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 Daten übertragen, wenn die Komponente selbst signalisiert, dass sie fertig ist.

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 Handschütteln, 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 Verweise auf einen gemeinsamen Zeitrahmen fungieren, können Operationen nicht mehr abgeschlossen werden.Das Transferprotokoll codiert die Daten, die so erzeugt werden, dass es in der richtigen Reihenfolge zusammengestellt werden kann.

Einige frühe Computer verwendeten asynchrones Design.Der Illinois Integrator und Automatic Computer oder Iliac I, der 1951 von der University of Illinois entwickelt wurde, war ein solches Design.Schnelle Fortschritte in der integrierten Schaltungstechnologie erforderten 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 Zeitschaltkreises weitaus weniger und es ist nicht erforderlich, Transistoren nicht zu verwenden.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 typischerweise weniger durch die geringfügigen Schwankungen der Komponententeile bewirkt.Die Anzahl der erforderlichen Elemente kann viel größer sein als die für eine Synchronschaltung erforderlich.Es gibt nur wenige computergestützte Design -Tools (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.