实验一信号与系统的时域分析
一、实验目的
1、熟悉和掌握常用的用于信号与系统时域仿真分析的MA TLAB函数；
2、掌握连续时间和离散时间信号的MA TLAB产生，掌握用周期延拓的方法将一个非周期信号进行周期信号延拓形成一个周期信号的MATLAB编程；
3、牢固掌握系统的单位冲激响应的概念，掌握LTI系统的卷积表达式及其物理意义，掌握卷积的计算方法、卷积的基本性质；
4、掌握利用MA TLAB计算卷积的编程方法，并利用所编写的MA TLAB程序验证卷积的常用基本性质；
掌握MATLAB描述LTI系统的常用方法及有关函数，并学会利用MA TLAB求解LTI 系统响应，绘制相应曲线。
基本要求：掌握用MA TLAB描述连续时间信号和离散时间信号的方法，能够编写MATLAB程序，实现各种信号的时域变换和运算，并且以图形的方式再现各种信号的波形。掌握线性时不变连续系统的时域数学模型用MATLAB描述的方法，掌握卷积运算、线性常系数微分方程的求解编程。
二、实验原理
信号（Signal）一般都是随某一个或某几个独立变量的变化而变化的，例如，温度、压力、声音，还有股票市场的日收盘指数等，这些信号都是随时间的变化而变化的，还有一些信号，例如在研究地球结构时，地下某处的密度就是随着海拔高度的变化而变化的。一幅图片中的每一个象素点的位置取决于两个坐标轴，即横轴和纵轴，因此，图像信号具有两个或两个以上的独立变量。
在《信号与系统》课程中，我们只关注这种只有一个独立变量（Independent variable）的信号，并且把这个独立变量统称为时间变量（Time variable），不管这个独立变量是否是时间变量。
在自然界中，大多数信号的时间变量都是连续变化的，因此这种信号被称为连续时间信号（Continuous-Time Signals）或模拟信号（Analog Signals），例如前面提到的温度、压力和声音信号就是连续时间信号的例子。但是，还有一些信号的独立时间变量是离散变化的，这种信号称为离散时间信号。前面提到的股票市场的日收盘指数，由于相邻两个交易日的日收盘指数相隔24小时，这意味着日收盘指数的时间变量是不连续的，因此日收盘指数是离散时间信号。
而系统则用于对信号进行运算或处理，或者从信号中提取有用的信息，或者滤出信号中某些无用的成分，如滤波，从而产生人们所希望的新的信号。系统通常是由若干部件或单元组成的一个整体（Entity）。系统可分为很多不同的类型，例如，根据系统所处理的信号的不同，系统可分为连续时间系统（Continuous-time system）和离散时间系统（Discrete-time system），根据系统所具有的不同性质，系统又可分为因果系统（Causal system）和非因果系统（Noncausal system）、稳定系统（Stable system）和不稳定系统（Unstable system）、线性系统（Linear system）和非线性系统（Nonlinear system）、时变系统（Time-variant system）和时不变系统（Time-invariant system）等等。
然而，在信号与系统和数字信号处理中，我们所分析的系统只是所谓的线性时不变系统，这种系统同时满足两个重要的基本性质，那就是线性性和时不变性，通常称为线性时不变（LTI）系统。
1. 信号的时域表示方法
1.1将信号表示成独立时间变量的函数
例如x(t)=sin(ωt) 和x[n]=n(0.5)n u[n]
分别表示一个连续时间信号和一个离散时间信号。在MA TLAB中有许多内部函数，可以直接完成信号的这种表达，例如：
sin()：正弦信号
cos()：余弦信号
exp()：指数信号
1.2用信号的波形图来描述信号
用函数曲线表示一个信号，图1.1就是一个连续时间信号和一个离散时间信号的波形图。
图1.1 连续时间信号与离散时间信号的波形图
1.3将信号用一个数据序列来表示
对于离散时间信号，还可以表示成一个数的序列，例如：
x[n]={...., 0.1, 1.1, -1.2, 0, 1.3, ….}
↑n=0
在《信号与系统》和《数字信号处理》课程中，上述三种信号的描述方法是经常要使用的。
2 用MATLAB仿真连续时间信号和离散时间信号
在MATLAB中，无论是连续时间信号还是离散时间信号，MATLAB都是用一个数字序列来表示信号，这个数字序列在MATLAB中叫做向量(vector)。通常的情况下，需要与时间变量相对应。
如前所述，MA TLAB有很多内部数学函数可以用来产生这样的数字序列，例如sin()、cos()、exp()等函数可以直接产生一个按照正弦、余弦或指数规律变化的数字序列。
2.1连续时间信号的仿真
程序Program1_1是用MATLAB对一个正弦信号进行仿真的程序，请仔细阅读该程序，并在计算机上运行，观察所得图形。
% Program1_1
% This program is used to generate a sinusoidal signal and draw its plot
clear, % Clear all variables
close all, % Close all figure windows
dt = 0.01; % Specify the step of time variable t = -2:dt:2; % Specify the interval of time x = sin(2*pi*t); % Generate the signal
plot(t,x) % Open a figure window and draw the plot of x(t) title('Sinusoidal signal x(t)') xlabel('Time t (sec)')
常用的图形控制函数
axis([xmin,xmax,ymin,ymax])：图型显示区域控制函数，其中xmin 为横轴的显示起点，xmax 为横轴的显示终点，ymin 为纵轴的显示起点，ymax 为纵轴的显示终点。
有时，为了使图形具有可读性，需要在所绘制的图形中，加上一些网格线来反映信号的幅度大小。MA TLAB 中的grid on/grid off 可以实现在你的图形中加网格线。
grid on ：在图形中加网格线。 grid off ：取消图形中的网格线。
x = input(‘Type in signal x(t) in closed form:’)
在《信号与系统》课程中，单位阶跃信号u(t) 和单位冲激信号δ(t) 是二个非常有用的信号。它们的定义如下
,0)(1
)(≠==?∞
-∞
=t t dt t t δδ 1.1(a)
??
?≤>=0
,
00,1)(t t t u 1.1(b)
这里分别给出相应的简单的产生单位冲激信号和单位阶跃信号的扩展函数。产生单位冲激信号的扩展函数为：
function y = delta(t) dt = 0.01;
y = (u(t)-u(t-dt))/dt;
产生单位阶跃信号的扩展函数为： % Unit step function function y = u(t)
y = (t>=0); % y = 1 for t > 0, else y = 0
请将这二个MA TLAB 函数分别以delta 和u 为文件名保存在work 文件夹中，以后，就可以像教材中的方法使用单位冲激信号δ(t) 和单位阶跃信号u(t)。
2.2离散时间信号的仿真
程序Program1_2用来产生离散时间信号x[n]=sin(0.2πn)。
% Program1_2
% This program is used to generate a discrete-time sinusoidal signal and draw its plot clear, % Clear all variables
close all, % Close all figure windows n = -10:10; % Specify the interval of time
x = sin(0.2*pi*n); % Generate the signal
stem (n,x) % Open a figure window and draw the plot of x[n] title ('Sinusoidal signal x[n]') xlabel ('Time index n')
请仔细阅读该程序，比较程序Program1_1和Program1_2中的不同之处，以便自己编程时能够正确使用这种方法方针连续时间信号和离散时间信号。 程序Program1_3用来仿真下面形式的离散时间信号： x[n]={...., 0.1, 1.1, -1.2, 0, 1.3, ….} ↑n=0
% Program1_3
% This program is used to generate a discrete-time sequence % and draw its plot
clear, % Clear all variables
close all, % Close all figure windows
n = -5:5; % Specify the interval of time, the number of points of n is
11.
x = [0, 0, 0, 0, 0.1, 1.1, -1.2, 0, 1.3, 0, 0]; % Generate the signal
stem(n,x,'.') % Open a figure window and draw the plot of x[n] grid on,
title ('A discrete-time sequence x[n]') xlabel ('Time index n')
由于在程序的stem(n,x,'.') 语句中加有'.'选项，因此绘制的图形中每根棒条线的顶端是一个实心点。
如果需要在序列的前后补较多的零的话，可以利用函数zeros()，其语法为： zeros(1, N)：圆括号中的1和N 表示该函数将产生一个一行N 列的矩阵，矩阵中的所有元素均为零。利用这个矩阵与序列x[n]进行组合，从而得到一个长度与n 相等的向量。
例如，当 x[n]={ 0.1, 1.1, -1.2, 0, 1.3} 时，为了得到程序Program1_3中的序列， ↑n=0
可以用这个MA TLAB 语句x = [zeros(1,4) x zeros(1, 2)] 来实现。用这种方法编写的程序如下：
% Program1_4
% This program is used to generate a discrete-time sinusoidal signal % and draw its plot
clear, % Clear all variables
close all, % Close all figure windows n = -5:5; % Specify the interval of time
x = [zeros(1,4), 0.1, 1.1, -1.2, 0, 1.3, zeros(1,2)]; % Generate the sequence stem (n,x,'.') % Open a figure window and draw the plot of x[n] grid on,
title ('A discrete-time sequence x[n]') xlabel ('Time index n')
离散时间单位阶跃信号u[n]定义为 ??
