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出版者:电子工业出版社

作者:周佩玲/彭虎/傅忠谦编

出品人:

页数:137

译者:

出版时间:2005-4

价格:14.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787121010866

丛书系列:

图书标签:

• yxm107732@163.com
• 微机原理
• 接口技术
• 计算机基础
• 汇编语言
• 8086
• 硬件
• 电子技术
• 学习指导
• 教材
• 计算机组成原理

数字信号处理基础与应用 第一章 离散时间信号与系统 本章深入探讨离散时间信号与系统的基本概念和数学描述。我们将从连续时间信号的采样定理出发，详细阐述如何将连续信号转换为离散信号，并分析采样过程中可能出现的混叠现象及其对信号重建的影响。随后，我们将系统地介绍离散时间信号的表示方法，包括序列、Z变换的初步概念。 在系统方面，本章侧重于线性时不变（LTI）系统的分析。我们将定义LTI系统的基本性质，如叠加性、时不变性，并通过冲激响应来完全刻画一个LTI系统。卷积积分（对于连续时间系统）和卷积和（对于离散时间系统）是本章的核心内容。我们将详细推导离散系统的输出信号如何通过输入信号与系统冲激响应的卷积和求得，并提供丰富的实例演示如何利用此方法分析系统的时域特性。 此外，本章还将引入差分方程作为描述离散时间系统的另一种重要工具。我们将探讨如何利用差分方程来分析系统的因果性、稳定性和暂态响应。通过对这些基础概念的透彻理解，读者将为后续更高级的分析技术打下坚实的基础。对系统特性的分析将不仅仅停留在理论层面，还会结合具体信号（如阶跃信号、指数信号）的响应进行直观阐释。 第二章 离散时间系统的频域分析：傅里叶变换 信号和系统的分析往往在频域进行更为高效和直观。本章的核心任务是建立离散时间傅里叶变换（DTFT）的理论框架。我们将详细阐述周期序列的傅里叶级数表示法，并由此过渡到非周期序列的傅里叶变换。DTFT的收敛性条件和基本性质，如线性、时移、频移、调制、卷积的频域对偶性等，将得到详尽的讨论和证明。 理解DTFT的周期性是至关重要的。我们将强调，即使输入信号是非周期的，其频谱（DTFT）仍然是周期性的，其周期为 $2pi$。本章将配备大量图示，帮助读者理解如何通过频谱图来观察信号的频率内容和系统的滤波特性。 为了实际计算，我们引入离散傅里叶变换（DFT）。DFT是DTFT在等间隔频率点上的采样，是数字信号处理（DSP）硬件和软件实现的基础。本章将阐述DFT的定义、其与DTFT的关系，以及如何利用DFT分析有限长序列的频谱。我们将初步介绍DFT的周期延拓和频谱泄漏现象，为后续快速傅里叶变换（FFT）的学习做好铺垫。 第三章 Z变换及其在系统分析中的应用 Z变换是分析和设计离散时间系统的强大数学工具，它极大地推广了傅里叶分析的范围，特别是对于那些傅里叶变换不收敛的系统和信号。本章将从双边Z变换开始，定义其数学表达式，并严格界定收敛域（ROC）。我们将系统地推导常见序列的Z变换对，包括指数序列、单位阶跃序列等。 本章的重点在于理解Z平面及其对系统特性的指导意义。我们将深入分析ROC的几何意义，特别是它如何决定系统的因果性、稳定性（系统极点在单位圆上的位置）。我们将详细介绍单边Z变换，它在求解线性常系数差分方程初值问题中的应用。 Z变换的另一个关键应用是系统函数的建立。我们将展示如何利用Z变换将时域的卷积运算转化为频域的乘法运算，即 $H(z) = Y(z)/X(z)$。通过分析系统函数 $H(z)$ 的零点和极点，我们可以完全确定LTI系统的行为。本章将通过大量实例，演示如何从差分方程直接导出系统函数，并利用部分分式展开法求系统的脉冲响应。 第四章 FIR和IIR滤波器的设计原理 滤波是数字信号处理的核心任务之一。