超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)導(dǎo)論序言

本書(shū)1990年12月第一次出版后，受到了同行專(zhuān)家的好評(píng)，并被多所高等學(xué)校所采用。1996年本書(shū)獲第三屆全國(guó)工科電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)，這是對(duì)作者所作嘗試的鼓勵(lì)和鞭策。

近幾年來(lái)集成電路技術(shù)繼續(xù)保持高速發(fā)展，最突出的表現(xiàn)有三點(diǎn)：一是硅生產(chǎn)工藝已從微米、亞微米進(jìn)入到深亞微米水平，這就要求建立精確的深亞微米器件模型、互連模型和時(shí)序模型，二是電路的設(shè)計(jì)規(guī)模已從數(shù)萬(wàn)門(mén)上升到數(shù)十萬(wàn)門(mén)乃至上百萬(wàn)門(mén)，這就要求設(shè)計(jì)工作從較高的抽象層次出發(fā)并按層次式方法進(jìn)行管理；三是適應(yīng)這些要求而出現(xiàn)的第三代集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）系統(tǒng)，在系統(tǒng)中引入了硬件描述語(yǔ)言（VHDL）和邏輯綜合（logic synthesis）等工具。

為了充分反映近年來(lái)在集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)和設(shè)計(jì)工具方面的變革，我們?cè)诒３衷瓡?shū)結(jié)構(gòu)（即分為設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具兩大部分）的基礎(chǔ)上，對(duì)書(shū)中內(nèi)容做了較大的增補(bǔ)和修改：

（1）對(duì)第三代EDA系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)框架做了介紹，并概述了深亞微米電路設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)流程的影響；

（2）新增硬件描述語(yǔ)言VHDL一章；

（3）新增邏輯綜合一章；

（4）將器件模型部分單獨(dú)成章，并新增深亞微米MOS器件模型；

（5）新增門(mén)海設(shè)計(jì)方法的討論；

（6）加重了可編程邏輯器件和邏輯單元陣列設(shè)計(jì)方法的論述；

（7）新增二維器件模擬的討論；

（8）對(duì)計(jì)算機(jī)輔助版圖設(shè)計(jì)一章做了較大修訂以反映版圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最新變化。

我們希望此書(shū)再版后對(duì)推動(dòng)我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)水平的提高有所促進(jìn)，對(duì)高等學(xué)校的教學(xué)改革、課程改革有所幫助。但由于集成電路設(shè)計(jì)方法與工具涉及的領(lǐng)域很廣，加之作者的水平和能力有限，我們未能對(duì)有些問(wèn)題如行為級(jí)綜合、時(shí)序分析等作系統(tǒng)論述。此外，書(shū)中難免存在錯(cuò)誤和不足，敬請(qǐng)廣大讀者予以批評(píng)指正。2100433B

第1章 設(shè)計(jì)過(guò)程概述

1.1 集成電路設(shè)計(jì)方法和工具的變革

1.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架

1.3 “自頂向下”與“由底向上”設(shè)計(jì)步驟

1.4 典型的設(shè)計(jì)流程

1.5 深亞微米電路設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)流程的影響

1.6.ASIC及其分類(lèi)

1.7 不同設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

第2章 各種設(shè)計(jì)方法

2.1 全定制設(shè)計(jì)方法

2.2 半定制設(shè)計(jì)方法

2.2.1 有通道門(mén)陣列法

2.2.2 門(mén)海法

2.3 定制設(shè)計(jì)方法

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)單元法

2.3.2 通用單元法

2.4 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法

2.4.1 PLD的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)

2.4.2 PLD的符號(hào)

2.4.3 PAL

2.4.4 GAI

2.4.5 高密度PLD

2.4.6 在系統(tǒng)內(nèi)編程的PLD

2.4.7 設(shè)計(jì)流程

2.5 邏輯單元陣列設(shè)計(jì)方法

2.5.1 LCA的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

2.5.2 可配置邏輯功能塊

2.5.3 輸入/輸出功能塊

2.5.4 可編程的內(nèi)部連線資源

2.5.5 配置用存儲(chǔ)器

2.5.6 設(shè)計(jì)流程

2.5.7 編程

第3章 硬件描述語(yǔ)言VHDL

3.1 硬件描述語(yǔ)言的特點(diǎn)

