Was ist eine asynchrone Schaltung?
Eine asynchrone Schaltung ist ein Netzwerk von weitgehend unabhängigen Komponenten, die Daten weiterleiten, wenn ihre Vorgänge abgeschlossen sind. Dies steht im Gegensatz zu einer synchronen Schaltung, in der die Elemente als Reaktion auf ein globales Timing -Signal für Daten befragt werden. In einer asynchronen Schaltung bestimmen Datenübertragungsprotokolle, wann und wie Daten ausgetauscht werden. Anstatt regelmäßig jede Komponente zu befragen, werden die Daten übertragen, wenn die Komponente selbst signalisiert, dass sie fertig sind.
Die Mehrheit der elektronischen Schaltkreisimplementierungen verwendet synchrones Design. Dies ist ein einfacheres Modell, bei dem alle Komponenten innerhalb des gleichen Zeitrahmens arbeiten. In einer asynchronen Schaltung arbeiten die Komponenten unabhängig von jedem Zeitrahmen. Anstelle einer weltweit diskreten Zeit verwenden die Komponenten Handshake- und Transferprotokolle. Diese führen die erforderliche Synchronisation, Datenübertragung und Betriebssequenzierung durch.
In asynchronen Schaltungen werden mehrere Transferprotokolle verwendet. Alle umfassen HandshakinG, was sicherstellt, dass der Nachbarn, wenn eine Komponente bereit ist, Daten an einen Nachbarn weiterzugeben, es frei zu erhalten und weitergeben. Da die Komponentenfunktion ohne Verweis auf einen gemeinsamen Zeitrahmen, können Operationen außerhalb der Sequenz abgeschlossen werden. Das Transferprotokoll codiert die Daten, die so erstellt wurden, dass es in der richtigen Reihenfolge zusammengesetzt werden kann.
Einige frühe Computer verwendeten asynchrones Design. Der Illinois Integrator und der automatische Computer oder der 1951 von der University of Illinois entwickelte Iliac I waren ein solches Design. Eine schnelle Weiterentwicklung in der integrierten Schaltungstechnologie erforderte jedoch ein grundlegenderes Design, das mit den verfügbaren Ressourcen kompatibel war. Synchrones Design mit einer Systemuhr wurde zum bevorzugten Ansatz.
asynchrones Schaltungsdesign hat mehrere potenzielle Vorteile. Der Stromverbrauch wäre bei der Beseitigung des Zeitkreislaufs und es bei Bein weit geringer seinG keine Notwendigkeit, Transistoren nicht zu betreiben. Die Betriebsgeschwindigkeit würde durch die tatsächlichen Latenzen zwischen Komponenten bestimmt. In synchronem Design wird die Geschwindigkeit auferlegt, um das schwächste Element aufzunehmen. Eine Schaltung, die für den Betrieb unter asynchroner Logik ausgelegt ist, wird aufgrund des Herstellungsprozesses in der Regel durch die geringfügigen Abweichungen der Komponententeile weniger bewirkt.
Nachteile des asynchronen Schaltungsdesigns stammen hauptsächlich aus seiner Komplexität. Die Anzahl der erforderlichen Elemente kann viel größer sein als die für eine Synchronschaltung erforderlich. Es gibt nur wenige computergestützte Designtools (CAD) für asynchrone Schaltungsdesign. Diese Schaltungen sind auch weitaus schwieriger zu debuggen und zu beheben als konventionelle Designs. Der zusätzliche Hardware -Overhead und die Schwierigkeit bei der Implementierung können Gewinne des Stromverbrauchs und der Effizienz ausgleichen.