第五章单元库设计技术
单元库设计技术是当今VLSI设计的主要技术之一，借助这个设计技术我们可以获得性能优越的VLSIC。因为单元库是"专家系统"，它是由经过精心设计和优化的电路单元模块所组成，单元库提供了性能优越的"高级"设计平台，或者说我们的设计是建立在高水平的设计基础之上。
5.1 单元库概念
在晶体管规则阵列技术中，我们用晶体管构造逻辑，我们所面对的设计基本单元是晶体管，这是的基本单元只有三个：增强型NMOS晶体管、耗尽型NMOS晶体管和增强型PMOS 晶体管。即使是门阵列，我们所处理的也还是如何将MOS晶体管"搭建"成我们常用的基本逻辑门。单元库技术所面对的直接是逻辑部件，既具有一定逻辑操作和运算功能的部件，它可能是一个逻辑门，也可能是一个功能块，甚至是一个功能相对完整的子系统。
为什么要这样做呢？因为我们有时需要具有优越性能的模块，我们需要全局和局部都优化的集成系统。全局优化是由设计系统对逻辑单元进行布局和布线优化迭代完成，生成符合某些目标函数要求的设计结果。而局部优化则是通过对基本逻辑单元精心设计完成，两者的结合才能得到满意的设计结果。
图5.1说明了采用门阵列结构所实现的两个基本逻辑门在性能上的差异。
图5.1 门阵列所构造的逻辑门及其性能差异
毫无疑问，用门阵列可以很方便地构造与非门和或非门。但是，因为门阵列的基本构造单元是MOS晶体管，并且每个NMOS管的尺寸相同，每个PMOS管的尺寸也相同，因此，将导致在构造不同的逻辑门时出现性能上的差别。这种差别表现在逻辑门的输出性能上，图5.1中MOS晶体管的宽长比设计是按照在最坏情况下（当或非门输出为低时仅有一个NMOS 管导通），或非门输出波形对称的要求计算的。考虑在输出逻辑低电平时，只有一个NMOS 管导通的情况，则输出波形中的上升时间和下降时间的比值约为1比1；在输出低电平时有两个NMOS晶体管都导通的情况下，输出波形中的上升时间和下降时间的比值约为2比1。但是，这样尺寸的MOS晶体管在构造与非门时，波形将严重地不对称。考虑在输出逻辑高电平时，只有一个PMOS管导通的情况，则输出波形中的上升时间和下降时间的比值约为1比4；在输出高电平时有两个PMOS晶体管都导通的情况下，输出波形中的上升时间和下降时间的比值约为1比8。同样地，如果用此种尺寸的MOS晶体管去构造倒相器，也会出现不对称，此时的上升时间与下降时间的比值约为1比2。
通过分析可以知道，如果以倒相器为对象设计基本的晶体管尺寸，同样会使其他的逻辑门输出信号不对称。以任何一种逻辑门为参考都会有类似地结果。门阵列以整体结构优化、自动化设计程度高和设计周期短的优势在集成电路领域得到较为广泛的应用。但是，门阵列强调整体结构优化，在局部结构上是不优化的。门阵列采用尺寸相同的基本单元，通过不同的布线实现不同的逻辑，将必然出现能力的浪费和不足。要获得每个逻辑门都满意的设计结果，只有对每个逻辑部件都进行专门地设计，这就是单元库设计技术。
将常用的逻辑部件分类分别进行精心的设计、验证，构成单元集合----单元库，设计系统根据集成电路或集成系统的需要调用这些单元完成设计。单元库设计技术分为两个主要的设计方法：标准单元设计技术和宏单元、积木块设计技术。
5.2 标准单元设计技术
5.2.1 标准单元描述
标准单元设计技术，是指采用经过精心设计的逻辑单元版图，按芯片的功能要求排列而成集成电路的设计技术。这些单元的版图具有相同的高度，不同的宽度。单元的电源线和地线通常安排在单元的上下端，从单元的左右两侧同时出线，电源、地线在两侧的位置要相同，线的宽度要一致，以便单元间电源、地线的对接。单元的输入/输出端安排在单元的上下两边，要求至少有一个输入端或输出端可以在单元的上边和下边两个方向引出，单元在上下边引出线的位置及间隔以某个数值单位进行量化。引线具有上下出线能力的目的是为了线网能够穿越单元，位置和间隔量化的目的是CAD布线简洁，目标准确，避免复杂地具体数值计算。图5.2是是一个简单倒相器的逻辑符号、单元拓扑和单元版图。
图5.2 标准单元示意图
由于单元设计上的规格化和标准化，这些单元被称为"标准单元"。这些单元经过人工优化设计，经过设计规则及性能模拟的验证，并通常经过测试芯片的实际测定，较之门阵列，它的面积与性能都有很大程度的改善。
由于标准单元的整体结构与门阵列相近，都采用"行式结构"，因此其总体结构的设计准则与门阵列的设计准则也相近。因为单元拼接以后，单元行的电源和地线实际上已经自动连在一起，因此，整体结构的电源、地线布线仅仅是对单元行外部进行。
根据具体的逻辑，将相应的标准单元从单元库中调出，排列成行，根据相邻两行的需要，决定布线通道的宽度，进行布线和I/O单元的连接，即可完成具体集成电路的设计。与优化门阵列一样，标准单元也没有多余的器件，它也需要全套制作掩模，进行全工艺过程制备，所不同的是标准单元电路性能改善，芯片面积缩小，实现了整体优化和局部优化。当然，这些标准单元也可以构成局部逻辑作为模块使用。
图5.3给出了采用标准单元技术实现的集成电路芯片结构示意图。
图5.3 标准单元实现的集成电路版图总体结构示意图
从图可以看出，标准单元设计技术保持了"行式结构"的风格，继承了它的优点，同时，由于单元的优化设计，使标准单元比门阵列在性能上更优越。
5.2.2 标准单元库设计
标准单元库是标准单元设计技术的基础，标准单元库通常应含有50个以上的标准单元。它们的性能、质量对于整个标准单元阵列性能的影响很大。
对于每一个标准单元，在单元库中有相应的三个部分描述：单元逻辑符号，单元拓扑，单元版图。
逻辑符号描述是一个图形符号，它代表一个逻辑，逻辑符号的描述应规范。逻辑符号应符合国际标准或国家标准。另一个需要注意的问题是符号的唯一性，即一个符号和名称只能代表一个单元。
单元拓扑是对单元的外部尺寸和出线位置的描述。由于标准单元规定了单元高度必须一致，所以外部单元尺寸的描述就主要是宽度的描述，通常用高宽比进行描述。单元拓扑对于出线端的描述有两种基本形式：一种形式是给出出线端的具体几何位置和出线端的线宽；一种属于规范化的描述，所有的出线端的线宽都是一样的，出线端出线的位置是在量化了的位置点上。这时，出线端的描述只要说明出线端名称、出线端所在的上下边和量化后的数字。
比如规定上边是"+"，下边为"-"，则对在上边第五量化出线点出线的信号"A"，可以简单的描述为"A，+5"。这两种描述各有利弊，对前者，出线端尺寸的描述对CAD布线带来不便，但单元内部版图设计随意性较大，不受量化点的约束，可以就近出线。对后者，设计单元版图时，器件布置和内部布线稍受约束，但CAD实现系统布线时比较简单。
单元拓扑是具体版图的主要特征的抽象描述，它去掉了版图内部的具体细节，保持了单元的主要特征，有效的减少了数据量，提高了设计效率。
单元版图一般由人工设计，前面已提到标准单元的电源、地线同时从单元两侧出线，且位置、线宽要一致。除了两侧位置一定外，在单元内部的电源、地线并不一定要受此约束，但线宽一定要大于或等于两侧出线端，这是因为即使是内部的电源、地线，它们所承担的电流也可能是整个单元行的电流。标准单元的上下出线通常采用多晶硅或其他低阻材料，同时还应注意减小寄生效应。如果是CMOS结构，阱的设计通常也采用较灵活形状，不必一定是规则的矩形，以节省面积和设计方便为主要依据。如果考虑CMOS的可控硅效应，一般采用隔离环结构。
单元版图以规定格式的语言描述，通常是CIF或GDS－II。其中，CIF是文本格式，GDS-II 是二进制格式。
单元库中有三个互相对应的描述文件块。单元逻辑符号用于逻辑电路的原理图编辑，单元拓扑用于实现版图布局和逻辑系统的各单元间线网连接，单元版图是单元的具体描述。
从上面的讨论可以看出，标准单元的版图和工艺选择、工艺水平关系很大。一个标准单元库对应于一条工艺线的制作能力，也就是说用某一套标准单元设计系统设计的芯片，并不是放在任何一条工艺线上都能生产。即使是相同的工艺，如CMOS工艺，几何设计规则不同，设计的标准单元也必定不同。所以，一套标准单元库只能对应一条工艺线。
用标准单元技术实现集成电路或集成系统的过程，通常分为三步。首先，对输入逻辑进行标准单元结构的布局，这时采用的是标准单元库中单元拓扑图。其次，根据输入逻辑的网络进行布线，得到连接关系图。最后，将单元版图填入单元拓扑，并将线网连接关系转换为具体的布线即线网的几何图形。而单元的逻辑符号仅仅是用于原理图编辑和模拟。
