为十进制数是（）。
A）635 B）682C）732 D）7458．十进制数142转换为十六进制数是（）。
A）7E B）7FC）8E D）8F9．二进制数1110110100101转换成十六进制数是（）。
A）1DA5 B）ED21C）3DH D）1FFF10．十六进制数3C71转换成二进制数是（）。
A）11110011110011 B）11110001110001C）11010001110111 D）1101000101001111．二进制数11110010101转换成十进制数是（）。
A）1731 B）1842 C）2211 D）194112．十进制数456转换成二进制数是（）。
A）111001000 B）101001001C）111101010 D）11100101113．在微型计算机中，应用最普遍的字符编码是（）。
A）ASCII码 B）BCD码C）汉字编码 D）补码14．100个24×24点阵的汉字字模信息所占用的字节数是（）。
第1章 习题答案
第一章习题答案1．问答题（1）计算机的发展经历了哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？答：根据计算机所采用的电子元件不同可划分为：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机和大规模超大规模集成电路计算机等四个阶段。
第一代计算机主要特点是：内存容量非常小；计算机程序设计语言为机器语言；尚无操作系统出现，操作机器困难。
它体积庞大、造价昂贵、速度低、存储容量小、可靠性差、不易掌握，主要应用于军事目的和科学研究领域的狭小天地里。
第二代计算机主要特点是：采用了晶体管的电子元件；内存储器容量扩大到几十万字节；计算机软件有了较大发展，出现了监控程序并发展成为后来的操作系统；推出了Basic、Fortran、Cobol高级程序设计语言。
主要应用范围由单一的科学计算扩展到数据处理和事务管理等其他领域。
第三代计算机的特点是：体积、重量、功耗进一步减小，运算速度、逻辑运算功能和可靠性进一步提高；软件在这个时期形成了产业；出现了分时操作系统；提出了结构化、模块化的程序设计思想，出现了结构化的程序设计语言Pascal。
这一时期的计算机同时向标准化、多样化、通用化发展。
第四代计算机的特点是：磁盘的存取速度和容量大幅度上升；体积、重量和耗电量进一步减少；计算机的性能价格比基本上以每18个月翻一番的速度上升；操作系统向虚拟操作系统发展，数据库管理系统不断完善和提高，程序语言进一步发展和改进，软件行业的发展成为新兴的高科技产业；计算机的应用领域不断向社会各个方面渗透。
（2）未来计算机发展的趋势是什么？答：现代计算机的发展表现为两个方面：一是巨型化、微型化、多媒体化、网络化和智能化5种趋向；二是朝着非冯·诺依曼结构模式发展。
（3）计算机的特点是什么？答：①处理速度快②计算精度高③存储容量大④可靠性高⑤工作过程的全自动化⑥适用范围广，通用性强（4）计算机的类型有哪些？答：①按其处理数据的形态分为：数字计算机、模拟计算机、混合计算机②按其使用范围分为：通用计算机、专用计算机③按其本身性能分为：超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机、工作站（5）简述计算机的应用领域。
(整理)集成电路设计习题答案1-5章
CH11．按规模划分，集成电路的发展已经经历了哪几代？它的发展遵循了一条业界著名的定律，请说出是什么定律？晶体管-分立元件-SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSI-SOC。
MOORE定律2．什么是无生产线集成电路设计？列出无生产线集成电路设计的特点和环境。
拥有设计人才和技术，但不拥有生产线。
特点：电路设计，工艺制造，封装分立运行。
环境：IC产业生产能力剩余，人们需要更多的功能芯片设计3．多项目晶圆（MPW）技术的特点是什么？对发展集成电路设计有什么意义？MPW：把几到几十种工艺上兼容的芯片拼装到一个宏芯片上，然后以步行的方式排列到一到多个晶圆上。
意义：降低成本。
4．集成电路设计需要哪四个方面的知识？系统，电路，工具，工艺方面的知识CH21．为什么硅材料在集成电路技术中起着举足轻重的作用 ?原材料来源丰富，技术成熟，硅基产品价格低廉2．GaAs和InP材料各有哪些特点? P10,11 3．怎样的条件下金属与半导体形成欧姆接触？怎样的条件下金属与半导体形成肖特基接触？接触区半导体重掺杂可实现欧姆接触，金属与掺杂半导体接触形成肖特基接触4．说出多晶硅在CMOS工艺中的作用。
P13 5．列出你知道的异质半导体材料系统。
GaAs/AlGaAs, InP/ InGaAs, Si/SiGe, 6．SOI材料是怎样形成的，有什么特点?SOI绝缘体上硅，可以通过氧隔离或者晶片粘结技术完成。