3.2 VHDL中的設(shè)計(jì)實(shí)體

3.2.1 實(shí)體說(shuō)明

3.2.2 實(shí)體構(gòu)造

3.3 VHDL中的對(duì)象和數(shù)據(jù)類(lèi)型

3.3.1 數(shù)的類(lèi)型和它的字面值

3.3.2 數(shù)據(jù)類(lèi)型

3.3.3 對(duì)象的說(shuō)明

3.3.4 VHDL中數(shù)的運(yùn)算

3.4 行為描述

3.4.1 對(duì)象的賦值

3.4.2 并發(fā)進(jìn)程

3.4.3 并行信號(hào)賦值語(yǔ)句

3.4.4 進(jìn)程語(yǔ)句

3.4.5 順序賦值語(yǔ)句

3.4.6 順序控制

3.4.7 斷言語(yǔ)句

3.4.8 子程序

3.5 結(jié)構(gòu)描述

3.5.1 元件和例元

3.5.2 規(guī)則結(jié)構(gòu)

3.5.3 參數(shù)化設(shè)計(jì)

3.5.4 結(jié)構(gòu)與行為混合描述

3.6 設(shè)計(jì)共享

3.6.1 程序包

3.6.2 庫(kù)

3.6.3 元件配置

第4章 邏輯綜合

4.1 邏輯綜合的作用

4.2 邏輯函數(shù)與多維體表示

4.2.1 邏輯函數(shù)的真值表表示

4.2.2 三種輸入集合

4.2.3 邏輯多維空間

4.2.4 多維體與布爾表達(dá)式.

4.2.5 邏輯函數(shù)的覆蓋

4.3 邏輯多維空間的基本運(yùn)算

4.3.1 包含與吸收

4.3.2 相交與交積

4.3.3 相容與星積

4.3.4 求補(bǔ)和銳積

4.4 組合邏輯的綜合

4.4.1 邏輯綜合的基本思路

4.4.2 質(zhì)蘊(yùn)涵體集合的獲得

4.4.3 覆蓋的最小化

第5章 邏輯模擬

5.1 邏輯模擬的作用

5.2 邏輯模型

5.2.1 邏輯信號(hào)值

5.2.2 邏輯求值

5.2.3 基本邏輯元件

5.2.4 信號(hào)延遲

5.2.5 邏輯信號(hào)強(qiáng)度

5.3 邏輯模擬算法

5.3.1 編排級(jí)數(shù)法

5.3.2 事件驅(qū)動(dòng)法

5.3.3 邏輯模擬器內(nèi)部數(shù)據(jù)表格

第6章 電路模擬

6.1 電路分析的作用

6.2 SPICE2的功能

6.3 SPICE2使用舉例

6.4 SPICE2的結(jié)構(gòu).

6.5 SPICE2的流程

6.6 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)與存放格式

6.7 建立電路方程

6.8 求解方法

6.8.1 線性電路的直流分析

6.8.2 非線性電路的直流分析

6.8.3 交流分析

6.8.4 瞬態(tài)分析

6.8.5 收斂問(wèn)題

第7章 SPICE中的器件模型

7.1 對(duì)器件模型的要求

7.2 二極管模型

7.3 雙極型晶體管模型

7.4 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管模型

7.5 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管模型

7.5.1 MOS1模型

7.5.2 MOS2模型

7.5.3 MOS3模型

7.5.4 電容模型

7.5.5 小信號(hào)模型

7.5.6 串聯(lián)電阻的影響

7.6 BSIM短溝道MOS管模型

7.6.1 BSIM1模型

7.6.2 BSIM2模型

7.6.3 BSIM3模型

7.7 器件模型參數(shù)的提取

第8章 器件模擬

8.1 器件模擬的作用

8.2 一維器件模擬

8.3 二維器件模擬

8.4 器件模擬程序應(yīng)用舉例

第9章 工藝模擬

9.1 工藝模擬的作用

9.2 工藝模擬的求解方法

9.3 工藝模擬程序中的工藝模型

9.4 工藝模擬程序的應(yīng)用舉例

第10章 計(jì)算機(jī)輔助版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

10.1 版圖的基本概念

10.1.1 版圖中的圖素與分層

10.1.2 版圖單元與版圖的層次化結(jié)構(gòu)

10.1.3 版圖上的注釋

10.1.4 版圖的工藝

10.1.5 版圖單元庫(kù)

10.1.6 版圖數(shù)據(jù)交換文件

10.2 版圖的交互編輯

10.2.1 基本的圖形操作

……

參考文獻(xiàn)

附錄I 算法基礎(chǔ)

附錄II CIF格式

《超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)導(dǎo)論(第2版)》：清華大學(xué)電子與信息技術(shù)系列教材,高等學(xué)校電子信息類(lèi)規(guī)劃教材。

陶棟材主編的《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)》在討論傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)的關(guān)系、特點(diǎn)，以及對(duì)多種常用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行概括介紹的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)本書(shū)融入了編者多年來(lái)在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)方面的一部分研究成果。通過(guò)對(duì)本書(shū)的學(xué)習(xí)；讀者可以掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)的基本思想原理、設(shè)計(jì)過(guò)程和應(yīng)用。