本章将集中介绍两种主要的数字滤波器结构：有限脉冲响应（FIR）滤波器和无限脉冲响应（IIR）滤波器。 FIR滤波器设计： 我们将从FIR滤波器的必要条件（线性相位）出发，详细介绍窗函数法。本章会详细介绍和比较常见的窗函数，如矩形窗、汉宁窗、海明窗等，分析不同窗函数对滤波器过渡带宽度和阻带衰减的权衡。此外，还将探讨频率采样法和最优滤波器设计（如Parks-McClellan算法的原理介绍），使读者对FIR设计的全景有一个清晰的认识。 IIR滤波器设计： IIR滤波器因其在较低阶数下能实现陡峭的过渡带而被广泛应用。本章将重点介绍从模拟滤波器到数字滤波器的双线性变换法（BLT）。我们将详细阐述巴特沃斯（Butterworth）和切比雪夫（Chebyshev）模拟滤波器的原型设计，包括低通、高通、带通和带阻滤波器。BLT的频率映射关系和预畸变（Prewarping）技术是本节的重点，确保数字滤波器能准确复现模拟滤波器的频率响应。最后，我们将对比FIR和IIR滤波器在计算复杂度、稳定性和相位特性上的优缺点。 第五章 随机信号处理基础 本章将信号处理的视角从确定性信号扩展到随机信号，这是通信、控制和测量领域不可或缺的一部分。我们将首先介绍随机过程的基本概念，如均值函数、自相关函数和功率谱密度（PSD）。 随机过程的平稳性（宽平稳和严平稳）是本章分析的基础。我们将深入探讨自相关函数的性质及其与功率谱密度的关系，特别是维纳-辛钦（Wiener-Khinchin）定理在随机信号分析中的重要性。 在本章的后半部分，我们将重点关注随机过程的线性系统响应。对于一个通过LTI系统的随机过程，如何计算其输出过程的自相关函数和功率谱密度将是核心内容。我们将引入白噪声的概念，并分析通过低通滤波器后的白噪声的频谱特性。此外，本章还将简要介绍最优线性估计的基本思想，如维纳滤波器的原理框架，为后续的信号增强和噪声消除奠定理论基础。 第六章 快速傅里叶变换（FFT）算法与实现 DFT的直接计算复杂度较高，是限制其在实时应用中的主要瓶颈。本章专注于快速傅里叶变换（FFT）算法，这是现代DSP的核心技术之一。我们将详细阐述最常用的Cooley-Tukey算法，特别是蝶形运算（Butterfly Operation）的原理。 本章将首先介绍如何将 $N$ 点DFT分解为两个 $N/2$ 点DFT的运算（即按时间抽选的Decimation-In-Time, DIT算法）。我们将详细展示FFT的运算流图，并分析其计算量的显著降低，从 $O(N^2)$ 降至 $O(Nlog_2 N)$。我们将讨论实现FFT时必须考虑的位反转（Bit-Reversal）操作及其必要性。 为了提供更全面的视角，本章还将简要介绍按频率抽选的FFT算法（Decimation-In-Frequency, DIF）。最后，我们将讨论实际应用中FFT的一些挑战，如非2的幂次的数据点处理（填充零的策略）以及FFT在频谱分析中可能引入的谱间引线（Spectral Leakage）问题及其缓解措施。 第七章 现代信号处理技术：小波分析导论 虽然傅里叶分析在频域分析方面非常强大，但它缺乏时间定位能力，无法很好地分析非平稳信号（信号的频率成分随时间变化的信号）。本章引入小波分析作为一种强大的时频分析工具。 我们将从小波的定义出发，介绍连续小波变换（CWT）的基本概念，强调小波（Wavelet）作为“局部化”的傅里叶基函数的特性。与无限长的正弦和余弦基函数不同，小波具有有限的持续时间，这使得小波变换能够同时提供时间和频率信息。 本章的核心是离散小波变换（DWT）及其在信号去噪和压缩中的应用。我们将详细介绍多分辨率分析（MRA）的框架，并重点阐述正交小波变换的实现——Mallat分解算法（或称“旗帜算法”）。该算法利用一对低通和高通滤波器（称为尺度函数和小波函数）对信号进行递归分解和重构。通过实例展示如何利用小波包分解和阈值处理实现高效的信号去噪，并在一定程度上介绍小波在图像处理中的应用前景。

