Circuitos Assincronos
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Circuitos Assíncronos
Evandro Luiz Trebien
Luís Insaurriaga Duarte
Projeto de Sistemas Digitais
Outubro’15
Universidade de Santa Cruz do Sul
2
Tópicos
• Introdução
• Blocos (Funcional, Armazenamento, Fim de Cálculo)
• Hazards (Estático e Dinâmico)
• Protocolo de Comunicação
• Tempo de Propagação
• Elementos de Base (Células Muller, Células M e N,
Registradores)
• Codificação de Dados (Single Rail e Dual Rail)
• Lógica de Fim de Cálculo
• Vantagens e Desvantagens
• Conclusões
• Referências
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Introdução
• Circuitos Síncronos:
○ Distribuição de sinais de sincronismo;
○ Interferência do meio;
○ Possíveis atrasos;
• Circuitos Assíncronos:
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Introdução
Circuitos Assíncronos são circuitos que não dependem
de um sinal de sincronismo (clock), os mesmos variam de
estado de acordo com uma lógica de controle.
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Blocos
Os circuitos assíncronos são implementados através de
estágios onde cada um deles é composto por um:
● Bloco funcional;
● Bloco de armazenamento;
● Circuito de detecção de fim de cálculo
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Bloco Funcional
O bloco funcional é responsável pelo cálculo
propriamente dito, é um circuito combinacional, ou seja,
os valores das saídas dependem exclusivamente dos
valores de entrada.
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Bloco de Armazenamento
O bloco de armazenamento é responsável por guardar a
informação oriunda do bloco funcional, é controlado por
um sinal que avisa quando o resultado do bloco funcional
já pode ser copiado.
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Detecção de Fim de Cálculo
O circuito de detecção de fim de cálculo é responsável
por verificar se os valores de saída do bloco funcional
estão corretos, para só assim serem copiados para o
bloco de armazenamento.
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Hazards
Os hazards são alterações indesejáveis nos níveis dos
sinais nos circuitos durante suas transições (HAUCK,
1995) e (SPARSO, 2001).
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Hazards em Circuitos Assíncronos
Uma variação indesejada com curta duração no valor de
uma saída, são causados pela estrutura e tempo de
propagação.
A. Estático : pode acontecer quando ocorre uma transição
de mesmo nível lógico nas entradas de um circuito e as
suas saídas mostram, durante um pequeno intervalo de
tempo, um nível lógico diferente dessas entradas.
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Hazards em Circuitos Assíncronos
Uma variação indesejada com curta duração no valor de
uma saída, são causados pela estrutura e tempo de
propagação.
B. Dinâmico: pode acontecer quando se tem uma mudança
de níveis lógicos nas entradas e as suas saídas não
passam imediatamente para esses níveis lógicos.
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Protocolos de comunicação
Os circuitos assíncronos são controlados através de
protocolos de comunicação, sendo independentes do
sinal do relógio, conforme (HAUCK, 1995) e (SPARSO,
2001)
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Tempo de Propagação
Os circuitos assíncronos são mais rápidos que os
síncronos, sua velocidade só é limitada pelo atraso ou
tempo de propagação que pode ser definido como o
tempo que as alterações no sinal exigem para se
propagar através das portas lógicas.
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Elementos de Base
São compostos por:
● Células Muller;
● Células M de N;
● Registradores assíncronos.
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Célula Muller
A célula Muller ou elemento C de Muller funciona como
um latch set-reset assíncrono, (HAUCK, 1995),
(SPARSO, 2001) e (RIGAUD, 2002).
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Célula M de N
A célula M de N, também chamada de threshold gate,
(FANT, 1997) e (KUANG, 2003), apresenta um
comportamento similar ao da célula Muller com a diferença
que a sua saída deverá mudar de 0 para 1 quando apenas
M das N entradas existentes estejam em 1.
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Registradores Assíncronos
O Registrador é responsável por armazenar a
informação entre os blocos funcionais nos circuitos
assíncronos. O seu controle é feito pelo sinal de habilita
que é enviado pelo protocolo de comunicação do circuito.
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Parâmetros
• Codificação de dados:
• Single Rail: Cada bit de informação trafega por apenas um
único caminho;
• Nesse tipo de codificação o transmissor gera um sinal
avisando que está enviando o dado e o receptor gera um
sinal dizendo que recebeu o dado que lhe foi enviado.
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Parâmetros
• Codificação de dados:
• Dual Rail: Cada bit de informação trafega por dois caminhos
distintos;
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Parâmetros
• Codificação de dados:
• Também pode-se usar o Reset como espaçador, ou
seja, é enviado o dado válido e um dado vazio.
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Lógica de Fim de Cálculo
Uma vez que não existe sinal de relógio principal nos
circuitos assíncronos, existe a necessidade de que os
blocos funcionais ou aqueles que realizam os cálculos no
circuito avisem aos demais blocos que terminaram esse
cálculo, (SPARSO, 2001).
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Lógica de Fim de Cálculo
• Elemento de Atraso
Esse método para indicar que o cálculo foi realizado
consiste na estimativa do tempo utilizado por um
bloco combinacional ao realizar uma determinada
operação de cálculo no circuito.
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Vantagens
• Melhor modularidade;
• Menor consumo de energia;
• Menos sensível a interferências eletromagnéticas;
• Mais rápidos, limitados apenas pelo tempo de propagação;
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Desvantagens
• Projeto mais complexo;
• Testes mais complexos;
• Menos pessoas treinadas nesta área;
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Conclusões
● Os circuitos assíncronos não são tão utilizados pois tem
uma grande dificuldade no seu desenvolvimento, o
funcionamento correto do circuito depende de
características temporais.
● Os componentes ou portas lógicas tem atrasos que não
são fixos, podendo ser diferente até para o mesmo
fabricante.
● Podemos deduzir que existe a possibilidade de melhorar
o desempenho e a eficiência dos sistemas digitais
através do uso de circuitos assíncronos!
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Referências
● MOCHO, R. Circuitos Assíncronos na Plataforma FPGA.
2006. 132 f. Dissertação - Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Porto Alegre. 2006
Assynchronous Circuit
● https://en.wikipedia.org/wiki/Asynchronous_circuit
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Grato pela atenção!