綿陽城市學院《數(shù)字邏輯實驗》2023-2024學年第二學期期末試卷

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《數(shù)字邏輯實驗》2023-2024學年第二學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共15個小題，每小題2分，共30分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、假設正在設計一個數(shù)字電路，用于實現(xiàn)一個簡單的有限狀態(tài)機（FSM）。如果狀態(tài)數(shù)量較少，并且狀態(tài)轉換關系明確，以下哪種方法描述FSM是最直觀和易于理解的？（）A.狀態(tài)轉換圖B.狀態(tài)轉換表C.用硬件描述語言編寫代碼D.以上方法的直觀性和易理解性相同2、在數(shù)字系統(tǒng)中，存儲器用于存儲數(shù)據(jù)和程序。以下關于存儲器的分類和特點，不正確的是（）A.隨機存儲器（RAM）在斷電后數(shù)據(jù)會丟失B.只讀存儲器（ROM）在工作時只能讀取數(shù)據(jù)，不能寫入C.閃存（Flash）是一種非易失性存儲器，讀寫速度快D.動態(tài)隨機存儲器（DRAM）需要定期刷新來保持數(shù)據(jù)3、假設在一個自動化控制系統(tǒng)中，需要根據(jù)多個傳感器的輸入實時計算控制量并輸出。由于系統(tǒng)對響應時間要求極高，需要采用并行處理和流水線技術來提高計算速度。以下哪種數(shù)字邏輯實現(xiàn)方式能夠滿足這種高速實時計算的需求？（）A.專用集成電路（ASIC）B.復雜可編程邏輯器件（CPLD）C.現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）D.微控制器（MCU）4、在數(shù)字電路中，組合邏輯電路的輸出僅取決于當前的輸入。以下關于組合邏輯電路的描述，不正確的是（）A.常見的組合邏輯電路有加法器、編碼器、譯碼器等B.組合邏輯電路不存在反饋通路，信號從輸入到輸出是單向傳輸?shù)腃.由于沒有存儲元件，組合邏輯電路的輸出不能保持，會隨著輸入的變化而立即變化D.組合邏輯電路的設計不需要考慮時序問題，比時序邏輯電路簡單得多5、組合邏輯電路的輸出僅僅取決于當前的輸入，不存在存儲元件。以下關于組合邏輯電路的特點描述，準確的是（）A.組合邏輯電路的輸出與電路的過去狀態(tài)無關B.組合邏輯電路中可以包含反饋回路C.由于沒有存儲元件，組合邏輯電路的輸出響應速度較慢D.組合邏輯電路的設計比時序邏輯電路簡單，不需要考慮時鐘信號6、寄存器是數(shù)字系統(tǒng)中用于存儲數(shù)據(jù)的部件。以下關于寄存器的描述，錯誤的是（）A.寄存器可以由D觸發(fā)器或其他存儲元件構成B.寄存器能夠在時鐘信號的控制下存儲和更新數(shù)據(jù)C.移位寄存器不僅可以存儲數(shù)據(jù)，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的移位操作D.寄存器的存儲容量是固定的，不能根據(jù)需要進行擴展7、數(shù)字邏輯中的競爭冒險現(xiàn)象是指什么？在一個組合邏輯電路中，如何判斷是否存在競爭冒險現(xiàn)象？（）A.競爭冒險是指由于邏輯門的延遲導致輸出出現(xiàn)錯誤的現(xiàn)象，可以通過觀察邏輯電路圖判斷是否存在B.競爭冒險是指由于輸入信號的變化導致輸出出現(xiàn)錯誤的現(xiàn)象，可以通過分析邏輯表達式判斷是否存在C.不確定D.競爭冒險現(xiàn)象很難判斷8、考慮一個8選1數(shù)據(jù)選擇器，當?shù)刂份斎霝?01時，以下哪種數(shù)據(jù)輸入將被輸出？（）A.第1路輸入B.第3路輸入C.第5路輸入D.第7路輸入9、在數(shù)字電路中，異步時序電路與同步時序電路有明顯的區(qū)別。以下關于異步時序電路特點的描述中，錯誤的是（）A.沒有統(tǒng)一的時鐘信號B.速度通常比同步時序電路快C.容易產生競爭冒險現(xiàn)象D.設計和分析比同步時序電路簡單10、在數(shù)字邏輯電路的功耗優(yōu)化中，假設一個移動設備中的數(shù)字電路需要降低功耗以延長電池壽命。可以從電路結構、工作電壓和時鐘管理等多個方面進行優(yōu)化。以下哪種功耗優(yōu)化策略在移動設備中通常能夠帶來最顯著的效果？（）A.電源門控B.多閾值電壓技術C.動態(tài)時鐘門控D.