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出版者:中国水利水电出版社水电

作者:黄同愿

出品人:

页数:326

译者:

出版时间:2006-10

价格:32.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508440552

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机原理
• 计算机组成原理
• 接口技术
• 单片机
• 嵌入式系统
• 数字电路
• 汇编语言
• 计算机硬件
• 电子技术
• 计算机基础

《现代光电技术基础与应用》 图书简介 本书聚焦于21世纪信息技术和先进制造领域的核心驱动力——光电技术。内容涵盖了从基础的光学原理到前沿的光电器件设计与系统集成，旨在为读者构建一个全面、深入且与时俱进的知识体系。本书力求理论的严谨性与工程实践的紧密结合，尤其强调新材料、新工艺在光电器件中的应用。 第一部分：光的基础理论与特性 本部分系统梳理了光作为电磁波的本质属性，以及其在介质中传播和相互作用的物理基础。 第一章：电磁波理论基础回顾 本章首先回顾了麦克斯韦方程组在光频范围内的应用，明确了光的波动性和量子性之间的辩证关系。重点阐述了光的偏振态、相位和频率等关键参数的数学描述，为后续的干涉、衍射现象的分析打下坚实基础。同时，引入了光在不同折射率介质中传播时的边界条件处理，特别是斯涅尔定律的严格推导。 第二章：几何光学与成像原理 几何光学是理解光学系统设计的第一步。本章详细解析了光的射线模型，包括反射定律和折射定律的几何推导。核心内容聚焦于透镜和反射镜的特性，如焦距、放大率、像差的定义。通过对单透镜系统和多镜组合系统的分析，读者将掌握如何利用光线追迹法（Ray Tracing）来评估成像质量。特别讨论了球差、色差、彗差和像散等主要几何像差的成因及其校正方法，如非球面设计在现代精密光学中的作用。 第三章：波动光学与干涉衍射 深入到光学的波动性领域，本章是理解先进光学现象的关键。详细讨论了光的叠加原理，包括薄膜干涉（如抗反射膜的设计原理）和杨氏双缝干涉实验的定量分析。衍射理论部分，重点阐述了夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的区别与联系，并以光栅作为核心案例，分析其在光谱分析中的应用。此外，对傅里叶光学进行了初步介绍，展示了透镜如何实现光学傅里叶变换，这是现代光学信号处理的基础。 第二部分：光与物质的相互作用及光电器件 本部分将理论知识转化为实际的器件结构和功能实现，重点关注光子与电子在半导体材料中的转换过程。 第四章：半导体光物理基础 理解光电器件，必须掌握半导体能带理论。本章详细阐述了晶体结构、能带的形成、载流子的输运特性。核心内容是光与半导体材料的相互作用机制，包括光吸收（光生载流子的产生）、光发射（自发辐射与受激辐射）的能级跃迁过程。基于费米能级理论，解释了P-N结的建立及其在光电器件中的重要性。 第五章：光电探测器件 本章专注于将光信号转换为电信号的器件。详细介绍了光电二极管（PD）的工作原理，包括其结构、响应速度和噪声特性。重点分析了雪崩光电二极管（APD）的增益机制和优缺点。随后，深入讨论了光电导探测器和光伏器件（太阳能电池的基础结构），阐述了量子效率、暗电流和谱响应范围等关键性能指标的定义与测量方法。 第六章：光发射器件与光源技术 本部分系统介绍了现代光通信和显示技术中的核心光源。对发光二极管（LED）的结构、效率优化（特别是外量子效率的提升）进行了深入剖析。随后，重点解析了半导体激光器（Laser Diode, LD）的工作原理，包括受激辐射的阈值条件、腔内模式的选择与控制、以及光束质量的表征。讨论了不同半导体材料（如GaAs、InP、GaN）在不同波段光源应用中的技术路线。 第七章：光波导与集成技术 光在介质中引导和传输是光通信和光电子集成的基础。本章引入了介质波导的基本概念，如有效折射率、模式场分布。详细分析了平面光波导（PLN）和光纤波导的特性。随后，过渡到光子集成电路（PIC）的概念，介绍了光波导的耦合技术、调制器的基本原理（如电光效应），以及如何将光源、调制器、探测器集成于同一芯片上的挑战与进展。 第三部分：先进光电系统与前沿应用 本部分将前述器件和原理应用于具体的系统工程中，探讨光电技术在现代工程中的高阶应用。 第八章：光纤通信系统原理 作为现代信息高速公路的核心，光纤通信是不可或缺的一环。本章从通信原理出发，阐述了光纤的衰减、色散（包括模间色散、材料色散和波导色散）的机理及其对系统带宽的限制。系统性地介绍了光纤放大器（如EDFA）的工作原理和在长距离传输中的作用。并对数字光通信系统的基本结构（收发机）和性能指标进行了量化分析。 第九章：光学计量与传感技术 本章探讨了光电技术在精密测量和环境感知中的应用。详细介绍了干涉测量技术在位移、形貌测量中的高精度优势。重点讲解了光纤传感器的工作原理，包括基于光强、相位、波长调制的温度、应变、压力传感器的设计方案。对激光雷达（LiDAR）的基本构型、测距原理以及在自动驾驶和三维重建中的应用潜力进行了分析。 第十章：先进显示技术与成像系统 本章关注人机交互的前沿界面。系统梳理了液晶显示（LCD）的工作原理，包括液晶分子定向与电场响应。深入探讨了有机电致发光显示（OLED）的器件结构、驱动方式及其在柔性显示中的技术瓶颈。在成像系统方面，分析了CCD/CMOS图像传感器的光电转换过程，以及现代数字相机中色彩还原和降噪算法的基础。 总结与展望 本书结构严谨，层次分明，从微观的光子行为到宏观的光电系统设计，为读者提供了完整的光电知识链条。全书在讲解核心概念时，充分结合了工程实际中遇到的具体问题和解决方案，旨在培养具备扎实理论基础和解决复杂光电工程问题的复合型人才。

