Асинхронная система

Основное внимание в этой статье уделяется асинхронному управлению в цифровых электронных системах. ^[1]^[2] В синхронной системе операции ( инструкции , вычисления , логика и т. д.) координируются одним или несколькими централизованными тактовыми сигналами . Асинхронная система , напротив, не имеет глобальных часов. Надежная работа асинхронных систем не зависит от строгого времени прибытия сигналов или сообщений. Координация достигается с помощью архитектуры, управляемой событиями , инициируемой поступлением сетевых пакетов , изменениями (переходами) сигналов, протоколами квитирования и другими методами.

Модульность [ править ]

Асинхронные системы, подобно объектно-ориентированному программному обеспечению, обычно состоят из модульных «аппаратных объектов», каждый из которых имеет четко определенные интерфейсы связи . Эти модули могут работать с переменной скоростью, будь то из-за обработки данных, динамического масштабирования напряжения или изменения процесса . Затем модули можно объединить для формирования корректной рабочей системы без привязки к глобальному тактовому сигналу . Обычно достигается низкая мощность , поскольку компоненты активируются только по требованию. Более того, было показано, что несколько асинхронных стилей подходят для синхронизированных интерфейсов и, таким образом, поддерживают дизайн со смешанной синхронизацией. правильного построения Следовательно, асинхронные системы хорошо отвечают потребностям в методологиях при сборке крупномасштабных гетерогенных и масштабируемых систем.

Стили дизайна [ править ]

Существует широкий спектр стилей асинхронного проектирования с компромиссом между надежностью и производительностью (и другими параметрами, такими как мощность). Выбор стиля дизайна зависит от цели приложения: надежность/простота проектирования или скорость. В наиболее надежных конструкциях используются « схемы, нечувствительные к задержке », работа которых корректна независимо от задержек на воротах и проводах ; однако с использованием этого стиля можно разработать лишь ограниченные полезные системы. Чуть менее надежными, но гораздо более полезными являются схемы, квазинечувствительные к задержке (также известные как схемы, независимые от скорости), такие как нечувствительный к задержке минтерм-синтез , которые работают правильно независимо от задержек на вентилях ; однако провода в каждой точке разветвления должны быть настроены примерно на равные задержки. Менее надежные, но более быстрые схемы, требующие простых локализованных односторонних временных ограничений , включают контроллеры, использующие работу в основном режиме (т.е. с требованиями установки/удержания, когда могут быть получены новые входные данные), и объединенные пути передачи данных, использующие согласованные задержки (см. ниже). В крайнем случае, были предложены высокопроизводительные «синхронные схемы», в которых используются жесткие двусторонние временные ограничения, где тактовой частоты по- прежнему можно избежать, но требуется тщательная настройка физической задержки, например, для некоторых высокоскоростных конвейерных приложений.

Асинхронная связь [ править ]

Асинхронная связь обычно осуществляется по каналам связи . Связь используется как для синхронизации операций параллельной системы, так и для передачи данных. Простой канал обычно состоит из двух проводов: запроса и подтверждения. четырехфазного установления связи В « протоколе » (или с возвратом к нулю) запрос утверждается компонентом-отправителем, а получатель отвечает, утверждая подтверждение; затем оба сигнала по очереди снимаются. двухфазного установления связи В « протоколе » (или сигнализации перехода) запрашивающая сторона просто переключает значение в канале запроса (один раз), а получатель отвечает, переключая значение в канале подтверждения. Каналы также могут быть расширены для передачи данных.

Асинхронные пути данных [ править ]

Асинхронные пути данных обычно кодируются с использованием нескольких схем. В надежных схемах для каждого бита используются два провода или «рельсы», что называется «кодированием с двумя шинами». В этом случае утверждается, что первый рельс передает значение 0, или утверждается, что второй рельс передает значение 1. Утвержденная шина затем сбрасывается в ноль перед передачей следующего значения данных, тем самым указывая состояние «нет данных» или «разделитель». Менее надежная, но широко используемая и практичная схема называется «однорельсовые пакетные данные». Здесь может использоваться одноканальный (т.е. синхронный) функциональный блок с соответствующей задержкой, согласованной в худшем случае . После поступления действительных входных данных сигнал запроса утверждается в качестве входа для согласованной задержки. Когда согласованная задержка выдает результат «готово», блок гарантированно завершил вычисление. Хотя эта схема имеет временные ограничения, они просты, локализованы (в отличие от синхронных систем ) и односторонние, поэтому их обычно легко проверить.