?<≥=0
,
00,1][n n n u 1.2
离散时间单位阶跃信号u[n]除了也可以直接用前面给出的扩展函数来产生，还可以利用MATLAB内部函数ones(1,N) 来实现。这个函数类似于zeros(1,N)，所不同的是它产生的矩阵的所有元素都为1。
值得注意的是，利用ones(1,N) 来实现的单位阶跃序列并不是真正的单位阶跃序列，而是一个长度为N单位门(Gate)序列，也就是u[n]-u[n-N]。但是在一个有限的图形窗口中，我们看到的还是一个单位阶跃序列。
在绘制信号的波形图时，有时我们需要将若干个图形绘制在图一个图形窗口中，这就需要使用MA TLAB的图形分割函数subplot()，其用法是在绘图函数stem或plot之前，使用图形分割函数subplot(n1,n2,n3)，其中的参数n1，n2和n3的含义是，该函数将把一个图形窗口分割成n1xn2个子图，即将绘制的图形将绘制在第n3个子图中。
2.3信号的时域变换
2.3.1 信号的时移
信号的时移可用下面的数学表达式来描述：
设一个连续时间信号为x(t)，它的时移y(t) 表示为：
y(t) = x(t - t0) 1.3
其中，t0为位移量。若t0为正数，则y(t)等于将x(t)右移t0秒之后的结果。反之，若t0为负数，则y(t)等于将x(t)左移t0秒之后的结果。
在MA TLAB中，时移运算与数学上习惯表达方法完全相同。
程序Program1_5对给定一个连续时间信号x(t) = e-0.5t u(t)，对它分别左移2秒钟和右移2秒钟得到信号x1(t) = e-0.5(t+2)u(t+2)和x2(t) = e-0.5(t-2)u(t-2)。
% Program1_5
% This program is used to implement the time-shift operation
% on a continuous-time signal and to obtain its time-shifted versions
% and to draw their plots.
clear,close all,
t = -5:0.01:5;
x = exp(-0.5*t).*u(t); % Generate the original signal x(t)
x1 = exp(-0.5*(t+2)).*u(t+2); % Shift x(t) to the left by 2 second to get x1(t)
x2 = exp(-0.5*(t-2)).*u(t-2); % Shift x(t) to the right by 2 second to get x2(t)
subplot(311)
plot(t,x) % Plot x(t)
grid on,
title ('Original signal x(t)')
subplot (312)
plot (t,x1) % Plot x1(t)
grid on,
title ('Left shifted version of x(t)')
subplot (313)
plot (t,x2) % Plot x2(t)
grid on,
title ('Right shifted version of x(t)')
xlabel ('Time t (sec)')
2.3.2 信号的时域反褶
对一个信号x[n]的反褶运算在数学上表示为
y[n] = x[-n] 1.4 这种反褶运算，用MATLAB实现起来也是非常简单的。有多种方法可以实现信号的反褶运算。
方法一，修改绘图函数plot(t,x)和stem(n,x)中的时间变量t和n，即用-t和-n替代原来的t和n，这样绘制出来的图形，看起来就是原信号经时域反褶后的版本。
方法二，直接利用原信号与其反褶信号的数学关系式来实现。这种方法最符合信号反褶运算的实际意义。
方法三，使用MATLAB内部函数fliplr()来实现信号的反褶运算。其用法如下：
y = fliplr(x)：其中x为原信号x(t)或x[n]，而y则为x的时域反褶。需要说明的是，函数fliplr()对信号作时域反褶，仅仅将信号中各个元素的次序作了一个反转，这种反转处理是独立于时间变量t和n的。因此，如果信号与其时间变量能够用一个数学函数来表达的话，那么建议将时间变量t和n的范围指定在一个正负对称的时间区间即可。
2.3.3 信号的时域尺度变换
信号x(t)的时域尺度变换在数学描述为
y(t) = x(at)， 1.5
其中a为任意常数。根据a的不同取值，这种时域尺度变换对信号x(t)具有非常不同的影响。
当a = 1时，y(t) = x(t)；
当a = -1时，y(t) = x(-t)，即y(t)可以通过将x(t)反褶运算而得到；
当a > 1时，y(t) = x(at)，y(t)是将x(t)在时间轴上的压缩而得到；
当0 < a < 1时，y(t) = x(at)，y(t)是将x(t)在时间轴上的扩展而得到；
当-1 < a < 0时，y(t) = x(at)，y(t)是将x(t)在时间轴上的扩展同时翻转而得到；
当a < -1时，y(t) = x(at)，y(t)是将x(t)在时间轴上的压缩同时翻转而得到；
由此可见，信号的时域尺度变换，除了对信号进行时域压缩或扩展外，还可能包括对信号的时域反褶运算。实际上，MATLAB完成式1.5的运算，并不需要特殊的处理，按照数学上的常规方法即能完成。
2.3.4周期信号
在《信号与系统》课程中，周期信号是一类非常重要的信号。给定一个信号x(t)或x[n]，如果满足
x(t) = x(t+kT) 1.6
x[n] = x[n+kN] 1.7
则该信号叫做周期信号。其中，k为任意整数，T和N为常数，通常称为信号的基本周期或最小周期。
周期信号可以看作是一个时限的非周期信号经过周期延拓之后形成的。在数字信号处理中，周期延拓这一信号处理方法非常重要。
下面的程序段，就是将一个非周期信号x1(t) = e-2t[u(t)-u(t-2)]经过周期延拓之后而得到一个周期信号：
clear, close all;
t = -4:0.001:4;
T = 2; x = 0;
for k = -2:2;
x = x+exp(-2*(t-k*T)).*(u(t-k*T)-u(t-2-k*T)); end
仔细阅读该程序，可以发现其算法就是：
∑∞
-∞
=-=
k kT t x t x )()(1
1.8
由于k 无法计算到无穷，而是以有限值加以替代，反映到有限宽度图形窗口中得到的效果完全符合要求。
3 LTI 系统的时域描述 3.1线性时不变系统
在分析LTI 系统时，有关LTI 系统的两个重要的性质是必须首先掌握和理解的。这就
是线性性（Linearity ）和时不变性（Time-invariance ）。所谓线性性就是指系统同时满足齐次性和叠加性。这可以用下面的方法来描述。
假设系统在输入信号x 1(t)作用时的响应信号为y 1(t)，在输入信号x 2(t)作用时的响应信号为y 2(t)，给定两个常数a 和b ，如果当输入信号为x(t)时系统的响应信号为y(t)，且满足 x(t) = x 1(t) + x 2(t) 1.9(a) y(t) = y 1(t) + y 2(t) 1.9(b) 则该系统具有叠加性（Additivity ）。如果满足
x(t) = ax 1(t) 1.10(a) y(t) = ay 1(t) 1.10(b) 则该系统具有齐次性（Homogeneity ）。一个系统如果是线性系统的话，那么这个系统必须同时具有叠加性和齐次性。
又假设系统在输入信号x(t)作用时的响应信号为y(t)，对一个给定时间常数t 0，如果当输入信号为x(t-t 0)时，系统的响应信号为y(t-t 0)的话，则该系统具有时不变性。
同时具有线性性和时不变性的系统，叫做线性时不变系统，简称LTI 系统。LTI 系统有连续时间LTI 系统和离散时间LTI 系统之分。连续时间系统的输入和输出信号都必须是连续时间信号，而离散时间系统的输入和输出信号都必须是离散时间信号。
3.2 LTI 系统的单位冲激响应和卷积模型
给定一个连续时间LTI 系统，在系统的初始条件为零时，用单位冲激信号δ(t)作用于系
统，此时系统的响应信号称为系统的单位冲激响应（Unit impulse response ），一般用h(t)来表示。需要强调的是，系统的单位冲激响应是在激励信号为δ(t)时的零状态响应（Zero-state response ）。
离散时间LTI 系统的单位冲激响应的定义与连续时间LTI 系统的单位冲激响应相同，只是离散时间单位冲激函数δ[n]的定义有所不同。 系统的单位冲激响应是一个非常重要的概念，对于一个系统，如果我们知道了该系统的单位冲激响应，那么，该系统对任意输入信号的响应信号都可以求得。也就是说，系统的输入信号x(t)、x[n]和输出信号y(t)、y[n]之间的关系可以用一个数学表达式来描述，这个数学表达式为
?
