معاملات الاختزال

جزء من قسم الأساسيات في رحلة Verilog على Coddy. الدرس 25 من 90.

تعمل عوامل الاختزال على جميع البتات في متجه واحد، وتختزلها إلى نتيجة من بت واحد. وعلى عكس العوامل البتية التي تقارن عددين بتًا بتًا، تأخذ عوامل الاختزال عددًا واحدًا وتجري عملية على جميع بتاته لإنتاج نتيجة واحدة.

العامل	العملية	النتيجة
`&`	AND اختزالي	1 إذا كانت كل البتات تساوي 1
`\|`	OR اختزالي	1 إذا كان بت واحد على الأقل يساوي 1
`^`	XOR اختزالي	1 إذا كان عدد فردي من البتات يساوي 1
`~&`	NAND اختزالي	0 إذا كانت كل البتات تساوي 1
`~\|`	NOR اختزالي	0 إذا كان بت واحد على الأقل يساوي 1
`~^`	XNOR اختزالي	1 إذا كان عدد زوجي من البتات يساوي 1

كيف تعمل

AND الاختزالي (&):

&4'b1111 = 1   // all bits are 1
&4'b1011 = 0   // ليست جميع البتات 1
&4'b0000 = 0   // all bits are 0

عملية OR الاختزالية (|):

|4'b0000 = 0   // no bits are 1
|4'b0100 = 1   // بت واحد على الأقل يساوي 1
|4'b1111 = 1   // all bits are 1

اختزال XOR (^):

^4'b1010 = 0   // two 1's (even) → 0
^4'b1000 = 1   // one 1 (odd) → 1
^4'b1111 = 0   // أربع خانات من 1 (عدد زوجي) → 0

مثال على الكود

module reduction_demo;
  reg [3:0] a, b, c;
  reg and_red, or_red, xor_red;
  
  initial begin
    a = 4'b1111;
    b = 4'b1010;
    c = 4'b1000;
    
    and_red = &a;      // 1111 → 1
    or_red  = |b;      // 1010 → 1
    xor_red = ^c;      // 1000 → 1
    
    $display("&4'b1111 = %d", and_red);
    $display("|4'b1010 = %d", or_red);
    $display("^4'b1000 = %d", xor_red);
    $finish;
  end
endmodule

الناتج:

&4'b1111 = 1
|4'b1010 = 1
^4'b1000 = 1

الاستخدامات الشائعة

تحقّق مما إذا كانت جميع البتات تساوي 1:

all_ones = &data;   // 1 إذا كان data == 8'b11111111

تحقّق مما إذا كان أيُّ بت يساوي 1:

any_one = |data;    // 1 إذا كانت data != 0

تحقّق من التكافؤ (عدد فردي من القيم 1):

odd_parity = ^data; // 1 إذا كان عدد البتات التي قيمتها 1 فرديًا

تحقّق مما إذا كانت جميع البتات 0:

all_zeros = ~|data; // 1 إذا كان data == 0

التحدي

اكتب تعبيرات الاختزال الصحيحة لكل مهمة.

ما يجب فعله:

تحقّق مما إذا كانت جميع بتات a تساوي 1 وخزّن النتيجة في all_ones
تحقّق مما إذا كان أي بت من b يساوي 1 وخزّن النتيجة في any_one
تحقّق مما إذا كان c يحتوي على عدد فردي من 1 وخزّن النتيجة في odd_parity

جرّب بنفسك

module reduction_challenge;
  reg [3:0] a, b, c;
  reg all_ones, any_one, odd_parity;
  
  initial begin
    a = 4'b1111;
    b = 4'b0100;
    c = 4'b1011;
    
    all_ones  = ______;   // all bits 1?
    any_one   = ______;   // any bit 1?
    odd_parity = ______;   // odd number of 1's?
    
    $display("&4'b1111 = %d", all_ones);
    $display("|4'b0100 = %d", any_one);
    $display("^4'b1011 = %d", odd_parity);
    $finish;
  end
endmodule