数字IC刷题（一）

数字IC刷题（一）

一、选择

1、To achieve better leakage(   )cells are placed

A.HVT

B.LVT

C.RVT

解:

LVT(Low V threshold)：低阈值 这种库的漏电流较大，但是延迟较小

SVT( Standard V threshold)：标准阈值 居于两者中间

HVT(HVT = High V threshold)：高阈值 这种库的漏电流小，但是延迟大

HVT的cell其阈值电压最大其掺杂浓度越高，因而泄露功耗最小；选A

2、To achieve better delay(   )cells are placed in critical path

A.HVT

B.LVT

C.RVT

解:

LVT的cell其阈值电压最小，整体电路中传播速度最快，延迟最小；选B

3、关于“线与”逻辑描述错误的是：（）

A．“线与”逻辑是两个输出信号相连可以实现“与”的功能

B．可以用OD门来实现“线与”

C．可以用OC门来实现“线与”

D．“线与”逻辑必须在输出端加一个下拉电阻

解：线与逻辑在硬件上，要用oc门来实现（漏极或者集电极开路），由于不用oc门可能使电流过大，而烧坏逻辑门，同时在输出端口应加一个上拉电阻。（线或则是下拉电阻），选D

二、问答

4、请画出setup/hold关系图，以及removal/recovery 关系图

5、

某主频为400MHz的CPU执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下：

指令类型	指令执行数量	平均时钟周期数
整数	45000	1
数据传送	75000	2
浮点	8000	10
分支	1500	2

1）.求该计算机的有效CPI（Cycle Per Instruction）. MIPS（Million Instruction Per Second）和程序执行时间。

2.）若将CPU中浮点单元加速10倍，CPU整体性能提升比例是多少？

解：做这道题前先搞清楚CPU几个指标的基本概念

CPI ：平均每条指令执行的平均时钟周期个数

MIPS（MillionInstructions Per Second） ：每秒执行百万条指令数

程序执行时间：执行程序所需的时钟周期数×时钟周期时间

对于问题1有

CPI=(45000*1+75000*2+8000*10+1500*2)/(45000+75000+8000+1500)=2.147

MIPS=1/(T(period)*CPI*1000000) =f/CPI=400/2.147=186.31

程序执行时间=(45000+75000*2+8000*10+1500*2)/400=695

对于问题2有

CPI=(45000*1+75000*2+8000*1+1500*2)/(45000+75000+8000+1500)=1.591

CPI提升约(2.147-1.591)/2.147=25.9%

6、

Python or Perl写出数组的交集

"""以a、b、c为实验对象，求a、b、c都同时拥有的元素"""

a = [0,1,2,3,4]

b = [0,2,6]

c = [-1,2,5,8]

r = list(set(a).intersection(b,c)) # 求多个list的交集：a、b、c同时拥有的元素

print('r -->', r)   # 输出r --> [2]

8.在后端中，反相器、PMOS和NMOS谁的面积更大？

nmos的导电沟道中载流子是电子，而pmos导电是空穴，电子的迁移率是空穴迁移率的2.5倍左右，P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低，因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。相同大小下，PMOS的驱动能力要比NMOS弱，为了驱动力平衡，同等工艺下一般PMOS的面积是NMOS的2~3倍，因此PMOS大于NMOS；而一个反相器由一个PMOS和一个NMOS拼接而成，因而反相器>PMOS>NMOS

三、手撕代码

1、实现四请求的轮询仲裁器

解：轮询仲裁器逻辑特点：

a. 基于次序的优先级:小号输入口的优先级高于大号输入口；

b. 最高优先级是循环的,RR逻辑中，最高优先级并不总是0，而是根据上一次选择的输入口而变化的。上一次选择的输入口的下一个输入口具有最高的优先级。同时最高优先级并不是逐个向后轮换的，而是根据上一次选择的输入口可能产生跳变

