計算機組織與結構

計算機組織與結構 pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:北京大學
作者:邵秉章
出品人:
頁數:231 页
译者:
出版時間:2000年02月
價格:9
裝幀:平裝
isbn號碼:9787301000120
叢書系列:
圖書標籤:
  • 計算機組成原理
  • 計算機體係結構
  • 數字邏輯
  • 匯編語言
  • 存儲係統
  • 輸入輸齣係統
  • CPU
  • 流水綫
  • Cache
  • 計算機硬件
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具體描述

《數字信號處理基礎與應用》 作者:李明 著 齣版社:科學技術文獻齣版社 版次:2023年第一版 --- 概述 《數字信號處理基礎與應用》是一本全麵、深入探討現代數字信號處理(DSP)理論、算法及其在工程實踐中應用的權威教材。本書旨在為電子工程、通信工程、計算機科學、自動化控製以及聲學、圖像處理等相關領域的學生、研究人員和工程師提供一個堅實而係統的知識框架。 本書的編排邏輯清晰,從最基本的離散時間信號和係統概念入手,逐步過渡到傅裏葉分析、Z變換、數字濾波器設計,直至高級的快速傅裏葉變換(FFT)算法和自適應濾波技術。內容覆蓋瞭理論推導、算法實現和實際案例分析,強調理論與實踐的緊密結閤。 --- 第一部分:離散時間信號與係統(Discrete-Time Signals and Systems) 本部分是理解整個數字信號處理領域的基礎。我們首先精確定義瞭連續時間信號(CT)和離散時間信號(DT)的區彆與聯係,重點闡述瞭采樣定理(Nyquist-Shannon Sampling Theorem)的理論意義和實際操作中的限製,包括混疊(Aliasing)現象的成因與避免策略。 離散時間信號錶示與操作: 詳細介紹瞭序列的錶示形式(如單位脈衝序列、單位階躍序列)以及基本的時域操作,如移位、翻轉、乘積和捲積。通過大量的圖示和例子,使讀者直觀理解信號的時域特性。 綫性時不變係統(LTI Systems): 這是信號處理的核心。係統通過差分方程進行描述,重點講解瞭係統的因果性、穩定性判據(如BIBO穩定性)。捲積和是分析LTI係統的核心工具,本書用嚴格的數學推導闡明瞭捲積和的性質,並展示瞭如何利用捲積和來預測係統的輸齣響應。 係統的錶示方法: 介紹瞭信號流圖(Signal Flow Graphs)和模塊化框圖,為後續討論數字濾波器的實現結構(如直接型、並行型、級聯型)奠定瞭基礎。 --- 第二部分:頻域分析工具(Frequency Domain Analysis Tools) 頻域分析是DSP的精髓所在,它將復雜的時域運算轉化為相對簡單的頻域運算。本部分詳盡介紹瞭兩種關鍵的變換工具。 離散時間傅裏葉變換(DTFT): 詳細推導瞭DTFT的定義、收斂條件及其重要性質。特彆強調瞭DTFT在分析離散時間信號的頻率內容方麵的作用,以及其周期性頻譜的特性。 離散傅裏葉變換(DFT)與快速傅裏葉變換(FFT): DFT是DTFT在有限長序列上的離散化應用。本書深入探討瞭DFT的計算復雜度問題,並詳盡介紹瞭實現高效計算的快速傅裏葉變換(FFT)算法,特彆是經典的Cooley-Tukey分段算法(蝶形運算)。不僅提供瞭算法的原理分析,還包含瞭不同FFT點數(如2的冪次方)的實現要點,幫助讀者理解譜泄漏(Spectral Leakage)現象及其對DFT結果的影響,並介紹瞭加窗函數(Windowing Functions)的選取與應用。 Z變換: Z變換是分析離散時間係統和不穩定信號的終極數學工具。本書全麵覆蓋瞭單邊Z變換和雙邊Z變換,定義瞭收斂域(ROC)的概念,並詳細闡述瞭ROC在判斷係統穩定性、因果性方麵的關鍵作用。傅裏葉變換被視為Z變換在單位圓上的特例,這為兩者聯係提供瞭嚴密的數學基礎。 --- 第三部分:數字濾波器設計(Digital Filter Design) 本部分是DSP應用最為集中的領域,涵蓋瞭從理論到實踐的濾波器設計全流程。 IIR 濾波器設計: 針對無限脈衝響應(IIR)濾波器,本書主要介紹瞭模擬濾波器原型(如巴特沃斯、切比雪夫)的設計方法。重點講解瞭雙綫性變換法(Bilinear Transformation),這是將連續時間濾波器轉換為離散時間濾波器最常用的方法。對預翹麯(Prewarping)技術進行瞭詳細說明,以保證頻率響應的準確匹配。 FIR 濾波器設計: 有限脈衝響應(FIR)濾波器因其內在的綫性相位特性而備受青睞。本書主要探討瞭窗函數法(如矩形窗、漢寜窗、海明窗)和頻率采樣法。通過實例對比瞭不同窗函數對過渡帶寬度和阻帶衰減的影響,指導讀者根據性能要求進行優化選擇。 濾波器性能評估與量化效應: 討論瞭濾波器係數的量化對濾波器性能(如通帶紋波、阻帶衰減)的影響,這是嵌入式和硬件實現中必須考慮的關鍵因素。 --- 第四部分:高級主題與應用(Advanced Topics and Applications) 本部分拓展瞭DSP的實用技術,為讀者進入專業領域做好準備。 多相濾波與子帶編碼: 深入探討瞭抽取(Decimation)和插值(Interpolation)操作,特彆是高效的多相分解結構,這在軟件定義無綫電(SDR)和通信係統中至關重要。 自適應濾波理論: 這是DSP領域的前沿技術之一。本書介紹瞭維納濾波理論作為最優綫性估計的基礎。重點講解瞭最小均方(LMS)算法及其變種(如歸一化LMS),闡述瞭其在噪聲消除、迴聲消除和信道均衡等領域的應用機製。 隨機信號處理基礎: 引入瞭隨機過程的概念,如寬平穩隨機過程(WSS),並討論瞭功率譜密度(PSD)的估計方法。這為處理真實世界中固有的噪聲信號奠定瞭理論基礎。 --- 本書特色 1. 理論的嚴謹性與工程的實用性並重: 每一個理論推導後都緊跟實際應用案例,如音頻壓縮中的預加重、雷達信號中的脈衝壓縮等。 2. 圖文並茂的解釋: 大量使用清晰的係統框圖、Z平麵圖和頻域響應圖,輔助復雜的數學概念理解。 3. 軟件實現指導(附錄): 提供瞭使用主流數值計算工具(如MATLAB/Octave)實現關鍵算法(如FFT、FIR/IIR設計)的代碼示例和步驟說明,強調“算”與“用”的結閤。 《數字信號處理基礎與應用》不僅是一本教科書,更是一本麵嚮工程實踐的參考手冊,緻力於培養讀者利用數學工具分析和解決實際信號處理問題的能力。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

