北京石油化工学院《数字逻辑》2022-2023学年第一学期期末试卷

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《数字逻辑》2022-2023学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分一、单选题（本大题共15个小题，每小题1分，共15分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）1、在数字逻辑电路的竞争冒险现象中，当输入信号发生变化时，可能会导致输出出现短暂的错误脉冲。假设一个逻辑电路存在竞争冒险，以下哪种方法可以有效地消除这种现象（）A.增加冗余项B.减少逻辑门的数量C.改变输入信号的频率D.以上方法都不能消除竞争冒险2、对于一个同步时序逻辑电路，其输出不仅取决于当前输入，还取决于：（）A.上一时刻的输入B.上一时刻的输出C.内部状态D.时钟脉冲频率3、考虑数字电路中的比较器，假设需要比较两个8位二进制数的大小。以下哪种比较器结构在速度和复杂度上能够取得较好的平衡？（）A.串行比较器B.并行比较器C.分级比较器D.以上比较器均可4、在数字电路中，竞争冒险现象可能会导致输出出现错误。假设我们正在分析一个存在竞争冒险的电路。以下关于竞争冒险的描述，哪一项是不正确的？（）A.竞争冒险产生的原因是由于信号在逻辑门电路中的传输延迟不同B.可以通过增加冗余项、接入滤波电容等方法消除竞争冒险C.竞争冒险只会在组合逻辑电路中出现，时序逻辑电路中不会出现D.只要逻辑电路的设计合理，就一定不会出现竞争冒险现象5、数字逻辑中的竞争冒险现象是指什么？在一个组合逻辑电路中，如何判断是否存在竞争冒险现象？（）A.竞争冒险是指由于逻辑门的延迟导致输出出现错误的现象，可以通过观察逻辑电路图判断是否存在B.竞争冒险是指由于输入信号的变化导致输出出现错误的现象，可以通过分析逻辑表达式判断是否存在C.不确定D.竞争冒险现象很难判断6、在数字系统中，一个能够存储8位二进制信息的寄存器，至少需要：（）A.8个触发器B.4个触发器C.16个触发器D.2个触发器7、在数字逻辑电路中，译码器的输出可以连接到其他逻辑电路。一个3线-8线译码器的输出连接到一个与门的输入，当译码器的输入为特定值时，与门的输出会怎样？（）A.与门的输出会根据译码器的输出和与门的另一个输入确定B.与门的输出会始终为高电平C.不确定D.与门的输出会始终为低电平8、在数字逻辑中，若要实现一个能产生100kHz方波信号的电路，以下哪种集成电路可以考虑使用？（）A.555定时器B.74LS138C.74LS04D.74LS859、计数器是一种常见的时序逻辑电路，用于对脉冲进行计数。以下关于计数器的描述，错误的是（）A.计数器可以按照计数方式分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器B.同步计数器的计数速度比异步计数器快，因为所有触发器同时翻转C.计数器的计数容量取决于触发器的个数和计数方式D.计数器在工作过程中不会出现误计数的情况10、想象一个数字系统中，需要将并行的数据转换为串行数据进行传输。以下哪种器件或模块可能是最关键的？（）A.移位寄存器，能够实现数据的串行移位输出B.计数器，用于控制数据的移位顺序C.编码器，将并行数据编码为串行格式D.译码器，将串行数据转换为并行数据11、在数字逻辑中，乘法器是实现乘法运算的重要电路。以下关于乘法器实现方法的描述中，不正确的是（）A.可以使用移位相加的方法B.可以通过硬件电路直接实现C.乘法器的速度与位数成正比D.可以使用阵列乘法器提高速度12、一个4位的并行加法器，若采用先行进位方式，其运算速度比串行进位方式：（）A.快很多B.慢很多C.差不多D.无法比较13、在数字逻辑电路的实现中，可编程逻辑器件（PLD）如CPLD和FPGA得到了广泛的应用。以下关于可编程逻辑器件的描述，错误的是（）A.CPLD结构简单，适合实现规模较小的逻辑电路B.FPGA具有更高的灵活性和集成度，适合复杂的数字系统设计C.可编程逻辑器件在使用前需要进行编程，可以通过硬件描述语言或原理图输入等方式D.一旦可编程逻辑器件被编程，就不能再进行修改，除非更换器件14、在数字逻辑的加法器设计中，半加器和全加器是基础组件。假设要构建一个能对两个4位二进制数进行加法运算的电路，以下关于半加器和全加器的使用，哪个是正确的（）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.以上方法都不正确15、在一个由与非门组成的基本RS触发器中，当R=0，S=1时，触发器的状态为？（）A.置0B.置1C.不确定D.保持不变二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）深入解释在移位寄存器的同步与异步操作比较中，它们的特点和适用场景。2、（本题5分）说明在数字电路中如何利用状态化简技术优化有限状态机。3、（本题5分）阐述加法器的工作原理，包括半加器和全加器，并且说明如何用它们构建多位加法器。4、（本题5分）详细阐述在加法器的减法实现中，如何通过补码将减法运算转换为加法运算。三、分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）用数字逻辑实现一个序列检测器，能够检测特定的二进制序列输入。深入剖析序列检测器的设计思路，包括状态的定义、状态转换图的绘制以及逻辑电路的实现，探讨如何提高检测器对噪声和干扰的抵抗能力。2、（本题5分）利用数字逻辑设计一个数字视频编码电路，例如MPEG或H.264编码。详细阐述视频编码的原理和算法，分析各个模块（如运动估计、变换编码等）的逻辑实现和优化方法。3、（本题5分）设计一个组合逻辑电路，用于判断一个3位二进制数是否能被3整除。请详细阐述设计思路，使用逻辑表达式和真值表进行分析，并画出相应的逻辑电路图。思考该电路在数字信号处理和编码解码中的应用可能性。4、（本题5分）设计一个数字电路，能够对输入的8位二进制数进行逻辑取反操作，并输出结果。仔细说明逻辑取反的规则和电路实现方式，考虑如何处理输入数据的位宽变化和扩展。5、（本题5分）给定一个数字图像处理系统中的图像旋转模块，需要将输入的图像按照指定的角度进行旋转。分析图像旋转的算法和实现方法，设计相应的数字电路实现图像旋转功能。探讨如何减少旋转过程中的图像失真和提高处理速度。四、设计题（本大题共4个小题，共40分)1、（本题10分）设计一个能检测输入的6位二进制数中是否存在连续的3个1的逻辑电路，给出逻辑表达