应当指出，标准单元库的建立和扩充完善是一个较长期的和繁杂的过程。在商品化的设计系统中，有的已配备了某一工厂或公司的标准单元库，有的仅仅是一些标准单元框架，需要用户根据各自的环境和工艺加工条件进行配置。与宏单元或积木块相比，标准单元的规模比较小。它实际上只是强调了基本电路单元的优化，还尚未到达功能块的量级。当然，对一些专门功能块也可通过标准单元的形式予以设计，只要这样的功能块的外部结构符合标准单元的设计规范。专门功能块标准单元的大小要适中，太小，逻辑设计效率低；太大，内部连接关系复杂，必然减弱标准单元的优化性能。试想，标准单元由于受到高度的限制，一个大的单元必然是一个扁的矩形，内部的走线困难，为保证单元的完整性和正确性，一些线或扩散区必然需要"绕行"，这就将大大地降低单元的优化特性。通常，标准单元的宽度和高度的比值在1/3~3之间比较合适。
综上所述，可以归结出标准单元设计技术的特点：
○1 标准单元是一个具有规则外部形状的单元，其内容是优化设计的逻辑单元版图，各单元的规模应相近，并遵循一致的引线规则。
○2 一个标准单元库内的所有单元遵循同一的工艺设计规则，一个单元库对应一条或一组完全相同的工艺线。也就是说，当工艺发生变化时，单元库必须修改或重建。
○3 不论是局部逻辑或是完整的集成电路或系统，用标准单元实现的版图采用"行式结构"，即各标准单元排列成行。
5.2.3 输入、输出单元（I/O PAD）
任何一种设计技术、版图结构都需要输入/输出单元。不论是门阵列结构、标准单元结构或是以后将介绍的积木块结构，它们的I/O PAD大部分都是以标准单元的结构形式出现。这些I/O PAD单元通常具有等高不等宽的外部形状，和我们前面描述的标准单元的主要区别在于电源、地线的位置在单元的同一边，但各单元的电源、地线的宽度和相对位置仍是统一的，以便对接，再一点不同是这些单元的引线端位于单元的一边。由于其外部形状的规则性，所以，输入、输出或双向单元属于标准单元的范畴，它们是标准单元库的内容之一。
现代设计理论提倡将IC的内部结构和外部信号接口分开设计，所以，承担输入、输出信号接口的I/O单元就不再仅仅是压焊块，而是具有一定功能的功能块。这些功能块担负着对外的驱动，内外的隔离、输入保护或其他接口功能，这就要求将电源和地线通达这些I/O PAD。这些单元的一个共同之处是都有压焊块，用于连接芯片与封装管座，这些压焊块通常是边长几十微米的矩形。为防止压焊时碰接电源或地线，压焊块通常位于这些单元的一边，而将电源和地线排列在另一边。为防止在后道划片工艺中损伤芯片，通常要求I/O PAD的外边界距划片位置150微米。
I/O PAD通常是等高结构，这是因为它的上边界受单元到划片槽距离的限制，下边界受电源、地线的限制。因此，与前述的标准单元不同，I/O PAD的出线端仅位于下边界一侧，以便和芯片内部电路相接。
I/O PAD通常可分为：输入单元、输出单元、输入/输出双向单元。
5.2.3.1 输入单元
输入单元主要承担对内部电路的保护，一般认为外部信号的驱动能力足够大，输入单元不必具备再驱动功能。因此，输入单元的结构主要是输入保护电路。输入保护分为单二极管、电阻结构和双二极管、电阻结构。图5.4是一种单二极管、电阻结构的保护电路和版图形式，图5.5是一种双二极管、电阻结构的保护电路和版图形式。这种保护实际上是对输入信号的钳位，使输入信号被限制在-0.7~Vdd+0.7的范围内。对于CMOS电路，它除了具有对输入信号钳位的作用外还可防止静电栅击穿。保护电路中的电阻可以是扩散电阻、多晶硅电阻或其他合金薄膜电阻，其典型值是500Ω。
从图5.5可以看到，这样的一个简单电路，其版图形式比我们在前面看到的门阵列版图要复杂了许多。这样的版图设计不仅仅是考虑了电路所要完成的功能，而且充分的考虑了接口电路将面对的复杂的外部情况，考虑了在器件物理结构中所包含的寄生效应。希望通过这样的输入电路，使集成电路内部得到一个稳定、有效的信号，阻止外部干扰信号进入内部逻辑。
比较图5.4和图5.5，清楚地表明了，这两个单元具有标准单元的特征：它们是等高的，但不等宽。它们的电源线和地线位置一致，线宽相同。
当然，版图结构不是唯一的，但其基本的版图结构和设计考虑大同小异。
图5.4 单二极管、电阻电路图5.5 双二极管、电阻保护电路
5.2.3.2 输出单元
输出单元的主要任务是提供一定的驱动能力，防止内部逻辑过负荷而损坏。另一方面，输出单元还承担了一定的逻辑功能，单元具有一定的可操作性。与输入电路相比，输出单元的电路形式比较多。
1 倒相输出I/O PAD
顾名思义，倒相输出就是内部信号经反相后输出，倒相器的主要作用是提供一定的驱动能力。图5.6是一种P阱硅栅CMOS结构的倒相输出单元。
这种单元结构通常用于输出驱动要求不太高的电路中，这是因为它不能提供太大的电流。主要原因是该倒相器的输入驱动由内部电路提供，如果希望该倒相器提供大电流，则内部电路的驱动也必须提高，而内部电路通常不能提供太大的驱动。如果希望获得大的输出驱动，则必须采用奇数级的倒相器链结构，如图5.7所示，在链中，驱动能力被逐级放大，而内部电路只要比较小的驱动即可。
作为内部信号对外的接口，工作环境复杂，为防止触发CMOS结构的寄生效应烧毁电路，该版图采用了P+和N+隔离环结构，并在隔离环中设计了良好的电源、地接触。因为MOS 管的宽长比较大，采用了多栅并联结构。这样做的另一个好处是均衡了栅上各点的电位。源漏铝引线设计成叉指状结构，实际构成多管并联结构。因为单元的面积比较大，为防止表面漏电，大部分多晶硅走线和铝走线都是在场区上。考虑到电子迁移率比空穴约大2.5倍，所以，PMOS管的尺寸比NMOS管大，这样可使倒相器的输出波形对称。
2 同相输出I/O PAD
同相输出实际上就是"倒相+倒相"，或采用类似于图5.7所示的偶数级的倒相器链，为什么不直接从内部电路直接输出呢？主要是驱动能力问题。利用链式结构可以大大地减小内部负荷。即内部电路驱动一个较小尺寸的倒相器，这个倒相器再驱动大的倒相器，在同样的内部电路驱动能力下获得较大的外部驱动。
图5.6 P阱硅栅CMOS倒相输出I/O PAD
图5.7 倒相器链驱动结构
3 三态输出I/O PAD
所谓三态输出是指单元除了可以输出"0，1"逻辑电平外，还可高阻输出，即单元具有三种输出状态。同样，三态输出的正常逻辑信号也可分为倒相输出和同相输出。图5.8是一个同相三态输出的电路单元的结构图。
单元电路有两个信号端：数据端D和控制端C。当控制端C为逻辑"1"时，与非门和或非门都处于等效倒相器状态，它们的输出始终相同且为数据端信号D的非量，经M1、M2构成的等效倒相器，传送到压焊块上的信号就是数据端D的信号。而当C为逻辑"0"时，与非门输出为"1"，或非门输出为"0"，PMOS管M1和NMOS管M2均处于截止状态，使压焊块上处于高阻态。
如果在这个电路的数据端上加上一个倒相器，即可构成倒相输出的三态输出单元。这类单元电路的优点是内部与外部隔离性能好。因为I/O PAD通常是全人工设计，门电路和主要的驱动器件M1、M2可以很好的匹配。
图5.8 同相三态输出单元电路结构
4 掩膜编程的输入输出单元
除了设计专门的输入、输出单元外，还可以通过金属掩膜的变化来改变单元的功能，这时基本的单元结构都是相同的，通过不同的器件选择实现所需的输入输出功能。图5.9这种设计方法的示意图。
图5.9 掩膜编程的I/O PAD
其中，（a）图是这种I/O PAD的基本结构图，（b）图是在基本结构基础上
通过金属线选择了部分区域和器件所构成的双向保护输入单元。它利用了P阱电阻与P阱-N 型衬底所构成的二极管构成上保护（当信号大于电源电压一个VBE时起作用）电路，利用P 阱与N+掺杂区构成下保护（当信号小于-VBE时起作用）电路。（c）图是在基本结构基础上通过对晶体管的选择与连接构造的倒相输出的单元。它选择了一对大尺寸的MOS管构成一个倒相器，实现倒相输出的功能。（d）图是在基本结构基础上选择了两对MOS晶体管构成两个倒相器，并将小尺寸倒相器的输出连接到大尺寸倒相器的输入，构成"倒相+倒相"的功能，实现同相输出的要求。
这种通过金属掩膜编程构造不同电路的方法通常被用于固定门阵列的I/O PAD的设计。这是因为固定门阵列预先并不能确定各I/O PAD将来要担当什么角色，只有通过金属连线的变化来确定它的具体功能。
5.2.3.3 输入、输出双向三态I/O PAD
