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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。12007/2008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。得分2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）3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）entityromisport(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）architecturebehaveofromisbeginprocess（ce,addr）（6）beginifce='0'thencaseaddriswhen0000=data=10001001;when0001=data=10001010;when0010=data=10001011;when0011=data=10001100;when0100=data=10001101;when0101=data=10001110;when0110=data=10001111;useieee.std_logic_1164.all;4when0111=data=10010000;when1000=data=10010001;when1001=data=10010010;when1010=data=10010011;when1011=data=10010100;when1100=data=10010101;when1101=data=10010110;when1110=data=10010111;whenothers=data=10011000;endcase;elsedata:=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）Entitysel2isPort(a,b:instd_logic;sel:instd_logic;5q:outstd_logic);Endsel2;(3)Architectureaofsel2isbeginifsel=‘0’thenq=a;(6)elseq=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)beginifreset=‘0’thenq=“0000”;(4)elsifclk’eventandclk=‘1’then(6)q=q+1;(9)endif;endprocess;(10)63、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enby0y1y21000000000001000000100011000001000101000010000111000100001001001000001011010000001101100000001110xxxxxxxx高阻态entityeight_triisport(b:instd_logic_vector(7downto0);en:instd_logic;y:outstd_logic_vector(2downto0));endeight_tri;(3)architectureaofeight_triissignalsel:std_logic_vector(8downto0);(4)beginsel=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;74、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;entityadderisport(a,b,c:instd_logic;carr:inoutstd_logic;sum:outstd_logic);endadder;architectureadder_archofadderisbeginsum=axorbxorc;carr=(aandb)or(bandc)or(aandc);endadder_arch;entityfull_addisport(a,b:instd_logic_vector(3downto0);carr:inoutstd_logic_vector(4downto0);sum:outstd_logic_vector(3downto0));endfull_add;(5)architecturefull_add_archoffull_addiscomponentadderport(a,b,c:instd_logic;8carr:inoutstd_logic;sum:outstd_logic);endcomponent;(10)begincarr(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OEWE空闲（IDLE）00判断（DECISION）009写（WRITE）01读（READ）10存储器控制器状态图LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYmooreISPORT(clk,ready,read_write:INStd_Logic;oe,we:OUTStd_Logic);ENDmoore;ARCHITECTUREstate_machineOFMooreISTYPEstate_typeIS(idle,decision,write,read);SIGNALpresent_state,next_state:state_type;BEGINstate_comb:PROCESS(present_state,ready,read_write)BEGINCASEpresent_stateISWHENidle=oe=‘0’;10we=‘0’;IF(ready='1')THENnext_state=decision;ELSEnext_state=idle;ENDIF;WHENdecision=oe=‘0’;we=‘0’;IF(read_write='1')THENnext_state=read;ELSEnext_state=write;ENDIF;WHENread=oe=‘1’;we=‘0’;IF(ready='1')THENnext_state=idle;ELSEnext_state=read;ENDIF;WHENwrite=oe=‘0’;we=‘1’;IF(ready='1')THENnext_state=idle;ELSEnext_state=write;ENDIF;ENDCASE;ENDPROCESSstate_comb;state_clocked:PROCESS(clk)BEGINIFclk’event