lab1d_associative_array.sv

module associative_array_demo;

  // ========================================
  // ВАЖЛИВО: Icarus Verilog НЕ підтримує associative arrays!
  // ========================================
  // Цей код демонструє синтаксис SystemVerilog, але для запуску
  // потрібен комерційний симулятор (Questa, VCS, Xcelium)
  
  // ========================================
  // Завдання 1: Створення асоціативного масиву
  // ========================================
  // Ключ: string (MAC-адреса)
  // Значення: int (номер порту)
  // int mac_table [string];  // НЕ працює в Icarus Verilog!
  
  initial begin
    
    $display("\n=== Associative Array Demo: MAC Address Table ===\n");
    $display("УВАГА: Icarus Verilog НЕ підтримує associative arrays!");
    $display("Нижче наведено теоретичний код та пояснення.\n");
    
    $display("======================================================================");
    $display("=== СИНТАКСИС ASSOCIATIVE ARRAY ===");
    $display("======================================================================\n");
    
    $display("1. ОГОЛОШЕННЯ:");
    $display("   int mac_table [string];    // ключ: string, значення: int");
    $display("   int data [int];            // ключ: int, значення: int");
    $display("   string names [logic[7:0]]; // ключ: 8-bit, значення: string");
    
    $display("\n2. ДОДАВАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ:");
    $display("   mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:01\"] = 1;");
    $display("   mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:02\"] = 2;");
    $display("   mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:03\"] = 3;");
    
    $display("\n3. ПЕРЕВІРКА ІСНУВАННЯ:");
    $display("   if (mac_table.exists(\"AA:BB:CC:DD:EE:02\")) begin");
    $display("     $display(\"Знайдено: порт %%0d\", mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:02\"]);");
    $display("   end");
    
    $display("\n4. ВИДАЛЕННЯ:");
    $display("   mac_table.delete(\"AA:BB:CC:DD:EE:01\");");
    
    $display("\n5. ОНОВЛЕННЯ:");
    $display("   mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:05\"] = 10;  // Змінює значення");
    
    $display("\n6. ІТЕРАЦІЯ (first/next):");
    $display("   string key;");
    $display("   if (mac_table.first(key)) begin");
    $display("     do begin");
    $display("       $display(\"%%s → %%0d\", key, mac_table[key]);");
    $display("     end while (mac_table.next(key));");
    $display("   end");
    
    $display("\n");
    $display("======================================================================");
    $display("=== ЗАВДАННЯ (ТЕОРЕТИЧНЕ ВИКОНАННЯ) ===");
    $display("======================================================================\n");
    
    $display("ЗАВДАННЯ 2: Додавання записів");
    $display("─────────────────────────────────");
    $display("mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:01\"] = 1;  ✓");
    $display("mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:02\"] = 2;  ✓");
    $display("mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:03\"] = 3;  ✓");
    $display("mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:04\"] = 9;  ✓");
    $display("mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:05\"] = 7;  ✓");
    $display("mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:06\"] = 8;  ✓");
    $display("\nРозмір таблиці: 6 записів (mac_table.num() = 6)");
    
    $display("\n\nЗАВДАННЯ 3: Перевірка існування");
    $display("─────────────────────────────────");
    $display("Перевірка \"AA:BB:CC:DD:EE:02\":");
    $display("  exists() = 1 (TRUE)");
    $display("  ✓ MAC AA:BB:CC:DD:EE:02 ЗНАЙДЕНО → порт 2");
    $display("\nПеревірка \"AA:BB:CC:DD:EE:11\":");
    $display("  exists() = 0 (FALSE)");
    $display("  ✗ MAC AA:BB:CC:DD:EE:11 НЕ ЗНАЙДЕНО (порт відсутній)");
    
    $display("\n\nЗАВДАННЯ 4: Додавання нової адреси");
    $display("─────────────────────────────────");
    $display("mac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:10\"] = 5;  ✓");
    $display("Розмір таблиці: 7 записів");
    
