Co to jest obwód asynchroniczny?

Obwód asynchroniczny to sieć w dużej mierze niezależnych komponentów, które przekazują dane po zakończeniu operacji. Jest to w przeciwieństwie do obwodu synchronicznego, w którym elementy są odpytywane o dane w odpowiedzi na globalny sygnał taktowania. W obwodzie asynchronicznym protokoły przesyłania danych określają, kiedy i jak dane są wymieniane. Zamiast regularnego odpytywania każdego komponentu, dane są przesyłane, gdy sam komponent sygnalizuje, że jest gotowy.

Większość implementacji układów elektronicznych wykorzystuje projektowanie synchroniczne. Jest to prostszy model, w którym wszystkie komponenty działają w tym samym czasie. W obwodzie asynchronicznym komponenty działają niezależnie od dowolnych ram czasowych. Zamiast narzuconego globalnie dyskretnego czasu, komponenty używają protokołów uzgadniania i przesyłania. Wykonują one niezbędną synchronizację, przesyłanie danych i sekwencjonowanie operacji.

Istnieje kilka protokołów przesyłania używanych w obwodach asynchronicznych. Wszystkie obejmują uzgadnianie, które zapewnia, że ​​gdy komponent jest gotowy do przesłania danych do sąsiada, sąsiad może go odebrać i przekazać dalej. Ponieważ komponenty działają bez odniesienia do wspólnego przedziału czasowego, operacje mogą być wykonywane poza kolejnością. Protokół przesyłania koduje dane wytworzone w taki sposób, aby można je było złożyć we właściwej kolejności.

Niektóre wczesne komputery stosowały projektowanie asynchroniczne. Illinois Integrator and Automatic Computer, lub ILLIAC I, opracowany przez University of Illinois w 1951 r., Był takim projektem. Szybki rozwój technologii układów scalonych wymagał jednak bardziej podstawowej konstrukcji, która byłaby zgodna z dostępnymi zasobami. Preferowanym rozwiązaniem stało się projektowanie synchroniczne z zegarem systemowym.

Układ obwodu asynchronicznego ma kilka potencjalnych zalet. Pobór mocy byłby znacznie mniejszy dzięki wyeliminowaniu obwodu czasowego i nie byłoby potrzeby używania tranzystorów mocy nieużywanych. Prędkość roboczą określa się na podstawie rzeczywistych opóźnień między komponentami. W konstrukcji synchronicznej prędkość jest dostosowywana do najsłabszego elementu. Obwód zaprojektowany do działania w oparciu o logikę asynchroniczną byłby zwykle mniej podatny na niewielkie zmiany w częściach składowych spowodowane procesem produkcyjnym.

Wady projektowania obwodów asynchronicznych wynikają głównie z ich złożoności. Liczba niezbędnych elementów może być znacznie większa niż wymagana dla obwodu synchronicznego. Istnieje kilka narzędzi projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) do projektowania obwodów asynchronicznych. Obwody te są również znacznie trudniejsze do debugowania i rozwiązywania problemów niż konwencjonalne konstrukcje. Dodatkowe obciążenie sprzętowe i trudność we wdrożeniu mogą zrównoważyć wzrost zużycia energii i wydajności.