UNIT 1 Microelectronics and Electronic Circuits
1-1 Introduction to Microelectronics
首先学习KEY WORDS.
学习课文
英文翻译成中文，并注意学习专业词汇。
Para. 1
对太空的探索以及人造地球卫星的发展，增强了人们对减少电子电路的重量和体积的重要性的认识。另外，即使电流在计算机中流得相当快，但是由于电子元器件之间的互联所导致的信号的时间延迟是不能不考虑的。如果这种互联在尺寸上能减小，无疑会使计算机的运行速度更快。
Para. 2
微电子学主要是使常规电路微型化。比如一个运算放大器，包括许多彼此互连的分立器件，
有二极管，电阻，象这样一个完整的电路，可以制作在一个很小的基片上。这个完整的微型化的电路就称之为集成电路（IC）。
Para. 3
IC体积小，重量轻，坚固耐用，稳定可靠。它们比同等宏观电路（分立元件电路）需要更少的功耗和更低的电压。因此，它们可以工作在更低的温度下，而在这种温度下，分立器件可能都不能正常工作，因为温度没有达到正常工作温度范围。相应地，几乎不会产生寄生电容和延时，因为在IC中，器件之间地互联非常短。维护起来跟简单，因为，如果在一个IC里边地器件坏了，通常用一个新的IC来替换坏的。表面技术的大规模生产技术已经降低了许多IC混蛋的英文的成本，因此，它们就跟单个晶体管一样便宜。最后的结果就是，大部分常用的分立器件电路被IC所取代。
Para. 4
有两种基本类型的IC：一种是独立IC,一种是薄或厚的膜状IC. 独立IC是构建在单个的半导体晶体的基片里边，通常用的是硅。薄或厚的膜状IC是形成在一种绝缘材料的表面，像玻
璃或者陶器。还有一种混合的IC所包含的不仅仅是单个的基片。在这里，这个词“混合”同样也指独立IC和薄或厚的膜状IC结合体。
Para. 5
也可根据其功能不同对集成电路进行分类。数字IC（也称为逻辑IC）通常用作开关，表示接通或关闭。在计算机中，接通和关闭状态分别对应达特茅斯大学0或1。另一种IC被称为线性或模拟IC。集成电路可以用双极或单极晶体管来生产。然而，在许多方面，场效应管优于双极晶体管。它们属于高阻抗器件，相应地可以减少它们的工作电流和功率损耗，相反，可以获得更高的有效功率。对于一个复杂的电子线路集成为一小块的情况，减小功率损耗是非常重要的，要释放这种电路产生的热量将是一个难题。场效应管的这种结构形式，尤其是对MOSFET，很容易使它们制作成IC，并且能使电阻和电容也很容易集成在这种IC里边。
Para. 6
大多数的电路都是由有源器件组成，比如，晶体管、二极管，还有电阻和电容，电阻起偏置、集电极负载以及阻抗变换的作用，电容起隔直通交的作用。每一个器件能够被制作
在一个适合于IC的形状里边，这种形状是有限制的，比如，电容就不能太大。一些器件，像电感或大的电容，制作在一个合适的形状里边就很困难。通常，一些可以替代的电路形式可以被设计，可以去掉以上那些不宜集成的器件，否则这些器件只能作为集总元件放在IC的外部。
UNIT 2 Electronic Design Automation
2-1 Introduction to Configurable Computing
首先学习KEY WORDS.
