武汉大学《数字科技前沿》2023-2024学年第二学期期末试卷

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《数字科技前沿》2023-2024学年第二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、假设在一个自动化控制系统中，需要根据多个传感器的输入实时计算控制量并输出。由于系统对响应时间要求极高，需要采用并行处理和流水线技术来提高计算速度。以下哪种数字逻辑实现方式能够满足这种高速实时计算的需求？（）A.专用集成电路（ASIC）B.复杂可编程逻辑器件（CPLD）C.现场可编程门阵列（FPGA）D.微控制器（MCU）2、移位寄存器在数字电路中用于数据的存储和移位操作。假设我们正在使用移位寄存器。以下关于移位寄存器的描述，哪一项是不准确的？（）A.移位寄存器可以实现串行输入并行输出、并行输入串行输出等多种工作方式B.环形移位寄存器和扭环形移位寄存器在功能上没有本质区别C.移位寄存器可以用于数据的存储、延迟和串行-并行转换D.移位寄存器中的数据可以在时钟信号的控制下向左或向右移位3、在数字系统中，异步复位和同步复位是两种常见的复位方式。假设我们正在设计一个具有复位功能的电路。以下关于异步复位和同步复位的描述，哪一项是不准确的？（）A.异步复位信号不受时钟信号的控制，在复位信号有效时立即将电路复位B.同步复位信号在时钟上升沿或下降沿时，根据复位信号的状态进行复位操作C.异步复位的优点是复位响应速度快，缺点是可能会产生亚稳态D.同步复位比异步复位更可靠，不会出现亚稳态问题，因此应优先使用同步复位4、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5、假设正在设计一个数字系统的接口电路，需要实现不同电平标准之间的转换。例如，将TTL电平转换为CMOS电平。以下哪种芯片或电路可以用于实现这个功能？（）A.专用的电平转换芯片B.逻辑门电路组合C.三极管电路D.以上方法都不可行6、在数字逻辑中，逻辑表达式的化简对于电路的优化至关重要。以下关于逻辑表达式化简方法的描述，错误的是（）A.可以使用公式法和图形法相结合来化简复杂的逻辑表达式B.化简后的逻辑表达式功能一定与原始表达式相同C.逻辑表达式的化简程度越高，电路的成本越低D.任何逻辑表达式都可以化简到最简形式7、已知一个逻辑函数的最简与或表达式为F=AB+CD，若要用最少的与非门来实现，需要几个与非门？（）A.2B.3C.4D.58、在数字电路的设计中，卡诺图是一种用于化简逻辑函数的工具。以下关于卡诺图化简的描述，错误的是（）A.卡诺图中的相邻方格可以合并，以消去变量B.卡诺图化简可以得到最简与或表达式C.卡诺图只适用于变量较少的逻辑函数化简D.卡诺图化简的结果一定是唯一的9、现场可编程门阵列（FPGA）是一种大规模的可编程逻辑器件。关于FPGA的结构，以下说法不正确的是（）A.FPGA由可编程逻辑块、输入输出块和互连资源组成B.可编程逻辑块是FPGA的基本逻辑单元C.FPGA的布线资源是固定的，不能重新配置D.FPGA可以通过硬件描述语言进行编程10、对于一个同步时序逻辑电路，若状态方程和驱动方程已知，能否确定其输出方程？（）A.能B.不能C.不确定D.以上都有可能11、在数字电路中，半导体存储器的地址译码方式有直接译码和间接译码。以下关于地址译码的描述，错误的是（）A.直接译码方式简单直观，但译码器的输出线较多B.间接译码方式可以减少译码器的输出线，但电路相对复杂C.无论采用哪种译码方式，存储器的存储容量都不会改变D.地址译码的目的是将地址信号转换为存储器的片选信号和字选信号12、已知逻辑函数F=AB+AC'+BC，其最简与或表达式为？（）A.AB+AC'B.AC'+BCC.AB+BCD.以上都不对13、假设要设计一个数字电路来检测一个8位二进制数中1的个数是否大于4。以下哪种方法可能是最有效的？（）A.使用逐位判断和计数器来统计1的个数，然后进行比较B.将二进制数转换为十进制，然后与4比较C.通过复杂的逻辑运算直接得出结果，不进行计数D.无法通过简单的数字电路实现此功能14、在数字逻辑中，若要实现一个能检测输入的6位二进制数中是否有连续的3个1的电路，最少需要使用几个移位寄存器？（）A.1B.2C.3D.415、当研究数字逻辑中的时序逻辑电路时，假设一个电路需要根据输入信号的历史状态和当前输入来确定输出。以下哪种电路类型最适合实现这种功能？（）A.计数器B.寄存器C.移位寄存器D.状态机二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）详细阐述如何用硬件描述语言实现一个有限状态机的状态转移和输出逻辑。2、（本题5分）说明在数字系统中如何进行数字信号的时分复用和解复用。3、（本题5分）详细说明在多路选择器的功耗分析中，影响功耗的因素和降低功耗的方法。三、分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）有一个数字控制系统中的模糊控制器模块，用于处理模糊的输入信息和产生模糊的控制输出。分析模糊控制的原理和推理方法，设计相应的数字电路实现模糊控制功能。探讨如何定义模糊集合和模糊规则以适应不同的控制对象。2、（本题5分）给定一个8位的数字信号，使用移位寄存器和计数器设计一个电路，实现对该信号的串行到并行转换，并能够在特定的时钟周期内输出转换后的并行数据。详细分析电路的工作流程，包括时钟信号的作用、移位寄存器的操作和计数器的控制逻辑。3、（本题5分）构建一个优先级编码器电路，能够对多个输入请求进行优先级编码并输出。全面分析优先级编码器的工作原理和编码策略，讨论如何根据实际需求设置优先级顺序和处理多个同时输入的情况。4、（本题5分）使用比较器和逻辑门设计一个数字电路，能够实现对两个二进制数的大小比较，并输出比较结果。分析比较器的工作原理和逻辑表达式的推导，以及如何优化比较电路的速度和面积。5、（本题5分）用数字逻辑实现一个数据选择器，能够从多个输入数据中根据控制信号选择一个输出。详细分析数据选择器的逻辑表达式、电路结构和工作特性，研究如何通过级联多个数据选择器来实现更复杂的数据选择功能。四、设计题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）用逻辑