在许多应用场合，需要某些数据端同时具有输入、输出的功能，或者还要求单元具有高阻状态。在总线结构的电子系统中使用的集成电路常常要求这种I/O PAD。图5.10是一个输入、输出双向三态的I/O PAD单元电路。
图5.10 输入、输出双向三态单元电路原理图
单元有二个控制端和一个数据端。数据端D连接到芯片的内部逻辑，它或是读入压焊块上的信号，或是输出内部信号到压焊块上。控制端C的状态用于控制I/O PAD是输入或是输出。控制端S/W的状态决定I/O PAD是否处于高阻状态。
当S/W为逻辑"1"时，I/O PAD的工作状态由另一个控制端C决定。当C为"1"时，G1、G2均等效倒相器，与M1、M2组合构成"倒相+倒相"状态，M3、M4由于G3、G4的作用均截止，压焊块上的信号经双二极管、电阻保护电路同相的传送到数据端D，系统处于读信号状态，此时的I/O PAD完成输入功能。当C为逻辑"0"时，M1、M2截止，阻断了压焊块到数据端D的输入通路，右半个单元开放，数据端D上信号同相的传送到压焊块，I/O PAD处于同相输出状态。
当控制端S/W为逻辑"0"时，与非门G1、G3输出为逻辑"1"，或非门G2、G4输出为逻辑"0"，两对MOS管均处于截止状态，内部电路和压焊块之间完全被隔离，压焊块处于高阻状态。
如果将控制信号S/W去掉，门电路均为两输入结构时，就构成了二值输入、输出双向I/O PAD。
5.3 积木块设计技术
标准单元由于受到高宽比的限制，单元的规模有限，在构造大的功能模块时，必须采用单元拼接方法。对随机逻辑，通常采用这种方法，对有些模块，采用这种方法将对电路性能产生影响，甚至不可能实现我们所需要的逻辑。因此，在设计上常常需要更大的单元模块，这就要突破标准单元的外部限制，具体的讲，就是突破标准单元在高度上的限制，这些单元被称为积木单元。当然，这种突破也产生了对整体结构的改变，不再能采用"行式结构"，必须采用积木块的布图形式。
图5.11是一个实际的微处理器的芯片内部结构，这是一个典型的积木块布图结构。
图5.11 积木块形式的芯片内部结构
从图上的标注可以看出，这些模块都具有相对独立的功能，并且大小不一。这中间有些模块是由重复单元堆积而成，如RAM、寄存器堆、高速缓存等，有些是独立的子系统，如定时器、串行口、DMA、乘法器，ALU等，有些是随机逻辑结构，如控制器。
这些模块的一些是预先设计好放在单元库中，在设计中调用，这些单元通常是具有一定通用性的模块。有一些则是采用一些阵列技术根据需要在设计中产生并调用，这些单元都是非通用单元，如各种随机逻辑。因此，真正的设计通常是积木块结构和"行式结构"的混合结构。
由于是这样的非规则边界结构，因此，在芯片上将不再有固定的布线区，而是根据需要在布局是生产布线通道。
因为没有严格的出线位置要求，这些大单元的设计相对比较灵活，通常，为了有利于设计，在建库的过程中也约定一些走线方法，主要是电源和地线的相对位置，数据流和控制流的相对位置和走向，等等。这样设计的库单元具有较统一的风格，便于设计系统的调用和布线，同时也可尽量地减少连线的交叉跨越。
考虑到库单元的通用性，通常在建立库单元时，将充分地考虑单元的完备性，而实际的调用可能仅仅是单元的部分功能。
5.4 单元库技术的拓展
一个集成系统应该包括几个部分：传感器，模拟信号处理电路，模拟/数字变换，数字处理逻辑，数字/模拟变换，执行机构。而通常集成系统是除去了传感器和执行机构的集成电路。
库单元从原则上讲可以是任何电路单元，并不仅仅局限于逻辑单元。只要工艺能够兼容，库单元也可以是线性电路、非线性电路或接口电路。
对于标准单元，因为高度的限制，一些比较大的非逻辑电路单元放在内部阵列并不合适。另一方面，由于数字电路部分、接口电路部分和模拟电路部分是相对独立的，并且信号传递是串行的，因此，标准单元阵列结构以数字电路为结构主体，将其他的电路作为功能块单元放在芯片外围I/O PAD的位置。因为I/O PAD都是单边出线，相对于内部单元，它的高度要求不十分严格。同时，模拟单元和接口单元需直接与外部进行信息交换，具有与I/O PAD相近的特征。因此，不论从设计的灵活性考虑，还是从实际电路机构考虑，这些功能块都是放在外围比较合适。不妨称这些功能块为功能块I/O PAD。
对于积木块结构，可以集成大规模的非逻辑电路单元，设计具有更大地灵活性。
CMOS电路不仅有极好的数字性能而且有良好的模拟性能。CMOS提供了理想的模拟开关，提供互补的晶体管结构，提供良好的MOS电容。线性、非线性特性几乎完全由MOS 器件的阈电压和宽长比决定，另一方面，利用多晶硅制作的MOS电容是性能稳定的无极性电容。
用MOS器件还可以很方便的设计运算放大器、电压比较器、A/D、D/A、开关电容滤波器和高低压接口。
设计完成的模拟单元和接口单元，采用与库单元相同的描述形式，存入单元库备用，在实现具体的集成电路时，只要象普通单元一样进行调用即可。
这种设计方法对门阵列也同样适用，因为门阵列的I/O PAD的设计完全是按照标准单元结构进行的。这种设计技术是利用了"单元黑匣"，即利用了单元库设计技术在布局和信号线网布线时仅仅对单元拓扑进行，并不关心单元的内容的特点。
粤教版通用技术技术与设计2教学工作计划 一、学生基本情况分析 本学期我依然担任高二年级六个班的通用技术教学工作，从学生上学期学习情况来看，存在以下三方面问题： 1.由于通用技术这门学科不参加高考，很多学生在思想上、态度上放松,根本不重视该学科的学习，从而导致学生掌握得不是很扎实。 2.学生以前没有接触到通用技术方面的知识，基础知识不够扎实，灵活运用知识的技能相对薄弱。 3.运用能力不够强，本学期的内容较上学期的难度有所增加，希望学生能够好好地学习，能够熟练地应用。 二、教材分析 本学期开设的课程是通用技术课程的必修模块“技术与设计2”，使用的是广东科技出版社出版的教材。“技术与设计2”模块是在“技术与设计1”的基础上设置的具有典型意义的专题性技术与设计的教学内容，是“技术与设计1”所学知识的应用和深化。本模块由结构与设计、流程与设计、系统与设计、控制与设计四个主题组成，侧重于技术设计的思想和方法的领悟以及生活中具体技术问题的解决。这些对于高中生的生活、学习具有重要意义。 三、教学目标 通过本模块的学习，学生应该： 1、理解结构、流程、系统和控制的基本概念，掌握结构设计、流程设计和系统设计的基本思想和方法，初步掌握简单控制设计的基本思想和方法； 2、能使用常用的规范的技术语言表达设计方案； 3、能结合生产和生活的实际形成设计方案并初步实施； 4、学会从技术、环境、经济、文化等角度综合评价技术设计方案和实施的结果，增强革新意识。 四、实施措施 1、在开学初将各班学生分为6人的技术小组，便于开展技术活动，完成学分认定过程中的过程性评价和形成性评价。 2、紧扣通用技术课程的基本目标“提高学生的技术素养，促进学生全面而富有个性的发展”设计、组织和实施教学活动，避免教学过于专业化，防止陷入某项技能、技艺的教学。 3、教学中要体现新理念，不仅要注重学生对基础知识与基本技能的学习，还要注重学生对技术思想和方法的领悟与应用，注重学生对技术的人文因素的感悟与理解，注重学生在技术学习中的探究、试验和创造，注重学生情感态度价值观以及共通能力的发展。 4、教学中要紧密结合学生的生活实际，使学生通过技术试验，领悟技术设计的思想和方法，并能将它们迁移到日常生活中进行灵活运用，发展解决问题的能力。
