Operatory bitowe

Część sekcji Podstawy ścieżki Verilog w Coddy. Lekcja 23 z 90.

Operatory bitowe wykonują działania na każdym pojedynczym bicie liczby. W przeciwieństwie do operatorów arytmetycznych (+, -, *, /), które traktują liczby jako całość, operatory bitowe działają bit po bicie.

Dostępne operatory bitowe

Operator	Operacja	Co robi
`&`	AND	Bit wyjściowy ma wartość 1 tylko wtedy, gdy oba bity wejściowe mają wartość 1
`\|`	OR	Bit wyjściowy ma wartość 1, jeśli co najmniej jeden bit wejściowy ma wartość 1
`^`	XOR	Bit wyjściowy ma wartość 1, jeśli bity wejściowe są różne
`~`	NOT	Odwraca wszystkie bity (0 zmienia się w 1, a 1 w 0)

Gdy używasz operatorów bitowych, Verilog traktuje liczby wewnętrznie jako zapisane binarnie.

reg [3:0] a, b;

a = 4'd10;      // Decimal 10 = binary 1010
b = 4'd12;      // Dziesiętne 12 = binarne 1100
c = a & b;      // Działa tak samo jak bezpośrednie użycie zapisu binarnego

Możesz zapisywać liczby w systemie dziesiętnym, szesnastkowym lub binarnym: Verilog konwertuje je na system binarny na potrzeby operacji bitowych.

Jak działa operowanie bitowe

Każdy operator działa na parach bitów (lub pojedynczych bitach w przypadku NOT):

Przykład z liczbami 4-bitowymi:

a = 1010  (binary)
b = 1100  (binary)

AND:  a & b = 1000
      (1&1=1, 0&1=0, 1&0=0, 0&0=0)

OR:   a | b = 1110
      (1|1=1, 0|1=1, 1|0=1, 0|0=0)

XOR:  a ^ b = 0110
      (1^1=0, 0^1=1, 1^0=1, 0^0=0)

NOT:  ~a = 0101
      (~1=0, ~0=1, ~1=0, ~0=1)

Przykład kodu

module bitwise_demo;
  reg [3:0] a, b;
  reg [3:0] and_res, or_res, xor_res, not_res;
  
  initial begin
    a = 4'b1010;
    b = 4'b1100;
    
    and_res = a & b;   // 1010 & 1100 = 1000
    or_res  = a | b;   // 1010 | 1100 = 1110
    xor_res = a ^ b;   // 1010 ^ 1100 = 0110
    not_res = ~a;      // ~1010 = 0101
    
    $display("a = %b", a);
    $display("b = %b", b);
    $display("a & b = %b", and_res);
    $display("a | b = %b", or_res);
    $display("a ^ b = %b", xor_res);
    $display("~a    = %b", not_res);
    $finish;
  end
endmodule

Wynik:

a = 1010
b = 1100
a & b = 1000
a | b = 1110
a ^ b = 0110
~a    = 0101

Wyzwanie

Oblicz wyniki operacji bitowych dla podanych wartości.

Co zrobić:

Oblicz a & b i zapisz wynik w and_res
Oblicz a | b i zapisz wynik w or_res
Oblicz a ^ b i zapisz wynik w xor_res
Oblicz ~a i zapisz wynik w not_res

Spróbuj swoich sił

module bitwise_challenge;
  reg [3:0] a, b;
  reg [3:0] and_res, or_res, xor_res, not_res;
  
  initial begin
    a = 4'b1101;
    b = 4'b1011;
    
    and_res = ______;   // a & b
    or_res  = ______;   // a | b
    xor_res = ______;   // a ^ b
    not_res = ______;   // ~a
    
    $display("a = %b", a);
    $display("b = %b", b);
    $display("a & b = %b", and_res);
    $display("a | b = %b", or_res);
    $display("a ^ b = %b", xor_res);
    $display("~a    = %b", not_res);
    $finish;
  end
endmodule