数字集成电路chapter1

数字集成电路

数字集成电路设计何爱香

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课时安排 40学时上课+16学时实验 实验安排：

9-16周，6703实验室 周五3,4节

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参考文献

Digital Integrated Circuits

http://bwrcs.eecs.berkeley.edu/Ic Book/ 包含课后习题

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第1章 引论 1.1历史回顾

1.2数字集成电路设计中的问题 1.3数字设计的质量评价

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1.1历史回顾 19世纪早期，Babbage构想了一个大型机

械计算装置，称为差动引擎。(10进制)1.实现基本运算： 加、减、乘、除 2.可以存放和执行25,000 零件 Cost: 17,470磅EE141 © Digital Integrated

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1946年，第一台计算机ANIAC出现

含有18000真空管

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1947年，晶体管在Bell实验室发明

1949年，发明了双极型晶体管

First transistor Bell Labs, 1948

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1958年，Texas

Instruments提出集成电

路思想

(获得了诺贝尔奖)

集成在一个半导体衬 底上

Bipolar logic 1960’sECL 3-input Gate Motorola 1966EE141 © Digital Integrated

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1962年，第一个真正成功的IC逻辑系列

TTL发明，20世纪80年代垄断市场 20世际70年代，MOS开始应用，开始占据 主导位置 本文只讨论CMOS

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1972年，Intel公司推出第一批微处理器，

40041000 transistors 1 MHz operation

Intel 4004 Micro-Processor

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Intel Pentium (IV) microprocessor

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1.2数字集成电路设计中的问题摩尔定律：20世纪60年代，Moor预见在一个单片 机上集成的晶体管数目将随时间按指数规律增长。16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0LOG2 OF THE NUMBER OF COMPONENTS PER INTEGRATED FUNCTION

Electronics, April 19, 1965.

1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975

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每个芯片上的存储位数

复杂程度每1~2年 翻一倍，从1970年 起，增加超过1000 倍

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Transistor CountsK 1,000,000 100,000 10,000 1,000 100 108086Source: Intel

1 Billion TransistorsPentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium®

i486 i386 80286

1 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010ProjectedEE141 © Digital Integrated

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Moore’s law in Microprocessors1000 Transistors (MT) 100 10 1 0.1 0.01 8085 386 286 8086 每两年翻倍 8080 8008 4004 198

0 1990 Year 2000 2010 486

2X growth in 1.96 years!P6 Pentium® proc

0.001 1970

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Frequency10000 Frequency (Mhz) 1000 100 486 10 1 0.1 1970 8085 8086 286 386

Doubles every 2 yearsP6 Pentium ® proc

8080 8008 4004 1980 1990 Year 2000 2010

时钟频率每2年翻一倍，已经达到千兆赫兹16

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