第五章单元库设计技术 单元库设计技术是当今VLSI设计的主要技术之一，借助这个设计技术我们可以获得性能优越的VLSIC。因为单元库是"专家系统"，它是由经过精心设计和优化的电路单元模块所组成，单元库提供了性能优越的"高级"设计平台，或者说我们的设计是建立在高水平的设计基础之上。 5.1 单元库概念 在晶体管规则阵列技术中，我们用晶体管构造逻辑，我们所面对的设计基本单元是晶体管，这是的基本单元只有三个：增强型NMOS晶体管、耗尽型NMOS晶体管和增强型PMOS 晶体管。即使是门阵列，我们所处理的也还是如何将MOS晶体管"搭建"成我们常用的基本逻辑门。单元库技术所面对的直接是逻辑部件，既具有一定逻辑操作和运算功能的部件，它可能是一个逻辑门，也可能是一个功能块，甚至是一个功能相对完整的子系统。 为什么要这样做呢？因为我们有时需要具有优越性能的模块，我们需要全局和局部都优化的集成系统。全局优化是由设计系统对逻辑单元进行布局和布线优化迭代完成，生成符合某些目标函数要求的设计结果。而局部优化则是通过对基本逻辑单元精心设计完成，两者的结合才能得到满意的设计结果。 图5.1说明了采用门阵列结构所实现的两个基本逻辑门在性能上的差异。 图5.1 门阵列所构造的逻辑门及其性能差异 毫无疑问，用门阵列可以很方便地构造与非门和或非门。但是，因为门阵列的基本构造单元是MOS晶体管，并且每个NMOS管的尺寸相同，每个PMOS管的尺寸也相同，因此，将导致在构造不同的逻辑门时出现性能上的差别。这种差别表现在逻辑门的输出性能上，图5.1中MOS晶体管的宽长比设计是按照在最坏情况下（当或非门输出为低时仅有一个NMOS 管导通），或非门输出波形对称的要求计算的。考虑在输出逻辑低电平时，只有一个NMOS 管导通的情况，则输出波形中的上升时间和下降时间的比值约为1比1；在输出低电平时有两个NMOS晶体管都导通的情况下，输出波形中的上升时间和下降时间的比值约为2比1。但是，这样尺寸的MOS晶体管在构造与非门时，波形将严重地不对称。考虑在输出逻辑高电平时，只有一个PMOS管导通的情况，则输出波形中的上升时间和下降时间的比值约为1比4；在输出高电平时有两个PMOS晶体管都导通的情况下，输出波形中的上升时间和下降时间的比值约为1比8。同样地，如果用此种尺寸的MOS晶体管去构造倒相器，也会出现不对称，此时的上升时间与下降时间的比值约为1比2。 通过分析可以知道，如果以倒相器为对象设计基本的晶体管尺寸，同样会使其他的逻辑门输出信号不对称。以任何一种逻辑门为参考都会有类似地结果。门阵列以整体结构优化、自动化设计程度高和设计周期短的优势在集成电路领域得到较为广泛的应用。但是，门阵列强调整体结构优化，在局部结构上是不优化的。门阵列采用尺寸相同的基本单元，通过不同的布线实现不同的逻辑，将必然出现能力的浪费和不足。要获得每个逻辑门都满意的设计结果，只有对每个逻辑部件都进行专门地设计，这就是单元库设计技术。 将常用的逻辑部件分类分别进行精心的设计、验证，构成单元集合----单元库，设计系统根据集成电路或集成系统的需要调用这些单元完成设计。单元库设计技术分为两个主要的设计方法：标准单元设计技术和宏单元、积木块设计技术。
第一章第四节经典结构的欣赏（第2课时） 一、教学目标: （一）通过对赵州桥、飞檐和蛋形椅等典型结构的分析, 引导学生赏析具有典型人文意义的结构,学会欣赏结构的实用性和美, 拓展学生对结构设计的文化特性的理解和评价。 （二）使学生能从技术和文化的角度评价结构设计的案例。 二、教学内容分析: 这是一节欣赏课，教材通过赵州桥、飞檐和蛋形椅等具有代表性的 经典结构呈现给学生，让学生欣赏、分析和评价。在教学中，教师要引导学 生从技术和文化的角度欣赏结构。除此之外，还应结合经典结构设计者的历 史背景、设计思想、设计风格等全面分析。在教学中教师要多些从结构的牢 固、稳定、简约、和谐、美观等细节方面与学生进行分析、评价经典结构的 作品，从而达到教学目标的要求。在教学内容上, 除了课文中的案例, 教师 也可以补充相应的案例,以开阔学生的视野, 如补充一些经典的结构设计案例供学生欣赏、分析。有条件的话, 教师可以带领学生参观附近的古代建筑, 近距离地观察古代建筑的精巧设计,品味其历史文化内涵。 重点：通过对经典结构的欣赏使学生关注结构的技术和文化特征。 难点：学生能从真正意义上学会欣赏和评价一些经典结构。同时使他们在自己的设计作品中注入更丰富的文化内涵。 三、教学媒体、资源的运用： 为了吸引学生,激发学生的学习兴趣, 培养学生对技术的情感, 本课时收集不同类型的丰富的经典结构图片通过投影机播放让学生鉴赏，引导学生赏析具有典型人文意义的结构，拓展学生对结构设计的技术和文化特性的理解和评价。 四、教学对象分析： 五、教学策略： （一）本课时从技术与文化两个角度分析结构设计作品。此外，还可以结合经典结构设计者的历史背景、设计思想、设计风格等进行全面分析。 （二）本课时教师可以通过不同的渠道、收集更多的中外经典结构的图片、资料制作成电子课件，以丰富教学课堂内容，扩展学生知识面，提高学生对来自各种不同的经典结构的识别及赏析能力。 （三）在本课时教学中，教师可以充当“导游”的角色进行漫游导说，尽量创设出“旅游”情境和营造出“旅游”的气氛，让学生产生犹如亲临其境的感受。学生随“导游”观赏各处的经典结构，会留下更深刻的印象。 六、教学过程： (一) 让学生阅读案例, 阅读案例时思考： 1、优秀的结构设计表现在哪些方面？ 2、如何赏析结构设计作品？ （二）引导学生回答： 1、优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上,也表现在形式上,特别是功能与形式的统一上。古今中外许多能工巧匠把结构的功能与形式恰当地结合起来, 形成了一些经典的结构。 2、赏析结构设计作品,可从技术与文化两个角度进行。 （1）技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性，工艺制造的精湛程度等。 （2）文化的角度主要有：文化寓意与传达，公众认可的美学原则，反映的时代、民族、习俗方
《技术与设计2》单元检测一 班级：姓名： 第一章结构与设计 1、分别在一根竹杆和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物，竹杆比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂，说明了（）影响结构的强度。 A、材料 B、结构的形状 C、构件横截面形状 D、构件的连接方式 2、走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是（） A、美观 B、重心低 C、保护 D、支撑 3、下列物体的结构类型、判断哪个不属于壳体结构（） A、摩托车头盔 B、圆形陶瓷饰品 C、贝类 D、金字塔 4、常用的A形梯不直接采用铝合金片，而用长方形截面的铝合金构件，这说明了（）影响着结构强度？ A、材料 B、构件的形状 C、重心的高低 D、连接方式 5、钢筋混凝土比无钢筋的水泥梁的（）强度更强。 A、抗弯 B、抗压 C、抗拉 D、抗剪 6、为了方便城镇人使用水资源，设计出了水管输送方式，设计的水管结构类型是（） A、框架 B、壳体 C、实体 D、以上都不是 7、可以用受力结构的稳定性来解释的事实是（） A、拔河的绳子断裂 B、广告牌被台风吹倒 C、鸡蛋在某种承受很大的外力 D、耳机与电脑主机的插口接触不良，听不到音乐 8、我们所用的板凳属于（）结构。 A、实心结构 B、框架结构 C、空心结构 D、壳体结构 9、我国塔式建筑的结构一般都是由上到下越来越大，这主要是考虑它的（）。 A．稳定性 B．强度 C．美观性 D．经济性 10、分析下列物体的结构类型，属于实体结构是（）。 A．羽毛球 B．乒乓球 C．铅球 D．篮球 第二章流程与设计测试题 1、下列图表中，不是流程图的是（）。 A．列车运行时刻表 B．学校课程表 C．产品加工工序表 D．零件的三视图 2、下面关于流程中环节和时序的说法正确的是( ) A．任何流程环节的时序都是可以调整的 B．任何流程环节的时序都不能调整 C．有的流程时序可调整，有的流程时序不可调整 D．环节多的流程时序才能调整 3、人们邮寄包裹的流程一般是：取包裹单——购买标准包装箱——包装密封——填写包裹单——交寄手续——收回执单。我们看到，它的全部过程，可以分解为若干个小的过程，每个小过程都有明确的任务。我们把这些小过程称为：（） A、步骤 B、时序 C、环节 D、顺序 4、下面关于流程的叙述错误的是（） A、在生产活动中，针对各种不同的生产过程和工艺要求，往往会有相应的流程 B、流程由几个或多个环节组成
