中国美术学院《数字逻辑基础》2023-2024学年第一学期期末试卷

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2023-2024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、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2、乘法器在数字运算中也有重要应用。假设我们正在分析乘法器的工作原理。以下关于乘法器的描述，哪一项是不准确的？（）A.移位相加乘法器通过逐位相乘和移位相加来实现乘法运算B.阵列乘法器通过多个乘法单元并行工作，提高了乘法运算的速度C.乘法器的设计需要考虑速度、面积和功耗等因素D.所有的乘法器都具有相同的结构和性能，只是在实现细节上有所不同3、在数字逻辑设计中，编码器的作用是什么？一个8线-3线编码器，当输入为某一特定组合时，输出的二进制编码是唯一的吗？（）A.编码器将多个输入信号编码为较少的输出信号，输出编码是唯一的B.编码器将多个输入信号编码为较多的输出信号，输出编码是唯一的C.不确定D.编码器的输出编码不一定是唯一的4、对于一个5位的格雷码计数器，从00000开始计数，经过10个时钟脉冲后，计数器的状态为：（）A.10101B.11001C.10110D.110105、已知一个8位的D/A转换器，输入数字量为10000000，参考电压为5V，那么输出的模拟电压大约是多少？（）A.0.39VB.1.25VC.2.5VD.5V6、计数器是一种常见的时序逻辑电路，用于对脉冲进行计数。有同步计数器和异步计数器之分。同步计数器的所有触发器共用同一个时钟信号，而异步计数器的触发器则不是。对于一个4位异步二进制加法计数器，从初始状态0000开始计数，经过8个时钟脉冲后，计数器的状态为：（）A.1000B.0111C.1001D.11007、在数字逻辑的应用场景中，以下关于计算机存储系统的描述，错误的是（）A.内存和外存都使用数字逻辑来实现存储和读写操作B.闪存是一种非易失性存储介质，基于数字逻辑原理工作C.存储系统的性能主要取决于存储容量，与数字逻辑无关D.数字逻辑在存储系统的地址译码和数据传输中发挥重要作用8、在数字电路中，半导体存储器起着重要的存储作用。假设我们正在研究半导体存储器。以下关于半导体存储器的描述，哪一项是不正确的？（）A.随机存取存储器（RAM）可以随时读写数据，但断电后数据会丢失B.只读存储器（ROM）中的数据在制造时就被固化，无法修改C.静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）的读写速度相同D.半导体存储器的容量和存储速度是选择存储器时需要考虑的重要因素9、在数字电路中，若要实现一个能将输入的10位二进制数的高5位和低5位交换位置的电路，以下哪种方法较为简单？（）A.使用多个数据选择器B.通过逻辑运算C.利用移位寄存器D.以上都不是10、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11、若一个逻辑函数的最简与或表达式为F=A+B'C，则其对偶式为？（）A.F'=(A'+B)C'B.F'=A'(B+C')C.F'=(A'+B')CD.F'=A(B'+C)12、时序逻辑电路与组合逻辑电路不同，它具有记忆功能，能够存储过去的输入信息。以下关于时序逻辑电路的描述，错误的是（）A.触发器是时序逻辑电路的基本存储单元，常见的有D触发器、JK触发器等B.时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入，还与电路的过去状态有关C.时序逻辑电路可以用状态转换图、状态表等方式进行描述D.时序逻辑电路的设计比组合逻辑电路简单，不需要考虑复杂的时序关系13、在数字逻辑设计中，若要实现逻辑函数F=AB+AC，最简的与非-与非表达式为：（）A.((AB)'(AC)')'B.((A+B)'(A+C)')'C.((A'B')(A'C'))'D.((A+B)(A+C))'14、数字逻辑中的CPLD（复杂可编程逻辑器件）由多个可编程的逻辑块组成。假设设计一个逻辑功能，使用CPLD实现，以下哪个因素对于资源利用效率影响较大？（）A.逻辑块的数量B.逻辑块之间的连接方式C.输入输出引脚的数量D.以上因素都很重要15、已知一个数字系统的时钟周期为20ns，若要传输一个16位的数据，需要多长时间？（）A.320nsB.160nsC.80nsD.40ns二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）深入分析在时序逻辑电路的分析中，如何根据给定的电路写出状态方程、输出方程和状态转换表。2、（本题5分）阐述数字逻辑中复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的结构和特点，比较它们在应用中的适用范围。3、（本题5分）详细阐述如何用硬件描述语言实现一个状态机的状态跳转条件判断。4、（本题5分）详细阐述在数字电路的可靠性验证试验中，试验方案的制定和结果评估。三、分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）有一个数字电路，使用JK触发器和与非门实现有限状态机（FSM），用于控制一个简单的自动售货机系统。分析FSM的状态转换和输出逻辑，给出状态图和逻辑表达式。通过具体的购买操作，验证FSM的功能和正确性。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）给定一个复杂的数字系统，其中包含多个输入信号和多个输出信号。输入信号包括传感器数据、控制指令等，输出信号用于驱动执行器和显示设备。请详细分析系统的功能和逻辑关系，设计相应的数字电路，并说明如何保证系统的稳定性和可靠性。4、（本题5分）有一个数字系统中的数据缓存模块，需要实现数据的暂存和读取功能。分析缓存的工作原理和读写控制逻辑，设计相应的数字电路实现缓存功能。探讨如何优化缓存的容量和读写速度以满足系统的性能要求。5、（本题5分）设计一个数字逻辑电路，用于实现对以太网帧的解析和处理。仔细分析以太网帧的格式和协议要求，解释电路中各个模块的功能和处理流程，研究如何提高帧处理的效率和准确性。四、设计题（本大题共4个小题，共40分)1、（本题10分）使用D触发器设计一个同步时序逻辑电路，实现一个模17的计数器，画出状态转换图和电路原理图。2、（本题10分）利用译码器和数据选