مدار آسنکرون

یک مدار آسنکرون یا خود زمان یک مدار منطقی دیجیتال ترتیبی است که به وسیلهٔ یک مدار کلاک یا کلاک مرجع کنترل نمی‌شود و به جای آن از سیگنال‌هایی استفاده می‌کند که بیان کننده اتمام دستورالعمل‌ها و عملیات هاست که به وسیلهٔ ‍‍‍‍‍‍‍‍پروتکل‌های انتقال ساده داده مشخص می‌شوند. این نوع مدار در تضاد با مدارهای سنکرون است که درآن‌ها تغییر در مقادیر سیگنال در مدار به وسیلهٔ پالس‌های تکرار شونده که سیگنال کلاک نامیده می‌شوند، انجام می‌شود.
امروزه بیش تر تجهیزات دیجیتالی از مدارهای سنکرون استفاده می‌کنند اگر چه مدارهای آسنکرون پتانسیل سریع تر بودن را دارند و ممکن است دارای مزایای مصرف انرژی کم‌تر، تداخل الکترومغناطیسی کم‌تر و ماژولار بهتر در سیستم‌های بزرگ باشند. مدارهای آسنکرون یک حوزهٔ فعال تحقیق در طراحی مدارهای منطقی هستند.

تقابل منطق سنکرون و آسنکرون

مدارهای منطقی می‌توانند به دو دستهٔ مدارهای منطقی ترکیبی (در آن‌ها سیگنال خروجی فقط به سیگنال ورودی فعلی وابسته است) ومنطق ترتیبی (در آن‌ها خروجی هم به ورودی فعلی و هم به ورودی پیشین وابسته است) تقسیم می‌شوند.
در مدارهای منطقی سنکرون یک اسیلاتور الکترونیکی یک سری تکرارشونده از پالس‌های هم اندازه را تولید می‌کنند که سیگنال کلاک نامیده می‌شود. سیگنال کلاک یاد شده به تمام المان‌های حافظه موجود در مدار که فلیپ-فلاپ نامیده می‌شود اعمال می‌شود. خروجی فلیپ-فلاپ‌ها فقط زمانی تغییر می‌کند که لبهٔ پالس کلاک ایجاد شود؛ بنابراین تغییرات در سیگنال‌های منطقی مدار همگی به صورت همزمان و در فاصلهٔ منظم همگام با کلاک انجام می‌شود. خروجی تمام اجزای مدار حالت مدار نامیده می‌شود.
حالت یک مدار سنکرون فقط با پالس کلاک تغییر می‌کند. تغییر در سیگنال نیز به مقدار مشخصی از زمان برای انتشار از طریق گیت‌های منطق ترکیبی مدار دارد که تأخیر انتشار نامیده می‌شود. دوره تناوب سیگنال کلاک به اندازهٔ کافی طول می‌کشد بنابراین خروجی تمام گیت‌های منطقی زمان کافی برای پایدار شدن مقادیرشان پیش از پالس کلاک بعدی را دارند. تا زمانی که این شرایط برآورده شود، مدارهای سنکرون به صورت پایدار عمل می‌کنند بنابراین طراحی این مدارها ساده است.
هرچند یک نقص مدارهای سنکرون این است که آهسته هستند. حداکثر سرعت کلاک ممکن به وسیلهٔ سیر منطقی با طولانی‌ترین تأخیر انتشار تعیین می‌شود که مسیر بحرانی نامیده می‌شود؛ بنابراین مسیرهای منطقی که سریعاً عملیات خود را به پایان می‌رسانند اغلب بیکار هستند. مشکل دیگر این است که سیگنال کلاکی که به‌طور گسترده توزیع شده‌است توان زیادی مصرف می‌کند و این عمل پیوسته انجام می‌شود خواه مدار ورودی بگیرد یا نگیرد.
در مدارهای آسنکرون سیگنال کلاک وجود ندارد و حالت مدار به محض تغییر ورودی تغییر می‌کند. از آن جا که مدارهای آسنکرون برای پردازش ورودی مجبور به انتظار برای یک پالس کلاک نیستند، می‌توانند از مدارهای سنکرون سریع تر باشند و سرعت آن‌ها از نظر تئوری فقط با تأخیر انتشار گیت‌های منطقی محدود می‌شود. با این حال طراحی مدارهای آسنکرون مشکل‌تر است و این مسئله ای است که در مدارهای سنکرون وجود ندارد. این موضوع به این دلیل است که حالت حاصل از یک مدار آسنکرون می‌تواند حساس به زمان رسیدن نسبی ورودی‌ها در گیت‌ها باشد. اگر انتقال دو ورودی در یک زمان تقریباً یکسان باشد، مدار ممکن است به حالت اشتباه وابسته به اختلاف ناشی از تأخیر انتشار گیت‌ها برود که به آن وضعیت رقابت می‌گویند. این وضعیت در مدارهای سنکرون بسیار کم‌تر است چرا که وضعیت رقابت فقط هنگامی می‌تواند رخ دهد که ورودی‌ها از خارج سیستم سنکرون باشند که ورودی‌های آسنکرون نامیده می‌شوند.
اگر چه بعضی از سیستم‌های دیجیتال به صورت تماماً آسنکرون ساخته شده‌اند، امروزه مدارهای آسنکرون معمولاً در بخش‌های بحرانی مدارهای سنکرون استفاده می‌شوند و سرعت آن‌ها در مقیاس بالاتری است همچون مدارهای پردازش سیگنال.

مبانی نظری

لفظ منطق آسنکرون برای توصیف مدل‌های مختلف طراحی استفاده می‌شود که از فرضیات مختلف در مورد ویژگی‌های مدار استفاده می‌کند.این مدل‌ها با مدل تأخیر همراه متفاوت است که از المان‌های پردازش داده متعارف با اتمام نشان داده شده توسط یک مدل تأخیر محلی تولید شده-برای طراحی تأخیر غیر حساس-جایی که تاخیرهای دلخواه درون المان‌های مدار می‌توانند تطبیق داده شوند.
مدل بعدی تمایل دارد به مداری دست یابد که بزرگ‌تر از پیاده‌سازی داده‌های همراه اند اما نسبت به طرح بندی و دگرگونی‌های پارامتریک غیر حساس اند و بنابراین به وسیلهٔ طراحی اصلاح می‌شوند.
شبکه‌های پتری شبکه ای جذاب و قدرتمند برای استدلال در مورد مدارهای آسنکرون هستند. با این حال شبکه‌های پتری برای فقدان واقع گرایی فیزیکی مورد انتقاد قرار گرفته‌اند. (نگاه کنید به شبکه پتری:مدل‌های بعدی همزمان). بعد از شبکه پتری مدل‌های همگرایی دیگری توسعه داده شدند که می‌توانند مدارات آسنکرون را مدل سازی کنند که شامل مدل‌های اکتر و محاسبات فرایندی است.