∞
∞
--=
τττd t h x t y )()()( 1.11(a)
∑∞-∞=-
=
k
k
n
h
k
x
n
y]
[
]
[
]
[ 1.11(b)
这个表达式就是LTI系统的卷积模型，它是根据系统的线性性和时不变性以及信号可以分解成单位冲激函数经推理得到的。这个表达式实际上告诉了我们一个重要的结论，那就是，任意LTI系统可以完全由它的单位冲激响应h(t)/h[n]来确定。由于系统的单位冲激响应是零状态响应，故按照式1.11求得的系统响应也是零状态响应。式1.11中的积分运算叫做卷积积分，求和运算叫做卷积和，是描述连续时间系统输入输出关系的一个重要表达式。3.3卷积的计算
卷积的计算通常可按下面的五个步骤进行（以卷积积分为例）：
1.该换两个信号波形图中的横坐标，由t改为τ，τ变成函数的自变量；
2.把其中一个信号反褶，如把h(τ)变成h(-τ)；
3.把反褶后的信号做移位，移位量是t，这样t是一个参变量。在τ坐标系中，t >
时图形右移，t < 0时图形左移。
4.计算两个信号重叠部分的乘积x(τ)h(t-τ)；
5.完成相乘后图形的积分。
对于两个时限信号（Time-limited signal），按照上述的五个步骤，作卷积积分运算时，关键是正确确定不同情况下的积分限。只要正确地确定了积分限都能得到正确定积分结果。尽管如此，在时域中计算卷积积分，总体上来说是一项比较困难的工作。
借助MA TLAB的内部函数conv()可以很容易地完成两个信号的卷积积分运算。其语法为：y = dt*conv(x,h)。其中x和h分别是两个作卷积运算的信号，y为卷积结果。
对于定义在不同时间段的两个时限信号x(t)，t0≤ t ≤ t1，和h(t)，t2≤ t ≤ t3。如果用y(t)来表示它们的卷积结果，则y(t)的持续时间范围要比x(t)或h(t)要长，其时间范围为t0+t2 ≤ t ≤t1+t3。这个特点很重要，利用这个特点，在处理信号在时间上的位置时，可以很容易地将信号的函数值与时间轴的位置和长度关系保持一致性。
根据给定的两个连续时间信号x(t) = t[u(t)-u(t-1)]和h(t) = u(t)-u(t-1)，编写程序，完成这两个信号的卷积运算，并绘制它们的波形图。范例程序如下：
% Program1_6
% This program computes the convolution of two continuou-time signals
clear;close all;
t0 = -2; t1 = 4; dt = 0.01;
t = t0:dt:t1;
x = u(t)-u(t-1);
h = t.*(u(t)-u(t-1));
y = dt*conv(x,h); % Compute the convolution of x(t) and h(t)
subplot(221)
plot(t,x), grid on, title('Signal x(t)'), axis([t0,t1,-0.2,1.2])
subplot(222)
plot(t,h), grid on, title('Signal h(t)'), axis([t0,t1,-0.2,1.2])
subplot(212)
t = 2*t0:dt:2*t1; % Again specify the time range to be suitable to the
% convolution of x and h.
plot(t,y), grid on, title('The convolution of x(t) and h(t)'), axis([2*t0,2*t1,-0.1,0.6]), xlabel('Time t sec')
在有些时候，做卷积和运算的两个序列中，可能有一个序列或者两个序列都非常长，甚至是无限长，MATLAB 处理这样的序列时，总是把它看作是一个有限长序列，具体长度由编程者确定。实际上，在信号与系统分析中所遇到的无限长序列，通常都是满足绝对可和或绝对可积条件的信号。因此，对信号采取这种截短处理尽管存在误差，但是通过选择合理的信号长度，这种误差是能够减小到可以接受的程度的。若这样的一个无限长序列可以用一个数学表达式表示的话，那么，它的长度可以由编程者通过指定时间变量n 的范围来确定。
例如，对于一个单边实指数序列x[n] = 0.5n u[n]，通过指定n 的范围为0 ≤n ≤ 100，则对应的x[n]的长度为101点，虽然指定更宽的n 的范围，x[n]将与实际情况更相符合，但是，注意到，当n 大于某一数时，x[n]之值已经非常接近于0了。对于序列x[n] = 0.5n u[n]，当n = 7时，x[7] = 0.0078，这已经是非常小了。所以，对于这个单边实指数序列，指定更长的n 的范围是没有必要的。当然，不同的无限长序列具有不同的特殊性，在指定n 的范围时，只要能够反映序列的主要特征就可以了。
3.4 用线性常系数微分方程描述LTI 系统
线性常系数微分方程或差分方程是描述LTI 系统的另一个时域模型。一个连续时间LTI 系统，它的输入信号x(t)输出信号y(t)关系可以用下面的微分方程来表达
∑∑===M k k
k k N
k k k k dt t x d b dt t y d a 0
0)
()( 1.12 式1.12中，max (N, M)定义为系统的阶。式1.12描述了LTI 系统输入信号和输出信号的一
种隐性关系（Implicit relationship ）。为了求得系统响应信号的显式表达式（Explicit expression ），必须对微分方程和差分方程求解。
在MATLAB 中，一个LTI 系统也可以用系统微分方程的系数来描述，例如，一个LTI 连续时间系统的微分方程为
)()(2)
(3)(2
2t x t y dt t dy dt
t y d =++ MATLAB 则用两个系数向量num = [1]和den = [1 3 2]来描述该系统，其中num 和den
分别表示系统微分方程右边和左边的系数，按照微分运算的降阶排列。
MATLAB 的内部函数impulse()，step()，initial()，lsim() 可以用来计算并绘制连续时间LTI 系统的单位冲激响应，单位阶跃响应，零输入响应和任意信号作用于系统的零状态响应。这些函数的用法描述如下：
h= impulse(num, den, T) 和 impulse(num, den, T) s = step(num, den, T) 和 step(num, den, T)
y = lsim(num, den, x, t) 和 lsim (num, den, x, t)
函数impulse()，step()用来计算由num 和den 表示的LTI 系统的单位冲激响应和单位阶跃响应，响应的时间范围为0~T ，其中den 和num 分别为系统微分方程左右两边的系数向量，T 为指定的响应的终点时间。h 和s 的点数默认值为101点。由此可以计算时间步长为dt = T/(101-1)。不带返回值的函数如impulse(num, den, T)和step(num, den, T)将直接在屏幕上
绘制系统的单位冲激响和单位阶跃响应曲线。带返回值的函数如y = lsim(num, den, x, t)和y = lsim(num, den, x, t)，用来计算由num 和den 表示的LTI 系统在输入信号x 作用下的零状态响应。其中t 为指定的时间变化范围，x 为输入信号，它们的长度应该是相同的。如带返回参数y ，则将计算的响应信号保存在y 中，若不带返回参数y ，则直接在屏幕上绘制输入信号x 和响应信号y 的波形图。
例如，编写程序，计算并绘制由下面的微分方程表示的系统的单位冲激响应h(t)，单位阶跃响应s(t)。
)(8)(2)
(3)(2
2t x t y dt t dy dt t y d =++ MATLAB 范例程序如下：
% Program1_7
% This program is used to compute the impulse response h(t) and the step response s(t) of a
% continuous-time LTI system clear, close all;
num = input('Type in the right coefficient vector of differential equation ：'); den = input('Type in the left coefficient vector of differential equation ：'); t = 0:0.01:8;
x = input('Type in the expression of the input signal x(t)：'); subplot(221), impulse(num,den,8); subplot(222), step(num,den,8) subplot(223), plot(t,x);
subplot(224), y=lsim(num,den,x,t);plot(t,y)
三、实验内容及步骤
实验前，必须首先阅读本实验原理，读懂所给出的全部范例程序。实验开始时，先在计算机上运行这些范例程序，观察所得到的信号的波形图。并结合范例程序应该完成的工作，进一步分析程序中各个语句的作用，从而真正理解这些程序。
实验前，一定要针对下面的实验项目做好相应的实验准备工作，包括事先编写好相应的实验程序等事项。
Q1-1：修改程序Program1_1，将dt 改为0.2，再执行该程序，保存图形，看看所得图形
的效果如何？
dt = 0.01时的信号波形 dt = 0.2时的信号波形
Sinusoidal signal x(t)
Time t (sec)
Sinusoidal signal x(t)
Time t (sec)
这两幅图形有什么区别，哪一幅图形看起来与实际信号波形更像？ 答：
Q1-2：修改程序Program1_1，并以Q1_2为文件名存盘，产生实指数信号x(t)=e -2t 。 要求
在图形中加上网格线，并使用函数axis()控制图形的时间范围在0~2秒之间。然后执行该程序，保存所的图形。
修改Program1_1后得到的程序Q1_2如下：
% Q1_2
clear, % Clear all variables
close all , % Close all figure windows
dt = 0.01; % Specify the step of time variable t = 0:dt:2; % Specify the interval of time x = exp(-2*t); % Generate the signal plot(t,x) % Open a figure window and draw the plot of x(t)
title('Sinusoidal signal x(t)') xlabel('Time t (sec)') axis([0,2,0,2]) grid on
