上海體育大學(xué)《數(shù)字邏輯與計(jì)算機(jī)組成原理》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁(yè)，共3頁(yè)上海體育大學(xué)《數(shù)字邏輯與計(jì)算機(jī)組成原理》

2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共15個(gè)小題，每小題1分，共15分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、JK觸發(fā)器是一種功能較為完善的觸發(fā)器。以下關(guān)于JK觸發(fā)器的特性，錯(cuò)誤的是（）A.當(dāng)J=K=0時(shí)，觸發(fā)器保持原狀態(tài)B.當(dāng)J=K=1時(shí)，觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能C.JK觸發(fā)器的觸發(fā)方式可以是上升沿觸發(fā)，也可以是下降沿觸發(fā)D.JK觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖作用下，輸出狀態(tài)一定會(huì)改變2、用8選1數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)F=A'B+AB'，需要將函數(shù)化為？（）A.標(biāo)準(zhǔn)與或式B.標(biāo)準(zhǔn)或與式C.最小項(xiàng)表達(dá)式D.最大項(xiàng)表達(dá)式3、已知一個(gè)JK觸發(fā)器的特性方程為Q*=JQ'+K'Q，當(dāng)J=1，K=1時(shí)，在時(shí)鐘脈沖作用下，觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)什么功能？（）A.置0B.置1C.翻轉(zhuǎn)D.保持4、假設(shè)要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路來(lái)產(chǎn)生一個(gè)周期性的脈沖信號(hào)，脈沖寬度和周期可以調(diào)整。以下哪種電路元件或模塊可能是最關(guān)鍵的？（）A.計(jì)數(shù)器，通過(guò)設(shè)置計(jì)數(shù)值來(lái)控制脈沖的周期B.寄存器，用于存儲(chǔ)脈沖的狀態(tài)C.比較器，比較輸入值來(lái)產(chǎn)生脈沖D.編碼器，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為特定的編碼輸出5、考慮一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，其中的控制器需要根據(jù)不同的輸入條件產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。如果輸入條件較多且復(fù)雜，以下哪種控制器的設(shè)計(jì)方法是最合適的？（）A.硬布線控制器，通過(guò)邏輯門直接實(shí)現(xiàn)控制邏輯B.微程序控制器，使用存儲(chǔ)的微指令來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)C.隨機(jī)生成控制信號(hào)，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整D.以上方法都不適合處理復(fù)雜的輸入條件6、在數(shù)字邏輯電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，假設(shè)一個(gè)邏輯電路可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)相同的功能。以下哪個(gè)因素通常是優(yōu)化時(shí)首要考慮的（）A.電路的復(fù)雜程度B.元器件的成本C.電路的速度D.以上因素同等重要7、假設(shè)正在研究數(shù)字電路中的時(shí)序問(wèn)題，即輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系對(duì)電路輸出的影響。以下哪種情況可能導(dǎo)致時(shí)序違規(guī)？（）A.輸入信號(hào)在時(shí)鐘上升沿附近變化B.時(shí)鐘信號(hào)的占空比不穩(wěn)定C.建立時(shí)間和保持時(shí)間不滿足要求D.以上情況都可能導(dǎo)致時(shí)序違規(guī)8、在數(shù)字系統(tǒng)中，異步復(fù)位和同步復(fù)位是兩種常見(jiàn)的復(fù)位方式。假設(shè)我們正在設(shè)計(jì)一個(gè)具有復(fù)位功能的電路。以下關(guān)于異步復(fù)位和同步復(fù)位的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.異步復(fù)位信號(hào)不受時(shí)鐘信號(hào)的控制，在復(fù)位信號(hào)有效時(shí)立即將電路復(fù)位B.同步復(fù)位信號(hào)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)，根據(jù)復(fù)位信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行復(fù)位操作C.異步復(fù)位的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)位響應(yīng)速度快，缺點(diǎn)是可能會(huì)產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)D.同步復(fù)位比異步復(fù)位更可靠，不會(huì)出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，因此應(yīng)優(yōu)先使用同步復(fù)位9、在數(shù)字圖像處理中，數(shù)字邏輯可以用于圖像的增強(qiáng)、壓縮等操作。以下關(guān)于數(shù)字圖像處理中數(shù)字邏輯的描述，錯(cuò)誤的是（）A.可以使用數(shù)字邏輯電路對(duì)圖像的像素值進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)B.圖像壓縮算法可以通過(guò)數(shù)字邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，提高壓縮效率C.數(shù)字邏輯在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用效果不如傳統(tǒng)的圖像處理方法D.數(shù)字邏輯的高速處理能力有助于實(shí)時(shí)處理圖像數(shù)據(jù)10、數(shù)字邏輯是計(jì)算機(jī)科學(xué)和電子工程的重要基礎(chǔ)，它主要研究數(shù)字信號(hào)和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與分析。在數(shù)字邏輯中，二進(jìn)制數(shù)是最基本的數(shù)值表示形式。以下關(guān)于二進(jìn)制數(shù)的描述，錯(cuò)誤的是（）A.