北京石油化工學(xué)院《數(shù)字邏輯》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《數(shù)字邏輯》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(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、在數(shù)字邏輯電路的競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象中，當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致輸出出現(xiàn)短暫的錯(cuò)誤脈沖。假設(shè)一個(gè)邏輯電路存在競爭冒險(xiǎn)，以下哪種方法可以有效地消除這種現(xiàn)象（）A.增加冗余項(xiàng)B.減少邏輯門的數(shù)量C.改變輸入信號(hào)的頻率D.以上方法都不能消除競爭冒險(xiǎn)2、對(duì)于一個(gè)同步時(shí)序邏輯電路，其輸出不僅取決于當(dāng)前輸入，還取決于：（）A.上一時(shí)刻的輸入B.上一時(shí)刻的輸出C.內(nèi)部狀態(tài)D.時(shí)鐘脈沖頻率3、考慮數(shù)字電路中的比較器，假設(shè)需要比較兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的大小。以下哪種比較器結(jié)構(gòu)在速度和復(fù)雜度上能夠取得較好的平衡？（）A.串行比較器B.并行比較器C.分級(jí)比較器D.以上比較器均可4、在數(shù)字電路中，競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致輸出出現(xiàn)錯(cuò)誤。假設(shè)我們正在分析一個(gè)存在競爭冒險(xiǎn)的電路。以下關(guān)于競爭冒險(xiǎn)的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.競爭冒險(xiǎn)產(chǎn)生的原因是由于信號(hào)在邏輯門電路中的傳輸延遲不同B.可以通過增加冗余項(xiàng)、接入濾波電容等方法消除競爭冒險(xiǎn)C.競爭冒險(xiǎn)只會(huì)在組合邏輯電路中出現(xiàn)，時(shí)序邏輯電路中不會(huì)出現(xiàn)D.只要邏輯電路的設(shè)計(jì)合理，就一定不會(huì)出現(xiàn)競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象5、數(shù)字邏輯中的競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象是指什么？在一個(gè)組合邏輯電路中，如何判斷是否存在競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象？（）A.競爭冒險(xiǎn)是指由于邏輯門的延遲導(dǎo)致輸出出現(xiàn)錯(cuò)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(xiǎn)是指由于輸入信號(hào)的變化導(dǎo)致輸出出現(xiàn)錯(cuò)誤的現(xiàn)象，可以通過分析邏輯表達(dá)式判斷是否存在C.不確定D.競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象很難判斷6、在數(shù)字系統(tǒng)中，一個(gè)能夠存儲(chǔ)8位二進(jìn)制信息的寄存器，至少需要：（）A.8個(gè)觸發(fā)器B.4個(gè)觸發(fā)器C.16個(gè)觸發(fā)器D.2個(gè)觸發(fā)器7、在數(shù)字邏輯電路中，譯碼器的輸出可以連接到其他邏輯電路。一個(gè)3線-8線譯碼器的輸出連接到一個(gè)與門的輸入，當(dāng)譯碼器的輸入為特定值時(shí)，與門的輸出會(huì)怎樣？（）A.與門的輸出會(huì)根據(jù)譯碼器的輸出和與門的另一個(gè)輸入確定B.與門的輸出會(huì)始終為高電平C.不確定D.與門的輸出會(huì)始終為低電平8、在數(shù)字邏輯中，若要實(shí)現(xiàn)一個(gè)能產(chǎn)生100kHz方波信號(hào)的電路，以下哪種集成電路可以考慮使用？（）A.555定時(shí)器B.74LS138C.74LS04D.74LS859、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)。以下關(guān)于計(jì)數(shù)器的描述，錯(cuò)誤的是（）A.計(jì)數(shù)器可以按照計(jì)數(shù)方式分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器B.同步計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速度比異步計(jì)數(shù)器快，因?yàn)樗杏|發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)C.計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量取決于觸發(fā)器的個(gè)數(shù)和計(jì)數(shù)方式D.計(jì)數(shù)器在工作過程中不會(huì)出現(xiàn)誤計(jì)數(shù)的情況10、想象一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中，需要將并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。