음수

Coddy Verilog 여정의 기초 섹션에 포함된 레슨. 90개 중 16번째.

Verilog에서 음수는 2의 보수 형식으로 표현됩니다. 2의 보수는 양수와 음수를 모두 이진수로 표현하는 방법입니다. 최상위 비트(MSB)는 부호를 나타냅니다:

0 = 양수
1 = 음수

2의 보수를 계산하는 방법

어떤 수의 2의 보수를 구하려면:

양수를 2진수로 씁니다
모든 비트를 반전합니다(0은 1이 되고, 1은 0이 됩니다)
1을 더합니다

예: 4비트로 -5 표현하기

단계	연산	결과
1	이진수로 양수 5	0101
2	모든 비트 반전	1010
3	1을 더하기	1011

4비트 2의 보수에서 -5는 4'b1011

Verilog에서 음수 쓰기

10진수 형식을 사용해 음수를 직접 쓸 수 있습니다.

reg signed [3:0] a;
a = -5;        // Verilog는 자동으로 2의 보수를 사용합니다

크기가 지정된 이진수의 경우 2의 보수 값을 써야 합니다:

a = 4'b1011;   // This is -5 in 4-bit two's complement

부호 있음과 부호 없음

기본적으로 reg 및 wire 신호는 부호가 없습니다. 음수를 사용하려면 신호를 signed로 선언하세요:

reg signed [3:0] negative;   // -8부터 7까지 저장할 수 있음
reg [3:0] positive;          // 0부터 15까지 저장할 수 있음

부호 있는 수의 범위

N비트의 경우, 부호 있는 수는 다음을 나타낼 수 있습니다.

최솟값: -2^(N-1)
최댓값: 2^(N-1) - 1

비트	범위
4비트	-8부터 7까지
8비트	-128부터 127까지
16비트	-32768부터 32767까지

중요 참고 사항

음수를 처리하려면 signed 키워드를 사용하세요
signed가 없으면 reg 또는 wire는 모든 값을 양수로 처리합니다

signed를 사용하면 2의 보수 산술이 자동으로 적용됩니다.
MSB가 부호를 결정합니다. 1 = 음수, 0 = 양수

챌린지

올바른 2의 보수 값을 작성하여 코드를 완성하세요.

해야 할 일:

a를 4비트 2의 보수 이진수로 -3으로 설정하세요.
b를 4비트 2의 보수 이진수로 -8로 설정하세요.
c를 4비트 2의 보수 이진수로 -1로 설정하세요.

직접 해보기

module negative_challenge;
  reg signed [3:0] a, b, c;
  
  initial begin
    a = 4'b______;   // -3 in 4-bit two's complement
    b = 4'b______;   // -8 in 4-bit two's complement
    c = 4'b______;   // -1 in 4-bit two's complement
    
    $display("a = %d", a);
    $display("b = %d", b);
    $display("c = %d", c);
    $finish;
  end
endmodule