北京師范大學《數(shù)字邏輯》2021-2022學年第一學期期末試卷

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2021-2022學年第一學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共15個小題，每小題1分，共15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、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是一種大規(guī)模的可編程邏輯器件。關于FPGA的結構，以下說法不正確的是（）A.FPGA由可編程邏輯塊、輸入輸出塊和互連資源組成B.可編程邏輯塊是FPGA的基本邏輯單元C.FPGA的布線資源是固定的，不能重新配置D.FPGA可以通過硬件描述語言進行編程2、在數(shù)字電路設計中，組合邏輯電路和時序邏輯電路是兩種基本類型。假設要設計一個電路，用于判斷兩個4位二進制數(shù)是否相等。如果只考慮當前輸入的兩個二進制數(shù)，不考慮之前的輸入和狀態(tài)，那么應該采用哪種邏輯電路？（）A.組合邏輯電路，因為其輸出僅取決于當前輸入B.時序邏輯電路，能夠存儲之前的輸入信息C.既可以是組合邏輯電路，也可以是時序邏輯電路，取決于具體設計D.無法確定，需要更多的條件才能選擇3、邏輯函數(shù)的化簡是數(shù)字邏輯設計中的重要環(huán)節(jié)。在化簡邏輯函數(shù)時，以下方法不常用的是（）A.公式法，運用邏輯代數(shù)的基本公式和定律進行化簡B.卡諾圖法，通過圖形的方式直觀地化簡邏輯函數(shù)C.真值表法，根據(jù)輸入輸出的真值表來化簡D.試探法，隨機嘗試不同的組合來找到最簡形式4、考慮到一個大規(guī)模集成電路的布局布線，假設芯片上集成了數(shù)十億個晶體管，需要合理安排它們的位置和連接以減少延遲和功耗。這是一個極其復雜的問題，通常需要借助專業(yè)的工具和算法來解決。以下哪個因素在布局布線過程中對性能的影響最大？（）A.晶體管的密度B.布線的長度C.電源和地線的分布D.時鐘樹的設計5、在數(shù)字邏輯中，代碼轉換是常見的操作。以下關于二進制編碼與格雷碼轉換的描述中，錯誤的是（）A.格雷碼是一種無權碼B.二進制碼轉換為格雷碼時，相鄰位的變化只有一位C.格雷碼轉換為二進制碼時，可以通過直接按位轉換實現(xiàn)D.格雷碼常用于減少數(shù)字電路中的錯誤6、觸發(fā)器是時序邏輯電路的基本存儲單元。在常見的觸發(fā)器類型中，JK觸發(fā)器具有較強的功能。以下關于JK觸發(fā)器邏輯功能的描述中，不正確的是（）A.當J=1，K=0時，置位B.當J=0，K=1時，復位C.當J=K=1時，翻轉D.JK觸發(fā)器的輸出只取決于J和K的輸入，與時鐘脈沖無關7、在數(shù)字邏輯電路中，譯碼器的使能端有什么作用？當使能端為低電平時，譯碼器的輸出會怎樣？（）A.使能端用于控制譯碼器的工作，當使能端為低電平時，譯碼器的輸出為高阻態(tài)B.使能端用于選擇譯碼器的輸入，當使能端為低電平時，譯碼器的輸出為低電平C.不確定D.使能端對譯碼器的輸出沒有影響8、非門是數(shù)字邏輯中最簡單的邏輯門之一。關于非門的功能和特點，以下敘述錯誤的是（）A.非門的作用是將輸入的邏輯電平取反B.非門可以用三極管來實現(xiàn)C.非門的邏輯表達式為Y=?AD.非門的輸入和輸出之間不存在延遲9、已知一個數(shù)字系統(tǒng)的電源電壓為5V，一個邏輯門的輸出低電平最大為0.8V，那么這個低電平是否符合標準的邏輯低電平？（）A.符合B.不符合C.無法確定D.以上都不對10、在數(shù)字系統(tǒng)中，異步復位和同步復位是兩種常見的復位方式。假設我們正在設計一個具有復位功能的電路。以下關于異步復位和同步復位的描述，哪一項是不準確的？（）A.異步復位信號不受時鐘信號的控制，在復位信號有效時立即將電路復位B.同步復位信號在時鐘上升沿或下降沿時，根據(jù)復位信號的狀態(tài)進行復位操作C.異步復位的優(yōu)點是復位響應速度快，缺點是可能會產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)D.