信号x(t)=e -0.5t 的波形图
0.2
0.4
0.6
0.81 1.2 1.4
1.6
1.8
2
00.20.40.60.811.21.41.61.8
2Time t (sec)
Q1-3：修改程序Program1_1，并以Q1_3
为文件名存盘，使之能够仿真从键盘上任意输
入的一个连续时间信号，并利用该程序仿真信号x(t)=e -2t 。
修改Program1_1后得到的程序Q1_3如下： 信号x(t)=e -2t 的波形图
>> % Q1_3
clear, % Clear all variables
close all, % Close all figure windows
dt = 0.01; % Specify the step of time variable t = 0:dt:2; % Specify the interval of time x = exp(-2*t); % Generate the signal grid on
plot(t,x) % Open a figure window and draw the plot of x(t) title('Sinusoidal signal x(t)') xlabel('Time t (sec)')
信号x(t)=e -2t 的波形图
0.2
0.4
0.6
0.81 1.2 1.4
1.6
1.8
2
00.20.40.60.811.21.41.61.8
2Time t (sec)
Q1-4：将实验原理中所给的单位冲激信号和单位阶跃信号的函数文件在MATLAB 文件编
辑器中编写好，并分别以文件名delta 和u 存入work 文件夹中以便于使用。
抄写函数文件delta 如下： Q1-4抄写函数文件delta 如下： function y =
delta(t)
dt = 0.01;
y = (u(t)-u(t-dt))/dt;
抄写函数文件u 如下：% Unit step function function y = u(t)
y = (t>=0); % y = 1 for t > 0, else y = 0
Q1-5：修改程序Program1_4，并以Q1_5为文件名存盘，利用axis()函数，将图形窗口的横坐标范围改为-2≤n ≤5，纵坐标范围改为-1.5≤ x ≤1.5。
修改Program1_4后得到的程序Q1_5如下：
%Q1_5
clear, % Clear all variables close all , % Close all figure windows n = -5:5; % Specify the interval of time
x = [zeros(1,4), 0.1, 1.1, -1.2, 0, 1.3, zeros(1,2)]; % Generate the sequence
stem (n,x,'.') % Open a figure window and draw the plot of x[n]
grid on,
axis([-2,5,-1.5,1.5])
此处粘贴图形
-2-1012345
Q1-6：仿照前面的示例程序的编写方法，编写一个MATLAB程序，以Q1_6为文件名存
盘，使之能够在同一个图形窗口中的两个子图中分别绘制信号x[n]=0.5|n| 和x(t)=cos(2πt)[u(t)-u(t-3)]。要求选择的时间窗能够表现出信号的主要部分（或特征）。
编写的程序Q1_6如下：%Q1_6
clear, % Clear all variables
close all, % Close all figure windows
n = -5:5; % Specify the interval of time
x =0.5.^abs(n); % Generate the sequence
t=-2:0.01:5;
y=cos(2*pi*t).*[u(t)-u(t-3)];
subplot(2,1,1),stem (n,x,'.') ; % Open a figure window and draw the plot of x[n] grid on;
title ('A discrete-time sequence x[n]')
xlabel ('Time index n')
subplot(2,1,2),plot (t,y) ;
信号x[n]=0.5|n| 的波形图和信号x(t)=cos(2πt)[u(t)-u(t-3)]的波形图
-5
-4-3-2-1
012345
A discrete-time sequence x[n]
Time index n
-2
-101234
5
-1-0.500.51
Q1-7：根据示例程序的编程方法，编写一个MATLAB 程序，以Q1_7为文件名存盘，由
给定信号
x(t) = e -0.5t u(t) 求信号y(t) = x(1.5t+3)，并绘制出x(t) 和y(t)的图形。
编写的程序Q1_7如下：% Q1_7
clear, % Clear all variables
close all, % Close all figure windows
dt = 0.01; % Specify the step of time variable t = -5:dt:5; % Specify the interval of time x = exp(-0.5*t).*u(t); % Generate the signal y=exp(-0.75*t-1.5).*u(1.5*t+3);
subplot(2,1,1),plot(t,x); % Open a figure window and draw the plot of x(t) grid on;
title('Sinusoidal signal x(t)'); xlabel('Time t (sec)'); subplot(2,1,2),plot(t,y); grid on;
title('Sinusoidal signal y(t)'); xlabel('Time t (sec)');
信号x(t)的波形图 信号y(t) = x(1.5t+3) 的波形图
-5
-4-3-2
-1012345
00.5
1
Sinusoidal signal x(t)
Time t (sec)-5
-4-3-2-1
012345
00.5
1
Sinusoidal signal y(t)
Time t (sec)
Q1-8：给定一个离散时间信号x[n] = u[n] – u[n-8]，仿照示例程序Program1_5，编写程序
Q1_8，产生x[n]的左移序列x 1[n] = x[n+6]和右移序列x 2[n] = x[n-6]，并在同一个图形窗口的三个子图中分别绘制这三个序列的图形。
编写的程序Q1_8如下：
% Q1_8
clear,close all, n = -20:20;
x = u(n)-u(n-8); % Generate the original signal x(t)
x1 = u(n+6)-u(n-2); % Shift x(t) to the left by 2 second to get x1(t) x2 = u(n-6)-u(n-14); % Shift x(t) to the right by 2 second to get x2(t) subplot(311),
stem(n,x); % Plot x(t) grid on;
title ('Original signal x(n)');
subplot (312),
stem (n,x1); % Plot x1(t)
grid on;
title ('Left shifted version of x(n)');
subplot (313),
stem (n,x2); % Plot x2(t)
grid on;
title ('Right shifted version of x(n)');
xlabel ('Index n ');
信号波形图
Right shifted version of x(n)
Index n
此处粘贴图形
Q1-9：编写程序Q1_9，使之能够接受以键盘方式输入的定义在不同时间段的两个不同连
续时间信号并完成卷积运算，分别绘制这两个信号及其卷积的结果的图形，图形按照2 2分割成四个子图。
编写的程序Q1_9如下：
% Q1_9
clear, close all;
dt=0.01;
—
t = -5:0.01:5; x =sin(2*t ); h =cos(3*t); r=dt*conv(x,h);
subplot(221), plot(t,x),title('x(t)');
subplot(223), plot(t,h),title('h(t)'); subplot(122), t = -10:0.01:10; plot(t,r); title('r(t)');
信号x (t)、h(t)和x (t)*h(t)的波形图
-5
05
-1-0.500.5
1x(t)
-5
5
-1-0.500.5
1h(t)
-10
-5
5
10
-1-0.8-0.6-0.4-0.20
0.2
0.40.60.8
1r(t)
Q1-10：给定两个离散时间序列
x[n] = 0.5n {u[n]-u[n-8]} h[n] = u[n]-u[n-8]
编写程序Q1_10，计算它们的卷积，并分别绘制x[n]、h[n]和它们的卷积y[n]的图形。
编写的程序Q1_10如下：
—
% Q1_10 clear;close all;
n0 = -2; n1 = 10; n = n0:n1;
x = 0.5.^n.*[u(n)-u(n-8)]; h = u(n)-u(n-8);
y = conv(x,h); % Compute the convolution of x(t) and h(t) subplot(311)
stem(n,x), grid on, title('Signal x(n)'), axis([n0,n1,-0.2,1.2]) subplot(312)
stem(n,h), grid on, title('Signal h(n)'), axis([n0,n1,-0.2,1.2]) subplot(313)
n = 2*n0:2*n1; % Again specify the time range to be suitable to the % convolution of x and h.
stem(n,y), grid on, title('The convolution of x(n) and h(n)'), xlabel('Index n')
信号x[n]、h[n]和y[n]的波形图
-20
2
46
8
10
Signal x(n)
-20
2
4
6
8
10
Signal h(n)
012The convolution of x(n) and h(n)
Index n
Q1-11已知一个序列为
??