特点：电极与衬底之间寄生电容大大减少，器件速度更快，功率更低7. 肖特基接触和欧姆型接触各有什么特点？肖特基接触：阻挡层具有类似PN结的伏安特性。
欧姆型接触：载流子可以容易地利用量子遂穿效应相应自由传输。
8. 简述双极型晶体管和MOS晶体管的工作原理。
P19,21CH31．写出晶体外延的意义，列出三种外延生长方法，并比较各自的优缺点。
意义：用同质材料形成具有不同掺杂种类及浓度而具有不同性能的晶体层。
外延方法:液态生长，气相外延生长，金属有机物气相外延生长2．写出掩膜在IC制造过程中的作用，比较整版掩膜和单片掩膜的区别，列举三种掩膜的制造方法。
中国航天科技集团公司第九研究院
中国航天科技集团公司第九研究院联系人：曲波联系电话：(010)88106213通信地址：北京市海淀区永丰路中国航天电子技术研究院邮政编码：100094E-mail: qbpopo@单位网址：www.caaet.c n一、单位简介中国航天科技集团公司第九研究院（以下简称航天九院）是中国航天科技集团公司所属大型科研生产联合体，其成员单位遍布祖国大江南北，分布于北京、上海、重庆、陕西、浙江、河南、广西等省市自治区。
航天九院共有各类专业技术人员7000余人，包括中国科学院院士在内的高级专业技术人员1500余人；拥有完整的研究、开发、研制资源和批产能力，拥有全面的测试、试验、可靠性分析验证手段和健全的质量保证体系；多年来从事微电子与计算机、惯性导航、遥测遥控等航天核心技术、产品的研究、开发、研制和批产，为各类战略战术导弹、运载火箭、卫星、飞船等提供了大量精度高、可靠性好、使用方便的技术和产品；其核心技术和产品除满足航天应用外，还在航空、兵器、船舶等军工领域发挥作用，并在民用领域拓展出了独特而广阔的空间。
航天九院共有六家单位开展研究生培养工作，分别是771所、13所、704所、16所、772所、539厂，博士、硕士生导师达70余人。
航天九院招收“计算机系统结构”和“导航、制导与控制”专业博士研究生；“计算机系统结构”、“计算机应用技术”、“微电子学与固体电子学”、“导航、制导与控制”、“精密仪器及机械”、“电机与电器”、“测试计量技术及仪器”、“信号与信息处理”专业硕士研究生。
航天九院还拥有“计算机科学与技术”、“控制科学与工程”学科博士后科研流动站，中国航天时代电子公司博士后科研工作站，为培养航天科技精英奠定了坚实的基础。
中国航天科技集团公司第九研究院771所一、单位简介中国航天科技集团公司第九研究院771所，是全国唯一的集计算机与集成电路科研生产为一体并相互配套的专业研究所。
我所于1965年创建于北京，现地处古都西安市内。
微机原理与接口技术(田辉)第一章
1-3-1 微型计算机
2、微型计算机分类
从微型计算机的结构形式来分，为单片机、单板 机和多板机。
单片微型计算机（即单片机）。把微型计算机的主要部件CPU、一 定容量的存储器、I／O接口及时钟发生器集成在一块芯片上的单 芯片式微型计算机。具有体积小、指令系统简单、性价比高等优 点，广泛应用于工业控制、智能仪器仪表等领域。 单板微型计算机，即单板机。是将微处理器、一定容量的存储器、 输入／输出接口、简单的外部设备、辅助设备通过总线装配在一 块印刷电路板上的微型计算机。主要用于实验室以及简单的控制 场合。
变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言
第三代 中小规模集成电路时代(1965-1970) 存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒
第四代 大规模、超大规模集成电路时代(1971至今)
向大型机和微型机两个方向发展 现代计算机发展方向 巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化
微型计算机的发展
• 十进制数转换为R进制数：整数和小数部分分 别进行转换
1、整数部分 “除R取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商 为 0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。
二. 进位计数制之间的转换
例：39转换成二进制数 39 =100111B 2 39 2 19 1 （ b0） 2 9 1 （ b1） 2 4 1 （ b2） 2 2 0 （ b3） 2 1 0 （ b4） 0 1 （ b5 ）
1-2 微处理器--- CISC与RISC
精简指令集计算机
提出背景：使用指令的80％，只占处理器指令集的20％ RISC的基本思想 简化指令功能，指令集中只包含使用频度高、功能简单、能够 在一个节拍内执行完成的指令 将较复杂的功能用一段子程序来实现 大量使用寄存器，优化 CPU的控制逻辑，提高程序执行的速度
全国计算机一级考试理论题
全国计算机一级考试理论题1.世界上第一台电子计算机诞生于（）年。