； 第5章关系数据库的模式设计 习题解答 一. 简答题 1．理解并给出下列术语的定义： 函数依赖，部分函数依赖，完全函数依赖，传递函数依赖，键码、主键码、，外键码，全码，1NF，2NF，3NF，BCNF，多值依赖，4NF。 此处从略，详见书上。 2．各举一个属于1NF，2NF，3NF，BCNF和4NF的例子，并加以说明。 - 此处从略，详见书上。 二．问答题 1. 设有关系模式 R(A，B，C，D，E)，F＝{AB→C，B→D，D→E，C→B}，要求： (l)通过闭包的计算来求出 R的所有键码，并说明该模式是哪一类范式 单属性：A+=A，B+=BDE，C+=BCDE，D+=DE，E+=E 双属性：AB+=ABCDE，AC+=ABCDE，AD+=ADE，AE+=AE，BC+=BCDE， BD+=BDE，BE+=BDE，CD+=BCDE，CE+=BCDE，DE+=DE ] 三属性：ABC+=ABCDE，BCD+=BCDE，CDE+=BCDE，ADE+=ADE，ABE+=ABCDE， ABD+=ABCDE，BCE+=BCDE，ACD+=ABCDE，BDE+=BDE，ACE+=ABCDE 四属性：ABCD+=ABCDE，BCDE+=BCDE，ACDE+=ABCDE，ABDE+=ABCDE，ABCE+=ABCDE 五属性：ABCDE+=ABCDE R的所有键码是：AB，AC。 注：R的所有超键码是：ABC、ABE、ABD、ACD、ACE、ABCD、ACDE、ABDE、ABCE、ABCDE。 若选AB为主键码，由于D是部分函数依赖于AB，故R1NF。 \ (2)R分解为R1(A,B,C)和R2(B，D，E)，请问该分解是否保持函数依赖 R1的键码为AB和AC，F1={AB→C，C→B}；R2的键码为B，F2={B→D，D→E}。因为F=F1∪F2，所以该分解保持函数依赖。 (3)指出R1和R2的范式等级，并给出证明。 因为R1没有非主属性，所以也不可能存在非主属性对键码的部分函数依赖和传递函数依赖，即：R13NF。又由于F1中有违例C→B，故R1BCNF。 因为D和E完全函数依赖于B，故R22NF。又由于E传递函数依赖于B，故R23NF。
技术与设计2复习纲要 第一章：结构与设计 （一）、常见的结构的认识： 一、结构（structure)是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排 列。 1、自然界：天体结构、植物的结构、动物的结构例：生产生活中还有哪 些产品的结构是受到自然界事物结构的启发而产生的？如：锯子（植物的叶）潜水艇（鱼）雷达（蝙蝠）等 2、技术领域：汽车的结构、微机的结构、数字控床的结构 （案例： 魁北克大桥的坍塌P4） 3、社会领域：教育管理系统的结构、通用技术的学科结构、课堂教学 结构 二、结构与力 1、内力：当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用会发 生改变，产生一种抵抗的力，称为内力。应力：是构件的单位横截面上所产生的内力。用公式表示应力为：σ= F/s , 其中 ,F 是内力,S 是受力面积 , σ是应力。 2、构件的基本受力形式： ①拉力：物体所承受的拉拽力 ②压力：挤压物体的力 ③剪切力：两个距离很近，大小相等，方向相反，且作用于同一 物体上的平行的力 ④扭转力：反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的 力 ⑤弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲的力 三、结构的分类 物体结构形态在受力时承受和传递力的方式差别分为：实体结构，框架结构 ，壳体结构 1、实体结构-----通常是指结构体本身是实心的结构。 受力特点：外力分布在整个体积中。主要承受压力如墙壁、柱子、实心球等等 2、框架结构-----通常是指结构体本身由细长的构件组成，支撑空间却不 充满空间。如窗户、画框、房子的架构等等 框架结构受力特点：实体结构是通过条状物的连接来承受荷载，可以承受压力和拉力 3、壳体结构-----通常是指层状的结构。如贝壳、头盔、汽车飞机的外
通用技术技术与设计２（地质版） 第二章流程与设计 第三节流程设计应考虑哪些基本因素 教材分析 一、本节内容在课标及教材中的地位 在通用技术课程标准中，《技术与设计2》必修模块包含四个主题：结构与设计、流程与设计、系统与设计、控制与设计。流程与设计的教学重点是第二节流程分析，第三节流程设计应考虑哪些因素。第三节流程设计应考虑哪些因素作为本章的重要内容，课标中对其规定的内容标准为：能分析流程设计中应考虑的基本因素，并画出流程设计的框图。本节课是在理解流程概念和分析流程的基础之上，对如何确定流程的环节和时序、如何把握流程线索的进一步分析，是后两节“流程是怎样优化的”和“我们也来做流程设计”的前提和基础，也是学生开始进行流程设计的起步。 二、本节教学目标及要求 （一）知识与技能 1．知道流程中的环节有显性和非显性之分。 2．理解研究内在属性与规律是流程设计应考虑的基本因素，掌握画流程设计框图的一般方法。 3．能画出简单的流程设计框图。 （二）过程与方法 1．能够根据事物的内在属性、规律等相关因素，把握好流程设计的环节，对简单流程设计进行分析。 2．各小组经讨论后能画出简单流程设计的框图。 （三）情感态度和价值观 1．体验深入分析和掌握事物内在属性与规律对设计科学、合理的流程的重要性，养成先深入分析问题，再解决问题的良好习惯。 2．经历画流程设计框图的过程，促使学生能按照事物的流程思考、分析问题的流程意识和习惯的形成。 三、对教材内容的分析与理解 本节课的内容包含两方面：一是流程设计应考虑的基本因素；二是学画流程设计的框图。 “流程设计应考虑的基本因素”教材通过流程设计的两种情形让学生认识到流程中的环节与时序存在显性与非显性之分．对显性的环节与时序因流程的进行和发展的规律比较容易看出，所以比较容易确定和描述。如：医院看病的流程。而非显性环节与时序的确定则需要经过大量的试验和较长的研究后才能得到它的内在属性和规律，从而得出流程应包含的基本环节和时序，设计出科学、合理的流程。如合成氨工艺流程的得出过程。让学生通过案例分析，体会到合成氨工艺流程的环节的时序的得出完全依赖于对合成氨内在属性和规律的探索、
《通用技术》第一章结构及其设计第三节 影响结构稳定性的因素 一、知识回顾： 1、结构的定义：结构是指组成某体系的各部分之间的有序搭配和排列，确定的 搭配和排列决定了该体系的性质和形态，结构的各组成部分称为“构件”2、结构的本质：可承受力的架构形态，抵抗变形或产生需要的变形是结构的本 质。 3、结构从力学的架构和形态分类： 框架结构（如自行车、桁架桥）、实心结构（如金字塔、水坝）、壳体结构（如贝壳、汽车外壳、拱形门等） 二、基础知识： 1、结构稳定性是指结构在的作用下，维持其原有的能 力。它是结构的重要性质之一。 2、影响结构稳定性的因素由哪些呢？（大胆设想，集思广益） 探究1：矿泉水瓶与铜线的不同搭配方式使得两个瓶子的不同。 结论：结构体的影响结构稳定性，越稳定。 举例说明：、 探究2：两个同学演示支撑面不同时，因受力而产生不稳定的状态 思考：接触面=支撑面? 结论：越大越稳定。
探究3：支撑面积一定的情况下，重心越低越稳定吗？ 案例：1）迈克尔经典舞蹈动作，身体倾斜45度。请同学们尝试一下：2）科学家预言比萨斜塔终将会倒，为什么？ 结论：重心在支撑面上的投影，越靠近支撑面边缘越稳定。 探究4：连接小木棍构成不同形状，试验其稳定性 结论：结构的形状影响结构稳定性，形框架，受力合理，结构稳定，在建筑物、桥梁等设计中广泛使用。 三、课堂分组试验：设计一个支架，能稳稳地托住一只苹果，苹果的低端距 离底面不小于6cm 材料：50cm铜线一根，尺子、苹果 评价标准：稳固性、6cm要求、创新型、美观性 四、（拓展）举例说明“结构不稳定状态”的应用？ 五、随堂检测 1.塔式建筑的结构一般都是由上到下越来越大，这主要是考虑它的（）。 A、美观性 B、经济性 C、稳定性 D、强度 2.可以用受力结构的稳定性来解释的事实是（）。 A、拔河的绳子断裂 B、鸡蛋在某种情况下可以承受很大的外力 C、广告牌被台风吹倒 D、耳机与电脑主机的插口接触不良，听不到声音4．以下哪一个结构是不属于利用不稳定的结构实现某些功能的（）。 A、游乐设施的跷跷板功能结构 B、房间门的活页功能结构 C、学校运动场的篮球架结构 D、圆珠笔的笔尖结构