学习课文
英文翻译成中文，并注意学习专业词汇。
有这样一类计算机，当它们在运行时，可以修改它们的硬件，这类计算机在计算机设计方面正在开创一个新的时代。因为它们能迅速地过滤数据，它们擅长于模式识别，图像处理和编制密码。
计算机设计者常常面临一种挑战，就是在计算机的速度和一般性之间找到平衡点。他们可以制造一个通用的芯片，这种芯片有许多不同的功能，但相对较慢；或者，他们可以设计专用芯片，这种芯片只能做一些有限的工作，但速度快得多。微处理器，像intel Pentium 或者pedaloMotorola PowerPC 芯片经常在个人计算机中被发现，这种芯片是通用的：以二进制格式编写的程序指令几乎可以使微处理器完成程序员所能想到的所有逻辑或数学运算。intel Pentium 处理器，打个比方，从来就不是专门为运行集结号剧情Microsoft Word 或者是计算机游戏 DOOM而设计，但两者都可以运行。
1. 可以配置的计算
相反，定制的硬件电路，我们称之为专用集成电路（ASICs），正好提供了为完成特殊任务而设计的这种功能。通过针对给定的工作认真调整专用集成电路，计算机设计者可以制造出更小，更便宜，更快且比可编程处理器耗能更少的芯片。为个人电脑设计的图像处理芯片，举个例子，能够以10或academician100倍于通用438yy影院CPU不可否认的速度在屏幕上划线或作图。
当设计者在通用性和速度之间作出选择时，他们也必须面临成本的问题。一个为专门问题而设计的优秀的ASIC可以用来解决专门的问题，当在这个芯片完成以后，要提出修改的话，
那不是一件容易的事情。而且，即使可以修改的ASIC能够为新的问题而开发出来的话，这个原始硬件电路太过于专一化在连续世代中不可以重复使用。结果，在工程上，设计和制造一个ASIC必须花费许许多多的努力。
2. 可编程的电路
在集成电路方面，一种新的开发方法提供了第三种选择：大的，快的，现场可编程的门阵列，或者叫FPGAS——一种高度可以调整的硬件电路，在使用过程中，它的每一个部分几乎都能够被修改。FPGAS由可以配置的逻辑块阵列组成，这个些逻辑块可以实现门电路的逻辑功能。逻辑门就像带有多路输入，单路输出的开关。它们用在数字电路来实现基本的二进制运算，像与运算，与非运算，或运算，或非运算和异或运算。在大多数的硬件里，今天主要用在计算机中，门电路的逻辑功能是固定的，不能够被修改。然而，在FPGAS中，逻辑块中的逻辑功能和块之间的连接通过往芯片中送信号可以改变。这些逻辑块的结构和某些专用集成电路中的门阵列类似，但标准门阵列在生产时就被配置好了，而现场可编程的门阵列中的逻辑块可以在集成电路出厂很长时间后反复重新布线和重新编程。
开启可以配置计算之门的钥匙是可以非常迅速地进行配置的新的FPGAs。最早期的现场可
变程阵列需要几秒或更长的时间来改变它们的连接——这非常适合于工程师们，他们需要测试可以选择的不同电路的设计；这也适合一些公司，他们销售的产品偶尔需要升级。更新的FPGAs能够在1ms之内被配置好，并且，在两年之内，我们所期望看到的配置时间少于100uslove hotel的器件也会出现。最终，计算装置也许能够使它们的硬件非常方便地随着输入数据或者过程环境作相应地改变。
在FPGA的设计方面有许多不同的方法，但是它们的基本结构是由大量的可以配置的逻辑块和可编程的栅格状的连接所组成，这些连接能够以设计者选择的任何方式把这些逻辑块连接到一起。那些粗粒状的FPGAs有一些数量较少的配置能力强的逻辑块，而那些具有细粒状结构的FPGAs有许多简单的逻辑块。在一个粗粒状的FPGAs中，单个的一个元件也许能够作加法或比较两个数。在一个由细粒状的FPGAs组成的装置里边，一个逻辑块也许只能比较两个二进制位，实际上，它是一个单个的逻辑门。设计者是选择粗粒的还是细粒的芯片开始设计依赖于将来的应用和从零开始构建复杂的子系统所需的时间是否充裕。
计算装置能够以许多不同的方式来利用可以配置的元件。最基本的技术就是在不同命令下实现功能的转换，即退出一个程序后运行另一个程序所对应的硬件动作。慢速的重新配置，
