Circuitos Assíncronos

Evandro Luiz Trebien

Luís Insaurriaga Duarte

Projeto de Sistemas Digitais

Outubro’15

Universidade de Santa Cruz do Sul

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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!