同步復位比異步復位更可靠，不會出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)問題，因此應優(yōu)先使用同步復位11、在數(shù)字電路中，編碼器是一種常見的組合邏輯器件。假設需要設計一個8線-3線編碼器，即有8個輸入信號，3個輸出信號。當輸入信號有效時，輸出對應的二進制編碼。如果同時有多個輸入信號有效，以下哪種編碼器的輸出結果是符合設計要求的？（）A.輸出為任意值B.輸出為優(yōu)先級最高的輸入對應的編碼C.輸出為所有有效輸入編碼的或運算結果D.輸出為所有有效輸入編碼的與運算結果12、在數(shù)字邏輯電路中，編碼器和譯碼器可以實現(xiàn)數(shù)字信號的編碼和解碼。一個4線-2線編碼器和一個2線-4線譯碼器連接在一起，當編碼器輸入為特定值時，譯碼器的輸出會是什么？（）A.譯碼器的輸出會根據(jù)編碼器的輸入產(chǎn)生相應的高電平輸出B.譯碼器的輸出會根據(jù)編碼器的輸入產(chǎn)生相應的低電平輸出C.不確定D.譯碼器的輸出與編碼器的輸入無關13、在數(shù)字邏輯的同步時序電路中，時鐘信號起到同步作用。假設一個同步時序電路的時鐘頻率過高，可能會導致以下哪種問題（）A.電路性能提高B.功耗降低C.時序混亂D.以上都不是問題14、在一個異步時序邏輯電路中，若各觸發(fā)器的時鐘信號不同，可能會導致：（）A.速度加快B.功能錯誤C.功耗降低D.穩(wěn)定性提高15、在數(shù)字邏輯電路中，組合邏輯電路的輸出僅僅取決于當前的輸入。假設設計一個用于判斷一個三位二進制數(shù)是否能被3整除的組合邏輯電路。以下哪種方法可能是實現(xiàn)該電路的有效途徑（）A.使用卡諾圖進行邏輯化簡B.直接通過邏輯門搭建，不進行任何化簡C.采用中規(guī)模集成電路，如譯碼器D.以上方法都不可行二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）詳細說明在數(shù)字邏輯中的比較器的級聯(lián)應用，如何實現(xiàn)多位數(shù)據(jù)的比較。2、（本題5分）解釋在數(shù)字邏輯中組合邏輯電路和時序邏輯電路的區(qū)別，并分別舉例說明其在實際應用中的場景。3、（本題5分）說明在數(shù)字邏輯中如何進行邏輯函數(shù)的邏輯化簡中的吸收律和消去律的應用。4、（本題5分）詳細說明在移位寄存器的循環(huán)移位應用中，如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的循環(huán)左移和循環(huán)右移。三、分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）有一個數(shù)字電路，使用T觸發(fā)器實現(xiàn)計數(shù)功能。分析T觸發(fā)器的工作模式和觸發(fā)條件，給出計數(shù)器的邏輯表達式和狀態(tài)轉換圖。討論T觸發(fā)器與其他觸發(fā)器在計數(shù)應用中的特點和差異。2、（本題5分）設計一個數(shù)字電路，能夠對輸入的音頻信號進行濾波和降噪處理。分析音頻濾波和降噪的算法和實現(xiàn)方法，如低通濾波、高通濾波和自適應濾波等，以及如何根據(jù)音頻信號的特點選擇合適的濾波器類型和參數(shù)。3、（本題5分）有一個數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)緩存模塊，需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存和讀取功能。分析緩存的工作原理和讀寫控制邏輯，設計相應的數(shù)字電路實現(xiàn)緩存功能。探討如何優(yōu)化緩存的容量和讀寫速度以滿足系統(tǒng)的性能要求。4、（本題5分）給定一個數(shù)字音頻處理系統(tǒng)中的音頻均衡器模塊，用于調整音頻信號在不同頻段的增益。分析音頻均衡器的設計原理和參數(shù)設置，設計相應的數(shù)字電路實現(xiàn)均衡功能。探討如何根據(jù)用戶需求和音頻特性優(yōu)化均衡效果。5、（本題5分）給定一個數(shù)字邏輯電路的功耗評估報告，分析功耗的主要來源和分布。提出降低功耗的具體措施和優(yōu)化方案，包括電源管理、時鐘門控等技術的應用。四、設計題（本大題共4個小題，共40分)1、（本題10分）設計一個數(shù)字電路，能夠將輸入的6位二進制數(shù)轉換為余3碼，給出邏輯表達式和電路連接。2、（本