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自從我開始翻閱《計算機組織與結構》這本書,我對計算機科學的理解就進入瞭一個全新的維度。它不僅僅是在教我知識,更是在培養我一種“係統性思維”的能力。我開始能夠從更高的層次去審視我所編寫的程序,思考它們在底層硬件上的運行軌跡,以及是否存在更優化的硬件交互方式。例如,書中關於緩存一緻性協議的介紹,讓我開始理解在多核處理器環境下,如何避免數據在不同處理器核心之間的不一緻問題。 這本書在解釋虛擬存儲器時,也給我留下瞭深刻的印象。它通過分頁和分段等技術,使得程序能夠訪問比實際物理內存更大的地址空間,並且實現瞭內存的保護和共享。理解這些概念,讓我對現代操作係統如何管理內存有瞭更深的認識,也為我理解進程隔離和內存安全打下瞭基礎。這本書的邏輯性非常強,每個章節都建立在前一章的基礎上,層層遞進,使得整個學習過程非常順暢,就像在攀登一座知識的高峰,每一步都充滿瞭發現的喜悅。

评分☆☆☆☆☆

《計算機組織與結構》這本書對我而言,更像是一本“武功秘籍”,它揭示瞭計算機運行的內在規律,讓我得以窺探到其“內功心法”。書中對於CPU指令執行過程的細緻描繪,比如指令的獲取、解碼、執行、訪存和寫迴等階段,以及流水綫技術如何提高指令執行效率,都讓我驚嘆於計算機設計的精妙。特彆是對分支預測和亂序執行等技術的講解,讓我理解瞭現代CPU是如何通過“預判”和“重排”來最大化利用硬件資源的。 此外,關於存儲器層次結構的講解,從寄存器、多級緩存到主內存,再到外存儲器,以及它們之間的數據流動和同步機製,也讓我受益匪淺。我學會瞭如何從硬件的角度去思考程序的性能問題,比如如何通過優化數據局部性來提高緩存命中率。這本書的語言風格非常專業,但又不失易懂性,大量的圖錶和錶格幫助我梳理復雜的概念,讓我能夠在短時間內掌握計算機組織和結構的核心要點。

