湖北汽车工业学院《数字逻辑与数字系统》2022-2023学年第一学期期末试卷

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《数字逻辑与数字系统》2022-2023学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分批阅人一、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、在数字逻辑电路中，三态门具有特殊的功能。以下关于三态门的描述中，正确的是（）A.输出有高电平、低电平和高阻态三种状态B.三态门常用于实现数据的双向传输C.三态门的控制端控制输出的状态D.以上都是2、在组合逻辑电路设计中，若要实现一个四选一的数据选择器，最少需要使用几个二输入与门？（）A.2B.3C.4D.53、考虑一个数字系统，需要对输入的数字信号进行编码压缩，以减少存储空间和传输带宽。以下哪种编码压缩方法在数据重复性较高的情况下效果较好？（）A.哈夫曼编码B.算术编码C.行程编码D.以上编码方法的效果相同，与数据特点无关4、考虑到一个大规模集成电路的布局布线，假设芯片上集成了数十亿个晶体管，需要合理安排它们的位置和连接以减少延迟和功耗。这是一个极其复杂的问题，通常需要借助专业的工具和算法来解决。以下哪个因素在布局布线过程中对性能的影响最大？（）A.晶体管的密度B.布线的长度C.电源和地线的分布D.时钟树的设计5、在数字电路中，使用加法器实现两个8位有符号数的加法运算，若最高位产生进位，那么这个进位表示什么？（）A.溢出B.正常进位C.错误D.以上都不对6、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7、在数字逻辑电路的设计中，卡诺图是一种非常有用的工具。以下关于卡诺图用途的描述中，不正确的是（）A.用于化简逻辑函数B.直观地表示逻辑函数的所有最小项C.可以帮助判断逻辑函数是否最简D.卡诺图只能用于二变量和三变量的逻辑函数化简8、在数字逻辑中，数制转换是基本的操作。将二进制数转换为十进制数时，以下方法错误的是（）A.按位权展开相加B.先转换为十六进制，再转换为十进制C.直接将每一位乘以2的相应幂次然后相加D.利用特定的转换公式进行计算9、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10、考虑数字逻辑中的数据选择器，假设一个系统需要从8个输入数据中根据3位选择信号选择一个输出。以下哪种数据选择器能够满足这个需求？（）A.4选1数据选择器B.8选1数据选择器C.16选1数据选择器D.32选1数据选择器11、JK触发器是一种功能较为强大的触发器，具有置0、置1、保持和翻转的功能。以下关于JK触发器的描述，错误的是（）A.JK触发器的逻辑功能可以通过输入J和K的不同组合来实现B.JK触发器在时钟脉冲的作用下，根据J和K的输入进行状态转换C.JK触发器可以由D触发器和其他逻辑门组合而成D.JK触发器的功能相对复杂，在实际应用中不如D触发器方便12、对于一个由多个触发器组成的同步时序电路，若其中一个触发器出现故障，会对整个电路的工作产生怎样的影响？（）A.部分功能失效B.完全停止工作C.输出错误结果D.以上都有可能13、已知逻辑函数F=(A+B)(C+D)，其反函数为？（）A.F'=(A'B')(C'D')B.F'=A'B'+C'D'C.F'=(A'+B')(C'+D')D.F'=A'B'C'D'14、寄存器是用于存储一组二进制数据的时序逻辑电路。以下关于寄存器的描述，错误的是（）A.寄存器可以由多个触发器组成，能够同时存储多位数据B.移位寄存器可以实现数据的串行输入和并行输出，或者并行输入和串行输出C.寄存器在数字系统中常用于暂存数据、缓冲数据等D.寄存器的存储容量是固定的，不能根据需要进行扩展15、假设正在研究数字逻辑电路中的时序违规问题，即信号的建立时间和保持时间不满足要求。这可能导致电路的功能错误或不稳定。为了检测和解决时序违规，以下哪种方法是常用且有效的？（）A.静态时序分析B.动态时序仿真C.逻辑综合优化D.以上都是二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）说明在数字逻辑中如何进行逻辑函数的逻辑化简中的吸收律和消去律的应用。2、（本题5分）解释什么是同步时序电路和异步时序电路，它们的特点和区别是什么。3、（本题5分）在数字电路中，解释如何分析数字逻辑电路的时钟偏差和时钟歪斜对时序的影响，以及如何减小这种影响。4、（本题5分）详细说明数字逻辑中加法器和减法器的数字扩展和小数处理方法，通过实际计算示例说明其应用。三、分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）给定一个数字系统的可靠性要求，分析如何通过冗余设计、错误检测和纠正技术来提高系统的可靠性。探讨不同可靠性技术的优缺点和适用场景。2、（本题5分）利用数字逻辑设计一个数字图像缩放电路，能够对图像进行放大或缩小处理。详细阐述图像缩放的算法和逻辑实现，分析图像质量的保持和优化方法。3、（本题5分）构建一个数字逻辑电路，用于实现对输入音频信号的量化和编码。全面分析量化和编码的原理和方法，讨论如何根据音频信号的特点选择合适的量化级别和编码方式，以保证音频质量和数据效率。4、（本题5分）设计一个数字电路，能够实现一个8位的减法器，并且能够处理借位情况。仔细分析减法运算和借位处理的逻辑，说明电路中如何实现减法操作和借位的判断与传递。5、（本题5分）给定一个数字系统的功耗分析报告，分析各个模块的功耗分布和主要的功耗来源。提出降低系统功耗的策略和方法，如电源管理、门级优化或采用低功耗器件。四、设计题（本大题共4个小题，共40分)1、（本题10分）利用编码器和译码器设计一个能将4个按键输入编码并显示的电路，画出逻辑图和真值表。2、（本题10分）设计一个能将16进制数转换为二进制数的组合逻辑电路，输入为4位16进制数，输出