A）1939 B）1946 C）1952 D）19582.冯·诺依曼研制成功的存储程序计算机名叫（）。
A）EDVAC B）ENIAC C）EDSAC D）MARK-II3.1949年，世界上第一台（）计算机投入运行。
A）存储程序B）微型C）人工智能D）巨型4.计算机的发展趋势是（）、微型化、网络化和智能化。
A）大型化B）小型化C）精巧化D）巨型化5.新一代计算机是指（）。
A）奔腾4系列B）人工智能计算机C）工作站D）多媒体计算机6.计算机从其诞生至今已经经历了四个时代，这种对计算机划代的原则是根据（）。
A）计算机所采用的电子器件（即逻辑元件）B）计算机的运算速度C）程序设计语言D）计算机的存储量7.计算机采用的逻辑元件的发展顺序是（）。
A）晶体管、电子管、集成电路、大规模集成电路B）电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路C）晶体管、电子管、集成电路、芯片D）电子管、晶体管、集成电路、芯片8.下列不属于第二代计算机特点的一项是（）。
A）采用电子管作为逻辑元件B）主存储器主要采用磁芯，辅助存储器主要采用磁盘和磁带C）运算速度从每秒几万次提高到几十万次，主存储器容量扩展到几十万字节D）出现操作系统，开始使用汇编语言和高级语言9.在计算机时代的划分中，采用集成电路作为主要逻辑元件的计算机属于（）。
A）第一代 B）第二代C）第三代D）第四代10.使用晶体管作为主要逻辑元件的计算机是（）计算机。
A）第一代B）第二代C）第三代 D）第四代11.用电子管作为电子器件制成的计算机属于（）。
A）第一代B）第二代C）第三代D）第四代12.以大规模、超大规模集成电路为主要逻辑元件的计算机属于（）。
A）第一代计算机B）第二代计算机C）第三代计算机D）第四代计算机13.现代微机采用的主要元件是（）。
A）电子管B）晶体管C）中、小规模集成电路D）大规模、超大规模集成电路14.计算机可分为数字计算机、模拟计算机和混和计算机，这是按（）进行分类。
集成电路设计习题答案1-5章
CH11．按规模划分，集成电路的发展已经经历了哪几代？它的发展遵循了一条业界著名的定律，请说出是什么定律？晶体管-分立元件-SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSI-SOC。
MOORE定律2．什么是无生产线集成电路设计？列出无生产线集成电路设计的特点和环境。
拥有设计人才和技术，但不拥有生产线。
特点：电路设计，工艺制造，封装分立运行。
环境：IC产业生产能力剩余，人们需要更多的功能芯片设计3．多项目晶圆（MPW）技术的特点是什么？对发展集成电路设计有什么意义？MPW：把几到几十种工艺上兼容的芯片拼装到一个宏芯片上，然后以步行的方式排列到一到多个晶圆上。
意义：降低成本。
4．集成电路设计需要哪四个方面的知识？系统，电路，工具，工艺方面的知识CH21．为什么硅材料在集成电路技术中起着举足轻重的作用 ?原材料来源丰富，技术成熟，硅基产品价格低廉2．GaAs和InP材料各有哪些特点? P10,11 3．怎样的条件下金属与半导体形成欧姆接触？怎样的条件下金属与半导体形成肖特基接触？接触区半导体重掺杂可实现欧姆接触，金属与掺杂半导体接触形成肖特基接触4．说出多晶硅在CMOS工艺中的作用。
P13 5．列出你知道的异质半导体材料系统。
GaAs/AlGaAs, InP/ InGaAs, Si/SiGe, 6．SOI材料是怎样形成的，有什么特点?SOI绝缘体上硅，可以通过氧隔离或者晶片粘结技术完成。
特点：电极与衬底之间寄生电容大大减少，器件速度更快，功率更低7. 肖特基接触和欧姆型接触各有什么特点？肖特基接触：阻挡层具有类似PN结的伏安特性。
欧姆型接触：载流子可以容易地利用量子遂穿效应相应自由传输。
8. 简述双极型晶体管和MOS晶体管的工作原理。
P19,21CH31．写出晶体外延的意义，列出三种外延生长方法，并比较各自的优缺点。
意义：用同质材料形成具有不同掺杂种类及浓度而具有不同性能的晶体层。
外延方法:液态生长，气相外延生长，金属有机物气相外延生长2．写出掩膜在IC制造过程中的作用，比较整版掩膜和单片掩膜的区别，列举三种掩膜的制造方法。
计算机导论(第3版)-1-3章参考答案
第1章习题参考答案1、简要叙述ENIAC之前计算工具的发展历程。
答案:（1）算筹；（2）算盘；（3）计算尺；（4）机械计算机；（5）机电计算机。
对于（3）—（5），列出其代表机型。
2、对比说明第一代至第四代计算机各自的主要特点。
答案:（1）第一代计算机的主要特点：用电子管作为基本元器件；用机器语言或汇编语言编写程序；使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓和磁芯作主存储器；输入输出装置主要用穿孔卡片；主要用于科学计算。