module rr_arbiter
(
input clk,
input rst_n,
input [3:0]req,
input req_en,
output[3:0]grant_arb
);
reg [3:0] state_c_arb;
reg [3:0] state_n_arb;
always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) beginstate_c_arb<=0;endelse if(req_en)beginstate_c_arb=state_n_arb;endelse beginstate_c_arb<=0;end
endalways @(*) beginif (!rst_n) beginstate_n_arb<=0;endelse begincase(state_c_arb)4'b0001:begincase(1'b1)req[1]:state_n_arb<=4'b0010;req[2]:state_n_arb<=4'b0100;req[3]:state_n_arb<=4'b1000;req[0]:state_n_arb<=4'b0001;default:state_n_arb<=4'b0001;endcaseend4'b0010:begincase(1'b1)req[2]:state_n_arb<=4'b0100;req[3]:state_n_arb<=4'b1000;req[0]:state_n_arb<=4'b0001;req[1]:state_n_arb<=4'b0010;default:state_n_arb<=4'b0010;endcaseend4'b0100:begincase(1'b1)req[3]:state_n_arb<=4'b1000;req[0]:state_n_arb<=4'b0001;req[1]:state_n_arb<=4'b0010;req[2]:state_n_arb<=4'b0100;default:state_n_arb<=4'b0100;endcaseend4'b1000:begincase(1'b1)req[0]:state_n_arb<=4'b0001;req[1]:state_n_arb<=4'b0010;req[2]:state_n_arb<=4'b0100;req[3]:state_n_arb<=4'b1000;default:state_n_arb<=4'b1000;endcaseenddefault:state_n_arb<=4'b0001;endcaseend
end
assign     grant_arb=state_n_arb;
endmodule

2、实现异步握手信号的发送传输

1）top层

module asynchronous_data(
input tclk,
input rclk,
input rstn,
input rrstn,
input [4:0] data_in,
output[4:0]data_out
);wire req;
wire ack;
reg [4:0]tx_data;tx tx_module(
.tclk(tclk),
.rstn(rstn),
.ack(rrstn),
.data_in(data_in),
.req(req),
.tx_data(tx_data)
);rx rx_1(
.rclk(rclk),
.rrstn(rrstn),
.req(req),
.data_in(tx_data),
.ack(ack),
.rx_data(data_out)
);endmodule

 2）发送端

module tx(
input tclk,
input rstn,
input ack,
input [4:0] data_in,
output req,
output reg[4:0]tx_data
);wire ack_sync;
reg ack_sync1;
reg req_reg;
wire ack_syn_negedge;
always@(posedge tclk or negedge rstn)beginif(!rstn)begintx_data<=0;endelse if(ack_syn_negedge)begintx_data<=data_in;end
endreg_module reg_module1(.clk(tclk),.sig(ack),.rstn(rstn),.sig_reg(ack_sync));always@(posedge tclk or negedge rstn)beginif(!rstn)beginack_sync1<=0;endelse if(ack_syn_negedge)beginack_sync1<=ack_sync;end
endassign ack_syn_negedge=!ack_sync&ack_sync1;always@(posedge tclk or negedge rstn)beginif(!rstn)beginreq_reg<=0;endelse if(ack_sync)beginreq_reg<=0;endelse beginreq_reg<=1;end
endassign req=	req_reg;endmodule

3）接收端

module rx(
input rclk,
input rrstn,
input req,
input [4:0] data_in,
output ack,
output reg [4:0]rx_data
);wire req_sync;always@(posedge rclk or negedge rrstn)beginif(!rrstn)beginrx_data<=0;endelse if(req_sync)beginrx_data<=data_in;end
endreg_module reg_module1(.clk(rclk),.sig(req),.rstn(rrstn),.sig_reg(req_sync));assign ack =req_sync;endmodule

4)、reg_module信号寄存模块

module reg_module(
input clk,
input rstn,
input sig,
output reg sig_reg
);reg sig_reg0;always@(posedge clk or negedge rstn)beginif(!rstn)beginsig_reg0<=0;sig_reg<=0;endelse begin sig_reg0<=sig;sig_reg<=sig_reg0;end
end
endmodule

3、格雷码转换

1)、二进制到格雷码的转换，法则是保留二进制码的最高位作为格雷码的最高位，而次高位格雷码为二进制码的高位与次高位相异或

module gray_trans
#(parameter SIZE=8)
(
input [SIZE-1] bin,
output[SIZE-1] gray,
);
assign gray=bin^{1'b0,bin[SIZE-1:1]};
endmodule

2)、格雷码到二进制的转换，法则是保留格雷码的最高位作为自然二进制码的最高位，而次高位自然二进制码为高位自然二进制码与次高位格雷码相异或 

module gray_trans
#(parameter SIZE=8)
(
input [SIZE-1:0] gray,
output[SIZE-1]:0 bin
);
assign bin[SIZE-1]=gray[SIZE-1];
genvar i;
generate
for (i=SIZE-2;i>0;i=i-1)
begin:trans
assign bin[i]=gray[i]^bin[i+1];
end
endgenerate
endmodule