Wat is een asynchroon circuit?
Een asynchroon circuit is een netwerk van grotendeels onafhankelijke componenten die gegevens doorsturen wanneer hun activiteiten zijn voltooid. Dit in tegenstelling tot een synchrone schakeling waarbij de elementen worden opgevraagd voor gegevens in reactie op een globaal timingsignaal. In een asynchrone schakeling bepalen gegevensoverdrachtprotocollen wanneer en hoe gegevens worden uitgewisseld. In plaats van elk onderdeel regelmatig te pollen, worden gegevens overgedragen wanneer het onderdeel zelf aangeeft dat het gereed is.
De meeste implementaties van elektronische circuits maken gebruik van een synchroon ontwerp. Dit is een eenvoudiger model waarbij alle componenten binnen hetzelfde tijdsbestek werken. In een asynchroon circuit werken de componenten onafhankelijk van elk tijdsbestek. In plaats van een discrete tijd die wereldwijd wordt opgelegd, gebruiken de componenten handshake- en overdrachtsprotocollen. Deze voeren de nodige synchronisatie, gegevensoverdracht en bewerkingsvolgorde uit.
Er zijn verschillende overdrachtsprotocollen gebruikt in asynchrone circuits. Alle functies omvatten handshaking, wat verzekert dat wanneer een component klaar is om gegevens aan een buur door te geven, de buur vrij is om deze te ontvangen en door te geven. Omdat de componenten werken zonder verwijzing naar een gemeenschappelijk tijdsbestek, kunnen bewerkingen buiten de reeks worden voltooid. Het overdrachtsprotocol codeert de geproduceerde gegevens zodanig dat deze in de juiste volgorde kunnen worden samengesteld.
Sommige vroege computers hadden een asynchroon ontwerp. De Illinois Integrator en Automatic Computer, of ILLIAC I, ontwikkeld door de Universiteit van Illinois in 1951, was zo'n ontwerp. Snelle vooruitgang in geïntegreerde circuittechnologie vereiste echter een meer basisontwerp dat compatibel was met de beschikbare bronnen. Synchroon ontwerp met een systeemklok kreeg de voorkeur.
Asynchrone circuitontwerp heeft verschillende potentiële voordelen. Het stroomverbruik zou veel minder zijn als het tijdcircuit wordt uitgeschakeld en er geen noodzaak is om transistors te gebruiken die niet worden gebruikt. De bedrijfssnelheid zou worden bepaald door werkelijke latenties tussen componenten. In synchroon ontwerp wordt de snelheid opgelegd om het zwakste element op te vangen. Een circuit ontworpen om te werken volgens asynchrone logica zou typisch minder worden beïnvloed door de kleine variaties in componenten als gevolg van het fabricageproces.
Nadelen van het ontwerp van asynchrone circuits komen vooral voort uit de complexiteit ervan. Het aantal benodigde elementen kan veel groter zijn dan dat vereist voor een synchrone schakeling. Er zijn weinig CAD-hulpmiddelen (Computer Assisted Design) gemaakt voor het ontwerp van asynchrone circuits. Deze circuits zijn ook veel moeilijker te debuggen en problemen op te lossen dan conventionele ontwerpen. De extra hardware-overhead en problemen bij de implementatie kunnen de winst in stroomverbruik en efficiëntie compenseren.