verilog整数四则运算的位宽考量简介

加、减 使用补码时,加减法可以统一,因而对加减不加区分,对有无符号也不加以区分。
为了不丢失进位,m位+n位时,设m>=n,则结果需要m+1位储存结果
图源:xilinx fpga数字信号处理设计:基础版 (杜勇),下同
当多个数据累加时,显然多一位存储结果,结果能够表示2倍(无符号数);当拥有3-4个操作数时,结果的最大值为4倍的单个操作数表示的最大值,因而增加2bit即可;类似的5-8个操作数,最大为8倍,因而增加3bit即可
另一方面,当计算结果能够被约束时,不加证明地,存在一个结论:多个数相加,若结果需要nbit即可,计算的中间值也只需nbit
上面的计算过程若按照6bit运算过程如下,结果是一致的
2、乘法
对于无符号数,n位*m位将得到n+m位的结果。可以直观的证明,如下图移位相加,n*m将移位(m-1)次,从而至少有(n+m-1)位,若加法出现进位,还需要额外1bit,共(n+m)位
有符号数,最高位需要表征符号,同样进行无符号乘法,再确定符号。因而n*m的有符号数,可以看成(n-1)*(m-1)的无符号数相乘,结果需要n+m-2位,还需要增加符号位,因而总共需要n+m-1位。
3、除法
除法更为简单,m/n,对于整数而言,n的绝对值大于等于1,因而商最大和m一样,只需要m位就行。
4、more
当结果位宽不够,会进行截断,带来丢失精度的计算结果。


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