武漢大學(xué)《數(shù)字化設(shè)計(jì)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分一、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、假設(shè)要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)高速的加法器，并且對(duì)面積和功耗有一定的限制。在這種情況下，以下哪種加法器結(jié)構(gòu)是最合適的選擇？（）A.ripplecarryadder（行波進(jìn)位加法器）B.carrylookaheadadder（超前進(jìn)位加法器）C.carryselectadder（進(jìn)位選擇加法器）D.以上加法器結(jié)構(gòu)都不滿足要求，需要新的設(shè)計(jì)方法2、對(duì)于一個(gè)5位的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，若初始狀態(tài)為00000，經(jīng)過18個(gè)時(shí)鐘脈沖后，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)是多少？（）A.10010B.10001C.01001D.001003、對(duì)于一個(gè)由與非門組成的基本邏輯電路，若輸入為A=1，B=0，則輸出為：（）A.1B.0C.不確定D.取決于其他輸入4、在數(shù)字邏輯的發(fā)展歷程中，以下關(guān)于集成電路技術(shù)的描述，不正確的是（）A.集成電路的規(guī)模不斷增大，性能不斷提高B.摩爾定律預(yù)測(cè)了集成電路上晶體管數(shù)量的增長趨勢(shì)C.隨著工藝的進(jìn)步，集成電路的成本不斷降低D.集成電路技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了物理極限，無法繼續(xù)提高5、在數(shù)字系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的重要部件。關(guān)于只讀存儲(chǔ)器（ROM），以下說法錯(cuò)誤的是（）A.ROM中的數(shù)據(jù)在斷電后不會(huì)丟失B.PROM是一種可編程的ROM，但只能編程一次C.EPROM可以多次擦除和編程，使用紫外線進(jìn)行擦除D.ROM的存儲(chǔ)容量通常比隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）大6、在數(shù)字電路中，鎖存器和觸發(fā)器都可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。假設(shè)我們正在比較鎖存器和觸發(fā)器。以下關(guān)于鎖存器和觸發(fā)器的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.鎖存器是電平敏感的存儲(chǔ)器件，觸發(fā)器是邊沿敏感的存儲(chǔ)器件B.鎖存器在輸入信號(hào)有效期間，輸出會(huì)隨著輸入的變化而變化；觸發(fā)器在時(shí)鐘邊沿時(shí)才會(huì)改變狀態(tài)C.鎖存器和觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)相似，只是觸發(fā)方式不同D.鎖存器比觸發(fā)器的抗干擾能力強(qiáng)，更適合在噪聲環(huán)境中使用7、已知一個(gè)8選1數(shù)據(jù)選擇器，地址輸入端有3位，當(dāng)輸入地址為101時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)是哪個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)？（）A.第1個(gè)B.第3個(gè)C.第5個(gè)D.第7個(gè)8、對(duì)于一個(gè)由多個(gè)邏輯門組成的復(fù)雜數(shù)字電路，若要分析其輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系，以下哪種方法最為有效？（）A.直接觀察電路連接B.進(jìn)行邏輯表達(dá)式推導(dǎo)C.繪制真值表D.以上方法結(jié)合使用9、在數(shù)字電路中，若要對(duì)一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行取反操作，可使用：（）A.與門B.或門C.非門D.異或門10、在數(shù)字邏輯中，要用PAL（可編程陣列邏輯）實(shí)現(xiàn)一個(gè)3輸入3輸出的邏輯函數(shù)，需要多少個(gè)可編程的或陣列單元？（）A.3B.6C.9D.1811、在數(shù)字系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)具有離散的數(shù)值和特定的時(shí)間間隔。以下關(guān)于數(shù)字信號(hào)特點(diǎn)的描述中，正確的是（）A.抗干擾能力強(qiáng)B.便于存儲(chǔ)和處理C.精度高D.以上都是12、已知邏輯函數(shù)F=(A+B)(C+D)(E+F)，用卡諾圖化簡后，最簡表達(dá)式為？（）A.A+C+EB.B+D+FC.A+D+ED.以上都不對(duì)13、在數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)中，需要考慮電路的功耗。假設(shè)一個(gè)邏輯電路，通過優(yōu)化邏輯表達(dá)式可以降低功耗，以下哪種優(yōu)化方法可能最有效？（）A.減少邏輯門的數(shù)量B.降低工作電壓C.減少信號(hào)的翻轉(zhuǎn)次數(shù)D.以上方法效果相同14、已知一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的工作頻率為200MHz，其時(shí)鐘周期是多少納秒？（）A.5B.2C.0.5D.0.215、數(shù)字邏輯中的格雷碼具有相鄰編碼值只有一位變化的特點(diǎn)。假設(shè)從二進(jìn)制編碼000轉(zhuǎn)換為格雷碼，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果是什么？（）A.000B.001C.100D.010二、簡答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）詳細(xì)闡述如何用邏輯門實(shí)現(xiàn)一個(gè)譯碼器的擴(kuò)展，增加譯碼的輸入和輸出位數(shù)。2、（本題5分）解釋在數(shù)字邏輯中如何分析邏輯電路的扇入和扇出，以及對(duì)電路性能的影響。3、（本題5分）解釋數(shù)字邏輯中的三態(tài)門的工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景，為什么需要三態(tài)門。4、（本題5分）詳細(xì)闡述如何用邏輯門實(shí)現(xiàn)一個(gè)加法器的超前進(jìn)位技術(shù)，提高運(yùn)算速度。三、分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）給定一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)選擇器模塊，能夠從多個(gè)輸入數(shù)據(jù)中選擇一個(gè)輸出。分析數(shù)據(jù)選擇器的工作原理和控制邏輯，設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)選擇功能。探討如何擴(kuò)展數(shù)據(jù)選擇器以處理更多的輸入數(shù)據(jù)。2、（本題5分）給定一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)序圖，分析各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，確定關(guān)鍵路徑和建立保持時(shí)間的要求。根據(jù)時(shí)序分析結(jié)果，調(diào)整電路的設(shè)計(jì)或優(yōu)化時(shí)鐘頻率，以確保系統(tǒng)能夠正常工作。3、（本題5分）使用觸發(fā)器和邏輯門構(gòu)建一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)（FSM），實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。規(guī)定不同的狀態(tài)表示紅燈、綠燈和黃燈的亮滅情況，并分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件和邏輯，探討如何增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字邏輯電路，將BCD碼轉(zhuǎn)換為七段數(shù)碼管顯示編碼。詳細(xì)闡述轉(zhuǎn)換的規(guī)則和邏輯過程，通過真值表和邏輯表達(dá)式進(jìn)行分析，并畫出邏輯電路圖。分析該轉(zhuǎn)換在數(shù)字顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用和顯示效果的優(yōu)化。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，能夠?qū)斎氲膬蓚€(gè)8位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行邏輯與、邏輯或和邏輯異或運(yùn)算，并分別輸出結(jié)果。深入分析這三種邏輯運(yùn)算的特點(diǎn)和用途，說明電路中如何實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算的邏輯門組合和信號(hào)連接。四、設(shè)計(jì)題（本大題共4個(gè)小題，共40分)1、（本題10分）設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生000-111