通用技术考查题目汇编 第一章（必修2） 1、下列关于结构的说法，正确的是( ) A.结构的本质是为了承受力和抵抗变形 B.结构的本质是为了承受力，但不抵抗变形 C.结构的本质是为了承受力和美观 D.结构的本质是为了节省材料 2、分别在一根竹杆和一根同样尺寸的脆性塑料杆 上不断加挂相同质量的重物，竹杆比脆性塑料杆 能挂更多重物而不会断裂。此试验说明主要是( ) 影响结构的强度 A.构件横截面形状 B.结构的形状 C.材料 D.构件的连接方式 3、户外广告牌多为钢结构，常因钢性架构的老化 与脆裂成为意外杀手。为提高钢结构广告牌的安 全性，以下优化措施不恰当的是 ( ) A.定期对其安全性进行检查，及时发现并更换受 损、老化的构件 B.在钢材表面涂刷油漆或镀金属保护层 C.对关键的受力部位禁止打孔 D.减少钢结构材料受力的截面积 4、天安门（如图所示）是中国 象征性的建筑物，造型威严庄 重，气势宏大，雄伟壮丽，是 中国古代城门中杰出的代表 作。下列叙述中不属于结构评价的是（） A.城楼上所挂的毛主席像和两侧的巨幅标语，给 古老的天安门赋予了时代的意义 B.城楼建立在巨型石砌成的须弥座式城台上，造 型庄重厚实，宏伟典雅 C.城墙黄琉璃瓦顶、天花、斗拱、梁枋等绘满了 金龙和玺彩画，金碧辉煌 D.城楼为木结构建筑，60根红漆木柱支撑着重檐 歇山式屋顶，雄伟壮观 5、自行车车体结构一般为框架结构。从力学角度 考虑，其主要原因是（） A.框架结构制作较方便 B.框架结构节省用料、成本低廉 C.框架结构能承受较大的载荷 D.框架结构的自行车放置稳定 6、如图所示的凳子，使用时凳脚容易往外撑开。 以下四种加固方法中最合理的是（） 7、如图所示为一款“小鸟”造型塑料CD架，在对 其稳定性试验中，随着CD盘增加，稳定性降低， 以至于发生倾覆。为了提高该产品稳定性。下列 措施可行的是（） A.加长鸟嘴长度 B.改用强度更高的塑料 C.增加脚与鸟嘴之间的高度 D.增加脚的长度 8、下列不属于 结构稳定性范 畴的是（） A.电风扇的底座较重 B.儿童自行车的两个侧轮 C.户外广告牌的三角形结构 D.A字形梯中间的拉杆 9、如图所示是一款我们日常生活中经常使用的瓷 碗，这种碗的碗脚（碗的底座）在制作上用料一 般都比较厚。从结构的功能方面考虑，这种设计 的主要目的是为了（） A.不太烫手 B.美观 C.增加瓷碗的稳定性 D.增加瓷碗的强度 10、自然界中的贝类、蚕、龟等。从架构与形态 上看，都属于（） A.实体结构 B.框架结构 C.壳体结构 D.组合结构 11、吊扇在启动瞬间，吊杆的主要受力形式有( ) ①拉力②压力③剪切力④扭转力 A．①④B．①②C．①③D．②③ 12、小木凳脚架之间采用的连接方式是( ) A．铆接B．铰连接C．榫接D．焊接 13、家用落地风扇的底座一般做的比较重，这是 为了（） A．增加风扇的强度B．增加风扇的稳定性C．安 装电线的需要D．更加美观 C．用两根钢丝固定D．用三根钢丝固定 14、悬索桥上的绳索除了承受自身的重力外，主 要是承受( ) A．压力B．扭转力C．剪切力D．拉力 15、吊兰支撑架使用三角形支架结构，而不用由 一根直杆挑起的结构，这说明以下哪个因素（） 影响着结构强度？ A、材料 B、形状 C、构件 D、连接方式 16、我们常用的A形梯不采用铝合金片，而是采 用长方形截面的构件，这说明以下哪能个因素 （）影响着结构的强度？ A、材料 B、形状 C、构件 D、连接方式 17、影响结构稳定性的因素有（）。 ①物体的形状②与地面形成的支撑面 ③材料之间的连接方式④物体重心的位置 A、①②④ B、②③ C、①④ D、①②③④ 28、在举办运动会的时候，运动员在单杠上做大 回环姿势时，会使杠体产生（）变形。 A、拉伸 B、弯曲 C、压缩 D、断裂 19、结构具有抵抗被外力破坏的能力。是指结构 的（） A、稳定性 B、内力 C、应力 D、强度 20、折叠伞的伞骨之间的连接属于（） A、铰连接 B、胶连接 C、刚连接 D、焊接 21、古建筑中的飞檐设计有利于（） A、提高建筑的稳定性 B、提高建筑的强度 C、节省成本 D、扩大采光面、有利于排泄雨水 22、立柱式的广告牌容易被台风吹倒，是因为（） A、造得不牢 B、受力面积大 C、支撑面积小 D、受力面积大而支撑面积小 23、我国塔式建筑的结构一般都是由上到下越来 越大，这主要是考虑它的( ) A．稳定性B．强度C．美观性D．经济性 24、用打气筒给自行车打气时，打气筒活塞杆的 受力形式是（） A、始终承受拉力 B、始终承受压力 C、下压时承压力 D、上提时承受压力
第二章、第一节了解流程 教学目标 知识与技能：了解流程的含义及其对学习、生产、生活的意义，认识流程的两大关键点。 过程与方法：通过两个简单的流程案例分析与过程，认识流程是由若干环节随着时间的变化，依序完成的进程流。 情感态度与价值观：体会流程在生活、学习、生产中的意义、认识在日常的活动实践、沿着正确流程、会优化人们的活动、受到事半功倍的效果。提高学生依据科学合理处理问题的意识。 教学分析 教材内容分析： 1、什么是流程——两个实例展示，其中[实例1]马铃薯播种流程和[实例2]冲印照片的工作流程，讲的本是两个不同的活动内容，在整个过程中各阶段的功能、作用不同。但各个活动过程中各自都有若干的小过程。 2、流程的含义——两个实例的小结，通过对实例的小结，得出流程含有两个特征（即环节和时序）。若干环节随着时间的变化依序完成的进程流称为流程。有了科学，合理的流程可依、完成各种活动和工作任务，都将会进展得更快，更好。 教学对象分析：学生对流程是有过肤浅的认识，再加上本节教材内容难度不大，会引起学生轻视对本内容的学习。要引起学生对流程含义的认识提到理论高度上来，只要认真组织教学，是会引起学生重视的。 教学重点和难点 教学重点：流程两大关键点的认识与流程实例的讨论分析、体会流程思想在技术设计中的存在。 教学难点：如何组织，启发学生投入学习，参与讨论用流程表达生活中的某些任务的分析。 策略与教具 教学策略： 1、通过学生对钢笔或圆珠笔的安装过程的先后顺序出现、完成来体会流程在实际生活、学习、工作中的意义。并在课堂中尽量举出一些学生在生活中所熟悉的例子来分析，讨论流程的含义来体会流程思想在技术中的存在。 2、利用多媒体课件映出课题及各种问题及要点。 教具准备：学生自备钢笔或圆珠笔 教学过程 授课时间：40min 师：（激发学习兴趣）请各位同学拿出各自的钢笔或圆珠笔来，将笔拆卸后，再安装好，看有几种拆装方法，哪种方法最佳。 生：（学生活动）各自拆装笔，记住有几种拆装方法，并能说出最佳方法来。（会有各种不同拆装方法）师：（归纳，引出新课）同学们在拆装笔的过程中都做得很好，老师很高兴。我们做任何一件事总得要经历一个过程，而且在整个过程中，必须讲究做些什么？先做什么？后做什么？讲究好了，可收到事半功倍的效果。优化我们的生活、学习和工作。（利用课件映出课题，第一节，了解流程）并提出流程内涵的关键点是什么？流程对学习、生产、生活有什么意义？ 生：思考以上问题，并能意识在本节课要学习的内容。 师：（映出）一、什么是流程——两个实例[实例2-1]马铃薯（或甘蕉）的播种流程。 指导学生阅读相关教材内容；此流程类似同学们熟悉的甘蕉播种流程。 生：先阅读教材P38[实例2-1]马铃薯的播种流程然后说出马铃薯（结合甘蕉）播种流程及注意事项。 师生互动得到马铃薯（或甘蕉）播种流程及注意事项。
技术与设计2 第一章结构与设计 一、常见的结构的认识： 结构（structure)是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。 1．自然界：天体结构、植物的结构、动物的结构例：生产生活中还有哪些产品的结构是受到自然界事物结构的启发而产生的？如：锯子（植物的叶）潜水艇（鱼）雷达（蝙蝠）等 2．技术领域：汽车的结构、微机的结构、数字控床的结构（案例：魁北克大桥的坍塌P4） 3．社会领域：教育管理系统的结构、通用技术的学科结构、课堂教学结构 二、结构与力 1．内力：当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用会发生改变，产生一种抵抗的力，称为内力。应力：是构件的单位横截面上所产生的内力。用公式表示应力为：σ= F/s , 其中,F 是内力,S是受力面积, σ是应力。 2．构件的基本受力形式： ①拉力：物体所承受的拉拽力 ②压力：挤压物体的力 ③剪切力：两个距离很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物体上的平行的力 ④扭转力：反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力 ⑤弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲的力 三、结构的分类 物体结构形态在受力时承受和传递力的方式差别分为：实体结构，框架结构，壳体结构 1．实体结构-----通常是指结构体本身是实心的结构。 受力特点：外力分布在整个体积中。主要承受压力如墙壁、柱子、实心球等 2．框架结构-----通常是指结构体本身由细长的构件组成，支撑空间却不充满空间。如窗户、画框、房子的架构等等