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这本书在讲解微处理器的发展历程时，也做得相当出色。它没有止步于介绍某个型号的CPU有多强大，而是将整个微处理器行业的发展脉络清晰地呈现出来。从早期的8位、16位处理器，到如今的32位、64位，作者通过对比不同时代处理器的架构特点、性能提升以及应用场景的演变，让我对微处理器技术是如何一步步革新产生了深刻的理解。例如，在讲解RISC和CISC指令集的时候，作者并没有纠结于指令集的具体细节，而是从设计理念的差异入手，阐述了两种架构各自的优缺点以及它们在不同应用领域中的适应性。书中还涉及了微处理器与操作系统的协同工作，虽然不是深入的技术分析，但足以让我明白，强大的硬件离不开高效的软件配合才能发挥最大的价值。我特别欣赏作者对一些经典处理器的回顾，比如Intel的8086、80386，以及Motorola的68000系列，它们在计算机发展史上的地位和影响力被恰如其分地展现出来，让我对这些“老古董”有了新的认识，也理解了为何它们能成为一代经典。这种历史视角，不仅仅是知识的堆砌，更是对技术发展规律的一种感悟。

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从读者的角度来看，这本书最吸引我的地方在于，它不仅仅是教授“是什么”，更在于解释“为什么”。比如，在解释显存（VRAM）的作用时，它不仅仅是说显存是存放图像数据的，而是会深入分析显存的带宽、刷新率等因素如何影响图形显示的流畅度和分辨率。它会告诉你，为什么玩大型游戏需要高带宽的显存，为什么高刷新率的显示器能够提供更流畅的视觉体验。对于网络接口卡（NIC）的讲解，它也做得非常到位，不仅仅是告诉你网卡的作用是连接网络，还会解释网卡是如何将数据包封装并发送出去，以及如何接收和解析进入的数据包。书中对以太网接口的普及，以及各种网络协议（如TCP/IP）在数据传输中的作用，也有着清晰的介绍。我尤其喜欢作者在讲解数据链路层协议时，对MAC地址和IP地址的区别与联系的解释，这让我明白了网络通信是如何在物理层面和逻辑层面协同工作的。