Литература [ править ]

Литература в этой области существует в различных материалах конференций и журналов. также публиковалось множество асинхронных статей. Ведущим симпозиумом является IEEE Async Symposium (Международный симпозиум по асинхронным схемам и системам), основанный в 1994 году. С середины 1980-х годов на таких конференциях, как IEEE/ACM Design Automation Conference , IEEE International Conference, по компьютерному дизайну , Международная конференция IEEE/ACM по компьютерному проектированию , Международная конференция по твердотельным схемам. Архивировано 16 марта 2010 г. в Wayback Machine , и Advanced Research in VLSI, а также в ведущих журналах, таких как IEEE Transactions on VLSI. Системы, транзакции IEEE по автоматизированному проектированию интегральных схем и систем и транзакции по распределенным вычислениям.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Лосада, Мария Гуинальдо; Рубио, Франсиско Родригес; Спит, Себастьян (04 октября 2015 г.). Асинхронное управление сетевыми системами . Спрингер. ISBN 9783319212999 .
^ Спарсё, Йенс; Фербер, Стив (17 апреля 2013 г.). Принципы проектирования асинхронных схем: системная перспектива . Springer Science & Business Media. ISBN 9781475733853 .

С. М. Новик и М. Сингх, «Асинхронное проектирование — Часть 1: Обзор и последние достижения» , IEEE Design and Test, vol. 32:3, стр. 5–18 (май/июнь 2015 г.).
С.М. Новик и М. Сингх, «Асинхронное проектирование — Часть 2: Системы и методологии» , IEEE Design and Test, vol. 32:3, стр. 19–28 (май/июнь 2015 г.)
- Эти две статьи дают широкое и современное представление о современном состоянии асинхронного проектирования. Они включают краткую историю асинхронного проектирования, а также техническое введение в протоколы установления связи и кодирование данных, безопасную логику и конструкцию контроллера. Они также охватывают недавние промышленные успехи в основных технологиях (IBM, Intel, Philips Semiconductors и т. д.), а также недавние применения в новых областях (нейроморфные компьютеры, гибкая электроника, квантовые клеточные автоматы , цифровые сигнальные процессоры непрерывного времени, проектирование сверхнизких напряжений). , экстремальные условия). Подробно освещаются несколько областей применения с широким спектром цитируемых публикаций: системы GALS, сети на кристалле, компьютерная архитектура, тестирование и проектирование для тестируемости, а также разработка инструментов САПР.
Клэр Тристрам, «Пришло время для безтактовых чипов», обложка журнала MIT's Technology Review Magazine, vol. 104:8, стр. 36–41, октябрь 2001 г.
CH ван Беркель, М.Б. Джозефс и С.М. Новик, Применение асинхронных схем , Труды IEEE, Vol. 87, № 2, стр. 223–233, февраль 1999 г. ( Весь этот выпуск посвящен асинхронным схемам вместе со многими другими соответствующими статьями .)
Л. Лаваньо и С.М. Новик, «Асинхронные схемы управления», глава 10 в ред. Соха Хассун и Цутому Сасао (2002). Логический синтез и проверка . Академическое издательство Клувер. ISBN 0-7923-7606-4 . {{cite book}}: |author= имеет общее название ( справка ) , стр. 255–284 ( Включает указатели на новейшие асинхронные микросхемы, а также описание методов САПР для асинхронных схем управления .)

Адаптировано из Стива Новика колонки ACM SIGDA в электронном бюллетене Игоря Маркова.
Исходный текст доступен по адресу https://web.archive.org/web/20060624073502/http://www.sigda.org/newsletter/2006/eNews_060115.html.

Внешние ссылки [ править ]

Безтактовый процессор ARM ARM996HS. Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine.
Наварра AsyncArt. N-протокол: методология асинхронного проектирования для FPGA
Страница асинхронного дизайна в Университете Ньюкасла
Workcraft: набор инструментов для асинхронного синтеза и проверки схем https://workcraft.org/

[1] Лосада, Мария Гуинальдо; Рубио, Франсиско Родригес; Спит, Себастьян (04 октября 2015 г.). Асинхронное управление сетевыми системами . Спрингер. ISBN 9783319212999 .

[2] Спарсё, Йенс; Фербер, Стив (17 апреля 2013 г.). Принципы проектирования асинхронных схем: системная перспектива . Springer Science & Business Media. ISBN 9781475733853 .

[1]

[2]