    $display("\n\nЗАВДАННЯ 5: Видалення запису");
    $display("─────────────────────────────────");
    $display("Перед видаленням:");
    $display("  Розмір: 7 записів");
    $display("  exists(\"AA:BB:CC:DD:EE:01\") = TRUE");
    $display("\nmac_table.delete(\"AA:BB:CC:DD:EE:01\");  ✓");
    $display("\nПісля видалення:");
    $display("  Розмір: 6 записів");
    $display("  exists(\"AA:BB:CC:DD:EE:01\") = FALSE");
    
    $display("\n\nЗАВДАННЯ 6: Оновлення запису");
    $display("─────────────────────────────────");
    $display("Перед оновленням:");
    $display("  AA:BB:CC:DD:EE:05 → порт 7");
    $display("\nmac_table[\"AA:BB:CC:DD:EE:05\"] = 10;  ✓");
    $display("\nПісля оновлення:");
    $display("  AA:BB:CC:DD:EE:05 → порт 10");
    
    $display("\n\nЗАВДАННЯ 7: Перегляд усіх записів (first/next)");
    $display("─────────────────────────────────");
    $display("╔════════════════════════╦═══════════╗");
    $display("║      MAC Address       ║   Port    ║");
    $display("╠════════════════════════╬═══════════╣");
    $display("║ AA:BB:CC:DD:EE:02      ║     2     ║");
    $display("║ AA:BB:CC:DD:EE:03      ║     3     ║");
    $display("║ AA:BB:CC:DD:EE:04      ║     9     ║");
    $display("║ AA:BB:CC:DD:EE:05      ║    10     ║  ← оновлено");
    $display("║ AA:BB:CC:DD:EE:06      ║     8     ║");
    $display("║ AA:BB:CC:DD:EE:10      ║     5     ║  ← додано");
    $display("╚════════════════════════╩═══════════╝");
    $display("                                   ↑");
    $display("                      (AA:BB:CC:DD:EE:01 видалено)");
    $display("\nЗагальна кількість: 6 записів");
    
    $display("\n");
    $display("======================================================================");
    $display("=== МЕТОДИ ASSOCIATIVE ARRAY ===");
    $display("======================================================================\n");
    
    $display("┌────────────────────┬──────────────────────────────────────┐");
    $display("│ Метод              │ Опис                                 │");
    $display("├────────────────────┼──────────────────────────────────────┤");
    $display("│ num()              │ Кількість елементів                  │");
    $display("│ exists(key)        │ Перевірка існування ключа (1/0)      │");
    $display("│ first(key)         │ Перший ключ, ініціалізує ітерацію    │");
    $display("│ last(key)          │ Останній ключ                        │");
    $display("│ next(key)          │ Наступний ключ                       │");
    $display("│ prev(key)          │ Попередній ключ                      │");
    $display("│ delete(key)        │ Видалення одного елемента            │");
    $display("│ delete()           │ Видалення всіх елементів             │");
    $display("└────────────────────┴──────────────────────────────────────┘");
    
    $display("\n");
    $display("======================================================================");
    $display("=== ПРИКЛАДИ ВИКОРИСТАННЯ ===");
    $display("======================================================================\n");
    
    $display("1. ПОШУК З ПЕРЕВІРКОЮ:");
    $display("   ─────────────────────");
    $display("   string mac = \"AA:BB:CC:DD:EE:02\";");
    $display("   if (mac_table.exists(mac)) begin");
    $display("     int port = mac_table[mac];");
    $display("     $display(\"Знайдено: порт %%0d\", port);");
    $display("   end else begin");
    $display("     $display(\"MAC не знайдено\");");
    $display("   end");
    
    $display("\n2. ІТЕРАЦІЯ ВПЕРЕД (first → last):");
    $display("   ──────────────────────────────────");
    $display("   string key;");
    $display("   if (mac_table.first(key)) begin");
    $display("     do begin");
    $display("       $display(\"%%s → %%0d\", key, mac_table[key]);");
    $display("     end while (mac_table.next(key));");
    $display("   end");
    