以下哪種器件或模塊可能是最關(guān)鍵的？（）A.移位寄存器，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的串行移位輸出B.計(jì)數(shù)器，用于控制數(shù)據(jù)的移位順序C.編碼器，將并行數(shù)據(jù)編碼為串行格式D.譯碼器，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)11、在數(shù)字邏輯中，乘法器是實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算的重要電路。以下關(guān)于乘法器實(shí)現(xiàn)方法的描述中，不正確的是（）A.可以使用移位相加的方法B.可以通過硬件電路直接實(shí)現(xiàn)C.乘法器的速度與位數(shù)成正比D.可以使用陣列乘法器提高速度12、一個(gè)4位的并行加法器，若采用先行進(jìn)位方式，其運(yùn)算速度比串行進(jìn)位方式：（）A.快很多B.慢很多C.差不多D.無法比較13、在數(shù)字邏輯電路的實(shí)現(xiàn)中，可編程邏輯器件（PLD）如CPLD和FPGA得到了廣泛的應(yīng)用。以下關(guān)于可編程邏輯器件的描述，錯(cuò)誤的是（）A.CPLD結(jié)構(gòu)簡單，適合實(shí)現(xiàn)規(guī)模較小的邏輯電路B.FPGA具有更高的靈活性和集成度，適合復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)C.可編程邏輯器件在使用前需要進(jìn)行編程，可以通過硬件描述語言或原理圖輸入等方式D.一旦可編程邏輯器件被編程，就不能再進(jìn)行修改，除非更換器件14、在數(shù)字邏輯的加法器設(shè)計(jì)中，半加器和全加器是基礎(chǔ)組件。假設(shè)要構(gòu)建一個(gè)能對(duì)兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算的電路，以下關(guān)于半加器和全加器的使用，哪個(gè)是正確的（）A.只需要使用半加器B.只需要使用全加器C.先使用半加器，再使用全加器D.以上方法都不正確15、在一個(gè)由與非門組成的基本RS觸發(fā)器中，當(dāng)R=0，S=1時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)為？（）A.置0B.置1C.不確定D.保持不變二、簡答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）深入解釋在移位寄存器的同步與異步操作比較中，它們的特點(diǎn)和適用場景。2、（本題5分）說明在數(shù)字電路中如何利用狀態(tài)化簡技術(shù)優(yōu)化有限狀態(tài)機(jī)。3、（本題5分）闡述加法器的工作原理，包括半加器和全加器，并且說明如何用它們構(gòu)建多位加法器。4、（本題5分）詳細(xì)闡述在加法器的減法實(shí)現(xiàn)中，如何通過補(bǔ)碼將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。三、分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）用數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)一個(gè)序列檢測器，能夠檢測特定的二進(jìn)制序列輸入。深入剖析序列檢測器的設(shè)計(jì)思路，包括狀態(tài)的定義、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的繪制以及邏輯電路的實(shí)現(xiàn)，探討如何提高檢測器對(duì)噪聲和干擾的抵抗能力。2、（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。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)組合邏輯電路，用于判斷一個(gè)3位二進(jìn)制數(shù)是否能被3整除。請(qǐng)?jiān)敿?xì)闡述設(shè)計(jì)思路，使用邏輯表達(dá)式和真值表進(jìn)行分析，并畫出相應(yīng)的邏輯電路圖。思考該電路在數(shù)字信號(hào)處理和編碼解碼中的應(yīng)用可能性。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，能夠?qū)斎氲?位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行邏輯取反操作，并輸出結(jié)果。仔細(xì)說明邏輯取反的規(guī)則和電路實(shí)現(xiàn)方式，考慮如何處理輸入數(shù)據(jù)的位寬變化和擴(kuò)展。5、（本題5分）給定一個(gè)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中的圖像旋轉(zhuǎn)模塊，需要將輸入的圖像按照指定的角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。分析圖像旋轉(zhuǎn)的算法和實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)圖像旋轉(zhuǎn)功能。探討如何減少旋轉(zhuǎn)過程中的圖像失真和提高處理速度。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)能檢測輸入的6位二進(jìn)制數(shù)中是否存在連續(xù)的3個(gè)1的邏輯電路，給出邏輯表達(dá)