吉林水利电力职业学院《计算力学》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《计算力学》2023-2024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2分，共30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、数字逻辑中的译码器可以将输入的二进制代码转换为特定的输出信号。一个3线-8线译码器，当输入为特定的二进制代码时，有几个输出为高电平？（）A.一个B.两个C.不确定D.根据具体情况判断2、在数字逻辑的教学中，实验环节对于理解概念至关重要。以下关于数字逻辑实验的描述，错误的是（）A.可以通过实验验证理论知识，加深对数字逻辑的理解B.实验中常用的仪器包括逻辑分析仪和示波器C.数字逻辑实验只需要在软件环境中进行模拟，不需要实际搭建电路D.实验中的错误和问题有助于培养解决实际问题的能力3、假设在一个数字控制系统中，需要根据输入的数字信号产生相应的控制脉冲。脉冲的宽度和周期需要精确控制以满足系统要求。为了实现这种精确的脉冲生成，以下哪种数字逻辑器件是最合适的？（）A.计数器B.定时器C.移位寄存器D.译码器4、在数字逻辑的竞争冒险现象分析中，假设一个逻辑表达式在某些输入条件下可能产生竞争冒险。以下哪个工具或方法可以帮助准确地分析和预测这种现象（）A.逻辑分析仪B.示波器C.手工计算D.以上方法都不准确5、在数字逻辑中，要用PLA（可编程逻辑阵列）实现一个4输入2输出的逻辑函数，需要多少个可编程的与阵列单元？（）A.4B.8C.16D.326、在数字逻辑中，逻辑门是实现逻辑运算的基本单元。与门的逻辑功能是只有当所有输入都为高电平时，输出才为高电平。以下关于与门的描述，错误的是（）A.与门的逻辑表达式为Y=A·BB.可以用二极管和电阻实现简单的与门电路C.与门的输入和输出信号只有高电平和低电平两种状态D.与门在数字电路中应用较少，不如或门和非门重要7、在数字电路中，若要对一个16位的二进制数进行取反操作，以下哪种方法是最有效的？（）A.逐位取反B.使用反相器芯片C.通过逻辑运算D.以上都不是8、假设正在研究数字电路的功耗问题。随着电路规模的增大和工作频率的提高，功耗成为一个重要的考虑因素。如果要降低一个数字电路的功耗，以下哪种措施是最有效的？（）A.降低电源电压B.减少电路中的逻辑门数量C.降低工作频率D.以上方法综合使用，以最大程度降低功耗9、假设正在设计一个数字系统，其中需要一个计数器能够从0计数到15，然后重新从0开始计数。为了实现这个功能，以下哪种计数器类型可能是最合适的选择？（）A.异步计数器，结构简单但速度较慢B.同步计数器，计数速度快且稳定性好C.环形计数器，每个状态只有一位为1D.扭环形计数器，状态转换具有特定规律10、在一个多位数字比较器中，如果要比较两个8位的二进制数，需要多少个基本比较单元？（）A.8B.16C.64D.25611、编码器的功能是将输入的信号转换为特定的编码输出。以下关于编码器的描述，不正确的是（）A.普通编码器在多个输入同时有效时可能会产生错误输出B.优先编码器会对优先级高的输入进行编码输出C.编码器可以将十进制数转换为二进制编码D.编码器的输入数量和输出编码的位数是固定的12、想象一个数字系统中，需要对输入的8位二进制数进行编码，将其转换为3位的二进制编码。在选择编码方式时，需要考虑编码的唯一性和容错性等因素。以下哪种编码方式可能是最合适的？（）A.格雷码，相邻数值的编码只有一位不同，具有良好的容错性B.8421码，是常见的二进制编码方式，但相邻数值变化可能多位不同C.余3码，在8421码基础上加上3得到，计算复杂D.随机编码，编码方式不固定，难以保证唯一性和规律13、假设在一个智能家电控制系统中，需要根据用户的设定和环境条件来自动控制各种设备的运行状态。例如，根据室内温度自动调节空调的制冷或制热，根据光线强度自动控制灯光的亮度。为了实现这种智能控制逻辑，以下哪种数字逻辑器件能够提供灵活且可靠的解决方案？（）A.可编程逻辑控制器（PLC）B.复杂可编程逻辑器件（CPLD）C.现场可编程门阵列（FPGA）D.专用集成电路（ASIC）14、在数字电路中，异步时序电路与同步时序电路有明显的区别。以下关于异步时序电路特点的描述中，错误的是（）A.没有统一的时钟信号B.速度通常比同步时序电路快C.容易产生竞争冒险现象D.设计和分析比同步时序电路简单15、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.时钟树的设计二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）阐述数字逻辑中移位寄存器的存储容量扩展和数据存储方式的选择，举例说明在大数据存储中的应用。2、（本题5分）阐述数字逻辑中编码器和译码器的速度提升技术，如流水线结构和并行处理的应用，举例说明其性能改进。3、（本题5分）阐述数字逻辑中计数器的计数频率限制和提高计数速度的方法，举例说明在高频计数应用中的解决方案。三、分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）给定一个由多个计数器和逻辑门组成的数字系统，用于产生特定的周期性脉冲信号。分析系统的工作原理，计算脉冲信号的频率和占空比，画出时序图，并讨论在时钟信号生成和定时控制中的应用。2、（本题5分）构建一个数字逻辑电路，用于实现对磁盘数据的编码和解码。全面分析磁盘存储的格式和编码方式，讨论如何通过数字逻辑提高数据存储的密度和可靠性。3、（本题5分）使用可编程逻辑器件（PLD）如CPLD或FPGA实现一个特定的数字逻辑功能，例如数字滤波器或编码解码器。分析所选器件的特点和优势，编写相应的硬件描述语言（HDL）代码，并通过综合和仿真工具验证设计的正确性和性能。4、（本题5分）设计一个数字逻辑电路，将一个8位的二进制数进行奇偶校验位的添加。详细阐述奇偶校验的原理和算法，通过逻辑表达式和真值表进行分析，并画出逻辑电路图。分析奇偶校验在数据传输和存储中的作用和局限性。5、（本题5分）设计一个数字电路，能够实现一个16位的并行到串行数据转换器。仔细分析并行数据和串行数据的转换过程，说明电路中如何通过移位操作和控制信号实现数据的转换。考虑如何提高转换的效率和准确性。四、设计题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）设计一个