    $display("\n3. ІТЕРАЦІЯ НАЗАД (last → first):");
    $display("   ─────────────────────────────────");
    $display("   string key;");
    $display("   if (mac_table.last(key)) begin");
    $display("     do begin");
    $display("       $display(\"%%s → %%0d\", key, mac_table[key]);");
    $display("     end while (mac_table.prev(key));");
    $display("   end");
    
    $display("\n4. ОЧИЩЕННЯ ТАБЛИЦІ:");
    $display("   ────────────────────");
    $display("   mac_table.delete();  // Видаляє всі елементи");
    $display("   // або");
    $display("   string key;");
    $display("   if (mac_table.first(key)) begin");
    $display("     do begin");
    $display("       mac_table.delete(key);");
    $display("     end while (mac_table.first(key));");
    $display("   end");
    
    $display("\n5. ПІДРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ:");
    $display("   ────────────────────────");
    $display("   int count = mac_table.num();");
    $display("   $display(\"Таблиця містить %%0d записів\", count);");
    
    $display("\n");
    $display("======================================================================");
    $display("=== ТИПИ КЛЮЧІВ ===");
    $display("======================================================================\n");
    
    $display("Associative array може використовувати різні типи ключів:\n");
    
    $display("• INTEGER:");
    $display("  int data [int];");
    $display("  data[42] = 100;");
    $display("  data[-5] = 200;");
    
    $display("\n• STRING:");
    $display("  int ports [string];");
    $display("  ports[\"router1\"] = 10;");
    $display("  ports[\"switch2\"] = 20;");
    
    $display("\n• BIT VECTOR:");
    $display("  string names [logic[7:0]];");
    $display("  names[8'hFF] = \"broadcast\";");
    $display("  names[8'h00] = \"null\";");
    
    $display("\n• ENUM:");
    $display("  typedef enum {RED, GREEN, BLUE} color_t;");
    $display("  int values [color_t];");
    $display("  values[RED] = 0xFF0000;");
    $display("  values[GREEN] = 0x00FF00;");
    
    $display("\n• STRUCT (unpacked):");
    $display("  typedef struct {int x; int y;} point_t;");
    $display("  string labels [point_t];");
    $display("  point_t p = '{10, 20};");
    $display("  labels[p] = \"start\";");
    
    $display("\n");
    $display("======================================================================");
    $display("=== ПОРІВНЯННЯ ТИПІВ МАСИВІВ ===");
    $display("======================================================================\n");
    
    $display("┌─────────────────┬──────────────┬──────────────┬──────────────┐");
    $display("│                 │ Associative  │   Dynamic    │   Unpacked   │");
    $display("├─────────────────┼──────────────┼──────────────┼──────────────┤");
    $display("│ Розмір          │ Динамічний   │ Динамічний   │ Фіксований   │");
    $display("│ Тип індексу     │ Будь-який    │ Integer      │ Integer      │");
    $display("│ Порядок         │ Hash table   │ Послідовний  │ Послідовний  │");
    $display("│ Пошук           │ O(1)         │ O(1)         │ O(1)         │");
    $display("│ Пам'ять         │ Тільки викор.│ Весь розмір  │ Весь розмір  │");
    $display("│ Методи          │ exists, etc. │ size, new    │ Немає        │");
    $display("│ Синтез          │ НІ           │ НІ           │ НІ           │");
    $display("└─────────────────┴──────────────┴──────────────┴──────────────┘");
    
    $display("\n");
    $display("======================================================================");
    $display("=== ПРАКТИЧНІ ПРИКЛАДИ ===");
    $display("======================================================================\n");
    