受力特点：实体结构是通过条状物的连接来承受荷载，可以承受压力和拉力 3．壳体结构-----通常是指层状的结构。如贝壳、头盔、汽车飞机的外壳等 壳形结构受力特点：外力作用在结构体的表面上（壳形结构是通过壳形来传递力和承受荷载，特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散）。 四、稳定结构的探析 1.结构的稳定性 结构的稳定性—结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。 影响结构稳定性的因素有多种，主要有重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等。 ①结构的重心（独脚茶几为重心降低，以提高稳定性）。 ②结构的底座（建筑、桥梁这类大型的固定结构，底座越大越坚实，稳定性越好）。 ③结构的形状（照相机的支撑架常使用三角架而不用其他形状） 2.结构的强度 结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。 ②影响结构强度与结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式等因素有密切的关系。 ②三角形是框架结构中最基本的形状之一，它结实、稳定，所用材料最少。 结构构件的连接通常有以下两类： a、铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动，具体有松螺栓、松铆等，如折叠伞伞骨间的连接、门与门框的连接等。 b、刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等，如固定铁床架的连接、不可移动的桌腿与桌面的连接等。 不同的材料有不同的连接方式。构件的连接方式不同，结构的强度也不同。 ③结构与功能（案例：自行车的结构与功能）
《技术与设计2》教材分析 主要内容 本教学资源是广州市高中信息技术选修教材《多媒体技术应用》的教材分析和同步练习题,它根据广州市对高中教学内容的要求,在充分反思新课程实施经验的基础上撰写,编制而成.经过试用,老师反映良好,起到了减轻老师备课负担,指导老师(特别是兼职老师)教学,对教学效果进行监测的作用. 主要特点 1.实用性,系统性强 根据基层学校的实际教学内容进行教材分析,每一章节都配有同步练习题,期末有测试样题,避免了各校测验和考试不统一,不规范的尴尬. 2.规范,严谨 严格按照广州市教育局教研室技术科规定的试题编制格式来制作测试题,并经专人审核,努力避免科学性错误. 3.有利于知识与操作能力同步提高 通过教材分析与同步练习,使教学更加规范化,改变过去只注重技能培养,不注重知识掌握的弊端,使学生的知识与操作能力同步提高. 运行环境 须MICROSOFT WORD支持 安装及使用说明 无须安装,可直接使用 引用资源 集全区多位专职通用技术教师之力编写而成,中心组成员对老师的原创资料进行了修改. 目录 一,单元目标解读 章节 教学目标 重,难点 知识与技能 过程与方法 情感,态度与价值观 必修二 第一章 结构与设计 1,了解结构的概念和分类;理解构件和变形的概念. 2,理解结构稳定性,强度的概念.理解结构与受力的关系. 3,理解应力的概念以及影响结构的强度,稳定性的因素. 4,知道强度与材料的形状有密切的关系,懂得校核强度的方法. 5,理解结构连接的重要性.了解结构连接的常用方法. 6,了解建筑结构与技术发展的关系. 通过学生日常生活中的熟悉的结构事例,进行讨论和分析,领会结构与力关系,结构的分类与结构的稳定性,强度与连接. 1)世界各地与祖国各地的建筑图片的欣赏与评价,激发了学生热爱生活,热爱祖国,关注世界. 2)认识到设计不仅满足人的物质需求,同时也要有审美准则,民族特色. 1,理解结构的涵义.从力学角度理解结构概念和一般分类;
第二章流程与设计 ．流程概念 过程的全部，包容了若干个小过程。也就是说：活动或事件在其发展的过程中，依据某种特征或方式，可将该过程分解为若干个小过程，称这些小过程为环节。比如马铃薯的播种流程有切种环节、布种环节、掩种环节等。过程的经历中，各环节按照一定的时间顺序先后出现、完成。这种时间顺序关系，称为时序。如：马铃薯播种流程中，先切种→再布种→后掩种。具有以上两大特征的过程，即若干环节随着时间的变化，依序完成的进程流，称为流程。二．流程图：表述流程的图形，叫流程图。三．流程设计应考虑的因素：研究内在的属性与规律，就是流程设计应考虑的因素。流程设计中的基本因素：生产活动的流程设计的基本因素主要有材料、工艺、设备、人员、资金和环境。四．生活和生产中流程的设计有两种情况： 一是流程的若干环节是显性的，也就是事物发展的规律较容易描述，如邮寄包裹的流程：取包裹单→购买标准包装箱→包装密封好→填写包裹单→交寄→收好回执。 另一种流程的设计是隐性的，要通过进行大量的试验和漫长的探究才能得出的，例如，合成氨的工艺流程案例。五．流程设计的步骤：1．首先要明确设计的目的和任务，明确流程所应遵循的内在变化规律。2．要分析现有材料、设备、资金、人员、工艺和环境等因素。3．列出流程涉及的主要事项，并进行初步的排列。 4．分析各事项（步骤）之间先后顺序，合理地安排流程的时序和环节。 六．流程优化的目的： 不论是对流程整体的优化，不是对其中部分的改进，如减少环节、改变时序，其目的都是为了提高工作效益、提高工作或产品质量，降低生产成本、节约能耗、保护环境，或者是为了进一步提高学习和工作的自觉性，提高办事效率。一般地说，改进后的流程在环节上都趋向简化，但也不尽然。有时，增加环节，也是优化。七．流程优化的条件：从外部条件的需要看，要建立在设备或工艺水平的提高或完善的基础之上。比如，储蓄所取款流程的改进。 从内部条件的需要看要建立在对流程内在机理的进一步研究和实现的基础之上。比如说，洗衣机工作流程的改进。八．流程优化的主要内容有：工期优化、工艺优化、成本优化、技术优化、质量优化。 1．我们每周都按课程表来进行学习，课程表属于流程图中的哪种表达方式（） A ．文字B．模型C．表格 D ．动画 2．对油罐车进行焊接时，应先将罐内残留的油气全部抽走，然后灌满水，打开油罐上的圆孔盖再焊接，否则有可能引发爆炸。从流程的角度来说，下列观点错误的是（） A ．任何流程的时序都是可以更改的 B．不可颠倒的时序往往反映了事物的内在规律 C．合理正确的流程引导我们正确做事 D ．生活中处处有流程3．裁剪是制衣过程的一个环节，传统的裁剪流程是：整理布料→划线→裁剪，现代服装生产将裁剪流程优化为：将多层布料叠放整齐后直接用电脑控制自动裁剪。此流程优化的目标主要是（C ） A ．安全生产B．节省布料 C ．提高效率 D ．方便缝制 4．指纹锁的工作原理是通过提取指纹图像的特征进行身份识别。指纹锁的工作流程可以分为下列几个步骤，正确的顺序应该是（） ①指纹图像采集②指纹图像处理③控制门锁开启④指纹图像特征的匹配⑤指纹图像特征提取。 A ．①②⑤④③ B ．①⑤②④③ C ．①②③④⑤ D ．①④⑤②③ 5．小王在锯割操作中折断了锯条，现在需要更换新锯条，正确的流程是（）
技术与设计2 试题 一、选择题 40分（共20题，每题2分） 1、我们常用的A形梯不直接采用铝合金片，而用长方形截面的铝合金构件，这说明什么影响了梯子的结构强度（B） A、构件的材料 B、构件的形状 C、重心的高低 D、连接方式 2、下列图表中，不是流程图的是（D ）。 A．列车运行时刻表 B．学校课程表 C．产品加工工序表 D．零件的三视图 3、走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是（B） A、美观 B、重心低 C、保护 D、支撑 4、在日常生活中重心的位置是决定结构稳定性的一个重要因素，以下哪一种结构不是利用降低重心高度来实现其稳定状态的（C） A、电风扇的底座 B、儿童陀螺玩具 C、自行车的支撑架 D、不倒翁玩具 5、在自行车家族中有性能各异的不同车型。如装有辅助小轮的童车、双梁载重车、弯梁女式车、双坐双脚蹬的双人车等，这些特殊功能的实现，是因为设计者改变了（C）。 A、车的自重 B、车的材料 C、车的结构 D、车的大小 6、设计一个方便人户外活动携带，保护卫生、防止环境污染的水壶，则该产品的结构应是（ A ）。 A 、折叠式不锈钢杯B、塑料壶 C、一次性杯 D、铁水壶 7、可以用受力结构的稳定性来解释的事实是( B) A 拔河的绳子断裂 B 广告牌被台风吹倒 C 鸡蛋在某种情况下可以承受很大的外力 D 耳机与电脑主机的插口接触不良，听不到音乐 8、在日常生活中，你所见到的以下哪一个结构是不属于利用不稳定的结构实现某些功能的。（C） A、游乐设施的跷跷板功能结构； B、房间门口的活页功能结构； C、学校运动场的篮球架结构； D、圆珠笔的笔嘴结构。 9、下列结构是受自然界事物结构启发而产生的（B） A、钢笔； B、潜艇； C、课桌； D、黑板。 10、比萨斜塔是意大利著名的古代文化遗产，被认为是世界建筑史上的一大奇迹。有关其倾斜而不倒的解释正确的是（C） A．比萨斜塔的根基比较稳定 B．比萨斜塔高度不太高 C．比萨斜塔结构重心垂线落在底面的范围内 D．比萨斜塔用最先进的钢筋混凝土建筑
