西北大學《數(shù)學軟件與實驗》2022-2023學年第一學期期末試卷

自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁西北大學《數(shù)學軟件與實驗》

2022-2023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批閱人一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20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、可編程邏輯器件（PLD）為數(shù)字電路設計提供了靈活性。假設我們正在使用PLD進行設計。以下關于PLD的描述，哪一項是不準確的？（）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可以通過編程實現(xiàn)特定的邏輯功能，減少硬件設計的復雜性C.復雜可編程邏輯器件（CPLD）和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）在結構和性能上有很大的差異D.一旦PLD被編程，就無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建電路時，需要考慮芯片的引腳功能和連接方式。假設使用一個特定的譯碼器芯片，以下關于芯片引腳的理解和使用，哪個是正確的（）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.以上說法都不正確3、若一個邏輯函數(shù)的最簡與或表達式為F=A+B'C，則其對偶式為？（）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，競爭冒險現(xiàn)象可能會導致輸出出現(xiàn)錯誤的脈沖。假設一個邏輯電路，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爭冒險？（）A.增加冗余項B.改變輸入信號的頻率C.增加電路的延遲D.以上方法都不行5、對于一個由JK觸發(fā)器構成的計數(shù)器，若要實現(xiàn)計數(shù)范圍為0-7的循環(huán)計數(shù)，J和K的輸入應該如何設置？（）A.特定的邏輯組合B.隨機設置C.保持不變D.以上都不對6、在數(shù)字電路中，使用硬件描述語言（HDL）可以描述數(shù)字邏輯電路。假設使用VerilogHDL描述一個2選1多路復用器，以下哪種描述方式是正確的？（）A.always語句B.assign語句C.case語句D.以上都可以7、在數(shù)字邏輯設計中，若要實現(xiàn)一個能檢測輸入的4位二進制數(shù)中是否有奇數(shù)個1的電路，最少需要使用幾個異或門？（）A.1B.2C.3D.48、在數(shù)字邏輯中，若要對一個8位的二進制數(shù)進行奇偶校驗，校驗位應設置在：（）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，其最簡或與表達式為？（）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11、考慮到一個基于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的數(shù)字系統(tǒng)設計，需要將高級語言描述的算法轉換為硬件實現(xiàn)。在這個過程中，需要綜合考慮資源利用、性能和實現(xiàn)難度等因素。以下哪種硬件描述語言在FPGA設計中應用最為廣泛？（）A.VHDLB.VerilogC.SystemVerilogD.C++12、在數(shù)字電路的組合邏輯優(yōu)化中，假設一個電路的邏輯表達式較為復雜。以下哪種工具或方法能夠最有效地幫助進行優(yōu)化？（）A.手工推導B.邏輯綜合軟件C.硬件描述語言D.以上方法結合使用13、在一個復雜的數(shù)字系統(tǒng)中，可能會包含多個時鐘域。不同時鐘域之間的信號傳輸需要進行特殊的處理，以避免出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)。亞穩(wěn)態(tài)是指信號在不穩(wěn)定的狀態(tài)停留一段時間。以下關于亞穩(wěn)態(tài)的描述，錯誤的是：（）A.可以通過增加同步器來減少亞穩(wěn)態(tài)的影響B(tài).亞穩(wěn)態(tài)可能導致系統(tǒng)的錯誤輸出C.亞穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間是固定的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，異步時序電路的同步方式與同步時序電路不同。