華北理工大學(xué)輕工學(xué)院《數(shù)字化版面設(shè)計(jì)ndesgn》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁(yè)，共3頁(yè)華北理工大學(xué)輕工學(xué)院《數(shù)字化版面設(shè)計(jì)ndesgn》

2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共25個(gè)小題，每小題1分，共25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)字系統(tǒng)中，能夠?qū)⑤斎氲牟⑿袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出的電路是？（）A.計(jì)數(shù)器B.移位寄存器C.編碼器D.譯碼器2、考慮到一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)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++3、在數(shù)字邏輯的發(fā)展中，新技術(shù)和新方法不斷涌現(xiàn)。以下關(guān)于數(shù)字邏輯發(fā)展趨勢(shì)的描述，不正確的是（）A.集成度越來(lái)越高，芯片功能越來(lái)越強(qiáng)大B.功耗越來(lái)越低，性能越來(lái)越高C.設(shè)計(jì)方法越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)者的要求越來(lái)越低D.應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，與其他學(xué)科的交叉融合越來(lái)越緊密4、若一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的輸入信號(hào)頻率為100kHz，經(jīng)過(guò)一個(gè)二分頻電路后，輸出信號(hào)的頻率是多少？（）A.50kHzB.200kHzC.100kHzD.不確定5、已知一個(gè)邏輯函數(shù)的真值表，用最小項(xiàng)之和的形式表示該函數(shù)，其中最小項(xiàng)的個(gè)數(shù)取決于？（）A.輸入變量的個(gè)數(shù)B.輸出變量的個(gè)數(shù)C.函數(shù)的復(fù)雜程度D.以上都不是6、已知一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的電源電壓為5V，一個(gè)邏輯門(mén)的輸出低電平最大為0.8V，那么這個(gè)低電平是否符合標(biāo)準(zhǔn)的邏輯低電平？（）A.符合B.不符合C.無(wú)法確定D.以上都不對(duì)7、考慮一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中的編碼器，它需要將8個(gè)輸入信號(hào)編碼為3位的二進(jìn)制代碼輸出。以下哪種編碼器能夠滿足這個(gè)要求，并且具有較高的編碼效率？（）A.普通編碼器，任何時(shí)刻只允許一個(gè)輸入有效B.優(yōu)先編碼器，允許同時(shí)多個(gè)輸入，但優(yōu)先編碼優(yōu)先級(jí)高的C.二進(jìn)制編碼器，直接將輸入轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制D.十進(jìn)制編碼器，將十進(jìn)制輸入編碼為二進(jìn)制8、在數(shù)字電路中，奇偶校驗(yàn)碼常用于檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤。以下關(guān)于奇偶校驗(yàn)碼的描述中，錯(cuò)誤的是（）A.奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)加上校驗(yàn)位為奇數(shù)B.偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)加上校驗(yàn)位為偶數(shù)C.奇偶校驗(yàn)只能檢測(cè)奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤D.奇偶校驗(yàn)?zāi)軌蚣m正數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤9、考慮一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)選擇器，它需要根據(jù)控制信號(hào)從多個(gè)輸入數(shù)據(jù)中選擇一個(gè)輸出。假設(shè)有4個(gè)輸入數(shù)據(jù)和2位的控制信號(hào)，以下哪種數(shù)據(jù)選擇器能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)功能？（）A.4選1數(shù)據(jù)選擇器B.8選1數(shù)據(jù)選擇器C.16選1數(shù)據(jù)選擇器D.無(wú)法通過(guò)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)，需要自行設(shè)計(jì)10、在數(shù)字邏輯中，需要對(duì)一個(gè)邏輯表達(dá)式進(jìn)行化簡(jiǎn)并轉(zhuǎn)換成最簡(jiǎn)與或表達(dá)式。