?≤≤=otherwise
n n n x ,
040,][
编写MATLAB 程序Q1_11，能够将x[n]以N = 8为周期进行周期延拓得到一个周期为N =8的周期序列y[n]，并分别绘制x[n]和y[n]图形。
编写的程序Q1_11如下：
写的程序Q1_11如下： clear, close all; n = -20:20;
x=n.*[u(n)-u(n-4)]; N = 8; y = 0; for k = -2:2;
y =y+(n-k*N).*[u(n-k*N)-u(n-k*N-4)]; end
subplot(211),stem(n,x); grid on, title('Signal x(n)'), subplot(212),stem(n,y); grid on, title('Signal y(n)'),
信号x[n]的波形图 信号y[n]的波形图 此处粘贴图形 此处粘贴图形
Signal y(n)
Q1-12 仿照范例程序
Program1_7，编写程序Q1_12，计算并绘制由如下微分方程表示的
实验五：管道通信 实验内容: 1.阅读以下程序： #include
2.阅读以下程序： #include
学生实验报告 （理工类） 课程名称：信号与线性系统专业班级：M11通信工程 学生学号：1121413017 学生姓名：王金龙 所属院部：龙蟠学院指导教师：杨娟
20 11 ——20 12 学年第 1 学期 金陵科技学院教务处制 实验报告书写要求 实验报告原则上要求学生手写，要求书写工整。若因课程特点需打印的，要遵照以下字体、字号、间距等的具体要求。纸张一律采用A4的纸张。 实验报告书写说明 实验报告中一至四项内容为必填项，包括实验目的和要求；实验仪器和设备；实验内容与过程；实验结果与分析。各院部可根据学科特点和实验具体要求增加项目。 填写注意事项 （1）细致观察，及时、准确、如实记录。 （2）准确说明，层次清晰。 （3）尽量采用专用术语来说明事物。 （4）外文、符号、公式要准确，应使用统一规定的名词和符号。 （5）应独立完成实验报告的书写，严禁抄袭、复印，一经发现，以零分论处。 实验报告批改说明 实验报告的批改要及时、认真、仔细，一律用红色笔批改。实验报告的批改成绩采用百分制，具体评分标准由各院部自行制定。 实验报告装订要求
实验批改完毕后，任课老师将每门课程的每个实验项目的实验报告以自然班为单位、按学号升序排列，装订成册，并附上一份该门课程的实验大纲。
实验项目名称：常用连续信号的表示 实验学时： 2学时 同组学生姓名： 无 实验地点： A207 实验日期： 11.12.6 实验成绩： 批改教师： 杨娟 批改时间： 一、实验目的和要求 熟悉MATLAB 软件；利用MATLAB 软件，绘制出常用的连续时间信号。 二、实验仪器和设备 586以上计算机，装有MATLAB7.0软件 三、实验过程 1. 绘制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=（），其中A=1，πω2=，6/π?=； 2. 绘制指数信号at Ae t (f =），其中A=1，0.4a -=； 3. 绘制矩形脉冲信号，脉冲宽度为2； 4. 绘制三角波脉冲信号，脉冲宽度为4；斜度为0.5； 5. 对上题三角波脉冲信号进行尺度变换，分别得出)2t (f ，)2t 2(f -； 6. 绘制抽样函数Sa （t ）,t 取值在-3π到+3π之间； 7. 绘制周期矩形脉冲信号，参数自定； 8. 绘制周期三角脉冲信号，参数自定。 四、实验结果与分析 1．制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=（），其中A=1，πω2=，6/π?= 实验代码： A=1;
操作系统教程 实 验 指 导 书 姓名： 学号： 班级：软124班 指导老师：郭玉华 2014年12月10日
实验一WINDOWS进程初识 1、实验目的 （1）学会使用VC编写基本的Win32 Consol Application（控制台应用程序)。 （2）掌握WINDOWS API的使用方法。 （3）编写测试程序，理解用户态运行和核心态运行。 2、实验内容和步骤 （1）编写基本的Win32 Consol Application 步骤1：登录进入Windows，启动VC++ 6.0。 步骤2：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32 Consol Application”,然后在“Project name”处输入工程名，在“Location”处输入工程目录。创建一个新的控制台应用程序工程。 步骤3：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C++ Source File”, 然后在“File”处输入C/C++源程序的文件名。 步骤4：将清单1-1所示的程序清单复制到新创建的C/C++源程序中。编译成可执行文件。 步骤5：在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“命令提示符”命令，进入Windows“命令提示符”窗口，然后进入工程目录中的debug子目录，执行编译好的可执行程序： E:\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>hello.exe 运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ： 有可能是因为DOS下路径的问题 （2）计算进程在核心态运行和用户态运行的时间 步骤1：按照（1）中的步骤创建一个新的“Win32 Consol Application”工程，然后将清单1-2中的程序拷贝过来，编译成可执行文件。 步骤2：在创建一个新的“Win32 Consol Application”工程，程序的参考程序如清单1-3所示，编译成可执行文件并执行。 步骤3：在“命令提示符”窗口中运行步骤1中生成的可执行文件，测试步骤2中可执行文件在核心态运行和用户态运行的时间。 E:\课程\os课\os实验\程序\os12\debug>time TEST.exe 步骤4：运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ： 因为程序是个死循环程序 步骤5：分别屏蔽While循环中的两个for循环，或调整两个for循环的次数，写出运行结果。 屏蔽i循环： 屏蔽j循环： _______________________________________________________________________________调整循环变量i的循环次数：
电子工程系 信号与系统课程实验报告 2011-----2012学年第一学期 专业: 电子信息工程技术班级: 学号 : 姓名: 指导教师: 实常用连续时间信号的实现
一、实验目的 （1）了解连续时间信号的特点； （2）掌握连续时间信号表示的向量法和符号法； （3）熟悉MATLAB Plot函数等的应用。 二、实验原理 1、信号的定义 信号是随时间变化的物理量。信号的本质是时间的函数。 2、信号的描述 1）时域法 时域法是将信号表示成时间的函数f(t)来对信号进行描述的方法。信号的时间特性指的是信号的波形出现的先后，持续时间的长短，随时间变化的快慢和大小，周期的长短等。 2）频域（变换域）法 频域法是通过正交变换，将信号表示成其他变量的函数来对信号进行描述的方法。一般常用的是傅立叶变换。信号的频域特性包括频带的宽窄、频谱的分布等。 信号的频域特性与时域特性之间有着密切的关系。 3、信号的分类 按照特性的不同，信号有着不同的分类方法。 （1）确定性信号：可以用一个确定的时间函数来表示的信号。 随机信号：不可以用一个确定的时间函数来表示，只能用统计特性加以描述的信号。 （2）连续信号：除若干不连续的时间点外，每个时间点在t上都有对应的数值信号。离散信号：只在某些不连续的点上有数值，其他时间点上信号没有定义的信号。 （3）周期信号：存在T，使得等式f(t+T)=f(t)对于任意时间t都成立的信号。非周期信号：不存在使得等式f(t+T)=f(t)对于任意时间t都成立的信号。 绝对的周期信号是不存在的，一般只要在很长时间内慢走周期性就可以了。 （4）能量信号：总能量有限的信号。 功率信号:平均功率有限切非零的信号。 （5）奇信号：满足等式f(t)=--f(--t)的信号。偶信号：满足等式f(t)=f(--t)的信号。 三、涉及的MATLAB函数 1、plot函数 功能：在X轴和Y轴方向都按线性比例绘制二维图形。 调用格式： Plot（x,y）:绘出相x对y的函数线性图。 Plot（x1,y1,x2,y2,…..）:会出多组x对y的线性曲线图。 2、ezplot函数 功能：绘制符号函数在一定范围内的二维图形。简易绘制函数曲线。 调用格式： Ezplot (fun):在[-2π，2π]区间内绘制函数。 Ezplot (fun，［min，max］)：在［min,max］区间内绘函数。 Ezplot (funx,funy):定义同一曲面的函数，默认的区间是[0, 2π]。】 3、sym函数 功能：定义信号为符号的变量。 调用格式：sym(fun):fun为所要定义的表达式。 4、subplot函数
实验1 信号的时域描述与运算 一、实验目的 1. 掌握信号的MATLAB表示及其可视化方法。 2. 掌握信号基本时域运算的MA TLAB实现方法。 3. 利用MA TLAB分析常用信号，加深对信号时域特性的理解。 二、实验原理与方法 1. 连续时间信号的MATLAB表示 连续时间信号指的是在连续时间范围内有定义的信号，即除了若干个不连续点外，在任何时刻信号都有定义。在MATLAB中连续时间信号可以用两种方法来表示，即向量表示法和符号对象表示法。 从严格意义上来说，MATLAB并不能处理连续时间信号，在MATLAB中连续时间信号是用等时间间隔采样后的采样值来近似表示的，当采样间隔足够小时，这些采样值就可以很好地近似表示出连续时间信号，这种表示方法称为向量表示法。表示一个连续时间信号需要使用两个向量，其中一个向量用于表示信号的时间范围，另一个向量表示连续时间信号在该时间范围内的采样值。例如一个正弦信号可以表示如下： >> t=0:0.01:10; >> x=sin(t); 利用plot(t,x)命令可以绘制上述信号的时域波形，如图1所示。 如果连续时间信号可以用表达式来描述，则还可以采用符号表达式來表示信号。例如对于上述正弦信号，可以用符号对象表示如下： >> x=sin(t); >> ezplot(X); 利用ezplot(x)命令可以绘制上述信号的时域波形 Time(seconds) 图1 利用向量表示连续时间信号
