Shift-Operatoren

Teil des Abschnitts Grundlagen der Verilog-Journey von Coddy — Lektion 26 von 90.

Shift-Operatoren verschieben Bits innerhalb eines Vektors nach links oder rechts.

Verfügbare Shift-Operatoren

Operator	Operation	Beschreibung
`<<`	Logischer Linksshift	Verschiebt Bits nach links, füllt mit Nullen auf
`>>`	Logischer Rechtsshift	Verschiebt Bits nach rechts, füllt mit Nullen auf
`<<<`	Arithmetischer Linksshift	Gleich wie logischer Linksshift
`>>>`	Arithmetischer Rechtsshift	Verschiebt nach rechts, erhält das Vorzeichenbit

Wie sie funktionieren

Left Shift (<strong><<</strong>):

8'b00001010 << 2 = 8'b00101000

Bits bewegen sich nach links. Nullen füllen die rechte Seite.

Right Shift (<strong>>></strong>):

8'b00001010 >> 2 = 8'b00000010

Bits bewegen sich nach rechts. Nullen füllen die linke Seite.

Code-Beispiel

module shift_demo;
  reg [7:0] original, left_shift, right_shift;
  
  initial begin
    original = 8'b00001010;
    
    left_shift  = original << 2;   // 00001010 → 00101000
    right_shift = original >> 2;   // 00001010 → 00000010
    
    $display("original   = %b", original);
    $display("<< 2       = %b", left_shift);
    $display(">> 2       = %b", right_shift);
    $finish;
  end
endmodule

Ausgabe:

original   = 00001010
<< 2       = 00101000
>> 2       = 00000010

Arithmetischer Rechtsshift (`>>>`)

Bei vorzeichenbehafteten Zahlen bewahrt der arithmetische Rechtsshift das Vorzeichenbit:

reg signed [7:0] a;
a = -5;                // 11111011
a >>> 2 = 11111110     // Immer noch negativ

Ein logischer Shift (>>) würde mit Nullen auffüllen und das Vorzeichen verlieren.

Häufige Anwendungsfälle

Multiplikation mit einer Zweierpotenz (Linksverschiebung):

x << 1    // Mit 2 multiplizieren
x << 2    // Mit 4 multiplizieren
x << 3    // Mit 8 multiplizieren

Durch Zweierpotenz teilen (Rechtsshift):

x >> 1    // Durch 2 teilen
x >> 2    // Durch 4 teilen
x >> 3    // Durch 8 teilen

Extract a field:

// Hole Bits 5-2 aus einem 8-Bit-Wert
field = (data >> 2) & 4'b1111;

Aufgabe

Schreiben Sie die korrekten Shift-Ausdrücke für jede Aufgabe.

Was zu tun ist:

Verschieben Sie a um 3 Bits nach links (left) und speichern Sie es in left_result
Verschieben Sie a um 1 Bit nach rechts (right) und speichern Sie es in right_result
Verschieben Sie b um 2 Bits nach rechts (arithmetic) und speichern Sie es in arith_result

Probier es selbst

module shift_challenge;
  reg [7:0] a;
  reg signed [7:0] b;
  reg [7:0] left_result, right_result;
  reg signed [7:0] arith_result;
  
  initial begin
    a = 8'b00010001;
    b = -8'sd16;       // 11110000 im Binärformat
    
    left_result  = ______;   // Verschiebe a um 3 Bits nach links
    right_result = ______;   // Verschiebe a um 1 Bit nach rechts
    arith_result = ______;   // Verschiebe b um 2 Bits nach rechts (arithmetisch)
    
    $display("a = %b", a);
    $display("a << 3 = %b", left_result);
    $display("a >> 1 = %b", right_result);
    $display("b = %b", b);
    $display("b >>> 2 = %b", arith_result);
    $finish;
  end
endmodule