シフト演算子

CoddyのVerilogジャーニー「基礎」セクションの一部。レッスン 26/90。

シフト演算子は、ベクトル内のビットを左または右に移動します。

使用可能なシフト演算子

演算子	操作	説明
`<<`	論理左シフト	ビットを左にシフトし、ゼロで埋めます
`>>`	論理右シフト	ビットを右にシフトし、ゼロで埋めます
`<<<`	算術左シフト	論理左シフトと同じです
`>>>`	算術右シフト	右にシフトし、符号ビットを保持します

動作の仕組み

左シフト（<strong><<</strong>）：

8'b00001010 << 2 = 8'b00101000

ビットが左に移動します。右側はゼロで埋められます。

右シフト（<strong>>></strong>）：

8'b00001010 >> 2 = 8'b00000010

ビットは右に移動します。左側はゼロで埋められます。

コード例

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

出力:

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

算術右シフト（`>>>`）

signed 数値の場合、算術右シフトは符号ビットを保持します。

reg signed [7:0] a;
a = -5;                // 11111011
a >>> 2 = 11111110     // まだ負

論理シフト（>>）ではゼロで埋められ、符号が失われます。

一般的な用途

2の累乗を掛ける（左シフト）：

x << 1    // 2倍する
x << 2    // 4倍する
x << 3    // 8倍する

2の累乗で割る（右シフト）：

x >> 1    // 2で割る
x >> 2    // 4で割る
x >> 3    // 8で割る

フィールドを抽出する：

// 8ビット値からビット5-2を取得する
field = (data >> 2) & 4'b1111;

チャレンジ

各タスクに対する正しいシフト式を書いてください。

行うこと:

aを3ビット左にシフトし、left_resultに格納する
aを1ビット右にシフトし、right_resultに格納する
bを2ビット右に（算術シフト）シフトし、arith_resultに格納する

自分で試してみよう

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;       // 2進数で11110000
    
    left_result  = ______;   // aを3ビット左シフト
    right_result = ______;   // aを1ビット右シフト
    arith_result = ______;   // bを2ビット右シフト（算術）
    
    $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