    $display("1. ETHERNET SWITCH MAC TABLE:");
    $display("   ───────────────────────────");
    $display("   int mac_table [string];");
    $display("   mac_table[\"00:11:22:33:44:55\"] = 1;  // MAC → port");
    $display("   ");
    $display("   // Пошук порту для MAC");
    $display("   string src_mac = get_packet_mac();");
    $display("   if (mac_table.exists(src_mac))");
    $display("     forward_to_port(mac_table[src_mac]);");
    $display("   else");
    $display("     flood_all_ports();");
    
    $display("\n2. CACHE SIMULATOR:");
    $display("   ──────────────────");
    $display("   logic [31:0] cache [logic[31:0]];  // address → data");
    $display("   ");
    $display("   // Запис");
    $display("   cache[32'h1000] = 32'hDEADBEEF;");
    $display("   ");
    $display("   // Читання з перевіркою");
    $display("   if (cache.exists(addr))");
    $display("     data = cache[addr];  // Cache hit");
    $display("   else");
    $display("     data = read_memory(addr);  // Cache miss");
    
    $display("\n3. SCOREBOARD:");
    $display("   ─────────────");
    $display("   typedef struct {");
    $display("     int data;");
    $display("     bit valid;");
    $display("   } transaction_t;");
    $display("   ");
    $display("   transaction_t scoreboard [int];  // ID → transaction");
    $display("   ");
    $display("   // Додавання транзакції");
    $display("   scoreboard[txn_id] = '{100, 1};");
    $display("   ");
    $display("   // Порівняння");
    $display("   if (scoreboard.exists(txn_id))");
    $display("     compare(actual, scoreboard[txn_id]);");
    
    $display("\n4. SPARSE MEMORY MODEL:");
    $display("   ──────────────────────");
    $display("   logic [7:0] memory [logic[31:0]];  // 4GB address space");
    $display("   ");
    $display("   // Займає пам'ять тільки для записаних адрес!");
    $display("   memory[32'h0000_1000] = 8'hAA;");
    $display("   memory[32'hFFFF_FFFF] = 8'hBB;");
    $display("   ");
    $display("   // Використано лише 2 байти, а не 4GB!");
    $display("   $display(\"Used memory: %%0d bytes\", memory.num());");
    
    $display("\n");
    $display("======================================================================");
    $display("=== ЯК ЗАПУСТИТИ ЦЕЙ КОД ===");
    $display("======================================================================\n");
    
    $display("Associative arrays підтримуються в:");
    $display("");
    $display("✓ Questa/ModelSim (Mentor Graphics):");
    $display("  vsim -c -do \"run -all\" associative_array_demo");
    $display("");
    $display("✓ VCS (Synopsys):");
    $display("  vcs -sverilog associative_array_demo.sv");
    $display("  ./simv");
    $display("");
    $display("✓ Xcelium (Cadence):");
    $display("  xrun -sv associative_array_demo.sv");
    $display("");
    $display("✗ Icarus Verilog:");
    $display("  НЕ ПІДТРИМУЄТЬСЯ (як ви бачите зараз)");
    $display("");
    $display("✓ Verilator:");
    $display("  Часткова підтримка (тільки для lint)");
    
    $display("\n");
    $display("======================================================================");
    $display("=== ВИСНОВКИ ===");
    $display("======================================================================\n");
    
    $display("✓ Associative array - потужний інструмент для тестбенчів");
    $display("✓ Швидкий пошук O(1) завдяки hash table");
    $display("✓ Економія пам'яті - тільки використані ключі");
    $display("✓ Гнучкість - будь-який тип ключа");
    $display("✓ Зручні методи: exists(), first(), next(), delete()");
    $display("");
    $display("✗ НЕ синтезується в апаратуру");
    $display("✗ Тільки для верифікації");
    $display("✗ Потребує комерційний симулятор");
    
    $display("\n");
    $display("Використовуйте associative arrays для:");
    $display("  • Lookup tables з динамічним розміром");
    $display("  • Sparse memory models");
    $display("  • Scoreboards та checkers");
    $display("  • MAC/routing tables");
    $display("  • Cache simulators");
    
    $display("\n======================================================================\n");
    
  end

endmodule