需要几秒钟的，也许非常适合这样一种应用。更快的编程时代允许动态的设计转换：单个FPGA可以一个接一个地非常迅速地完成一系列的任务，每一个任务完成以后，FPGA可以重新配置它自己以便去完成下个任务。这样的设计来运行这个芯片是以一种分时的模式，在接连的配置之间，转换得如此之快，这个FPGA完成它所有的任务好像是在一瞬间一样。
用这种方法，我们构建了一个视频传输系统，每帧视频这个系统可以重新配置它自己4次。这样一个系统只需要构建一个不可配置的ASIC的1/4的硬件。这个FPGA首先把输入的视频信号存储在存储器中，然后经过两次不同的图像处理转换，最后，通过调制解调器来输送信号。
zp
可配置计算的最大的挑战及其潜在的最有力的形态包括硬件在执行任务时，只要有空闲就能够重新配置它们自己，优化它们自己的程序以便改进它们的性能。一个图像识别芯片也许能调整它们自己，通过猜测目标的身份，这个芯片要识别图像里是否包含有小汽车或者卡车，企图跟踪高速的航天器或慢速的行人的原始电路的一部分能够重新配置以便把焦点集中在陆地上的交通工具上。对于一些应用，比如像这样一个抛弃传统的标新立异的计算
机设计，里边的硬件在开始是专用的，能够制造出可能比采用通用微处理器或常用芯片快得多和有更多功能的机器。
第三单元 计算机结构和微处理器
3－1 计算机结构
计算机结构，在计算机科学中指的是计算机系统全部或者部分结构的一个总括。这个术语同样包含了系统软件的设计，如操作系统（控制计算机的程序）和将硬件和基本软件结合在一起以使整台机器连成一个计算机网络的连接程序。计算机结构讨论的是一个完整的结构和使它具有各种功能的各个细节。因此，计算机结构包含了计算机系统、微处理器、电路和系统软件。这个术语不包括那些可以完成某种工作而不会使系统运转的应用软件，如电子制表软件或文字处理软件。
1． 结构组成
在计算机系统的设计过程中，设计者考虑到了组成系统硬件的五个主要要素，它们是运算器、控制器、内存储器、输入系统和输出系统。运算器执行算术运算和数值比较。控制器
yige通过提取用户指令并将其转换成计算机中的电路可以识别的电信号来控制计算机的操作。运算器和控制器组合起来就是中央处理器。内存储器存储指令和数据。输入系统和输出系统分别使计算机接受和发送数据。
硬件结构会随着系统或用户的特殊需要而改变。有的用户可能需要一个快速显示图像的系统，有的系统则需要实现数据库的最优查询，而对于膝上型电脑，所关心的则是如何节能。
除了硬件设计，设计者们还必须考虑什么样的软件才能操作系统。软件，如程序设计语言和操作系统，使用户可以无视硬件的具体结构。比如说，用C程序设计语言和UNIX操作系统的计算机在用户看来可能没什么不同，而事实上它们用到了不同的硬件。
2． 处理结构
当计算机完成一条指令，它需要进行五个步骤。首先，控制器从内存储器得到一条指令，如一个将两数相加的指令；然后，控制器将指令解码成可以控制计算机的电信号；第三步，控制器获取数据（两个数字）；第四步，运算器执行操作（将两个数相加）；最后，控制器保存结果（两个数的和）。
早期的计算机由于完成复杂指令的电子电路成本很高，因而只用一些简单指令。在20世纪60年代，随着该成本的降低，很多的复杂指令也变得可行了。复杂指令（一条指令可指定多项操作的指令）由于可以使计算机不必去取一些额外指令而省时不少。比如执行一个结合了七项操作的指令就可以省去六次获取指令的步骤，从而使计算机花更少的时间执行操作。将多条指令结合在一起形成一次操作的计算机被称作复杂指令集计算机。
然而，多数程序都不是经常用到复杂指令，而主要是一些简单指令。当这些简单指令在复杂指令集计算机上运行的时候，它们将使处理变慢，因为每一条指令，不管它是简单还是复杂，在复杂指令集计算机上都要花更长的时间解码。一个相反的策略就是返回最初的设计方案，即只用简单的、单操作指令以提高常用操作的执行速度从而提高整体的处理速度。按这种思路设计的计算机就是精简指令集计算机。