（2）第二代计算机的主要特点：用晶体管作为基本元器件；出现了FORTRAN、ALGOL和COBOL 等高级语言；采用磁芯存储器作主存，采用磁盘与磁带作辅存；除了科学计算和数据处理外，开始进入实时过程控制领域；出现了操作系统。
（3）第三代计算机的主要特点：用集成电路作为基本元器件；高级语言得到广泛应用；用半导体存储器取代了磁芯存储器，存储容量大幅度提高；普遍采用了微程序设计技术，设计了具有兼容性的体系结构；系统软件与应用软件都有很大发展，操作系统的功能有很大的提高和完善；出现了成本较低的小型计算机。
（4）第四代计算机的主要特点：用微处理器或超大规模集成电路取代了普通集成电路；计算机的存储容量进一步扩大，开始使用光盘和激光打印机；面向对象程序设计语言得到广泛使用；微型计算机诞生；数据通信、计算机网络、分布式处理有了很大的发展，互联网得到广泛应用。
3、微型计算机是如何发展起来的？微型计算机的快速发展有什么重要意义？答案: 1971年诞生的微处理器是将运算器和控制器集成在一起的大规模/超大规模集成电路芯片，以微处理器为核心再加上存储器和接口芯片，便构成了微型计算机。
1981年IBM公司推出微型计算机IBM PC后，微型计算机得到了快速发展。
微型机的出现及快速发展，才使计算机走进了大大小小的企事业单位和千家万户，也促进了互联网的快速发展和广泛应用。
4、简要说明第五代计算机的含义，如何评价第五代计算机的研究。
CMOS超大规模集成电路设计
CMOS超大规模集成电路设计在CMOS超大规模集成电路设计中，首先需要进行电路的功能设计。
这包括确定电路的输入输出需求，以及所需的逻辑与功能。
根据需求，设计师可以使用逻辑门、时钟、存储器和其他数字电路元件来实现所需的功能。
接下来，设计师需要进行电路的布局设计。
布局设计是将电路的逻辑模型转化为物理结构的过程。
在此过程中，需要将电路中的各个组件（例如晶体管、电容器和电阻器等）合理地放置在芯片上，以最大限度地减小电路的面积、功耗和延迟。
在布局设计完成后，设计师还需要进行电路的布线设计。
布线设计的目标是将电路中的各个组件用金属导线连接起来，以实现信号的传输和电路的功能。
布线设计的关键是考虑信号的延迟和功耗，并通过合理的布线规则来优化电路性能。
在CMOS超大规模集成电路设计中，还需要进行电路的时序和功耗分析。
时序分析是通过考虑信号的传输延迟、时钟周期和时序约束等参数，来评估电路是否满足设计要求。
功耗分析是通过考虑电路中每个组件的功耗，来评估整个电路的功耗消耗情况，并采取相应的优化措施。
最后，在完成电路设计后，设计师还需要对电路进行验证和测试。
验证是通过使用验证工具和模拟器来验证电路的逻辑正确性和功能实现。
测试是通过设计测试电路和测试程序，来测试电路的可靠性和性能，并解决可能存在的问题。
总之，CMOS超大规模集成电路设计是一个复杂而关键的过程。
设计师需要综合考虑电路的功能要求、布局设计、布线设计、时序和功耗分析、验证和测试等多个方面，以实现高性能和高集成度的电路设计。
当前，随着技术的不断进步，CMOS超大规模集成电路设计面临着更多的挑战和机遇，例如，集成度的提高、功耗的降低、可靠性的增强等。
微电子与集成电路设计导论 第一章 概论
图1.5.4 国内集成电路的供求关系
图1.5.5 集成电路的进口量
➢ 我国的微电子技术的发展大致可以分为两个阶段：
第一个阶段：在2000年之前，1956年，北京大学、复旦大学、东北人民 大学、厦门大学、南京大学在北大联合创建半导体专业。1977年在北京 大学诞生了第一块大规模集成电路。而在1980年以后，初步形成了制造 业、设计业、封装业分离的状态。
➢ 膜集成电路：是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上，以膜的形式制作电阻、电 容等无源器件，并加以封装而成。
➢ 混合集成电路：在实际应用中，多半是在无源膜电路上外加半导体集成电 路或分立元件的二极管、三极管等有源器件，使之构成一个整体，这便是 混合集成电路。
图1.4.1 集成电路的分类
1.5 微电子产业的发展现状
ห้องสมุดไป่ตู้
3. 对信息社会的作用
图1.2.3 信息社会各应用产品市场领域的销售额
4. 对传统产业的带动作用
微电子对传统产业的渗透与带动作用。几乎所有的传统产业与微电子技术结 合，用集成电路芯片进行智能改造，都可以使传统产业重新焕发青春。
对风机、水泵采用变频调速等电子技术进行改造，每年即可节电500亿度以上. 和机械学科的结合，导致很多传统的机械产品逐步电子化。 和生物学结合，生物芯片的诞生得以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生
图1.3.8 摩尔定律示意图
➢ 早期研制和生产的集成电路都是双极型的。 1930年，德国科学家Lilien-filed提出了关于MOS场效应晶体管的概念、工作原理 以及具体的实施方案。 1960年Kang和Atalla研制出第一个利用硅半导体材料制成的MOS晶体管。 1962年以后出现了由金属-氧化物-半导体（MOS）场效应晶体管组成的MOS集成 电路。