以上都是11、若一個計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)從0000依次遞增到1111，然后又回到0000重新開始計數(shù)，這是一個多少進制的計數(shù)器？（）A.4B.8C.10D.1612、考慮數(shù)字邏輯中的移位寄存器的應用，假設在數(shù)字通信系統(tǒng)中使用移位寄存器進行數(shù)據(jù)的串行到并行轉換。以下關于這種應用的優(yōu)勢和工作原理，哪個描述是準確的（）A.提高數(shù)據(jù)傳輸速度B.增加數(shù)據(jù)的錯誤率C.移位寄存器在轉換過程中會丟失數(shù)據(jù)D.以上描述都不準確13、編碼器是一種將輸入信號轉換為編碼輸出的組合邏輯電路。以下關于編碼器的說法，錯誤的是（）A.普通編碼器在多個輸入同時有效時，可能會產生錯誤的輸出B.優(yōu)先編碼器可以解決普通編碼器的輸入沖突問題C.編碼器可以將十進制數(shù)轉換為二進制編碼D.編碼器的輸出位數(shù)總是與輸入信號的數(shù)量相同14、當研究數(shù)字電路中的存儲單元時，假設需要一個能夠存儲大量數(shù)據(jù)并且可以快速讀取和寫入的存儲設備。以下哪種存儲器件通常具有較高的存儲容量和較快的讀寫速度？（）A.SRAMB.DRAMC.ROMD.FlashMemory15、假設要設計一個數(shù)字電路，用于判斷一個8位二進制數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。以下哪種邏輯表達式可以準確地實現(xiàn)這個功能？（）A.檢查最低位是否為1，若是則為奇數(shù)，否則為偶數(shù)B.計算所有位的和，若為奇數(shù)則輸入為奇數(shù)，否則為偶數(shù)C.對高4位和低4位分別進行判斷，綜合得出結果D.以上方法都不正確，無法通過簡單邏輯判斷奇偶性二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）闡述數(shù)字邏輯中的編碼器和譯碼器的工作原理，舉例說明它們在計算機系統(tǒng)或其他數(shù)字設備中的具體應用場景。2、（本題5分）詳細說明在多路分配器的工作原理中，如何根據(jù)控制信號將輸入數(shù)據(jù)分配到不同的輸出端。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。三、分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設計一個數(shù)字電路，能夠實現(xiàn)對輸入的二進制數(shù)進行格雷碼編碼和解碼。分析格雷碼的編碼和解碼規(guī)則，以及在電路中實現(xiàn)這兩種操作的邏輯關系，探討如何提高編碼和解碼的速度和效率。2、（本題5分）有一個數(shù)字通信系統(tǒng)，需要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行編碼和解碼。設計一種合適的編碼方式（如曼徹斯特編碼、NRZ編碼等），并分析其特點和優(yōu)勢。同時，設計相應的解碼電路，詳細說明解碼過程中的邏輯操作和信號處理。3、（本題5分）設計一個數(shù)字邏輯電路，用于實現(xiàn)對生物醫(yī)學信號（如心電圖、腦電圖等）的采集和處理。仔細分析生物醫(yī)學信號的特點和處理要求，解釋電路中各個模塊的功能和實現(xiàn)方式，探討如何提高信號質量和診斷準確性。4、（本題5分）給定一個數(shù)字系統(tǒng)中的時鐘分配網絡，需要將一個主時鐘信號分配到多個子模塊。分析時鐘分配的要求和挑戰(zhàn)，如時鐘偏差和抖動。設計相應的數(shù)字電路實現(xiàn)時鐘的分配和同步，探討如何保證各個子模塊能夠準確地接收和使用時鐘信號。5、（本題5分）用數(shù)字邏輯實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)選擇器，能夠從多個輸入數(shù)據(jù)中根據(jù)控制信號選擇一個輸出。詳細分析數(shù)據(jù)選擇器的邏輯表達式、電路結構和工作特性，研究如何通過級聯(lián)多個數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)更復雜的數(shù)據(jù)選擇功能。四、設計題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題1