Логические операторы

Часть раздела Основы путешествия по Verilog на Coddy — урок 24 из 90.

Логические операторы работают с целыми значениями и возвращают один результат: 1 (истина) или 0 (ложь). В отличие от побитовых операторов, которые работают побитово, логические операторы рассматривают всё значение целиком либо как истинное (ненулевое), либо как ложное (нулевое).

Тип	Пример	Результат
Побитовое И	`4'b1010 & 4'b1100`	`4'b1000` (несколько бит)
Логическое И	`(4'b1010 && 4'b1100)`	`1` (один бит)

Доступные логические операторы

Оператор	Значение	Описание
`&&`	Логическое И	Истина, если оба операнда истинны (не равны нулю)
`\|\|`	Логическое ИЛИ	Истина, если хотя бы один операнд истинен
`!`	Логическое НЕ	Истина, если операнд ложен (равен нулю)

Как они работают

Логическое И (&&):

(5 && 3)   // 1 (оба ненулевые)
(5 && 0)   // 0 (второй равен нулю)
(0 && 0)   // 0 (оба нулевые)

Логическое ИЛИ (||):

(5 || 3)   // 1 (хотя бы одно ненулевое)
(5 || 0)   // 1 (первое ненулевое)
(0 || 0)   // 0 (оба нулевые)

Логическое НЕ (!):

!5         // 0 (ненулевое значение становится ложным)
!0         // 1 (ноль становится истинным)

Пример кода

module logical_demo;
  reg a, b;
  reg and_res, or_res, not_res;
  
  initial begin
    a = 5;
    b = 0;
    
    and_res = (a && b);   // 5 && 0 = 0
    or_res  = (a || b);   // 5 || 0 = 1
    not_res = !a;         // !5 = 0
    
    $display("5 && 0 = %d", and_res);
    $display("5 || 0 = %d", or_res);
    $display("!5     = %d", not_res);
    $finish;
  end
endmodule

Вывод:

5 && 0 = 0
5 || 0 = 1
!5     = 0

Обычное использование

Логические операторы используются в операторах if и условиях:

if (a && b)           // Истинно, если и a, и b не равны нулю
  $display("Both true");

if (a || b)           // Истинно, если хотя бы один не равен нулю
  $display("At least one true");

if (!reset)           // Истинно, когда reset равен 0
  $display("Reset is inactive");

Задание

Напишите правильные логические выражения для каждой задачи.

Что нужно сделать:

Проверьте, являются ли value1 И value2 истинными, и сохраните результат в and_out
Проверьте, является ли value1 ИЛИ value2 истинным, и сохраните результат в or_out
Проверьте, является ли value1 ложным, и сохраните результат в not_out

Шпаргалка

Логические операторы рассматривают значения целиком как истинные (ненулевые) или ложные (нулевые), возвращая однобитный результат.

Оператор	Значение	Результат
`&&`	Логическое И (AND)	`1`, если оба операнда ненулевые
`\|\|`	Логическое ИЛИ (OR)	`1`, если хотя бы один операнд ненулевой
`!`	Логическое НЕ (NOT)	`1`, если операнд равен нулю

(5 && 3)  // 1
(5 && 0)  // 0
(5 || 0)  // 1
(0 || 0)  // 0
!5        // 0
!0        // 1

По сравнению с побитовыми операторами, логические операторы сворачивают всё значение:

4'b1010 &  4'b1100  // 4'b1000 (побитово, несколько бит)
4'b1010 && 4'b1100  // 1       (логически, один бит)

Обычно используются в условиях:

if (a && b)   // истинно, если оба ненулевые
if (a || b)   // истинно, если хотя бы один ненулевой
if (!reset)   // истинно, когда reset равен 0

Попробуйте сами

module logical_challenge;
  reg [3:0] value1, value2;
  reg and_out, or_out, not_out;
  
  initial begin
    value1 = 4'd12;
    value2 = 4'd5;
    
    and_out = ______;   // value1 && value2
    or_out  = ______;   // value1 || value2
    not_out = ______;   // !value1
    
    $display("%d && %d = %d", value1, value2, and_out);
    $display("%d || %d = %d", value1, value2, or_out);
    $display("!%d     = %d", value1, not_out);
    $finish;
  end
endmodule