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这本书在技术深度和广度之间找到了一个非常好的平衡点。它没有回避那些相对复杂的技术细节，但又总是能够用易于理解的方式来呈现。例如，在讲解中断控制器（如PIC 8259）时，它并没有简单地介绍中断优先级和中断向量，而是深入到中断请求（IRQ）和中断服务程序（ISR）之间的关系，以及中断控制器是如何管理多个中断源的。它会让你明白，为什么电脑在同时运行多个程序时，仍然能够响应用户的操作。对于显示控制器（如VGA）的讲解，它也做得非常出色，不仅仅是介绍显示模式和分辨率，更重要的是解释了视频信号是如何从显示控制器生成并传输到显示器的，以及这些控制器的内部结构和工作原理。我尤其喜欢作者在讲解ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）时，对它们在音频和视频处理中的作用的阐述，这让我明白了为什么数字信号需要转换为模拟信号才能被我们的耳朵和眼睛感知。

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这本书在逻辑组织上也做得相当出色。它并非一股脑儿地堆砌知识点，而是循序渐进，将复杂的概念分解开来，层层递进。例如，在介绍存储器层次结构时，作者从CPU内部的高速缓存（Cache）开始，然后是内存（RAM），最后是外存储器（硬盘、SSD），并详细解释了它们之间的速度差异、容量大小以及在数据访问中的作用。它不仅仅是告诉我们有 Cache，还会解释 Cache 的工作原理，比如局部性原理，以及它如何提升 CPU 的访问效率。对于总线仲裁的讲解，作者也用非常形象的比喻，将多个设备争夺总线使用权的过程描绘得生动有趣，让我理解了为什么需要总线仲裁，以及仲裁的几种常见方式。我尤其欣赏作者在讲解外设控制芯片时，对通用异步收发器（UART）的详细阐述，它不仅解释了UART在串行通信中的作用，还深入到其内部的发送器和接收器的工作流程，以及波特率、数据位、停止位等参数的意义。

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这本书对于理解微处理器与外部设备的交互方式，有着非常深刻的洞察。比如，在讲解并行接口（如Centronics接口）时，它不仅仅是描述了接口的引脚功能，更重要的是解释了CPU如何通过控制这些引脚来控制打印机的工作，包括发送打印数据、控制打印头移动以及读取打印机状态。它也解释了为什么这种并行接口逐渐被USB接口所取代，主要是因为USB在速度、灵活性和易用性方面的优势。对于键盘和鼠标这些输入设备，书中也进行了详细的阐述，包括它们是如何通过串行接口将按键或移动的坐标信息发送给CPU的，以及CPU是如何解析这些信息的。我特别欣赏作者在讲解红外（IR）接口技术时，对红外通信原理的介绍，以及它在遥控器等设备中的应用，这让我对无线通信也有了一个初步的认识。

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这本书对于理解微机系统的工作原理，尤其是数据传输和通信方面，提供了非常直观的视角。比如，在介绍中断机制的时候，作者并没有仅仅罗列中断类型和中断向量，而是通过一个生动的场景来解释，例如当键盘输入一个字符时，CPU是如何被“打断”来处理这个输入的，以及中断向量表是如何帮助CPU快速找到处理中断的程序。这种情景式教学，让我这个初学者能够非常轻松地理解这些抽象的概念。对于I/O端口的讲解，书中也充满了巧思，它没有停留在硬件连接的层面，而是深入到CPU如何通过端口指令与外部设备进行通信，包括输入输出端口的寻址方式，以及端口映射和内存映射I/O的区别。这让我意识到，电脑的每一个操作，无论是键盘输入还是鼠标移动，背后都有着一系列精密的硬件交互流程。我尤其欣赏作者在解释DMA（直接内存访问）时使用的比喻，将CPU比作一个忙碌的经理，而DMA控制器则像一个得力的助手，能够在CPU不直接参与的情况下，将数据从外设直接传输到内存，从而大大提高了系统效率。