t 图 2 利用符号对象表示连续时间信号 sin(t) 2.连续时间信号的时域运算 对连续时间信号的运算包括两信号相加、相乘、微分、积分，以及位移、反转、尺度变换（尺度伸缩）等。 1）相加和相乘 信号相加和相乘指两信号对应时刻的值相加和相乘，对于两个采用向量表示的可以直接使用算术运算的运算符“+”和“*”来计算，此时要求表示两信号的向量时间范围和采样间隔相同。采用符号对象表示的两个信号，可以直接根据符号对象的运算规则运算。 2）微分和积分 对于向量表示法表示的连续时间信号，可以通过数值计算的方法计算信号的微分和积分。这里微分使用差分来近似求取的，由时间向量[N t t t ,,,21?]和采样值向量[N x x x ,,,21?]表示的连续时间信号，其微分可以通过下式求得 1,,2,1,|)('1-?=?-≈ +=N k t x x t x k k t t k 其中t ?表示采样间隔。MA TLAB 中用diff 函数来计算差分 k k x x -+1。 连续时间信号的定积分可以由MATLAB 的qud 函数实现，调用格式为 quad ('function_name',a,b) 其中，function_name 为被积函数名，a 、b 为积分区间。
实验一：信号的时域分析 一、实验目的 1.观察常用信号的波形特点及产生方法 2.学会使用示波器对常用波形参数的测量 二、实验仪器 1.信号与系统试验箱一台（型号ZH5004） 2.40MHz双踪示波器一台 3.DDS信号源一台 三、实验原理 对于一个系统特性的研究，其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系，即在一特定的输入信号下，系统对应的输出响应信号。因而对信号的研究是对系统研究的出发点，是对系统特性观察的基本手段与方法。在本实验中，将对常用信号和特性进行分析、研究。 信号可以表示为一个或多个变量的函数，在这里仅对一维信号进行研究，自变量为时间。常用信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa(t)信号、钟形信号、脉冲信号等。 1、信号：指数信号可表示为f(t)=Ke at。对于不同的a取值，其波形表现为不同的形式，如下图所示： 图1―1 指数信号 2、信号：其表达式为f（t）=Ksin（ωt＋θ），其信号的参数：振幅K、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示：
图1－2 正弦信号 3、指数衰减正弦信号：其表达式为其波形如下图： 图1－3 指数衰减正弦信号 4、Sa(t)信号：其表达式为：。Sa(t)是一个偶函数，t= ±π,±2π,…,±nπ时，函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如下图所示：
图1－4 Sa（t）信号 5、钟形信号（高斯函数）：其表达式为：其信号如下图所示： 图1－5 钟形信号 6、脉冲信号：其表达式为f(t)=u(t)-u(t-T)，其中u(t)为单位阶跃函数。其信号如下图所示： 7、方波信号：信号为周期为T，前T/2期间信号为正电平信号，后T/2期间信号为负电平信号，其信号如下图所示 U(t)
《计算机操作系统》实验报告 教师： 学号： 姓名： 2012年3月6日 计算机学院
实验题目：请求页式存储管理(三) ----------------------------------------------------------------------------- 实验环境：VC6.0++ 实验目的：学生应独立地用高级语言编写几个常用的存储分配算法，并设计一个存储管理的模拟程序，对各种算法进行分析比较，评测其性能优劣，从而加深对这些算法的了解。实验内容： （1）编制和调试示例给出的请求页式存储管理程序，并使其投入运行。 （2）增加1～2种已学过的淘汰算法，计算它们的页面访问命中率。试用各种算法的命中率加以比较分析。（增加了FIFO） 操作过程： (1)产生随机数 (2)输入PageSize(页面大小1 /2/4/8 K) (pageno[i]=int(a[i]/1024)+1) (3)菜单选择
(4)OPT/ LRU/FIFO演示（pagesize=1K）
(5) 过程说明（PAGESIZE = 4K ） OPT ：最佳置换算法（淘汰的页面是以后永不使用，或许是在最长时间内不再被访问的页面） //在Table 表中如果未找到，记录每个元素需要找的长度 //全部table 中元素找完长度，然后进行比较，找出最大的，进行淘汰 int max=0; int out; for(k=0;k
实验2 LTI 系统的时域分析 （基础型实验） 一． 实验目的 1. 掌握利用MATLAB 对系统进行时域分析的方法。 2. 掌握连续时间系统零状态响应、冲击响应和阶跃响应的求解方法。 3. 掌握求解离散时间系统响应、单位抽样响应的方法。 4. 加深对卷积积分和卷积和的理解。掌握利用计算机进行卷积积分和卷积和计算的方法。 二． 实验原理与方法 1. 连续时间系统时域分析的MATLAB 实现 1） 连续时间系统的MA TLAB 表示 LTI 连续系统通常可以由系统微分方程描述，设描述系统的微分方程为： (N)(N 1)(M)(M 1)1010(t)(t)...(t)b (t)b (t)...b (t)N N M M a y a y a y x x x ----++=++ 则在MATLAB 中可以建立系统模型如下： 1010[b ,b ,...,b ];a [a ,a ,...,a ];sys tf(b,a); M M N N b --=== 其中，tf 是用于创建系统模型的函数，向量a 和b 的元素是以微分方程求导的降幂次序来排列的，如果有缺项，应用0补齐，例如由微分方程 2''(t)y'(t)3y(t)x(t)y ++= 描述的系统可以表示为： >> b=[1]; >> a=[2 1 3]; >> sys=tf(b,a); 而微分方程由 ''(t)y'(t)y(t)x''(t)x(t)y ++=- 描述的系统则要表示成 >> b=[1 0 -1]; >> a=[1 1 1]; >> sys=tf(b,a); 2） 连续时间系统的零状态响应 零状态响应指系统的初始状态为零，仅由初始信号所引起的响应。MATLAB 提供了一个用于求解零状态响应的函数lism ，其调用格式如下： lism （sys,x,t ）绘出输入信号及响应的波形，x 和t 表示输入信号数值向量及其时间向量。 y= lism （sys,x,t ）这种调用格式不绘出波形，而是返回响应的数值向量。 3） 连续时间系统的冲激响应与阶跃响应
《操作系统》课程实验报告 专业：软件工程 班级：软件二班 学号： 2220111350 姓名：韩培培 序号： 14
目录： 实验一、进程的创建 实验二、进程控制 实验三、进程的管道通信 实验四、消息通信 实验五、进程调度 实验六、FIFO页面调度 实验七、LRU页面置换算法
实验一进程的创建 一．实验目的：进程的创建 二．实验内容：编写一段程序，使用系统调用 FORK( )创建两个子进程。当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符：父进程显示字符“A”子进程分别显示字符“B”和“C”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。 三．实验代码： #include ＜stdio.h＞ Main() { int p1,p2； While((p1=fork())==-1)； If (p1==0) Putchar(ˊbˊ)； else { While((p2=fork())==-1)； If(p2==0) Putchar(ˊcˊ)； else putchar(ˊaˊ)； } } 四．实验运行结果
五．分析原因 程序首先调用Fork（）函数创建一个子进程1.当创建进程不成功，循环创建进程，直至进程创建成功。如果Fork（）返回值为0，表示当前进程是子进程1，显示字符B。如果Fork（）返回值大于0，则表示当前进程是父进程，表示当前的程序代码是父进程所要执行的。父进程调用Fork（）创建子进程2。当创建进程不成功时，循环创建进程直至成功。如果Fork（）返回值为0，则表示当前进程是子进程2，显示字符C。如果Fork（）返回值大于0，则表示当前进程 是父进程，输出字符A。
实验三 常见信号的MATLAB 表示及运算 一、实验目的 1．熟悉常见信号的意义、特性及波形 2．学会使用MATLAB 表示信号的方法并绘制信号波形 3. 掌握使用MATLAB 进行信号基本运算的指令 4. 熟悉用MATLAB 实现卷积积分的方法 二、实验原理 根据MATLAB 的数值计算功能和符号运算功能，在MA TLAB 中，信号有两种表示方法，一种是用向量来表示，另一种则是用符号运算的方法。在采用适当的MA TLAB 语句表示出信号后，就可以利用MA TLAB 中的绘图命令绘制出直观的信号波形了。 1.连续时间信号 从严格意义上讲，MATLAB 并不能处理连续信号。在MATLAB 中，是用连续信号在等时间间隔点上的样值来近似表示的，当取样时间间隔足够小时，这些离散的样值就能较好地近似出连续信号。在MATLAB 中连续信号可用向量或符号运算功能来表示。 ⑴ 向量表示法 对于连续时间信号()f t ，可以用两个行向量f 和t 来表示，其中向量t 是用形如12::t t p t =的命令定义的时间范围向量，其中，1t 为信号起始时间，2t 为终止时间，p 为时间间隔。向量f 为连续信号()f t 在向量t 所定义的时间点上的样值。 ⑵ 符号运算表示法 如果一个信号或函数可以用符号表达式来表示，那么我们就可以用前面介绍的符号函数专用绘图命令ezplot()等函数来绘出信号的波形。 ⑶ 常见信号的MATLAB 表示 单位阶跃信号 单位阶跃信号的定义为：10()0 t u t t >?=? 0); %定义函数体，即函数所执行指令
操作系统实验报告 实验名称: 系统的引导 所在班级: 指导老师: 老师 实验日期: 2014年3 月29 日
