中北大学08硬件描述语言试题1.docx
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中北大学08硬件描述语言试题1
中北大学
试题答案及评分标准
硬件描述语言及器件课程
（课程名称须与教学任务书相同）
2007/2008学年第一学期
试题类别A
拟题日期2008-1-6拟题教师李圣昆
课程编号教师编号1180011
使用班级05182401/2/3
备注：
试题答案要求按指定规格计算机打印，并将其文本与电子稿一并上交：
①校级考试课程交评估与考试中心命题科；
②院级考试课程交院教务科。
2007/2008学年第一学期末考试试题答案及评分标准
（A卷）
硬件描述语言及器件
使用班级：
05182401/2/3
总分
得分
一、填空题（20分,每空格1分）
1、VHDL是否区分大小写？
不区分。
2、digital__8标识符合法吗？
不合法。
12_bit标识符合法吗？
不合法。
signal标识符合法吗？
不合法。
3、结构体有三种描述方式，分别是数据流、行为、
和结构化。
4、请分别列举一个常用的库和程序包libraryieee、useieee.std_logic_1164.all。
5、一个信号处于高阻（三态）时的值在VHDL中描述为‘Z’。
6、将一个信号width定义为一个4位标准逻辑向量为
signalwidth:
std_logic_vector（3downto0）。
7、/=是不相等操作符，功能是在条件判断是判断操作符两端不相等。
8、设D0为'0',D1为'1',D2为'1',D3为'0',D3&D2&D1&D0的运算结果是
“0110”，（D3orD2）and（D1andnotD0）的运算结果是：
‘1’。
9、赋值语句是（并行/串行）并行执行的，if语句是（并行/串行）串行执行的。
10、请列举三种可编程逻辑器件：
EEPROM、GAL、FPGA。
得分
二、简答（20分，每小题5分）
1、简述VHDL程序的基本结构。
库
（1）
程序包
（2）
实体（3）
结构体（5）若答出配置也可加1分
2、简述信号与变量的区别。
信号延时赋值，变量立即赋值
（2）
信号的代入使用<=，变量的代入使用:
=；（4）
信号在实际的硬件当中有对应的连线，变量没有（5）
3、简述可编程逻辑器件的优点。
●集成度高，可以替代多至几千块通用IC芯片
–极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性
（1）
●具有完善先进的开发工具
–提供语言、图形等设计方法，十分灵活
–通过仿真工具来验证设计的正确性
（2）
●可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级（3）
●灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间（4）
●保密性好（5）
4、试比较moore状态机与mealy状态机的异同。
Moore输出只是状态机当前状态的函数（3）
Mealy输出为有限状态机当前值和输入值的函数（5）
得分
三、判断题（10分）
libraryieee;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
以上库和程序包语句有无错误？
有，有的话请在原程序相应位置改正。
（2）
entityromis
port（
addr:
instd_logic_vector（0to3）;
ce:
instd_logic;
data:
outstd_logic_vector（7downto0）;
）
endrom;
以上port语句有无错误？
有，有的话请在原程序相应位置改正。
（4）
architecturebehaveofromis
begin
process（ce,addr）（6）
begin
ifce='0'then
caseaddris
when"0000"=>
data<="10001001";
when"0001"=>
data<="10001010";
when"0010"=>
data<="10001011";
when"0011"=>
data<="10001100";
when"0100"=>
data<="10001101";
when"0101"=>
data<="10001110";
when"0110"=>
data<="10001111";
when"0111"=>
data<="10010000";
when"1000"=>
data<="10010001";
when"1001"=>
data<="10010010";
when"1010"=>
data<="10010011";
when"1011"=>
data<="10010100";
when"1100"=>
data<="10010101";
when"1101"=>
data<="10010110";
when"1110"=>
data<="10010111";
whenothers=>
data<="10011000";
endcase;
else
data:
="00000000";--data<=“00000000”;（8）
endif;（10）
endprocess;
endbehave;
以上architecture中有哪些错误？
请在原程序相应位置改正。
得分
四、编程（共50分，除特殊声明，实体可只写出PORT语句，结构体要写完整）
1、用IF语句编写一个二选一电路，要求输入a、b,sel为选择端，输出q。
（本题10分）
Entitysel2is
Port（
a,b:
instd_logic;
sel:
instd_logic;
q:
outstd_logic
）;
Endsel2;（3）
Architectureaofsel2is
begin
ifsel=‘0’then
q<=a;（6）
else
q<=b;（9）
endif;
enda;（10）
2、编写一个4位加法计数器VHDL程序的进程（不必写整个结构框架），要求复位信号reset低电平时计数器清零，变高后，在上升沿开始工作；输入时钟信号为clk，输出为q。
（本题10分）
Process（reset,clk）
（2）
begin
ifreset=‘0’then
q<=“0000”;（4）
elsifclk’eventandclk=‘1’then（6）
q<=q+1;（9）
endif;
endprocess;（10）
3、填写完成一个8-3线编码器的真值表（5分），并写出其VHDL程序（10分）。
8-3线编码器真值表
en
b
y0y1y2
1
00000000
000
1
