معاملات Bitwise

جزء من قسم الأساسيات في رحلة Verilog على Coddy — الدرس 23 من 90.

تُجري العوامل على مستوى البت (Bitwise operators) العمليات على كل بت فردي من الرقم. وعلى عكس العوامل الحسابية (+، -، *، /) التي تتعامل مع الأرقام كقيم كاملة، تعمل العوامل على مستوى البت بت لابت.

عوامل التشغيل البتية المتاحة

العامل	العملية	ماذا يفعل
`&`	AND	بت المخرجات يكون 1 فقط إذا كان كلا بتي المدخلات 1
`\|`	OR	بت المخرجات يكون 1 إذا كان بت واحد على الأقل من المدخلات 1
`^`	XOR	بت المخرجات يكون 1 إذا كانت بتات المدخلات مختلفة
`~`	NOT	يعكس جميع البتات (الـ 0 يصبح 1، والـ 1 يصبح 0)

عندما تستخدم العوامل البتية (bitwise operators)، يتعامل Verilog مع الأرقام على أنها binary خلف الكواليس.

reg [3:0] a, b;

a = 4'd10;      // Decimal 10 = binary 1010
b = 4'd12;      // عشري 12 = ثنائي 1100
c = a & b;      // يعمل بنفس الطريقة كاستخدام الثنائي مباشرة

يمكنك كتابة الأرقام بالنظام Decimal أو الست عشري (hex) أو binary—يقوم Verilog بتحويلها إلى binary للعمليات البتية (bitwise).

كيف تعمل العمليات على مستوى البتات (Bitwise)

كل معامل يعمل على أزواج من البتات (أو بتات فردية بالنسبة لـ NOT):

مثال مع أعداد مكونة من 4 بتات:

a = 1010  (binary)
b = 1100  (binary)

AND:  a & b = 1000
      (1&1=1, 0&1=0, 1&0=0, 0&0=0)

OR:   a | b = 1110
      (1|1=1, 0|1=1, 1|0=1, 0|0=0)

XOR:  a ^ b = 0110
      (1^1=0, 0^1=1, 1^0=1, 0^0=0)

NOT:  ~a = 0101
      (~1=0, ~0=1, ~1=0, ~0=1)

مثال على الكود

module bitwise_demo;
  reg [3:0] a, b;
  reg [3:0] and_res, or_res, xor_res, not_res;
  
  initial begin
    a = 4'b1010;
    b = 4'b1100;
    
    and_res = a & b;   // 1010 & 1100 = 1000
    or_res  = a | b;   // 1010 | 1100 = 1110
    xor_res = a ^ b;   // 1010 ^ 1100 = 0110
    not_res = ~a;      // ~1010 = 0101
    
    $display("a = %b", a);
    $display("b = %b", b);
    $display("a & b = %b", and_res);
    $display("a | b = %b", or_res);
    $display("a ^ b = %b", xor_res);
    $display("~a    = %b", not_res);
    $finish;
  end
endmodule

المخرجات:

a = 1010
b = 1100
a & b = 1000
a | b = 1110
a ^ b = 0110
~a    = 0101

التحدي

احسب نتائج العمليات على مستوى البتات للقيم المعطاة.

ما يجب القيام به:

احسب a & b وقم بتخزينه في and_res
احسب a | b وقم بتخزينه في or_res
احسب a ^ b وقم بتخزينه في xor_res
احسب ~a وقم بتخزينه في not_res

جرّب بنفسك

module bitwise_challenge;
  reg [3:0] a, b;
  reg [3:0] and_res, or_res, xor_res, not_res;
  
  initial begin
    a = 4'b1101;
    b = 4'b1011;
    
    and_res = ______;   // a & b
    or_res  = ______;   // a | b
    xor_res = ______;   // a ^ b
    not_res = ______;   // ~a
    
    $display("a = %b", a);
    $display("b = %b", b);
    $display("a & b = %b", and_res);
    $display("a | b = %b", or_res);
    $display("a ^ b = %b", xor_res);
    $display("~a    = %b", not_res);
    $finish;
  end
endmodule