西北大學(xué)《數(shù)學(xué)軟件與實(shí)驗(yàn)》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

自覺(jué)遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無(wú)效密自覺(jué)遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無(wú)效密封線第1頁(yè)，共3頁(yè)西北大學(xué)《數(shù)學(xué)軟件與實(shí)驗(yàn)》

2022-2023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)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個(gè)小題，每小題1分，共20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、可編程邏輯器件（PLD）為數(shù)字電路設(shè)計(jì)提供了靈活性。假設(shè)我們正在使用PLD進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下關(guān)于PLD的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.可編程邏輯陣列（PLA）、可編程陣列邏輯（PAL）和通用陣列邏輯（GAL）都屬于PLDB.PLD可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能，減少硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性C.復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）在結(jié)構(gòu)和性能上有很大的差異D.一旦PLD被編程，就無(wú)法再次修改其邏輯功能2、在數(shù)字邏輯電路中，使用集成電路芯片構(gòu)建電路時(shí)，需要考慮芯片的引腳功能和連接方式。假設(shè)使用一個(gè)特定的譯碼器芯片，以下關(guān)于芯片引腳的理解和使用，哪個(gè)是正確的（）A.所有引腳的功能都是固定的，不能改變B.可以根據(jù)需要靈活配置某些引腳的功能C.引腳的連接順序不影響電路功能D.以上說(shuō)法都不正確3、若一個(gè)邏輯函數(shù)的最簡(jiǎn)與或表達(dá)式為F=A+B'C，則其對(duì)偶式為？（）A.F'=(A'+B)C'B.F'=A'(B+C')C.F'=(A'+B')CD.F'=A(B'+C)4、在數(shù)字電路中，競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致輸出出現(xiàn)錯(cuò)誤的脈沖。假設(shè)一個(gè)邏輯電路，輸入為A和B，輸出為Y=A'B+AB'。以下哪種方法可以有效地消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)？（）A.增加冗余項(xiàng)B.改變輸入信號(hào)的頻率C.增加電路的延遲D.以上方法都不行5、對(duì)于一個(gè)由JK觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器，若要實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)范圍為0-7的循環(huán)計(jì)數(shù)，J和K的輸入應(yīng)該如何設(shè)置？（）A.特定的邏輯組合B.隨機(jī)設(shè)置C.保持不變D.以上都不對(duì)6、在數(shù)字電路中，使用硬件描述語(yǔ)言（HDL）可以描述數(shù)字邏輯電路。假設(shè)使用VerilogHDL描述一個(gè)2選1多路復(fù)用器，以下哪種描述方式是正確的？（）A.always語(yǔ)句B.assign語(yǔ)句C.case語(yǔ)句D.以上都可以7、在數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)中，若要實(shí)現(xiàn)一個(gè)能檢測(cè)輸入的4位二進(jìn)制數(shù)中是否有奇數(shù)個(gè)1的電路，最少需要使用幾個(gè)異或門？（）A.1B.2C.3D.48、在數(shù)字邏輯中，若要對(duì)一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位應(yīng)設(shè)置在：（）A.最高位B.最低位C.次高位D.次低位9、已知邏輯函數(shù)F=A'B+AB'+A'C，其最簡(jiǎn)或與表達(dá)式為？（）A.(A'+B')(A+B)(A'+C)B.(A+B')(A'+B)(A+C')C.(A'+B)(A+B')(A'+C')D.(A+B)(A'+B')(A+C')10、在數(shù)字電路中，使用譯碼器和與門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)，若譯碼器的輸出有高電平也有低電平，那么最終的輸出由什么決定？（）A.與門的輸入B.譯碼器的輸入C.與門的輸出D.以上都不對(duì)11、考慮到一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要將高級(jí)語(yǔ)言描述的算法轉(zhuǎn)換為硬件實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)過(guò)程中，需要綜合考慮資源利用、性能和實(shí)現(xiàn)難度等因素。以下哪種硬件描述語(yǔ)言在FPGA設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛？（）A.VHDLB.VerilogC.SystemVerilogD.C++12、在數(shù)字電路的組合邏輯優(yōu)化中，假設(shè)一個(gè)電路的邏輯表達(dá)式較為復(fù)雜。以下哪種工具或方法能夠最有效地幫助進(jìn)行優(yōu)化？（）A.手工推導(dǎo)B.邏輯綜合軟件C.硬件描述語(yǔ)言D.以上方法結(jié)合使用13、在一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)中，可能會(huì)包含多個(gè)時(shí)鐘域。不同時(shí)鐘域之間的信號(hào)傳輸需要進(jìn)行特殊的處理，以避免出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)。亞穩(wěn)態(tài)是指信號(hào)在不穩(wěn)定的狀態(tài)停留一段時(shí)間。以下關(guān)于亞穩(wěn)態(tài)的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.可以通過(guò)增加同步器來(lái)減少亞穩(wěn)態(tài)的影響B(tài).亞穩(wěn)態(tài)可能導(dǎo)致系統(tǒng)的錯(cuò)誤輸出C.亞穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間是固定的D.