一、实验目的 ◆熟悉hit-oslab实验环境； ◆建立对操作系统引导过程的深入认识； ◆掌握操作系统的基本开发过程； ◆能对操作系统代码进行简单的控制，揭开操作系统的神秘面纱。 二、实验容 1. 阅读《Linux核完全注释》的第6章引导启动程序，对计算机和Linux 0.11的引导过程进行初步的了解。 2. 按照下面的要求改写0.11的引导程序bootsect.s。 3. 有兴趣同学可以做做进入保护模式前的设置程序setup.s。 4. 修改build.c，以便可以使用make BootImage命令 5. 改写bootsect.s主要完成如下功能： bootsect.s能在屏幕上打印一段提示信息XXX is booting...，其中XXX是你给自己的操作系统起的名字，例如LZJos、Sunix等。 6. 改写setup.s主要完成如下功能： bootsect.s能完成setup.s的载入，并跳转到setup.s开始地址执行。而setup.s 向屏幕输出一行"Now we are in SETUP"。setup.s能获取至少一个基本的硬件参数（如存参数、显卡参数、硬盘参数等），将其存放在存的特定地址，并输出到屏幕上。setup.s不再加载Linux核，保持上述信息显示在屏幕上即可。 三、实验环境
本实验使用的系统是windows系统或者是Linux系统，需要的材料是osexp。 四、实验步骤 1. 修改bootsect.s中的提示信息及相关代码; 到osexp\Linux-0.11\boot目录下会看到图1所示的三个文件夹，使用UtraEdit 打开该文件。将文档中的98行的mov cx,#24修改为mov cx,#80。同时修改文档中的第246行为图2所示的情形。 图1图2 图3 2. 在目录linux-0.11\boot下,分别用命令as86 -0 -a -o bootsect.obootsect.s和 ld86 -0 -s -obootsectbootsect.o编译和bootsect.s，生成bootsect文件; 在\osexp目录下点击MinGW32.bat依此输入下面的命令： cd linux-0.11 cd boot as86 -0 -a -o bootsect.obootsect.s ld86 -0 -s -o bootsectbootsect.o
实验名称：存储管理 学号班级姓名 1 实验目的： 存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。 本实验的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的技术特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。 2 实验预备内容： （1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。指令的地址按下述原则生成： ①50%的指令是顺序执行的； ②50%的指令是均匀分布在前地址部分； ③50%的指令是均匀分布在后地址部分。 具体的实施方法是： ①在 [0，319] 的指令之间随即选取一起点m; ②顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令； ③在前地址[0，m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m′； ④顺序执行一条指令，其地址为 m′+ 1； ⑤在后地址[m′+ 2，319]中随机选取一条指令并执行； ⑥重复上述步骤①-⑤，直到执行320次指令。 （2）将指令序列变换为页地址流 设：①页面大小为1k； ②用户内存容量为4页到32页； ③用户虚存容量为32k。 在用户虚存中，按每k存放10条指令排在虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为： 第0条-第9条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]）； 第10条-第19条指令为第一页（对应虚存地址为[10，19]）； …… 第310条~第319条指令为第31页（对应虚地址为[310，319]）。 按以上方式，用户指令可组成32页。 （3）计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。 ①先进先出的算法（FIFO）； ②最近最少使用算法（LRR)； ③最佳淘汰算法（OPT）先淘汰最不常用的页地址； ④最少访问页面算法（LFR）； ⑤最近最不经常使用算法（NUR）。 其中③和④为选择内容。
信号与系统实验报告
信号与系统实验报告 姓名： 学号： 软件部分： 表示信号与系统的MATLAB 函数、工具箱 一、实验项目名称：表示信号、系统的MATLAB 函数、工具箱 二、实验目的与任务： 目的：1、加深对常用离散信号的理解； 2、熟悉表示信号的基本MATLAB 函数。 任务：基本MATLAB 函数产生离散信号；基本信号之间的简单运算；判 断信号周期。 三、实验原理： 利用MATLAB 强大的数值处理工具来实现信号的分析和处理，首先就是要学会应用MATLAB 函数来构成信号。 四、实验内容及步骤： 常见的基本信号可以简要归纳如下： 实验内容(一)、 编制程序产生上述5种信号（长度可输入确定），并绘出其图形。 其中5种信号分别为单位抽样序列、单位阶跃序列、正弦序列、指数序列和复正弦序列。 实验内容（二）、 在[0,31]出下列图像 1223[]sin( )cos() 4 4 []cos ( ) 4[]sin()cos() 48 n n x n n x n n n x n πππππ=== 五、项目需用仪器设备名称：计算机、MATLAB 软件。
六、所需主要元器件及耗材：无 七、实验程序及数据 函 数 程序图片 单位冲击函数x=zeros(1,10); x(1)=1; stem(x) 单位阶跃函数x=ones(1,30); plot(x)
正弦序列n=0:30-1; x=sin(2*pi*n/10); stem(x) x=cos(1/4*pi*n).*cos(1/4*pi*n) ; stem(x) 复正弦序列n=0:29; x=exp(j*5*n); stem(x) 指数序列n=0:10; x=2.^n; stem(x)
实验二进程调度 1．目的和要求 通过这次实验，理解进程调度的过程，进一步掌握进程状态的转变、进程调度的策略，进一步体会多道程序并发执行的特点，并分析具体的调度算法的特点，掌握对系统性能的评价方法。 2．实验内容 阅读教材《计算机操作系统》第二章和第三章，掌握进程管理及调度相关概念和原理。 编写程序模拟实现进程的轮转法调度过程，模拟程序只对PCB进行相应的调度模拟操作，不需要实际程序。假设初始状态为：有 n 个进程处于就绪状态，有m个进程处于阻塞状态。采用轮转法进程调度算法进行调度（调度过程中，假设处于执行状态的进程不会阻塞），且每过 t 个时间片系统释放资源，唤醒处于阻塞队列队首的进程。 程序要求如下： 1）输出系统中进程的调度次序； 2）计算CPU利用率。 3．实验环境 Windows操作系统、VC++6.0 C语言
4 设计思想： (1)程序中进程可用PCB表示，其类型描述如下： struct PCB_type { int pid ;// 进程名 int state ;// 进程状态 2——表示“执行”状态 1——表示“就绪”状态 0——表示“阻塞”状态 int cpu_time ; //运行需要的CPU寸间(需运行的时间片 个数) } 用PCB来模拟进程； (2)设置两个队 列，将处于“就绪”状态的进程PCB挂在队列readyxx ;将处于“阻塞”状态的进程 PCB挂在队列blockedxx。 队列类型描述如下： struct QueueNode{
struct PCB_type PCB; Struct QueueNode *next; } 并设全程量： struct QueueNode *ready_head=NULL,//ready 队列队首指针 *ready_tail=NULL , //ready 队列队尾指针 *blocked_head=NULL,//blocked 队列队首指 针 *blocked_tail=NULL; //blocked 队列队尾指 针 (3)设计子程序： start_state(); 读入假设的数据，设置系统初始状态，即初始化就绪队列和 阻塞队列 dispath(); 模拟调度，当就绪队列的队首进程运行一个时间片后，放到就绪队列末尾，每次都是队首进程进行调度，一个进程运行结束 就从就绪队列中删除，当到 t 个时间片后，唤醒阻塞队列队首进程。
信号与系统实验 实验三：信号的卷积 （第三次实验）
【实验目的】 1. 理解卷积的物理意义； 2. 掌握运用计算机进行卷积运算的原理和方法； 3. 熟悉卷积运算函数conv的应用； 【实验内容】 给定如下因果线性时不变系统： y[n]+0.71y[n-1]-0.46y[n-2]-0.62y[n-3=0.9x[n]-0.45x[n-1]+0.35x[n-2]+0.002x[n-3] (1)不用impz函数，使用filter命令，求出以上系统的单位冲激响应h[n]的前20个样本; 代码如下： clear all; N=[0:19]; num=[0.9 -0.45 0.35 0.002]; den=[1 0.71 -0.46 -0.62]; h=filter(num,den,N); stem(N,h); xlabel('ê±??Dòo?'); ylabel('??·ù'); title('μ￥??3??¤?ìó|'); grid; 图像如下：
(2)得到h[n]后，给定x[n],计算卷积输出y[n]；并用滤波器h[n]对输入x[n]滤波，求得y1[n]; 代码如下： clear all; N=[0:19]; num=[0.9 -0.45 0.35 0.002]; den=[1 0.71 -0.46 -0.62]; h=filter(num,den,N); x=[1 -2 3 -4 3 2 1]; y=conv(h,x); n=0:25; subplot(2,1,1); stem(n,y); xlabel('时间序号n');ylabel('振幅'); title('用卷积得到的输出');grid; x1=[x zeros(1,19)]; y1=filter(h,1,x1); subplot(2,1,2); stem(n,y1);
实验四：进程管理（二） 实验内容: 1．编写一个程序，打印进程的如下信息：进程标识符，父进程标识符，真实用户ID，有效用户ID，真实用户组ID，有效用户组ID。并分析真实用户ID和有效用户ID的区别。 源代码及结果： 真实用户ID和有效用户ID的区别： 真实用户ID：这个ID就是我们登陆unix系统时的身份ID。 有效用户ID：定义了操作者的权限。有效用户ID是进程的属性，决定了该进程对文件的访问权限。 2．阅读如下程序，编译并运行，分析进程执行过程的时间消耗（总共消耗的时间和CPU 消耗的时间），并解释执行结果。再编写一个计算密集型的程序替代grep，比较两次时间的花销。注释程序主要语句。 /* process using time */ #include