《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)》可作為機(jī)械類(lèi)碩士生研究生和高年級(jí)本科生教材，也可供其他專(zhuān)業(yè)師生和從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員參考。

設(shè)計(jì)方法學(xué)是研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)律、設(shè)計(jì)程序及設(shè)計(jì)中思維和工作方法的一門(mén)綜合性學(xué)科。設(shè)計(jì)方法學(xué)以系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)分析設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略進(jìn)程和設(shè)計(jì)方法、手段的戰(zhàn)術(shù)問(wèn)題。在總結(jié)設(shè)計(jì)規(guī)律、啟發(fā)創(chuàng)造性的基礎(chǔ)上促進(jìn)研究現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、科學(xué)方法、先進(jìn)手段和工具在設(shè)計(jì)中的綜合運(yùn)用。對(duì)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品, 改造舊產(chǎn)品和提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力有積極的作用。

設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面:

1. 分析設(shè)計(jì)過(guò)程及各設(shè)計(jì)階段的任務(wù), 尋求符合科學(xué)規(guī)律的設(shè)計(jì)程序。將設(shè)計(jì)過(guò)程分為設(shè)計(jì)規(guī)劃(明確設(shè)計(jì)任務(wù))、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)四個(gè)階段, 明確各階段的主要工作任務(wù)和目標(biāo), 在此基礎(chǔ)上建立產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的進(jìn)程模式, 探討產(chǎn)品全壽命周期的優(yōu)化設(shè)計(jì)及一體化開(kāi)發(fā)策略。

2. 研究解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的邏輯步驟和應(yīng)遵循的工作原則。以系統(tǒng)工程分析、綜合、評(píng)價(jià)、決策的解題步驟貫徹于設(shè)計(jì)各階段, 使問(wèn)題逐步深入擴(kuò)展, 多方案求優(yōu)。

3. 強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新能力的重要性, 分析創(chuàng)新思維規(guī)律, 研究并促進(jìn)各種創(chuàng)新技法在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

4. 分析各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法如系統(tǒng)工程、創(chuàng)造工程、價(jià)值工程、優(yōu)化工程、相似工程、人機(jī)工程、工業(yè)美學(xué)等在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用, 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的科學(xué)合理設(shè)計(jì), 提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。

5. 深入分析各種類(lèi)型設(shè)計(jì)如開(kāi)發(fā)型設(shè)計(jì)、擴(kuò)展型設(shè)計(jì)、變參數(shù)設(shè)計(jì)、反求設(shè)計(jì)等的特點(diǎn), 以便按規(guī)律更有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

6. 研究設(shè)計(jì)信息庫(kù)的建立。用系統(tǒng)工程方法編制設(shè)計(jì)目錄——設(shè)計(jì)信息庫(kù)。把設(shè)計(jì)過(guò)程中所需的大量信息規(guī)律地加以分類(lèi)、排列、儲(chǔ)存, 便于設(shè)計(jì)者查找和調(diào)用, 便于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

7. 研究產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。運(yùn)用先進(jìn)理論,建立知識(shí)庫(kù)系統(tǒng), 利用智能化手段使設(shè)計(jì)自動(dòng)化逐步實(shí)現(xiàn)。

設(shè)計(jì)方法學(xué)的關(guān)鍵是針對(duì)設(shè)計(jì)條件的集合，尋找最佳的解決方案（the best solution）。她強(qiáng)調(diào)應(yīng)用的頭腦風(fēng)暴（brainstorming），鼓勵(lì)創(chuàng)新意識(shí)和協(xié)同思維，以便處理想法，達(dá)成最佳方案。迎合用戶(hù)的需求和設(shè)想是最關(guān)鍵的考量。當(dāng)然，設(shè)計(jì)方法學(xué)也運(yùn)用基本的研究方法，例如分析和測(cè)試。

設(shè)計(jì)方法學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)：可行性設(shè)計(jì)——最優(yōu)化設(shè)計(jì)——系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

十九世紀(jì)中后期, 隨著工業(yè)革命的發(fā)展, 人們開(kāi)始注意總結(jié)工程設(shè)計(jì)的規(guī)律和方法。二十世紀(jì)六十年代以來(lái), 由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的日益劇烈, 各國(guó)普遍重視設(shè)計(jì)環(huán)節(jié), 推動(dòng)了設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究。德國(guó)等歐洲國(guó)家重點(diǎn)抓系統(tǒng)化設(shè)計(jì)并注意總結(jié)設(shè)計(jì)規(guī)律和方法, 并用技術(shù)文件方式進(jìn)行推廣。美國(guó)、日本等國(guó)則更重視創(chuàng)造性設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用。70 年代后期歐洲成立了設(shè)計(jì)研究組織WDK(Workshop Design-Konstruktion) 及相應(yīng)的許多專(zhuān)業(yè)研究小組。目前每隔一年召開(kāi)一次國(guó)際工程設(shè)計(jì)會(huì)議ICED ( International Conference on EngineeringDesign) , 設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究更引向深入。2100433B