00000010
001
1
00000100
010
1
00001000
011
1
00010000
100
1
00100000
101
1
01000000
110
1
10000000
111
0
xxxxxxxx
高阻态
entityeight_triis
port（
b:
instd_logic_vector（7downto0）;
en:
instd_logic;
y:
outstd_logic_vector（2downto0）
）;
endeight_tri;（3）
architectureaofeight_triis
signalsel:
std_logic_vector（8downto0）;（4）
begin
sel<=en&b;
y<=“000”when（sel=”100000001”）else
“001”when（sel=”100000010”）else
“010”when（sel=”100000100”）else
“011”when（sel=”100001000”）else
“100”when（sel=”100010000”）else
“101”when（sel=”100100000”）else
“110”when（sel=”101000000”）else
“111”when（sel=”110000000”）else（9）
“zzz”;（10）
enda;
4、根据已给出的全加器的VHDL程序，试写出一个4位逐位进位全加器的VHDL程序。
（本题15分）
libraryIEEE;
useIEEE.std_logic_1164.all;
useIEEE.std_logic_arith.all;
useIEEE.std_logic_unsigned.all;
entityadderis
port（
a,b,c:
instd_logic;
carr:
inoutstd_logic;
sum:
outstd_logic
）;
endadder;
architectureadder_archofadderis
begin
sum<=axorbxorc;
carr<=（aandb）or（bandc）or（aandc）;
endadder_arch;
entityfull_addis
port（
a,b:
instd_logic_vector（3downto0）;
carr:
inoutstd_logic_vector（4downto0）;
sum:
outstd_logic_vector（3downto0）
）;
endfull_add;（5）
architecturefull_add_archoffull_addis
componentadder
port（
a,b,c:
instd_logic;
carr:
inoutstd_logic;
sum:
outstd_logic
）;
endcomponent;（10）
begin
carr（0）<='0';
u0:
adderportmap（a（0）,b（0）,carr（0）,carr
（1）,sum（0））;
u1:
adderportmap（a
（1）,b
（1）,carr
（1）,carr
（2）,sum
（1））;
u2:
adderportmap（a
（2）,b
（2）,carr
（2）,carr（3）,sum
（2））;
u3:
adderportmap（a（3）,b（3）,carr（3）,carr（4）,sum（3））;
endfull_add_arch;（15）
得分
五、附加题（10分，本题可产生附加分，全卷不能超过100分）
完成下面moore状态机程序，该设计为一个存储控制器状态机。
能够根据微处理器的读写周期，分别对存储器输出写使能WE和读使能OE信号。
工作过程：
存储控制器的输入信号为微处理器的就绪READY及读写read_write信号。
当上电复位后，或read有效时，存储控制器开始工作，并在下一个时钟周期判断本次作业任务是读存储器还是写存储器。
判断的依据是，当read_write有效时为读操作，否则为写操作。
也就是说非读即写。
读操作时，OE信号有效，写操作时，WE信号有效。
当READY信号有效时，表示读本次作业处理完成，并使控制器恢复到初始状态。
控制器真值表和状态图如下。
存储控制器真值表
状态
输出
OE
WE
空闲（IDLE）
0
0
判断（DECISION）
0
0
写（WRITE）
0
1
读（READ）
1
0
存储器控制器状态图
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYmooreIS
PORT（clk,ready,read_write:
INStd_Logic;
oe,we:
OUTStd_Logic）;
ENDmoore;
ARCHITECTUREstate_machineOFMooreIS
TYPEstate_typeIS（idle,decision,write,read）;
SIGNALpresent_state,next_state:
state_type;
BEGIN
state_comb:
PROCESS（present_state,ready,read_write）
BEGIN
CASEpresent_stateIS
WHENidle=>
oe<=‘0’;
we<=‘0’;
IF（ready='1'）THEN
next_state<=decision;
ELSE
next_state<=idle;
ENDIF;
WHENdecision=>
oe<=‘0’;
we<=‘0’;
IF（read_write='1'）THEN
next_state<=read;
ELSE
next_state<=write;
ENDIF;
WHENread=>
oe<=‘1’;
we<=‘0’;
IF（ready='1'）THEN
next_state<=idle;
ELSE
next_state<=read;
ENDIF;
WHENwrite=>
oe<=‘0’;
we<=‘1’;
IF（ready='1'）THEN
next_state<=idle;
ELSE
next_state<=write;
ENDIF;
ENDCASE;
ENDPROCESSstate_comb;
state_clocked:
PROCESS（clk）
BEGIN
IFclk’eventandclk=‘1’THEN
present_state<=next_state;
ENDIF;
ENDPROCESSstate_clocked;
ENDstate_machine;
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