2011年华南理工数字系统设计考试试题分析与关键概念概述

本资源是一份华南理工大学2011年的《数字系统设计》期末考试试卷A，包含简答题和分析题两大部分。总分为100分，考试时间为120分钟。试卷结构如下： **简答题（24分）** 1. **数字系统设计层次**： 数字系统设计通常分为四个层次：（1）逻辑设计，关注功能描述，如用真值表、函数表达式等；（2）行为设计，通过状态机或有限状态自动机（FSM）描述系统的动态行为；（3）时序设计，考虑时钟控制和时序逻辑，确保正确的时间同步；（4）物理实现，将逻辑设计转化为具体集成电路（如CMOS、TTL等）的设计。 2. **时间概念**： - 建立时间（Setup Time）：信号从输入到输出稳定所需的时间。 - 保持时间（Hold Time）：输出信号在时钟周期内的持续时间，以保证数据完整性。 - 传播延时（Propagation Delay）：信号在电路中从一个节点传递到另一个节点所需的时间。 - 时序电路最大工作频率估算：可通过电路延迟与时钟周期的关系计算，一般使用Verilog或 VHDL中的延时参数进行。 3. **CPLD与FPGA**： - CPLD (Complex Programmable Logic Device)：复杂可编程逻辑器件，具有固定配置部分和可编程逻辑部分，内部结构包括配置存储器、查找表、逻辑单元等。 - FPGA (Field-Programmable Gate Array)：现场可编程门阵列，是一种高度可编程的硬件平台，由可配置逻辑块、全局布线资源和I/O模块组成，允许用户在运行时进行逻辑功能的修改。 **分析题（33分）** 1. **程序波形分析**： - 题目要求分析两个不同类型的波形：信号(tmp)驱动的q1和变量(tmp)驱动的q2。需要理解信号变化对触发器行为的影响，并绘制出对应的波形图，考虑到暂存变量和信号的区别。 2. **传输门波形**： 需要根据传输门的特性，根据给定的赋值语句和波形，计算Z1、Z2和Z3的输出，注意惯性延时和传输操作的时间点。 3. **程序波形绘制**： 基于给定的A波形，需要根据三个不同的程序（a）、（b）和（c）的逻辑实现，画出S1、S2和S3的状态变化图，可能涉及组合逻辑、时序逻辑或状态机的设计。 这份试卷考察了学生对数字系统设计的基本原理、时间概念的理解以及分析和应用能力，涵盖了逻辑设计、时序分析和硬件实现等多个方面。考生需要扎实掌握数字逻辑、电路原理和编程技术才能解答这些问题。