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拿到这本《微型计算机原理与常用接口技术》的时候，我以为自己会一头雾水，毕竟“微型计算机原理”听起来就够硬核的了，更别提“常用接口技术”了，这名字仿佛自带一层技术滤镜，让人望而却步。然而，当我翻开第一页，立刻就被吸引住了。作者并非直接抛出枯燥的二进制和逻辑门，而是从一个非常接地气的角度切入，就像在跟我这位对电脑硬件知之甚少的“小白”循序渐进地讲解。书中对CPU的内部结构，比如运算器、控制器、寄存器等，并没有直接用复杂的图表轰炸，而是用生动形象的比喻，比如把CPU比作大脑，运算器是思考的部分，控制器是负责调度的指挥官，寄存器则是临时存放信息的小抽屉，这些通俗易懂的类比让我瞬间就抓住了核心概念。接着，关于内存，它不只是简单地介绍RAM和ROM的区别，还会告诉你它们在电脑运行中扮演着怎样的角色，为什么电脑需要内存，内存的速度对电脑性能有多大影响，甚至还会简单提及内存的种类和发展趋势。我尤其喜欢作者讲解总线的部分，它不再是抽象的数据通道，而是被描绘成城市里川流不息的道路，而数据就像是来来往往的车辆，总线宽度决定了道路有多宽，传输速度则决定了车辆的行驶速度。这些细节的处理，让原本复杂的技术原理变得栩栩如生，仿佛我真的能看到数据在电脑内部奔腾。

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总的来说，这本书的价值在于它能够将枯燥的技术原理变得生动有趣，并将抽象的概念具象化。它不是一本只适合专业人士阅读的书籍，而是一本能够让普通爱好者也能轻松入门并有所收获的书。比如，在讲解打印机接口时，它不仅仅是介绍了并口，还简单提及了打印机的工作原理，比如点阵打印机和喷墨打印机的工作方式，这让我对这些日常设备有了更深层次的了解。它还会涉及到一些电源管理技术，比如CPU的节电模式，以及它们是如何在保证性能的同时降低功耗的。我特别欣赏作者在讲解I/O端口的地址空间分配时，对不同设备的端口地址如何被划分和管理的介绍，这让我理解了系统资源是如何被有效地利用的。这本书就像一位耐心细致的老师，用最恰当的方式引导我探索微型计算机的奥秘。

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对于“常用接口技术”这一部分，我更是赞不绝口。这本书没有把我扔进一个充满陌生接口缩写的海洋，而是有条不紊地介绍了那些在日常生活中最常见、最有用的接口。USB接口的演变，从USB 1.0到USB 3.0，再到Type-C，书中详细解释了不同版本在传输速度、供电能力、接口形态上的巨大差异，以及USB接口是如何成为万能接口的。它不仅仅是告诉你USB是什么，而是让你理解USB协议的设计哲学，为什么它如此灵活和普及。PCIe接口的讲解也同样精彩，作者将它比作高速公路，而不同的PCIe版本就是这条公路上的不同车道数和限速标志，清晰地说明了显卡、网卡等高性能设备为何需要PCIe接口。SATA接口在硬盘存储领域的重要性，以及它如何取代了老旧的IDE接口，书中也进行了详细的对比和分析，让我明白了数据传输效率对于存储设备的重要性。甚至像HDMI、DisplayPort这样的音视频接口，作者也都进行了深入浅出的讲解，解释了它们在高清影音传输中的作用，以及它们是如何实现音频和视频信号同步传输的。

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阅读《微型计算机原理与常用接口技术》的过程，就像是经历了一次“解剖”电脑的旅程，但又不是那种冰冷的技术分解。作者的语言风格非常友善，避免了过多的专业术语堆砌，即使有，也会在第一时间给出通俗易懂的解释。在讲解BIOS（基本输入输出系统）的部分，它没有仅仅告诉你BIOS是用来启动电脑的，而是深入到BIOS的组成、功能以及它在计算机启动过程中的具体作用，比如POST（上电自检）是如何进行的，BIOS是如何加载操作系统的。这种对细节的关注，让我对电脑启动这个日常却又充满神秘感的环节有了更清晰的认识。书中还探讨了CMOS（互补金属氧化半导体）技术在微处理器制造中的关键作用，以及它如何影响着芯片的功耗和性能。我特别喜欢作者在讲解微处理器指令集架构时，对不同指令格式的分析，虽然没有深入到汇编指令的每一个细节，但足以让我理解指令长度、寻址方式以及指令执行效率之间的关系。

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