SystemVeilog--运算溢出--上溢出-下溢出

原创于 2024-12-19 19:43:29 发布 · 1k 阅读

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#算法 #数据结构

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本文主要针对以上内容学习，进行思考与总结。

1.溢出的概念

主要针对有符号数的加减，当数据的值太大而无法使用可用的数据格式表示时，就会溢出。如果大于这个范围，就是上溢出；如果小于这个范围，就是下溢出。

2.溢出有哪几种类型

2种。underflow、overflow。

在SystemVerilog中，下溢（underflow）现象通常发生在有符号数的运算中，当一个数变得比它能表示的最小值还要小时，就会发生下溢。在有符号数的表示中，每个类型都有一个最小值和最大值，例如，一个8位的有符号整数可以表示的范围是-128到127。
当下溢发生时，由于数值已经超出了该类型能表示的最小范围，SystemVerilog会按照特定的规则来处理这种情况。通常，对于有符号数，下溢会导致该数变为该类型能表示的最大值。这是因为计算机中的数值表示是基于二进制补码（two’s complement）的，当下溢发生时，二进制表示的位数会进行翻转，并加上1，从而得到该类型的最大值。
为了更具体地说明下溢现象，我们可以看一个例子：
假设我们有一个8位的有符号整数A，其初始值为-128（二进制表示为1000 0000）。如果我们尝试对A进行减1操作（即A = A - 1;），由于-128已经是8位有符号整数的最小值，因此这个操作会导致下溢。
在下溢发生后，A的二进制表示会变为0111 1111，这是8位有符号整数的最大值127的二进制表示。因此，尽管我们对A进行了减1操作，但A的值却从-128变为了127。
需要注意的是，下溢现象通常发生在有符号数的运算中。对于无符号数来说，由于其没有负数表示，因此不会发生下溢现象。相反，如果无符号数变得比它能表示的最大值还要大，就会发生上溢（overflow），此时该数会变为该类型能表示的最小值（即0）。
在SystemVerilog中，上溢（overflow）现象发生在数的运算过程中，当一个数变得比它能表示的最大值还要大时，就会导致上溢。这种情况通常发生在有符号数或无符号数的运算中。
对于有符号数来说，上溢会导致该数变为该类型能表示的最小值。这是因为在计算机中，有符号数通常采用二进制补码（two’s complement）表示。当一个有符号数超过其能表示的最大值时，它的二进制表示会进行翻转（即所有位都取反），并加上1，从而得到该类型的最小值。
对于无符号数来说，上溢也会导致类似的结果，但处理方式略有不同。由于无符号数没有负数表示，因此当它们超过能表示的最大值时，会回绕（wrap around）到该类型能表示的最小值（即0）。这是因为在无符号数的二进制表示中，最高位（即最左边的位）不是符号位，而是数值位的一部分。因此，当最高位溢出时，它会从0变为1（或反之），而其他位则保持不变（或进行进位），从而导致整个数值回绕到最小值。
为了更具体地说明上溢现象，我们可以看一个例子：
假设我们有一个8位的无符号整数B，其初始值为255（二进制表示为1111 1111）。如果我们尝试对B进行加1操作（即B = B + 1;），由于255已经是8位无符号整数的最大值，因此这个操作会导致上溢。
在上溢发生后，B的二进制表示会变为0000 0000，这是8位无符号整数的最小值0的二进制表示。因此，尽管我们对B进行了加1操作，但B的值却从255变为了0。