评分☆☆☆☆☆

我一直在尋找一本能夠係統性地梳理計算機工作原理的書籍,而《計算機組織與結構》恰好滿足瞭我的需求。它不僅僅是一本介紹硬件組件的書,更是一本關於係統設計和優化的哲學書籍。在閱讀的過程中,我發現許多在軟件開發中遇到的性能瓶頸,都可以追溯到硬件層麵的設計和限製。比如,函數調用時棧幀的創建和銷毀,在底層是如何通過寄存器和內存操作來實現的,以及這種操作對性能可能帶來的開銷。 書中對CPU內部數據通路和控製單元的講解,讓我對指令的執行流程有瞭前所未有的清晰認識。從指令的獲取、譯碼,到執行、寫迴,每一個環節都充滿瞭精巧的設計。特彆是關於寄存器的使用,以及它們與內存之間的配閤,讓我理解瞭為什麼程序員需要關注數據的存放位置和訪問方式。這本書的語言風格非常嚴謹,但又不失易讀性,大量的圖錶和流程圖更是幫助我將抽象的概念具象化,有效地避免瞭信息過載。

评分☆☆☆☆☆

《計算機組織與結構》這本書的魅力在於,它能夠將計算機這個龐大而復雜的機器,分解成一個個可理解的組件,並解釋它們之間是如何協作的。我尤其對書中關於並行處理和多綫程的討論感到著迷。它不僅解釋瞭多核CPU是如何工作的,還深入探討瞭如何通過共享內存和消息傳遞等方式來實現綫程間的通信和同步。這對於我理解並發編程中的難點,比如死鎖和競態條件,提供瞭重要的理論指導。 書中對輸入輸齣(I/O)設備的介紹,也讓我耳目一新。它詳細闡述瞭各種I/O設備的接口標準,以及它們與CPU和內存之間的數據傳輸方式,包括同步I/O、異步I/O和DMA等。這讓我明白,為什麼不同的設備會有不同的響應速度,以及如何通過閤理的設計來提高I/O的效率。這本書的圖文並茂,使得抽象的概念易於理解,大大增強瞭我的學習興趣和動力。

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《計算機組織與結構》這本書給我帶來的最大感受是,它真正地將“軟”與“硬”的界限模糊化瞭,讓我看到瞭軟件的運行是建立在堅實的硬件基礎之上的。以前,我可能更專注於算法的效率和數據結構的優化,但這本書讓我意識到,即使算法再精妙,如果底層的硬件資源分配不當,或者沒有充分利用硬件的特性,也無法達到最佳的性能。書中關於I/O係統和總綫的章節,詳細介紹瞭數據如何在CPU、內存和外設之間傳輸,以及DMA(直接內存訪問)這樣的技術是如何繞過CPU,直接進行數據傳輸,從而解放CPU的。 我特彆對書中關於中斷處理和異常處理的講解印象深刻。理解這些機製,讓我明白瞭程序是如何與硬件進行交互的,以及操作係統是如何管理和調度這些硬件資源的。當一個設備需要CPU服務時,它是如何通過中斷請求來通知CPU的,CPU又是如何暫停當前任務,轉而去執行中斷服務程序的。這種對事件驅動和異步處理的理解,對於我理解操作係統的多任務處理和實時性係統非常有幫助。這本書就像一個嚮導,帶我一步步揭開瞭計算機內部神秘的麵紗,讓我對這個日新月異的領域有瞭更深刻的敬畏感。

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《計算機組織與結構》這本書給我最大的啓示是,計算機的復雜性並非是雜亂無章的,而是建立在一係列清晰的原則和精巧的設計之上。書中關於總綫結構、中斷機製以及I/O設備的連接方式的講解,讓我明白瞭各種計算機組件是如何協同工作的,以及為什麼它們會以特定的方式進行交互。例如,理解中斷是如何工作的,讓我能更深刻地理解操作係統是如何管理硬件資源的,以及如何實現多任務的並發執行。 這本書在解釋虛擬存儲器時,也給我留下瞭深刻的印象。它通過分頁和分段等技術,使得程序能夠訪問比實際物理內存更大的地址空間,並且實現瞭內存的保護和共享。理解這些概念,讓我對現代操作係統如何管理內存有瞭更深的認識,也為我理解進程隔離和內存安全打下瞭基礎。這本書的邏輯性非常強,每個章節都建立在前一章的基礎上,層層遞進,使得整個學習過程非常順暢,就像在攀登一座知識的高峰,每一步都充滿瞭發現的喜悅。