給定表達(dá)式F=(A+B)(A'+C)，以下哪種化簡(jiǎn)步驟是正確的？（）A.F=A+BCB.F=A+AC+B+BCC.F=A+BD.F=A'+B'11、對(duì)于一個(gè)用邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)的加法器，若要提高其運(yùn)算速度，可以采取什么措施？（）A.減少門(mén)的級(jí)數(shù)B.增加門(mén)的級(jí)數(shù)C.提高電源電壓D.降低電源電壓12、在數(shù)字邏輯的發(fā)展過(guò)程中，不斷有新的技術(shù)和方法出現(xiàn)。以下關(guān)于數(shù)字邏輯發(fā)展趨勢(shì)的描述，錯(cuò)誤的是（）A.集成度越來(lái)越高，芯片的功能越來(lái)越強(qiáng)大B.工作速度不斷提高，能夠處理更高速的信號(hào)C.功耗越來(lái)越低，符合節(jié)能環(huán)保的要求D.發(fā)展逐漸停滯，已經(jīng)沒(méi)有太多的創(chuàng)新空間13、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)用于圖像處理器的數(shù)字邏輯電路，需要對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行快速的處理和轉(zhuǎn)換。圖像數(shù)據(jù)的處理涉及大量的并行運(yùn)算和邏輯判斷。為了提高處理速度和效率，以下哪種數(shù)字邏輯架構(gòu)最適合這種大規(guī)模并行處理的需求？（）A.馮·諾依曼架構(gòu)B.哈佛架構(gòu)C.流水線架構(gòu)D.超標(biāo)量架構(gòu)14、當(dāng)研究數(shù)字電路中的冒險(xiǎn)現(xiàn)象時(shí)，假設(shè)一個(gè)電路在特定輸入組合下產(chǎn)生了毛刺。以下哪種技術(shù)可以有效地消除這些毛刺？（）A.增加冗余項(xiàng)B.使用濾波電容C.改變電路結(jié)構(gòu)D.以上技術(shù)均可15、在一個(gè)數(shù)字電路中，使用了PLA（可編程邏輯陣列）來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯功能。與傳統(tǒng)的邏輯門(mén)電路相比，PLA的主要優(yōu)勢(shì)是什么？（）A.可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，并且易于修改B.速度更快，能夠處理高頻信號(hào)C.成本更低，使用的器件更少D.功耗更低，適合低功耗應(yīng)用16、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，用于將一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的格雷碼。格雷碼是一種相鄰數(shù)值只有一位變化的編碼方式。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換功能，以下哪種邏輯門(mén)的組合是最合適的？（）A.僅使用與門(mén)和或門(mén)B.僅使用非門(mén)和與非門(mén)C.使用多種邏輯門(mén)，包括與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)等的組合D.無(wú)法通過(guò)邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)，需要使用特殊的集成電路17、在數(shù)字邏輯電路的面積優(yōu)化中，假設(shè)給定一個(gè)功能需求，需要在滿足性能要求的前提下盡量減小芯片面積?？梢酝ㄟ^(guò)邏輯化簡(jiǎn)、資源共享和架構(gòu)優(yōu)化等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。以下哪種方法在面積優(yōu)化中通常能夠帶來(lái)最大的節(jié)??？（）A.邏輯門(mén)級(jí)的優(yōu)化B.功能模塊的復(fù)用C.算法層面的改進(jìn)D.選擇更小尺寸的晶體管18、時(shí)序邏輯電路與組合邏輯電路不同，它包含存儲(chǔ)元件，能夠記住過(guò)去的輸入信息。常見(jiàn)的時(shí)序邏輯電路有觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器和寄存器等。在一個(gè)D觸發(fā)器中，當(dāng)時(shí)鐘脈沖上升沿到來(lái)時(shí)，如果D輸入端的值為1，那么輸出Q的值將：（）A.保持不變B.變?yōu)?C.變?yōu)?D.不確定，取決于之前的狀態(tài)19、在數(shù)字邏輯中，若要將一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，使其編碼后的位數(shù)最少，可采用：（）A.8421BCD碼B.格雷碼C.余3碼D.原碼20、在數(shù)字邏輯電路中，若要實(shí)現(xiàn)一個(gè)能對(duì)兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相加并產(chǎn)生進(jìn)位輸出的加法器，以下哪種集成電路芯片可能是最合適的選擇？