المعاملات المنطقية

جزء من قسم الأساسيات في رحلة Verilog على Coddy — الدرس 24 من 90.

تعمل المعاملات المنطقية على قيم كاملة وتعيد نتيجة واحدة: 1 (صواب) أو 0 (خطأ). وعلى عكس معاملات البت (bitwise operators) التي تعمل بت تلو الآخر، تعامل المعاملات المنطقية القيمة بأكملها إما كصواب (غير صفرية) أو خطأ (صفرية).

النوع	مثال	النتيجة
AND على مستوى البتات (Bitwise AND)	`4'b1010 & 4'b1100`	`4'b1000` (بتات متعددة)
AND المنطقية (Logical AND)	`(4'b1010 && 4'b1100)`	`1` (بت واحد)

المعاملات المنطقية المتاحة

المعامل	المعنى	الوصف
`&&`	AND المنطقية	تكون النتيجة True إذا كان كلا المعاملين صحيحين (غير صِفريين)
`\|\|`	OR المنطقية	تكون النتيجة True إذا كان واحد على الأقل من المعاملات صحيحاً
`!`	NOT المنطقية	تكون النتيجة True إذا كان المعامل خاطئاً (صِفراً)

كيفية عملها

AND المنطقية (&&):

(5 && 3)   // 1 (كلاهما غير صفري)
(5 && 0)   // 0 (الثاني هو صفر)
(0 && 0)   // 0 (كلاهما صفر)

أو المنطقية (Logical OR) (||):

(5 || 3)   // 1 (واحد على الأقل غير صفري)
(5 || 0)   // 1 (الأول غير صفري)
(0 || 0)   // 0 (كلاهما صفر)

النفي المنطقي (!):

!5         // 0 (القيم غير الصفرية تصبح خطأ)
!0         // 1 (الصفر يصبح صحيحاً)

مثال على الكود

module logical_demo;
  reg a, b;
  reg and_res, or_res, not_res;
  
  initial begin
    a = 5;
    b = 0;
    
    and_res = (a && b);   // 5 && 0 = 0
    or_res  = (a || b);   // 5 || 0 = 1
    not_res = !a;         // !5 = 0
    
    $display("5 && 0 = %d", and_res);
    $display("5 || 0 = %d", or_res);
    $display("!5     = %d", not_res);
    $finish;
  end
endmodule

المخرجات:

5 && 0 = 0
5 || 0 = 1
!5     = 0

الاستخدام الشائع

تُستخدم العمليات المنطقية في جمل if والشرطية:

if (a && b)           // صحيح إذا كان كل من a و b غير صفريين
  $display("Both true");

if (a || b)           // صحيح إذا كان واحد على الأقل غير صفري
  $display("At least one true");

if (!reset)           // صحيح عندما يكون reset هو 0
  $display("Reset is inactive");

التحدي

اكتب التعبيرات المنطقية الصحيحة لكل مهمة.

ماذا تفعل:

تحقق مما إذا كان كل من value1 و value2 صحيحين (true) وقم بالتخزين في and_out
تحقق مما إذا كان value1 أو value2 صحيحاً (true) وقم بالتخزين في or_out
تحقق مما إذا كان value1 خاطئاً (false) وقم بالتخزين في not_out

ورقة مرجعية

تعامل المعاملات المنطقية القيم الكاملة على أنها صحيحة (غير صفرية) أو خاطئة (صفرية)، وتعيد نتيجة من بت واحد.

المعامل	المعنى	النتيجة
`&&`	AND المنطقية	`1` إذا كان كلا المعاملين غير صفريين
`\|\|`	OR المنطقية	`1` إذا كان أحد المعاملين على الأقل غير صفري
`!`	NOT المنطقية	`1` إذا كان المعامل صفراً

(5 && 3)  // 1
(5 && 0)  // 0
(5 || 0)  // 1
(0 || 0)  // 0
!5        // 0
!0        // 1

مقارنة بالمعاملات على مستوى البت (bitwise)، تقوم المعاملات المنطقية بتقليص القيمة بالكامل:

4'b1010 &  4'b1100  // 4'b1000 (على مستوى البت، بتات متعددة)
4'b1010 && 4'b1100  // 1       (منطقي، بت واحد)

تُستخدم عادةً في الشروط:

if (a && b)   // صحيح إذا كان كلاهما غير صفري
if (a || b)   // صحيح إذا كان أحدهما على الأقل غير صفري
if (!reset)   // صحيح عندما يكون reset هو 0

جرّب بنفسك

module logical_challenge;
  reg [3:0] value1, value2;
  reg and_out, or_out, not_out;
  
  initial begin
    value1 = 4'd12;
    value2 = 4'd5;
    
    and_out = ______;   // value1 && value2
    or_out  = ______;   // value1 || value2
    not_out = ______;   // !value1
    
    $display("%d && %d = %d", value1, value2, and_out);
    $display("%d || %d = %d", value1, value2, or_out);
    $display("!%d     = %d", value1, not_out);
    $finish;
  end
endmodule