亞穩(wěn)態(tài)在高速數(shù)字系統(tǒng)中更容易出現(xiàn)14、在數(shù)字邏輯中，異步時(shí)序電路的同步方式與同步時(shí)序電路不同。以下關(guān)于異步時(shí)序電路的描述中，錯(cuò)誤的是（）A.異步時(shí)序電路中，各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)不同步B.異步時(shí)序電路的速度比同步時(shí)序電路快C.異步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)和分析比較復(fù)雜D.異步時(shí)序電路中可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)15、對(duì)于一個(gè)同步時(shí)序邏輯電路，若狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程已知，能否確定其輸出方程？（）A.能B.不能C.不確定D.以上都有可能16、在數(shù)字電路的分析和設(shè)計(jì)中，建立真值表是重要的步驟之一。以下關(guān)于真值表作用的描述中，錯(cuò)誤的是（）A.可以直觀地反映輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系B.有助于化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)C.是設(shè)計(jì)數(shù)字電路的唯一依據(jù)D.可以驗(yàn)證邏輯電路的功能是否正確17、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(shuō)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18、數(shù)字邏輯中的計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。一個(gè)異步計(jì)數(shù)器和一個(gè)同步計(jì)數(shù)器的主要區(qū)別是什么？（）A.異步計(jì)數(shù)器的各觸發(fā)器狀態(tài)變化不同步，同步計(jì)數(shù)器的各觸發(fā)器狀態(tài)變化同步B.異步計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速度快，同步計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速度慢C.不確定D.異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器沒(méi)有區(qū)別19、在數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)中，卡諾圖是一種用于化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)的工具。對(duì)于一個(gè)四變量的邏輯函數(shù)，如何使用卡諾圖進(jìn)行化簡(jiǎn)？（）A.將邏輯函數(shù)表示為卡諾圖中的方格，通過(guò)合并相鄰的方格化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)B.將邏輯函數(shù)表示為卡諾圖中的線條，通過(guò)連接線條化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)C.不確定D.卡諾圖不能用于四變量邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)20、計(jì)數(shù)器是一種常見的時(shí)序邏輯電路，用于對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器之分。同步計(jì)數(shù)器的所有觸發(fā)器共用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，而異步計(jì)數(shù)器的觸發(fā)器則不是。對(duì)于一個(gè)4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，從初始狀態(tài)0000開始計(jì)數(shù)，經(jīng)過(guò)8個(gè)時(shí)鐘脈沖后，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為：（）A.1000B.0111C.1001D.1100二、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）詳細(xì)闡述如何用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)一個(gè)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的條件判斷優(yōu)化。2、（本題5分）闡述數(shù)字邏輯中除法器的恢復(fù)除法和不恢復(fù)除法的算法原理，以及它們?cè)跀?shù)字計(jì)算中的應(yīng)用。3、（本題5分）解釋在數(shù)字系統(tǒng)中什么是數(shù)字信號(hào)的編碼效率，以及如何提高編碼效率。4、（本題5分）解釋在數(shù)字系統(tǒng)中什么是流水線冒險(xiǎn)，以及如何解決流水線冒險(xiǎn)問(wèn)題。5、（本題5分）詳細(xì)闡述在加法器的硬件實(shí)現(xiàn)優(yōu)化中，如使用流水線技術(shù)，其原理和效果。三、設(shè)計(jì)題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)從0到131071的計(jì)數(shù)，并在特定狀態(tài)下進(jìn)行計(jì)數(shù)速度的調(diào)整。2、（本題5分）利用邏輯門設(shè)計(jì)一個(gè)與非門。3、（本題5分）使用T觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)異步時(shí)序邏輯電路，實(shí)現(xiàn)一個(gè)7位環(huán)形計(jì)數(shù)器，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和電路。4、（本題5分）利用譯碼器和比較器設(shè)計(jì)一個(gè)能根據(jù)輸入數(shù)字控制燈光亮度等級(jí)的電路，畫出邏輯圖和控制邏輯。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)譯碼器，將10位二進(jìn)制輸入信號(hào)譯碼為1024個(gè)輸出信號(hào)。四、分析題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行直方圖均衡化處理。分析直方圖均衡化的算法和邏輯實(shí)現(xiàn)，考慮如何在數(shù)字電路中高效地計(jì)算直方圖和進(jìn)行像素值的重新分配，以改善圖像的對(duì)比度和視覺(jué)效果。2、（本題10分）有一個(gè)數(shù)字