题目介绍：门| GATE 2017 MOCK II |第 30 题

这道题目是2017年GATE（印度计算机科学研究生入学考试）的模拟题的第30题。它是一道电路设计问题，考察了学生的逻辑设计能力和自动化工具使用能力。

题目描述

设计一个由D触发器、JK触发器和4输入与门组成的电路，满足当D触发器置位时输出为1，当D触发器复位时输出为0，同时当输入0001时置位D触发器，当输入0010时复位D触发器。

程序员解决方案

要解决这个问题，我们需要设计一个电路，可以通过输入的值来控制D触发器的状态，并且正确地输出值。由于JK触发器可以被用来实现D触发器，我们可以通过组合JK触发器和与门来实现这个电路。

具体来说，我们可以这样做：

1. 设计一个带有异步重置的JK触发器，将其命名为D触发器。
2. 根据输入0001和0010，设计两个4输入与门，将它们命名为Set和Reset。
3. 设计一个JK触发器组成的环路，将其命名为R。
4. 将Set的输出连接到R的J输入，将Reset的输出连接到R的K输入。
5. 将D触发器的输出连接到R的输出，同时将R的输出连接到另一个4输入与门的输入。
6. 连接第二个4输入与门的另外三个输入到电路的其他输入。
7. 将第二个4输入与门的输出作为电路的输出。

下面是Python的伪代码，它描述了上述电路的行为。具体来说，这个函数实现了一个简化版本的电路，只考虑了D触发器的置位和复位。

def simulate_circuit(inputs):
    # 初始化S和R的值为0
    s, r = 0, 0
    # 初始化D触发器的值为0
    q = 0
    # 模拟电路的行为
    for input in inputs:
        # 识别输入信号
        if input == '0001':
            # 设置S为1，R为0
            s, r = 1, 0
        elif input == '0010':
            # 设置R为1，S为0
            s, r = 0, 1
        else:
            # 设置S和R为0
            s, r = 0, 0
        # 计算下一个时钟周期的D值
        d = (s and not q) or (r and q)
        # 使用计算出的D值来更新D触发器的值
        q = d
    # 返回最终的D触发器值
    return q

这个函数接受一个输入列表作为参数，然后返回电路的输出值。接下来，我们可以编写一些单元测试来测试这个函数。例如：

def test_circuit():
    # 测试输入0001
    inputs = ['0001']
    assert simulate_circuit(inputs) == 1

    # 测试输入0010
    inputs = ['0010']
    assert simulate_circuit(inputs) == 0

    # 测试输入0100
    inputs = ['0100']
    assert simulate_circuit(inputs) == 0

    # 测试输入0001, 0100
    inputs = ['0001', '0100']
    assert simulate_circuit(inputs) == 1

    # 测试输入0010, 0100
    inputs = ['0010', '0100']
    assert simulate_circuit(inputs) == 0

这些单元测试可以确保我们的电路设计正确，并且可以处理各种输入情况。如果每个测试用例都通过了，那么我们就可以相信我们的电路设计是正确的了。