第一单元、结构与设计单元练习题 班级姓名 一、选择题：（每小题2分，共60分） １.下列结构是受自然界事物结构启发而产生的――――――――――――――――（） A、口杯 B、衣服 C、飞机 D、手表 ２.我们所用的板凳属于――――――――――――――――――――――（）结构。 A、实心结构 B、框架结构 C、空心结构 D、壳体结构 3．悉尼歌剧院的外壳属于―――――――――――――――――――――――――（） A、实体结构 B、框架结构 C、壳体结构 D、混合结构 4．分析下列物体的结构类型，判断哪个不属于壳体结构――――――――――――（） A、头盔 B、圆形陶瓷饰品 C、贝类 D、金字塔 5．体操运动员在单杠上做大回环姿势时，会使杠体产生―――――――――（）变形。 A、拉伸 B、弯曲 C、压缩 D、断裂 6．上刀梯是是湘西苗族的传统活动，表演者为保证脚不受割伤，必须力求脚面垂直落在刀刃上，绝不滑动。此时脚面承受―――――――――――――――――――――――（） A、拉力 B、压力 C、剪切力 D、弯曲力 7．我国塔式建筑的结构一般都是由上到下越来越大，这主要是考虑它的―――――（） A、稳定性 B、强度 C、美观性 D、经济性 8．走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是――――――――――――――――――（） A、美观 B、重心低 C、保护 D、支撑 9．可以用受力结构的稳定性来解释的事实是―――――――――――――――――( ) A、拔河的绳子断裂 B、鸡蛋在某种情况下可以承受很大的外力 C、广告牌被台风吹倒 D、耳机与电脑主机的插口接触不良，听不到音乐 10.以下哪一个结构是不属于利用不稳定的结构实现某些功能的――――――――（） A、游乐设施的跷跷板功能结构 B、房间门口的活页功能结构； C、学校运动场的篮球架结构 D、圆珠笔的笔嘴结构。 11．影响结构稳定性的因素有――――――――――――――――――――――――（） ①结构的形状②材料③支撑面积大小④物体重心的位置 A、①②③ B、②③ C、①④ D、①③④ 12．我们常用的A形梯不采用铝合金片，而是采用长方形截面的构件，这说明以下哪个因素―――――――――――――――――――――――――（）影响着结构的强度？ A、材料 B、形状 C 、构件 D、连接方式 材料：人们最早利用混凝土的时候，只是把它当作人造石材。作为人造石材的混凝土与一般石材一样，虽然有较好的耐压性能，但是经不起拉力。但是它有一个重要的性质，那就是它的膨胀系数与钢材很接近。因此，它可以与钢材紧密结合起来。当人们把混凝土跟钢材结合起来做梁后发现：这样的梁既能受压，也能受拉，其强度比用混凝土做成的梁的强度大得多。回答13、14题。 13.钢筋混凝土梁中比无钢筋的水泥梁的―――――――――――――（）强度更强。 A、抗弯 B、抗压 C、抗拉 D、抗剪 14．在下列的钢筋混凝土桥梁中，哪种结构最好―――――――――――――（） 15．在一根竹杆和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物，竹杆比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂，说明了―――――――――――（）影响结构的强度。 A、材料 B、结构的形状 C、构件横截面形状 D、构件的连接方式 16．李敏要使客厅的茶几更具有欣赏价值，那么她应该侧重改变茶几的―――――（）
关系规范化理论题目 设关系模式R（ABC），F是R上成立的FD集，F=｛B→A，C→A ｝，ρ=｛AB，BC ｝是R上的一个分解，那么分解ρ是否保持FD集F并说明理由。 答：已知F={ B→A，C→A }，而πAB（F）={ B→A }，πBC（F）=φ，显然，分解ρ丢失了FD C→A。 设关系模式R（ABC），F是R上成立的FD集，F=｛B→C，C→A ｝,那么分解ρ=｛AB，AC ｝相对于F，是否无损分解和保持FD并说明理由。 答：①已知F={ B→C，C→A }， 而πAB（F）=φ，πAC（F）={ C→A } ） 显然，这个分解丢失了FD B→C ②用测试过程可以知道，ρ相对于F是损失分解。 设关系模式R（ABCD），F是R上成立的FD集，F=｛A→B，B→C，A→D，D→C ｝，ρ=｛AB，AC，BD ｝是R的一个分解。 ①相对于F，ρ是无损分解吗为什么 ②试求F在ρ的每个模式上的投影。 ③ρ保持F吗为什么 答：①用测试过程可以知道，ρ相对于F是损失分解。 ②πAB（F）={ A→B }，πAC（F）={ A→C }，πBD（F）=φ。 ！ ③显然，分解ρ不保持FD集F，丢失了B→C、A→D和D→C等三个FD。 设关系模式R（ABCD），R上的FD集F=｛A→C，D→C，BD→A｝，试说明ρ=｛AB，ACD，BCD ｝相对于F是损失分解的理由。 答：据已知的F集，不可能把初始表格修改为有一个全a行的表格，因此ρ相对于F是损失分解。 设关系模式R(ABCD)上FD集为F，并且F=｛A→B，B→C，D→B｝。 ①R分解成ρ=｛ACD，BD｝，试求F在ACD和BD上的投影。 ②ACD和BD是BCNF吗如不是，望分解成BCNF。 ！ 解：①F在模式ACD上的投影为｛A→C，D→C｝，F在模式BD上的投影为｛D→B｝。 ②由于模式ACD的关键码是AD，因此显然模式ACD不是BCNF。模式ACD 应分解成｛AC，AD｝或｛CD，AD｝。但是这个分解不保持FD，丢失了FD D→C 或A→C。 另外，模式BD已是BCNF。
第五章工艺规程设计(2 天津科技大学机械工程学院 主讲:王平 第三节成组加工工艺规程设计 一、概述 ●成组技术是利用事物之间的相似性,将许多具有相似信息 的研究对象归并成组,并用大致相同的方法来解决这一组研究对象的设计和制造问题;应用成组技术组织生产,可以扩大同类零件的生产数量,故能用大批量生产方式组织中小批量产品的生产。 ●成组技术起源与20世纪50年代,现在其应用已遍及产品 设计、制造加工和生产管理等诸多领域。 二、零件的分类编码 ●零件编码就是用数字表示零件的特征,代表零件特征的每 一个数字成为特征码。 ●目前世界上已有几十种分类编码系统。 ●我国1984年制定了“机械零件编码系统(简称JLBM-1系 统”。 ●该系统由名称类别码、形状及加工码和辅助码共15个码位 组成。
●如图5-32和表5-8、表5-9、表5-10、表5-11、表5-12.
三、成组加工工艺规程设计 1.为产品零件划分零件 组 (1特征码位法 (2码域法 (3特征位码域法 2.为零件组编制成组加工 工艺规程 (1综合零件法 (2综合工艺路线法
第四节计算机辅助机械加工 工艺规程设计 一、计算机辅助工艺规程设计方法 1. 派生法 在成组工艺基础上,将编码相同或相近的零件组成成零件组,然后使用综合零件法,为每一组零件制定成组工艺规程,存储在数据库中;具体应用时,调出该工艺规程进行编辑修改即可。 如图5-36所示。
2. 创成法 它根据输入零件的图形和信息,按存储在计算机内的工艺决策算法和逻辑推理方法,从无到有地生成零件的工艺规程。 3.综合法 是一种以派生法为主、创成法为辅的工艺规程设计方法,兼取两者之长。 二、派生法计算机辅助工艺规程设计原理 1.工艺信息数字化 (1零件编码矩阵化 (2零件组特征矩阵化 (3综合零件的设计