《大学计算机》2022-2023-1学期学习通超星期末考试答案章节答案2024年
《大学计算机》2022-2023-1学期学习通超星期末考试章节答案2024年1.通常把运算器、控制器、存储器和输入/输出设备合称为计算机系统。
答案:错2.系统软件包括操作系统、语言处理程序和各种服务程序等。
答案:对3.任何型号的计算机系统均采用统一的指令系统。
答案:错4.计算机系统功能的强弱完全由CPU决定。
答案:错5.SRAM存储器是动态随机存储器。
答案:错6.程序一定要调入内存后才能运行。
答案:对7.第二代计算机可以采用高级语言进行程序设计。
答案:对8.第一代计算机的主存储器采用的是磁鼓。
答案:错9.计算机软件包括_____和_______两大类。
答案:系统软件;应用软件10.衡量CPU性能的主要技术参数是_________、字长和浮点运算能力等。
答案:主频11.存储系统是计算机的关键子系统之一，存储器的种类一般可以分为_____和_______。
它的常用技术指标为_____和______。
答案:内存储器;内存;主存储器;主存;外存储器;外存;辅助存储器;辅存;存储容量;存储周期12.在计算机中，1 K是2的______次方。
答案:1013.计算机的CPU每执行(),就完成一步基本运算或判断。
答案:一条指令14.在微机系统中,BIOS(基本输入/输出系统)存放在()中。
答案:ROM15.接口(Interface)是连接外围设备的电路,位于I/O设备和()之间。
答案:CPU和存储器16.计算机存储器容量以()为基本单位。
答案:字节17.第一代至第四代计算机使用的基本元件分别是()。
答案:电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模和超大规模集成电路18.第四代电子计算机的主要标志是()。
答案:大规模和超大规模集成电路19.第二代电子计算机的主要标志是()。
答案:晶体管20.计算机的两个主要组成部分是()。
答案:硬件和软件21.在计算机中，利用二进制数表示指令和字符，用十进制数表示数字。
答案:错22.二进制数10001111的反码是01110000二进制数10001111的反码是01110000。
集成电路设计基础作业题解答（1～4）
集成电路设计基础作业题解答（1～4）第⼀次作业：1、为什么PN 结会有单向导电性？答PN 结是由P 型半导体和N 型半导体结合在⼀起形成的。
P 型半导体多⼦是空⽳，N 型半导体多⼦是电⼦。
当形成PN 结后由于载流⼦的浓度差，电⼦会向P 型侧扩散，空⽳会向N 型侧扩散。
随着扩散的进⾏，会在接触处形成⼀定厚度的空间电荷区，电荷区中的正负离化中⼼形成内建电场。
随着空间耗尽区的扩展和内建电场的增强，电场作⽤下的漂移得到加强，扩散随之减弱，最后漂移电流和扩散电流达到平衡。
若给PN 结两端加上正电压，外加电场将会削弱内建电场从⽽加强扩散削弱漂移，此时扩散电流电流⼤于漂移电流从⽽形成正向导通电流。
当PN 结加上反向偏压后，外加电场和内建电场同向，此时扩散进⼀步收到抑制，漂移得到加强。
但漂移的少数载流⼦⾮常少，所以没能形成⼤的反向导通电流。
这就是PN 结的单向导电性。
2、为什么半导体掺杂后导电能⼒⼤⼤增强答：本征半导体在常温情况下由于热激发产⽣的空⽳电⼦对浓度⼤约在1010量级。
⽽在常温下本征半导体的导电能⼒⾮常弱。
当掺⼊B 或P 等杂质后，在常温下的掺杂杂质基本全部离化，杂质的离化⽽会在价带或导带产⽣⼤量的能做共有化运动的空⽳或电⼦。
在杂质没有补偿的情况下，载流⼦浓度近似等于杂质浓度，半导体掺杂后n,p ⼤⼤增加。
根据电导率σ=nqµ(n)+pqµ(p)可知，掺杂半导体的电导率⼤⼤增加，即导电能⼒明显增强。
3、为什么晶体管有放⼤作⽤？答：我们定义晶体管集电极电流和基极电流的⽐值为晶体管放⼤倍数。
只有当晶体管处于放⼤状态时才具有线性放⼤能⼒。
当BE 结正偏，BC 结反偏时管⼦处于放⼤状态。
因为发射极⾼掺杂，在BE 正向导通时，发射极的⼤量电⼦（以NPN 管为例）扩散到基区。
基区空⽳扩散到发射极，⽽基区浓度远⽐发射极来得低，所以电⼦扩散电流占主要部分。
因为基区很薄且载流⼦寿命很长，到达基区的电⼦只有⼀⼩部分和基区注⼊得空⽳复合，绝⼤部分要在反偏的集电结内建电场作⽤下⽽漂移到集电极。
(完整版)1-1集成电路版图设计概述
二、按集成度分类
集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目
类别
数字集成电路
模拟集成电路
MOS IC
双极IC
SSI
<102
<100
<30
MSI
102103
100500
30100
LSI
103105
5002000
100300
VLSI
105107
>2000
>300
ULSI
107109
GSI
