非同期回路とは

非同期回線は、操作が完了したときにデータを転送する、ほぼ独立したコンポーネントのネットワークです。 これは、グローバルタイミング信号に応答して要素がデータをポーリングする同期回路とは対照的です。 非同期回線では、データ転送プロトコルがデータ交換のタイミングと方法を決定します。 各コンポーネントを定期的にポーリングする代わりに、コンポーネント自体が準備ができたことを通知すると、データが転送されます。

電子回路の実装の大半は、同期設計を使用しています。 これは、すべてのコンポーネントが同じ時間枠内で動作する単純なモデルです。 非同期回路では、コンポーネントは時間枠とは無関係に動作します。 グローバルに課される離散時間の代わりに、コンポーネントはハンドシェイクと転送プロトコルを使用します。 これらは、必要な同期、データ転送、および操作シーケンスを実行します。

非同期回線で使用される転送プロトコルがいくつかあります。 すべてにハンドシェイクが含まれます。これにより、コンポーネントが近隣にデータを渡す準備ができたときに、近隣がデータを自由に受信して渡すことができます。 コンポーネントは共通の時間枠を参照せずに機能するため、操作は順不同で完了する場合があります。 転送プロトコルは、適切な順序で組み立てられるように生成されたデータをエンコードします。

初期の一部のコンピューターは非同期設計を採用していました。 イリノイ大学が1951年に開発したイリノイ州インテグレーターおよび自動コンピューター、またはILLIAC Iは、そのような設計でした。 しかし、集積回路技術の急速な進歩には、利用可能なリソースと互換性のあるより基本的な設計が必要でした。 システムクロックとの同期設計が推奨されるアプローチになりました。

非同期回路設計には、いくつかの潜在的な利点があります。 電力消費は、タイミング回路を排除することではるかに少なくなり、使用されていないトランジスタに電力を供給する必要がなくなります。 動作速度は、コンポーネント間の実際の遅延によって決まります。 同期設計では、最も弱い要素に対応するために速度が課されます。 非同期ロジックの下で動作するように設計された回路は、通常、製造プロセスに起因するコンポーネント部品のわずかな変動による影響が少なくなります。

非同期回路設計の欠点は、主にその複雑さに起因します。 必要な要素の数は、同期回路に必要な要素の数よりもはるかに多くなる可能性があります。 非同期回路設計用に作られたコンピューター支援設計（CAD）ツールはほとんどありません。 これらの回路は、従来の設計よりもデバッグとトラブルシューティングがはるかに困難です。 追加のハードウェアオーバーヘッドと実装の困難さが、電力消費と効率の向上を相殺する可能性があります。