設(shè)計(jì)方法學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)共10章，上篇是“思維篇”（1~4章），通過(guò)對(duì)思維、心理、視覺(jué)等方面的大量研究，系統(tǒng)分析了設(shè)計(jì)思維與方法的基本原理和規(guī)律；下篇是“方法篇”（5~10章），從藝術(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)開(kāi)始論述，然后將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)幾個(gè)方面，闡述了如何運(yùn)用科學(xué)的方法增進(jìn)創(chuàng)造性思維成果的可行性。

“設(shè)計(jì)方法學(xué)”作為設(shè)計(jì)類(lèi)各專(zhuān)業(yè)的核心課程，歷來(lái)受到各類(lèi)高校設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的重視。本書(shū)是一部講授創(chuàng)新思維與設(shè)計(jì)方法的書(shū)籍，分上、下兩篇。_{上篇是“思維篇”，通過(guò)對(duì)思維、心理、視覺(jué)等方面的大量研究，系統(tǒng)分析了設(shè)計(jì)思維與方法的基本原理和規(guī)律；下篇是“方法篇”，從藝術(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)開(kāi)始論述，然后將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)幾個(gè)方面，闡述了如何運(yùn)用科學(xué)的方法增進(jìn)創(chuàng)造性思維成果的可行性。}

設(shè)計(jì)方法學(xué)作者簡(jiǎn)介

鄭建啟 畢業(yè)于中央工藝美術(shù)學(xué)院，現(xiàn)任武漢理工大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)系主任，三十多年來(lái)，一直致力于工業(yè)設(shè)計(jì)、展示設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)教育與工程實(shí)踐，迄今完成重大設(shè)計(jì)課題三十多項(xiàng)，出版著作多部，發(fā)表論文與作品數(shù)十篇,獲“中國(guó)之星”等國(guó)家省部級(jí)科研成果獎(jiǎng)近二十項(xiàng)2。

設(shè)計(jì)方法學(xué)目錄

前言Ⅰ

上篇思維篇

第1章概述

1.1思維科學(xué)研究的對(duì)象、意義

1.2思維研究的簡(jiǎn)史

第2章創(chuàng)造性思維是藝術(shù)設(shè)計(jì)思維的核心

2.1創(chuàng)造性思維與藝術(shù)設(shè)計(jì)

2.2創(chuàng)造性思維概述

2.3創(chuàng)造性思維的方向和結(jié)果

2.4創(chuàng)造性思維的主要形式

2.5幾種思維形式的辨證關(guān)系

第3章創(chuàng)造思維的基本規(guī)律

3.1創(chuàng)造思維的本質(zhì)

3.2創(chuàng)造思維規(guī)律

3.3系統(tǒng)組合率

3.4形式組合率

第4章藝術(shù)設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練

4.1創(chuàng)造思維訓(xùn)練概述

4.2思維的可訓(xùn)練性

4.3藝術(shù)設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練的意義

4.4增進(jìn)創(chuàng)造性思維的具體策略

下篇方法篇

第5章創(chuàng)造力及其開(kāi)發(fā)

5.1創(chuàng)造力的基本概念

5.2創(chuàng)造力的普遍性和可開(kāi)發(fā)性

5.3創(chuàng)造能力的培養(yǎng)

第6章現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與方法論研究

6.1設(shè)計(jì)方法的流派介紹

6.2現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及方法論研究

第7章設(shè)計(jì)藝術(shù)形態(tài)構(gòu)成

7.1關(guān)于形態(tài)的理解

7.2造形原理

7.3形態(tài)設(shè)計(jì)的來(lái)源

7.4如何“造形”

第8章工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法

8.1產(chǎn)品方案創(chuàng)造的原則及注意事項(xiàng)

8.2產(chǎn)品方案創(chuàng)造的方法

8.3方案創(chuàng)造的程序

8.4產(chǎn)品設(shè)計(jì)程序

8.5產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例

第9章綜合系統(tǒng)、信息、控制論的設(shè)計(jì)方法

9.1現(xiàn)代系統(tǒng)思維方式的興起與思維方式的變革

9.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與方法

9.3現(xiàn)代產(chǎn)品系統(tǒng)化特征

9.4系統(tǒng)科學(xué)方法

第10章走向多元的設(shè)計(jì)時(shí)代

參考文獻(xiàn)