Что такое асинхронная схема?

Асинхронная схема - это сеть в значительной степени независимых компонентов, которые пересылают данные после завершения их операций. Это в отличие от синхронной схемы, где элементы опрашиваются для данных в ответ на глобальный сигнал синхронизации. В асинхронной схеме протоколы передачи данных определяют, когда и как осуществляется обмен данными. Вместо регулярного опроса каждого компонента данные передаются, когда сам компонент сообщает о своей готовности.

Большинство реализаций электронных схем используют синхронный дизайн. Это более простая модель, где все компоненты работают в одном и том же периоде времени. В асинхронной схеме компоненты работают независимо от любого временного интервала. Вместо общего времени, навязанного глобально, компоненты используют протоколы рукопожатия и передачи. Они выполняют необходимую синхронизацию, передачу данных и последовательность операций.

В асинхронных цепях используется несколько протоколов передачи. Все это включает в себя квитирование, которое гарантирует, что когда компонент готов передать данные соседу, сосед может получить и передать его. Поскольку компоненты функционируют без привязки к общему времени, операции могут выполняться не по порядку. Протокол передачи кодирует данные, полученные таким образом, что они могут быть собраны в правильном порядке.

Некоторые ранние компьютеры использовали асинхронный дизайн. Иллинойс Интегратор и автоматический компьютер, или ILLIAC I, разработанный Университетом Иллинойса в 1951 году, был такой дизайн. Быстрое продвижение в технологии интегральных схем потребовало более базового дизайна, который был бы совместим с доступными ресурсами. Синхронный дизайн с системными часами стал предпочтительным подходом.

Конструкция асинхронной схемы имеет несколько потенциальных преимуществ. Потребление энергии будет намного меньше, если исключить схему синхронизации, и нет необходимости использовать транзисторы, которые не используются. Рабочая скорость будет определяться фактическими задержками между компонентами. В синхронном дизайне скорость навязывается для размещения самого слабого элемента. Схема, предназначенная для работы в асинхронной логике, обычно менее подвержена влиянию небольших изменений в компонентах из-за производственного процесса.

Недостатки конструкции асинхронной схемы обусловлены главным образом ее сложностью. Количество необходимых элементов может быть намного больше, чем требуется для синхронной схемы. Существует несколько инструментов автоматизированного проектирования (САПР), предназначенных для проектирования асинхронных схем. Эти схемы также намного сложнее отлаживать и устранять неисправности, чем обычные конструкции. Дополнительные аппаратные издержки и трудности в реализации могут компенсировать выигрыш в потребляемой мощности и эффективности.