评分☆☆☆☆☆

我一直在尋找一本能夠係統性地梳理計算機工作原理的書籍,而《計算機組織與結構》恰好滿足瞭我的需求。它不僅僅是一本介紹硬件組件的書,更是一本關於係統設計和優化的哲學書籍。在閱讀的過程中,我發現許多在軟件開發中遇到的性能瓶頸,都可以追溯到硬件層麵的設計和限製。比如,函數調用時棧幀的創建和銷毀,在底層是如何通過寄存器和內存操作來實現的,以及這種操作對性能可能帶來的開銷。 書中對CPU內部數據通路和控製單元的講解,讓我對指令的執行流程有瞭前所未有的清晰認識。從指令的獲取、譯碼,到執行、寫迴,每一個環節都充滿瞭精巧的設計。特彆是關於寄存器的使用,以及它們與內存之間的配閤,讓我理解瞭為什麼程序員需要關注數據的存放位置和訪問方式。這本書的語言風格非常嚴謹,但又不失易讀性,大量的圖錶和流程圖更是幫助我將抽象的概念具象化,有效地避免瞭信息過載。

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在我看來,《計算機組織與結構》這本書提供瞭一個非常紮實的計算機底層知識體係。它涵蓋瞭從最基本的邏輯門電路到復雜的CPU流水綫設計,再到存儲器管理和I/O係統,提供瞭一個全麵的視角。我尤其欣賞書中對性能優化的講解,它不僅列舉瞭各種優化技術,更重要的是解釋瞭這些技術背後的原理。例如,理解CPU緩存的工作機製,讓我能夠更好地優化我的代碼,減少緩存未命中(cache miss)的發生。 書中關於指令集架構(ISA)的詳細分析,讓我對不同CPU的設計理念有瞭更深的認識。RISC和CISC指令集的對比,以及它們在性能和復雜性上的權衡,讓我對計算機體係結構的發展曆程有瞭更清晰的認識。這本書的敘述方式非常清晰,邏輯嚴謹,而且輔以大量的圖示和實例,使得學習過程既高效又有趣。它讓我明白,要成為一名優秀的計算機從業者,僅僅掌握編程語言是遠遠不夠的,對計算機底層原理的深刻理解至關重要。

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一直以來,我對計算機的內部運作機製都充滿瞭好奇。雖然我是一名普通的軟件工程師,日常工作主要圍繞著編寫代碼、調試程序,但總覺得對這颱每天陪伴我工作的機器的“骨骼”和“血脈”瞭解不夠深入。最近,我終於有機會開始研讀一本名為《計算機組織與結構》的書籍,它就像一把鑰匙,為我打開瞭通往計算機世界深層結構的大門。這本書並非一本純粹的理論書籍,它以一種非常係統化的方式,將計算機這個復雜的整體分解成一個個相互關聯的部分,並詳細闡述瞭它們是如何協同工作的。從最底層的邏輯門電路,到CPU的內部構造,再到存儲器的工作原理,以及各種總綫和I/O設備的連接方式,這本書都給予瞭詳盡的講解。 更讓我印象深刻的是,作者並非僅僅羅列瞭各種技術名詞和概念,而是著重於解釋這些技術背後的設計思想和權衡。例如,在講解CPU的流水綫技術時,我不僅瞭解瞭它是如何通過同時處理指令的不同階段來提高效率的,還理解瞭它所帶來的挑戰,比如數據冒險和控製冒險,以及這些問題又是如何通過各種轉發技術和分支預測技術來解決的。這種深入的剖析讓我能夠更深刻地理解為什麼計算機的架構會是這個樣子,以及在設計時需要考慮哪些關鍵因素。這本書的語言風格也十分到位,雖然涉及大量技術細節,但作者總是能用清晰易懂的方式進行解釋,輔以大量的圖示和實例,使得原本枯燥的技術概念變得生動有趣,也更容易被我這樣的非硬件專業人士所吸收。

评分☆☆☆☆☆

在我看來,一本優秀的計算機科學教材,不僅要教授“是什麼”,更要解釋“為什麼”。《計算機組織與結構》這本書在這方麵做得尤為齣色。它沒有讓我感到被一堆抽象的概念所淹沒,而是循序漸進地引導我理解計算機是如何從最基礎的邏輯運算構建起一個復雜的係統。我尤其欣賞書中對於指令集架構(ISA)的討論,它詳細闡述瞭不同類型的指令如何影響程序的執行效率,以及RISC和CISC指令集各自的優缺點。這讓我開始思考,在編寫代碼時,我們所使用的指令,在底層是如何被CPU解碼和執行的,以及我們的編程習慣可能會對底層硬件産生怎樣的影響。 此外,書中關於存儲器的層次結構,從CPU緩存到主存再到外存,以及它們之間的協同工作機製,也讓我大開眼界。我之前總是習慣性地認為“內存”就是內存,並沒有深入思考過CPU內部為何會有那麼多的緩存,以及這些緩存是如何工作的。這本書詳細解釋瞭緩存的作用,包括其容量、速度以及替換算法(如LRU),這讓我明白瞭為什麼有時優化內存訪問模式能夠顯著提升程序的性能。這種對底層細節的挖掘,讓我對計算機的效率提升有瞭更直觀的認識,也為我今後進行性能調優提供瞭理論基礎。

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