Números Negativos

Parte da seção Fundamentos do Journey de Verilog da Coddy — lição 16 de 90.

Em Verilog, números negativos são representados usando o formato de complemento de dois. O complemento de dois é uma forma de representar números positivos e negativos em binário. O bit mais significativo (MSB) indica o sinal:

0 = número positivo
1 = número negativo

Como Calcular o Complemento de Dois

Para encontrar o complemento de dois de um número:

Escreva o número positivo em binário
Inverta todos os bits (0 torna-se 1, 1 torna-se 0)
Adicione 1

Exemplo: Representar -5 em 4 bits

Etapa	Operação	Resultado
1	5 positivo em binário	0101
2	Inverter todos os bits	1010
3	Adicionar 1	1011

-5 em complemento de dois de 4 bits é <strong>4'b1011</strong>

Escrevendo Números Negativos em Verilog

Você pode escrever números negativos diretamente usando o formato decimal:

reg signed [3:0] a;
a = -5;        // Verilog usa automaticamente o complemento de dois

Para números binários com tamanho, você deve escrever o valor em complemento de dois:

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

Signed vs Unsigned

Por padrão, o Verilog trata números como unsigned. Para trabalhar com números negativos, declare sinais como signed:

reg signed [3:0] negative;   // Pode armazenar de -8 a 7
reg [3:0] positive;          // Pode armazenar de 0 a 15

Intervalo de Números Sinalizados

Para N bits, um número signed pode representar:

Mínimo: -2^(N-1)
Máximo: 2^(N-1) - 1

Bits	Range
4 bits	-8 a 7
8 bits	-128 a 127
16 bits	-32768 a 32767

Notas Importantes

Use a palavra-chave signed para habilitar o suporte a números negativos
Sem o signed, o Verilog trata todos os valores como positivos

A aritmética de complemento de dois funciona automatically ao usar signed
O MSB determina o sinal: 1 = negative, 0 = positive

Desafio

Complete o código escrevendo os valores corretos em complemento de dois.

O que fazer:

Defina a como -3 usando binário de 4 bits em complemento de dois
Defina b como -8 usando binário de 4 bits em complemento de dois
Defina c como -1 usando binário de 4 bits em complemento de dois

Experimente você mesmo

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

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