❖ 专用集成电路 根据某种电子设备中特定的技术要求而专门设计的集成 电路简称ASIC，其特点是集成度较高功能较多，功耗较 小，封装形式多样。玩具狗芯片； 通信卫星芯片；计算 机工作站CPU中存储器与微处理器间的接口芯片
第一章 集成电路设计概述
1.3 无生产线集成电路设计技术 Fabless IC Design Technique
IDM与Fabless集成电路实现
• 集成电路发展的前三十年中，设计、制造和封装都 是集中在半导体生产厂家内进行的，称之为一体化 制造 (IDM，Integrated Device Manufacture)的集 成电路实现模式。
• 近十年以来，电路设计、工艺制造和封装开始分立 运行，这为发展无生产线（Fabless）集成电路设计 提供了条件，为微电子领域发展知识经济提供了条 件。
第一章 集成电路设计概述
1.1 集成电路（IC）的发展
芯片，现代社会的基石
内存条
PDA：掌上电脑
手机
数码相机
主板
计算机
集成电路
Integrated Circuit ，缩写IC IC是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管 、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源 器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半 导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳 内，执行特定电路或系统功能的一种器件。
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概述Introduction
The Babbage
Difference Engine
(1832)
Charles Babbage(1792-1871)
Electronic Numerical Integrator and Computer:
同济大学电子科学与技术系
1971，1000 transistors，1 MHz operation 4004: 10um工艺，与60年代IBM价值30万美元的计算机功能相当
Personal Computer
个人电脑
OS: IBM BASIC/PC-DOS 1.0 CPU Intel 8088 @ 4.77 MHz
~ 256 kB
Macintosh 1984@Apple
、东芝索尼公司联合设游戏机和图形工作
万个晶体管，
频率时，功耗为11W
10个线
个存储请求。
Intel Montecito 处理器
DSP：TI TMS320C6678 with 8 “
From : TMS320C6678 Multicore Fixed and Floating-Point Digital Signal Processor data manul,
GPU
q
Massively parallel, many core architecture 1 Teraflops peak performance designed for graphics/ scientific computing
q
q q
GPU：Nvidia GTX580/Tesla C2070 512/448 “THIN” cores
VLSI Design L1 .41 REN, Tongji Univ., 2014
CPU Core i7 2600K
GPU
Nvidia GTX580/Tesla C2070
DSP
TI TMS320C6670/6678
Number of cores Peak Flops Memory interface Memory bandwidth (GB/s)
4-6 100 GigaFlops DDR3 *3— 192bit 25.5
512/448
4/8
1 TeraFlops(single) 160 Gigaflops 500G Flops(double) GDDR5—384bit 192.4 DDR3 —64bit 8.5
VLSI Design L1 .42
REN, Tongji Univ., 2014
GPU vs CPU:
– –
Calculation— TFLOPS vs. 100 GFLOPS Memory Bandwidth— ~10x
floating point operations per second
memory bandwidth
From ：Programming Massively Parallel Processors: A Hands-on Approach NVIDIA CUDA C Programming Guide
VLSI Design L1 .43 REN, Tongji Univ., 2014
GPU vs CPU:FFT transformation