以下關于異步時序電路的描述中，錯誤的是（）A.異步時序電路中，各觸發(fā)器的時鐘信號不同步B.異步時序電路的速度比同步時序電路快C.異步時序電路的設計和分析比較復雜D.異步時序電路中可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)15、對于一個同步時序邏輯電路，若狀態(tài)方程和驅動方程已知，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)字電路的分析和設計中，建立真值表是重要的步驟之一。以下關于真值表作用的描述中，錯誤的是（）A.可以直觀地反映輸入和輸出之間的邏輯關系B.有助于化簡邏輯函數(shù)C.是設計數(shù)字電路的唯一依據(jù)D.可以驗證邏輯電路的功能是否正確17、在數(shù)字系統(tǒng)中，存儲器是用于存儲數(shù)據(jù)和程序的重要部件。關于只讀存儲器（ROM），以下說法錯誤的是（）A.ROM中的數(shù)據(jù)在斷電后不會丟失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，使用紫外線進行擦除D.ROM的存儲容量通常比隨機存儲器（RAM）大18、數(shù)字邏輯中的計數(shù)器可以實現(xiàn)計數(shù)功能。一個異步計數(shù)器和一個同步計數(shù)器的主要區(qū)別是什么？（）A.異步計數(shù)器的各觸發(fā)器狀態(tài)變化不同步，同步計數(shù)器的各觸發(fā)器狀態(tài)變化同步B.異步計數(shù)器的計數(shù)速度快，同步計數(shù)器的計數(shù)速度慢C.不確定D.異步計數(shù)器和同步計數(shù)器沒有區(qū)別19、在數(shù)字邏輯設計中，卡諾圖是一種用于化簡邏輯函數(shù)的工具。對于一個四變量的邏輯函數(shù)，如何使用卡諾圖進行化簡？（）A.將邏輯函數(shù)表示為卡諾圖中的方格，通過合并相鄰的方格化簡邏輯函數(shù)B.將邏輯函數(shù)表示為卡諾圖中的線條，通過連接線條化簡邏輯函數(shù)C.不確定D.卡諾圖不能用于四變量邏輯函數(shù)的化簡20、計數(shù)器是一種常見的時序邏輯電路，用于對脈沖進行計數(shù)。有同步計數(shù)器和異步計數(shù)器之分。同步計數(shù)器的所有觸發(fā)器共用同一個時鐘信號，而異步計數(shù)器的觸發(fā)器則不是。對于一個4位異步二進制加法計數(shù)器，從初始狀態(tài)0000開始計數(shù)，經(jīng)過8個時鐘脈沖后，計數(shù)器的狀態(tài)為：（）A.1000B.0111C.1001D.1100二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）詳細闡述如何用硬件描述語言實現(xiàn)一個狀態(tài)機的狀態(tài)跳轉的條件判斷優(yōu)化。2、（本題5分）闡述數(shù)字邏輯中除法器的恢復除法和不恢復除法的算法原理，以及它們在數(shù)字計算中的應用。3、（本題5分）解釋在數(shù)字系統(tǒng)中什么是數(shù)字信號的編碼效率，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，以及如何解決流水線冒險問題。5、（本題5分）詳細闡述在加法器的硬件實現(xiàn)優(yōu)化中，如使用流水線技術，其原理和效果。三、設計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設計一個計數(shù)器，能夠實現(xiàn)從0到131071的計數(shù)，并在特定狀態(tài)下進行計數(shù)速度的調整。2、（本題5分）利用邏輯門設計一個與非門。3、（本題5分）使用T觸發(fā)器設計一個異步時序邏輯電路，實現(xiàn)一個7位環(huán)形計數(shù)器，畫出狀態(tài)轉換圖和電路。4、（本題5分）利用譯碼器和比較器設計一個能根據(jù)輸入數(shù)字控制燈光亮度等級的電路，畫出邏輯圖和控制邏輯。5、（本題5分）設計一個譯碼器，將10位二進制輸入信號譯碼為1024個輸出信號。四、分析題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）設計一個數(shù)字電路，能夠實現(xiàn)對輸入的圖像數(shù)據(jù)進行直方圖均衡化處理。分析直方圖均衡化的算法和邏輯實現(xiàn)，考慮如何在數(shù)字電路中高效地計算直方圖和進行像素值的重新分配，以改善圖像的對比度和視覺效果。2、（本題10分）有一個數(shù)字