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这本书的特点，如果用一个词来形容，那就是**“实践导向的故障排除手册”**。我拿到这本书时，我正在为一个嵌入式项目头疼，那个项目涉及到复杂的外部设备数据采集和异常信号处理，总是出现莫名其妙的数据丢失。我抱着试试看的心态翻阅了这本书的“外设异常处理与驱动调试”章节。我必须说，这本书的视角非常独特，它不是从“如何写驱动”的角度出发，而是从“当驱动写错了，系统会如何崩溃”的角度反推。它详细列举了诸如总线竞争、时钟漂移、握手失败等常见硬件接口错误在系统层面上会表现出来的症状，并提供了对应的诊断流程。比如，当一个并行接口的设备出现粘滞状态时，它建议检查握手信号的时序图是否满足Setup/Hold时间要求，并提供了使用逻辑分析仪捕获信号的参数设置建议。这种**“先诊断后治疗”**的思路，对我解决实际问题起到了立竿见影的效果。全书充满了大量的流程图和实际的硬件逻辑分析，非常适合那些已经有一定理论基础，但苦于无法将理论知识转化为解决实际硬件难题能力的工程师和高级学生。它弥补了标准教科书在工程实践中的“空白”。

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我对《数字逻辑与接口设计：从基础门电路到FPGA实现》这本书的评价是：**极具前瞻性与拓展性**。在如今芯片设计日趋复杂化的背景下，如果教材还停留在固定CPU的时代，那无疑是落伍的。这本书的精彩之处在于，它并没有将重点锁定在某一代的微处理器架构上，而是用非常高的视角来审视“接口”的本质——即不同功能模块之间信息的有效传递机制。它在讲解基础的串行与并行通信协议后，果断地引入了对可编程逻辑器件（FPGA）的介绍，并展示了如何利用VHDL/Verilog来设计一个自定义的、高效的通信接口控制器。这种将“原理”与“实现平台”紧密结合的做法，极大地拓宽了读者的视野。书中关于时序逻辑设计中锁存器和触发器的特性对比，以及如何利用时序约束来保证系统稳定性的部分，写得极其透彻，这对于理解现代高速数字系统的设计至关重要。对我来说，它不仅仅是一本关于微机接口的书，更是一本关于**如何用现代数字设计思维去实现任何接口逻辑**的指南。这本书的深度和广度，确保了读者在未来几年内都不会感到内容陈旧。

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《汇编语言程序设计基础与实践》这本书，坦率地说，对于初学者来说，简直是一本**及时的救星**。我过去在学习8086汇编指令集时，总是感觉那些跳转、堆栈操作像迷雾一样让人抓狂，书本上的例子也显得太过抽象和脱离实际。但是这本书，它从一开始就摆脱了那种干巴巴的理论说教，而是用大量的、贴近实际硬件操作的案例来构建知识体系。比如，它讲解中断服务程序时，不是简单地罗列 INT 21H 的功能码，而是会手把手地带你模拟一个键盘输入过程，让你真正理解中断向量表是如何工作的，以及 CPU 是如何在繁忙的执行过程中停下来处理外部请求的。更让我赞赏的是，它对内存分段和寻址方式的阐述极其细致，通过生动的图示和对比，彻底厘清了段寄存器（CS, DS, SS, ES）之间的关系，这可是初学者最容易混淆的地方。读完前三章，我感觉自己对底层硬件的“触感”一下子就强了很多，不再是单纯地背诵指令，而是开始思考指令执行后，CPU 内部寄存器和内存单元到底发生了什么变化。这本书的价值在于，它成功地架起了一座理论与动手实践之间的桥梁，让枯燥的底层编程变得有迹可循，有迹可循的知识才是真正能被掌握的知识。它的排版和逻辑流程设计得也非常清晰，每一节知识点后面都有即时的“自测与思考”环节，确保读者没有走神。

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说实话，我对市面上很多号称“深入”的微机原理教材都持保留态度，很多都只是堆砌了大量的寄存器描述和时序图，读起来像是在啃一本厚厚的规格说明书。然而，这本《深入理解计算机结构：从寄存器到总线协议》给我的感受完全不同。它更像是一位经验丰富的老工程师在跟你娓娓道来现代计算机系统是如何一步步演化和协同工作的。这本书的重点明显不在于让你背诵某一个特定型号的微处理器手册，而是着眼于**跨代际的共性原理**。它对总线仲裁机制的分析简直是教科书级别的，无论是传统的共享总线还是后来的分层架构，它都能用清晰的层次结构图来解构复杂的信号交互过程。特别是关于I/O控制器的设计哲学，它没有停留在简单的程序查询或中断驱动，而是深入探讨了DMA（直接内存访问）如何从根本上解放CPU，这才是理解现代高性能计算的关键。书中还花了大量的篇幅讨论了指令流水线和缓存一致性问题，这些内容通常被认为是非常高级的领域，但作者却能用非常精炼的语言和恰当的抽象层次进行阐述，使得一个非专业背景的读者也能窥见高性能计算背后的秘密。读完这本书，我对“接口技术”的理解从简单的“读写端口”提升到了“系统级的数据流管理”的高度。

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这本书，以其**返璞归真的教学理念**，为我重塑了对“指令集架构”的理解。在过去，我一直被复杂的指令集和众多的寻址模式所困扰，总觉得要成为高手就必须记住每一个指令的机器码和标志位影响。然而，这本书的作者似乎洞察到了这种“记忆负担”的弊端，他选择了一个非常巧妙的切入点：从**最小可工作系统**出发，逐步引入更复杂的指令。它会先用最基础的“加载-运算-存储”循环来构建一个极简的程序，让你理解CPU执行一条指令的生命周期，然后才开始慢慢拓宽到乘除法、循环控制等高级指令。这种“搭积木”式的教学方法，极大地降低了初次接触汇编语言的心理门槛。而且，它对**汇编器和链接器**的工作流程的剖析细致入微，这是很多教材往往一带而过的地方。通过详细解读目标文件格式和段重定位的过程，我终于明白了为什么有时候代码能跑，有时候却会因为链接错误而崩溃。这本书的重点不是教你如何编写最快的代码，而是教你**如何理解编译器和汇编器为你做了什么**，这对于培养扎实的底层软件开发习惯至关重要。

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