int main(void){ //取得进程运行相关的时间 clock_t start,end; struct tms t_start,t_end; start = times(&t_start); system(“grep the /usr/doc/*/* > /dev/null 2> /dev/null”); /*command >/dev/null的作用是将是command命令的标准输出丢弃，而标准错误输出还是在屏幕上。一般来讲标准输出和标准错误输出都是屏幕，因此错误信息还是会在屏幕上输出。>/dev/null 2> /dev/null 标准输出与标准错误输出都会被丢弃*/ // 0 1 2 标准输入标准输出错误输出 // > 将信息放到该文件null中 end=times(&t_end); time_print(“elapsed”,end-start); puts(“parent times”); time_print(“\tuser CP U”,t_end.tms_utime); time_print(“\tsys CPU”,t_end.tms_stime); puts(“child times”); time_print(“\tuser CPU”,t_end.tms_cutime); time_print(“\tsys CPU”,t_end.tms_cstime); exit(EXIT_SUCCESS); } void time_print(char *str, clock_t time) { long tps = sysconf(_SC_CLK_TCK); /*函数sysconf()的作用为将时钟滴答数转化为秒数，_SC_CLK_TCK 为定义每秒钟
信号与系统实验报告 一、实验目的 1. 熟悉连续时间系统的单位冲激响应、阶跃响应的意义及求解方法 2. 熟悉连续（离散）时间系统在任意信号激励下响应的求解方法 3. 熟悉应用MATLAB实现求解系统响应的方法 二、实验原理 1.连续时间系统求解各种响应 impulse( ) 函数 函数impulse( )将绘制出由向量a和b所表示的连续系统在指定时间范围内的单位冲激响应h(t)的时域波形图，并能求出指定时间范围内冲激响应的数值解。 以默认方式绘出由向量a和b所定义的连续系统的冲激响应的时域波形。 绘出由向量a和b所定义的连续系统在0 ~ t0时间范围内冲激响应的时域波形。 绘出由向量a和b所定义的连续系统在t1 ~ t2时间范围内，并且以时间间隔p均匀取样的冲激响应的时域波形。 只求出由向量a和b所定义的连续系统在t1 ~ t2时间范围内，并且以时间间隔p均匀取样的冲激响应的数值解，但不绘出其相应波形。 step( ) 函数 函数step( )将绘制出由向量a和b所表示的连续系统的阶跃响应，在指定的时间范围内的波形图，并且求出数值解。和impulse( )函数一样，step( )也有如下四种调用格式： step( b,a) step(b,a,t0) step(b,a,t1:p:t2) y=step(b,a,t1:p:t2) 上述调用格式的功能和impulse( )函数完全相同，所不同只是所绘制（求解）的是系统的阶跃响应g(t)，而不是冲激响应h(t)。 lsim( )函数 根据系统有无初始状态，lsim( )函数有如下两种调用格式： ①系统无初态时，调用lsim( )函数可求出系统的零状态响应，其格式如下：
信号与系统实验 指导老师： 实验时间： 2015年6月 学校：海南大学 学院：信息科学技术学院 专业班级： 姓名： 学号：
《信号与系统实验》 实验一基本信号在MATLAB中的表示和运算 一、实验目的 1．学会用MATLAB表示常用连续信号的方法； 2．学会用MATLAB进行信号基本运算的方法； 二、实验原理 1．连续信号的MATLAB表示 MATLAB提供了大量的生成基本信号的函数，例如指数信号、正余弦信号。 表示连续时间信号有两种方法，一是数值法，二是符号法。数值法是定义某一时间范围和取样时间间隔，然后调用该函数计算这些点的函数值，得到两组数值矢量，可用绘图语句画出其波形；符号法是利用MATLAB的符号运算功能，需定义符号变量和符号函数，运算结果是符号表达的解析式，也可用绘图语句画出其波形图。 例1-1指数信号 如f (t) = Ae at，调用格式为ft=A*exp (a*t) 程序: A=1;a=-0.4; t=0:0.01:10; ft=A*exp(a*t); plot(t,ft); grid on; 波形图：
例1-2 正弦信号 调用格式为ft=A*sin(w*t+phi) 程序： A=1;w=2*pi;phi=pi/6; t=0:0.01:8; ft=A*sin(w*t+phi); plot(t,ft); grid on; 波形图： 例1-3 抽样信号 定义为Sa(t) = sin c(t /π ) 程序： t=-3*pi:pi/100:3*pi; ft=sinc(t/pi); plot(t,ft); grid on; axis([-10,10,-0.5,1.2]); title('抽样信号') 波形图：
操作系统实验报告-实验四
实验四：进程管理（二） 实验内容: 1．编写一个程序，打印进程的如下信息：进程标识符，父进程标识符，真实用户ID，有效用户ID，真实用户组ID，有效用户组ID。并分析真实用户ID和有效用户ID的区别。 源代码及结果： 真实用户ID和有效用户ID的区别： 真实用户ID：这个ID就是我们登陆unix 系统时的身份ID。 有效用户ID：定义了操作者的权限。有效用户ID是进程的属性，决定了该进程对文件的访问权限。 2．阅读如下程序，编译并运行，分析进程执行过程的时间消耗（总共消耗的时间和CPU
消耗的时间），并解释执行结果。再编写一个计算密集型的程序替代grep，比较两次时间的花销。注释程序主要语句。 /* process using time */ #include
实验一:信号得时域分析 一、实验目得 1.观察常用信号得波形特点及产生方法 2.学会使用示波器对常用波形参数得测量 二、实验仪器 1.信号与系统试验箱一台（型号ＺH５0０4) 2.40MHｚ双踪示波器一台 3.ＤDS信号源一台 三、实验原理 对于一个系统特性得研究,其中重要得一个方面就是研究它得输入输出关系，即在一特定得输入信号下,系统对应得输出响应信号.因而对信号得研究就是对系统研究得出发点,就是对系统特性观察得基本手段与方法.在本实验中,将对常用信号与特性进行分析、研究。 信号可以表示为一个或多个变量得函数，在这里仅对一维信号进行研究,自变量为时间。常用信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa(ｔ)信号、钟形信号、脉冲信号等。 1、信号:指数信号可表示为ｆ(t）＝Ke at。对于不同得ａ取值，其波形表现为不同得形式,如下图所示: 图１―1 指数信号 2、信号:其表达式为f(t）=Ｋsin(ωt+θ),其信号得参数:振幅K、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示:
图1-2 正弦信号 3、指数衰减正弦信号:其表达式为其波形如下图: 图１-３指数衰减正弦信号 ４、Sａ(t）信号:其表达式为:。Sa（t）就是一个偶函数，t= ±π,±２π,…,±ｎπ时,函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特得运用。其信号如下图所示: 图1－4 Ｓa(t)信号 5、钟形信号(高斯函数):其表达式为：其信号如下图所示：
图1-5 钟形信号 6、脉冲信号:其表达式为ｆ(t)=u(t)-ｕ（t—T),其中u（t)为单位阶跃函数。其信号如下图所示: f(ｔ） ? ……??…… 0 t 图1-6脉冲信号 7、方波信号:信号为周期为T,前T/2期间信号为正电平信号,后T/２期间信号为负电平信号，其信号如下图所示 U(t) ………… ?0?t 图1－７方波信号 四、实验内容及主要步骤 下列实验中信号产生器得工作模式为11 1、指数信号观察 通过信号选择键1，设置Ａ组输出为指数信号(此时信号输出指示灯为0００000）。用示波器测量“信号Ａ组”得输出信号。 输出波形为：
实验一连续时间信号的时域基本运算 一、实验目的 （1）掌握连续时间信号时域运算的基本方法； （2）掌握相关函数的调用格式及作用； （3）掌握连续信号的基本运算。 二、实验原理 信号的基本运算包括信号的相加（减）和相乘(除).信号的时域变换包括信号的平移、翻转、倒相以及尺度变换。 （1）加减： f(t)=f1(t)±f2(t)（2）乘: f(t)=f1(t)×f2(t) （3）延时或平移：f(t)→(t-t0) t0>0时右移；t0<0时左移 （4）翻转： f(t)→f(-t) （5）尺度变换：f(t)→ f(at) |a|>1时尺度缩小；|a|<1时尺度放大；a<0时，尺度翻转。 （6）标量乘法：f(t)→af(t) （7）倒相： f(t)→-f(t) （8）微分： f(t)→df(t)/dt （9）积分： f(t)→∫t -∞f(t)d(t) 三、涉及的MATLAB函数及其运算 1、stepfun函数 功能：产生一个阶跃信号。 调用格式： Stepfun(t,t 0)其中，t是时间区间，在该区间内阶跃信号一定会产生；t 是信号 发生从0到1跳跃的时刻。 2、diff函数 调用格式： diff (f) : 求函数f对预设独立变数的一次微分值。 diff (f, ’t’) : 求函数f对独立变数t的一次微分值。 3、int函数 调用格式: Int（f）: 函数f对预设独立变数的积分值。 Int(f,’t’): 函数f对独立变数t的积分值。 4、heaviside函数 Heaviside（t）:产生没有移位的阶跃信号。 Heaviside（t-k）:产生向右平移K单位的阶跃信号。 四、实验内容与方法1、验证性实验 （1）移位 实现连续信号的移位，即f(t-t0),或者f(t+t0);常数t0>0。 MATLAB程序 clear all t=0:0.0001:2 y=sin(2*pi*(t)); y1=sin(2*pi*(t-0.2)); plot(t,y,'-',t,y1,'--'); ylabel('f(t)');xlabel('t');title('信号的移位') 运行结果：