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Chapter 1 : Introduction
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## Hardware Implementation
Methods or Algorithms can be implemented with :
1. **Hardware processor + suitable software programs (flexibility)**:
- 用一般CPU加上程式來達到所需功能。有彈性可以實現任意功能，但是速度慢。
1. Pentium IV + suitable software programs (high-level language)
2. TI-DSP + suitable software programs
3. MCU(8051) + suitable software programs (low-level language) : 成本低，適合用在邊緣運算和車用各個部件的晶片

3. **Dedicated hardware circuits (faster)**:
- 將所有需要的功能製作成硬體。速度快但只能執行特定功能。
1. old\_PCBs (TTL SSI, MSI chips and wires)
2. new\_PCBs(some devices, application specific integrated circuit-ASIC, wires)

3. **Some hardware circuits + software programs (to solve more complex problems)**:
- 部分硬體、部分軟體，現在大部分都採用這種方式。
1. System on a board (memory, processor, ASIC, I/O, other devices)
2. System on a chip (SoC)
## 基本介紹
### Digital System

digital circuit === IC (integrated circuit)

### Transistor
簡單來說: Base有電壓則輸出為0，Base為0則輸出為1

### Gate
( 1 gate ~= 2~14 transistors) A combination of interacting transistors


### Circuit
A combination of interacting gates designed to accomplish a specific logical function

### IC (Integrated Circuit)
數位IC通常只要做前段，後段會有tool可以幫忙，但如果是類比IC可能較要手動做。

## 設計電路的流程

### 設計電路的方法
- Schematic : 手動拉線串聯各個gate。
- HDL (Hardware Description Language) : 因為現在數位電路都數量龐大，所以改用硬體描述語言，用程式來描述邏輯閘，再由tool synthesis成邏輯閘。
- Mixed HDL & Schematic




- ==Full-custom design== (全客戶設計):通常是類比會需要。

- ==Semi-custom design== (半客戶設計): 利用程式工具來設計。

- ==Standard cell== :
- 適合大量製造 : 第一個晶片需要高額成本，但之後都用相同製程，大量生產可降低成本。
- 沒有彈性 : 難以更改，所以通常會先做一些 dummy cell 在裡面，如果需要修改可以用來替換。
- 時間較長 : ASIC 設計屬於 NP complete 問題，需要較多時間來安排cell擺放位置。

- ==PLD== :
- 適合少量 : FPGA 成本低，但如果量很大的時候還是 standard cell 較便宜。
- 設計彈性 : FPGA上面已經刻好cell，然後把電路燒上去，沒用完之後還可以燒其他電路。
- 時間較短 : 因為cell已經有了，所以不是 NP complete 問題。

### Full Custom Design


### Semi Custom Design
設計步驟 :
1. Product specification : 制定規格。
2. 用 Verilog 或 HDL 設計
3. Synthesis : 將程式轉成邏輯閘->電晶體->layout
4. 模擬和驗證


## Synthesis

NAND 和 NOR 在邏輯閘上較快，所以合成時會轉成NAND和NOR
- ==Constraint-driven==: 你設下條件 (例如目標速度或成本)，compiler給你最佳化的設計。
- Area與成本是相對應的，因為面積越大=邏輯閘越多=成本越高。
- 速度越快，成本越高。如果是嵌入式系統還要考慮功率消耗。三者彼此矛盾。

三個要考慮的條件:
- performance = speed
- area = cost
- testability : 為了要測得快、測的準，會加上額外的電路(可能20%)，成本就會提高

## IC 產業

數量越來越多
製程技術進步(越來越小)