（）A.74LS85B.74LS138C.74LS151D.74LS16121、在數(shù)字邏輯電路中，組合邏輯電路的輸出僅僅取決于當(dāng)前的輸入。假設(shè)設(shè)計(jì)一個(gè)用于判斷一個(gè)三位二進(jìn)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(shí)現(xiàn)該電路的有效途徑（）A.使用卡諾圖進(jìn)行邏輯化簡(jiǎn)B.直接通過(guò)邏輯門(mén)搭建，不進(jìn)行任何化簡(jiǎn)C.采用中規(guī)模集成電路，如譯碼器D.以上方法都不可行22、在數(shù)字邏輯電路中，同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路有明顯的區(qū)別。以下關(guān)于它們的描述，不正確的是（）A.同步時(shí)序電路使用統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換B.異步時(shí)序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換不受統(tǒng)一時(shí)鐘的控制C.同步時(shí)序電路的穩(wěn)定性比異步時(shí)序電路好D.異步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)比同步時(shí)序電路簡(jiǎn)單23、非門(mén)是數(shù)字邏輯中最簡(jiǎn)單的邏輯門(mén)之一。關(guān)于非門(mén)的功能和特點(diǎn)，以下敘述錯(cuò)誤的是（）A.非門(mén)的作用是將輸入的邏輯電平取反B.非門(mén)可以用三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)C.非門(mén)的邏輯表達(dá)式為Y=?AD.非門(mén)的輸入和輸出之間不存在延遲24、已知一個(gè)數(shù)字電路的輸入信號(hào)頻率為10kHz，經(jīng)過(guò)一個(gè)2分頻電路后，輸出信號(hào)的頻率是多少？（）A.5kHzB.10kHzC.20kHzD.40kHz25、對(duì)于一個(gè)由與非門(mén)構(gòu)成的鎖存器，當(dāng)輸入使能信號(hào)為低電平時(shí)，鎖存器的狀態(tài)會(huì)怎樣？（）A.保持不變B.隨機(jī)變化C.置0D.置1二、簡(jiǎn)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(chǎng)景。2、（本題5分）深入分析在數(shù)字邏輯電路的時(shí)鐘樹(shù)綜合中，如何優(yōu)化時(shí)鐘信號(hào)的分布以減少時(shí)鐘偏差。3、（本題5分）詳細(xì)說(shuō)明數(shù)字邏輯中數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器的電源管理和低功耗設(shè)計(jì)方法，舉例說(shuō)明在電池供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。4、（本題5分）說(shuō)明在數(shù)字電路中如何實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，例如使用移位相加的方法。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)全加器，能夠進(jìn)行兩個(gè)256位二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算，并輸出結(jié)果和進(jìn)位。2、（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59的計(jì)數(shù)，并在特定狀態(tài)下暫停計(jì)數(shù)。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)組合邏輯電路，判斷輸入的22位二進(jìn)制數(shù)是否能被11整除，輸出結(jié)果為1表示能整除，0表示不能整除，畫(huà)出邏輯電路圖。4、（本題5分）用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)模10計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，畫(huà)出邏輯圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，并說(shuō)明其特點(diǎn)。5、（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2097151的計(jì)數(shù)，并在特定狀態(tài)下進(jìn)行計(jì)數(shù)狀態(tài)的保存和恢復(fù)。四、分析題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）給定一個(gè)由多個(gè)比較器、加法器和寄存器組成的數(shù)字控制系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的控制邏輯和輸出響應(yīng)，確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。討論在數(shù)字控制系