二進(jìn)制數(shù)只有0和1兩個(gè)數(shù)字B.二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)是2的冪次方C.二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)可以通過(guò)位權(quán)展開(kāi)相加的方法D.二進(jìn)制數(shù)在進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算時(shí)，規(guī)則比十進(jìn)制數(shù)簡(jiǎn)單，所以在所有情況下都更適合進(jìn)行計(jì)算11、考慮一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中的編碼器，它需要將8個(gè)輸入信號(hào)編碼為3位的二進(jìn)制代碼輸出。以下哪種編碼器能夠滿足這個(gè)要求，并且具有較高的編碼效率？（）A.普通編碼器，任何時(shí)刻只允許一個(gè)輸入有效B.優(yōu)先編碼器，允許同時(shí)多個(gè)輸入，但優(yōu)先編碼優(yōu)先級(jí)高的C.二進(jìn)制編碼器，直接將輸入轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制D.十進(jìn)制編碼器，將十進(jìn)制輸入編碼為二進(jìn)制12、在數(shù)字邏輯電路中，數(shù)據(jù)選擇器可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的選擇輸出。一個(gè)8選1數(shù)據(jù)選擇器，需要多少個(gè)控制信號(hào)？（）A.3個(gè)B.4個(gè)C.不確定D.根據(jù)數(shù)據(jù)選擇器的類型判斷13、想象一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中，需要對(duì)輸入的8位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，將其轉(zhuǎn)換為3位的二進(jìn)制編碼。在選擇編碼方式時(shí)，需要考慮編碼的唯一性和容錯(cuò)性等因素。以下哪種編碼方式可能是最合適的？（）A.格雷碼，相鄰數(shù)值的編碼只有一位不同，具有良好的容錯(cuò)性B.8421碼，是常見(jiàn)的二進(jìn)制編碼方式，但相鄰數(shù)值變化可能多位不同C.余3碼，在8421碼基礎(chǔ)上加上3得到，計(jì)算復(fù)雜D.隨機(jī)編碼，編碼方式不固定，難以保證唯一性和規(guī)律14、假設(shè)正在研究數(shù)字電路中的信號(hào)完整性問(wèn)題，即信號(hào)在傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)的失真、延遲和噪聲等。以下哪種措施可以有效地改善信號(hào)完整性？（）A.優(yōu)化布線，減少信號(hào)反射B.增加信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力C.使用屏蔽線減少干擾D.以上措施都可以改善信號(hào)完整性15、在組合邏輯電路設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)兩輸入異或邏輯功能，如果用與非門和或非門來(lái)實(shí)現(xiàn)，最少需要幾個(gè)門？（）A.3B.4C.5D.6二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）深入解釋在編碼器的編碼加密應(yīng)用中，常見(jiàn)的加密算法和實(shí)現(xiàn)方式。2、（本題5分）詳細(xì)說(shuō)明在數(shù)字電路的性能優(yōu)化中，從電路結(jié)構(gòu)和邏輯化簡(jiǎn)等方面可以采取哪些措施來(lái)提高速度和降低功耗。3、（本題5分）解釋什么是數(shù)字邏輯中的異步電路的metastabilitywindow（亞穩(wěn)態(tài)窗口），以及如何減小其影響。4、（本題5分）解釋什么是數(shù)字邏輯中的異步電路的脈沖模式，以及其應(yīng)用場(chǎng)景。三、分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）利用數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字視頻編碼電路，例如MPEG或H.264編碼。詳細(xì)闡述視頻編碼的原理和算法，分析各個(gè)模塊（如運(yùn)動(dòng)估計(jì)、變換編碼等）的邏輯實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化方法。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字邏輯電路，用于檢測(cè)一個(gè)9位二進(jìn)制數(shù)中是否存在連續(xù)的五個(gè)1。詳細(xì)闡述設(shè)計(jì)思路，通過(guò)邏輯表達(dá)式和真值表進(jìn)行分析，并畫(huà)出邏輯電路圖。探討該電路在數(shù)據(jù)檢測(cè)和模式匹配中的應(yīng)用和挑戰(zhàn)。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，能夠?qū)⑤斎氲?位格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼。詳細(xì)分析格雷碼和二進(jìn)制碼之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，以及在電路中實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換所需要的邏輯運(yùn)算和門電路的連接方式。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，能夠?qū)斎氲膬蓚€(gè)16位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行大小比較，并按照從大到小的順序輸出。深入分析比較和排序的邏輯過(guò)程，說(shuō)明電路中如何實(shí)現(xiàn)比較和交換操作。考慮如何優(yōu)化電路以減少比較次數(shù)和提高排序速度。5、（本題5分）給定一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，其中包含多個(gè)模塊，如加法器、乘法器和比較器等。分析各個(gè)模塊之間的連接方式和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，計(jì)算系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)，如吞吐量、延遲和資源利用率，并提出改進(jìn)系統(tǒng)性能的方案。四、設(shè)計(jì)題（本大題共4個(gè)小題，共40分)1、（本題10分）利用邏輯門設(shè)計(jì)一個(gè)邏輯電路，用于實(shí)現(xiàn)特定的糾錯(cuò)功能。2、（本題10分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，能夠?qū)斎氲?