음수

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

Verilog에서 음수는 2의 보수(two's complement) 형식을 사용하여 표현됩니다. 2의 보수는 이진수에서 양수와 음수를 모두 표현하는 방법입니다. 최상위 비트(MSB)는 부호를 나타냅니다:

0 = 양수
1 = 음수

2의 보수 계산 방법

어떤 수의 2의 보수를 구하는 방법은 다음과 같습니다:

양수를 이진수로 씁니다
모든 비트를 반전시킵니다 (0은 1로, 1은 0으로)
1을 더합니다

예시: 4비트로 -5 표현하기

단계	연산	결과
1	양수 5의 이진수	0101
2	모든 비트 반전	1010
3	1 더하기	1011

4비트 2의 보수에서 -5는 <strong>4'b1011</strong>

Verilog에서 음수 작성하기

십진수 형식을 사용하여 음수를 직접 작성할 수 있습니다:

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

크기가 지정된 이진수의 경우, 2의 보수 값을 작성해야 합니다:

a = 4'b1011;   // 이것은 4비트 2의 보수에서 -5입니다

Signed vs Unsigned

기본적으로 Verilog는 숫자를 unsigned(부호 없는 수)로 취급합니다. 음수를 다루려면 신호를 signed로 선언하십시오:

reg signed [3:0] negative;   // -8에서 7까지 저장 가능
reg [3:0] positive;          // 0에서 15까지 저장 가능

부호 있는 숫자의 범위

N 비트의 경우, 부호 있는 숫자는 다음을 표현할 수 있습니다:

최솟값: -2^(N-1)
최댓값: 2^(N-1) - 1

비트	범위
4비트	-8 ~ 7
8비트	-128 ~ 127
16비트	-32768 ~ 32767

중요 참고 사항

음수 처리를 활성화하려면 signed 키워드를 사용하십시오
signed가 없으면 Verilog는 모든 값을 양수로 취급합니다

signed를 사용할 때 2의 보수 연산이 자동으로 작동합니다
MSB가 부호를 결정합니다: 1 = 음수, 0 = 양수

챌린지

올바른 2의 보수 값을 작성하여 코드를 완성하세요.

수행할 작업:

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

치트 시트

Verilog에서 음수는 2의 보수(two's complement) 형식을 사용합니다. MSB(최상위 비트)는 부호를 나타냅니다: 0 = 양수, 1 = 음수.

2의 보수 계산 방법:

양수를 이진수로 작성합니다.
모든 비트를 반전시킵니다(Flip).
1을 더합니다.

예시: 4비트에서 -5 → 0101 → 1010 → 1011 = 4'b1011

음수를 처리하려면 신호를 signed로 선언하십시오:

reg signed [3:0] negative;   // -8에서 7까지 저장 가능
reg [3:0] positive;          // 0에서 15까지 저장 가능

음수 값을 직접 할당하거나 2의 보수 이진수를 통해 할당할 수 있습니다:

reg signed [3:0] a;
a = -5;        // Verilog가 자동으로 2의 보수를 사용합니다.
a = 4'b1011;   // 동일함: 4비트 2의 보수 형식의 -5

N비트 부호 있는 정수(signed)의 범위: -2^(N-1)에서 2^(N-1) - 1까지 (예: 4비트의 경우 -8에서 7까지).

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

실력 점검

이 레슨에는 짧은 퀴즈가 포함되어 있습니다. 레슨을 시작해 문제를 풀고 진행 상황을 기록하세요.

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