cuFFT: CUDA library, optimized for GPU computing MKL : intel math kernal library, optimized for multi-core CPU computing
From: CUDA Toolkit 3.2 Math Library Performance,
VLSI Design L1 .44 REN, Tongji Univ., 2014
Many core by intel
q q q q
2007 “Polaris”: 80 cores 2008 “Larrabee” : GPU 2009 “single-chip cloud computer” 48 cores 2010: MIC—Many Integrated Core architecture “Knights Corner” more than 50 cores
同济大学电子科学与技术系 VLSI Design L1 .45
1-45
REN, Tongji Univ., 2014
2007 intel’s 80-core research chip
VLSI Design L1 .46
REN, Tongji Univ., 2014
Scaling
q q
Technology shrinks by ~0.7 per generation With every generation can integrate 2x more functions on a chip; chip cost does not increase significantly Cost of a function decreases by 2x But …
l l
q q
How to design chips with more and more functions? Design engineering population does not double every two years…
q
Hence, a need for more efficient design methods
l
Exploit different levels of abstraction
VLSI Design L1 .47
REN, Tongji Univ., 2014
Design Abstraction Levels
SYSTEM
MODULE
+ GATE
CIRCUIT
DEVICE
G
S n+
D
n+
VLSI Design L1 .48
REN, Tongji Univ., 2014
Design Productivity Trends
10,000 100,000
Logic Transistor per Chip (M)
1,000 100 10 1 0.1
Logic Tr./Chip Tr./Staff Month.
10,000 1,000 58%/Yr. compounded Complexity growth rate 100 10
x x
xx x x x
x
21%/Yr. compound Productivity growth rate
1 0.1 0.01
0.01 0.001
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
1981
1983
1985
1987
2005
2007
Complexity Complexity outpaces outpaces design design productivity productivity
VLSI Design L1 .49
Courtesy, ITRS Roadmap
2009
REN, Tongji Univ., 2014
Productivity (K) Trans./Staff - Mo.
Complexity
Major Design Challenges
q
Microscopic issues
l l l l l l
q
Macroscopic issues
l l l l l l
ultra-high speeds power dissipation and supply rail drop growing importance of interconnect noise, crosstalk reliability, manufacturability clock distribution
time-to-market design complexity (millions of gates) high levels of abstractions reuse and IP, portability systems on a chip (SoC) tool interoperability
VLSI Design L1 .50
REN, Tongji Univ., 2014
。