نظام غير متزامن

📅 آخر تحديث: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يركز هذا المقال بشكل أساسي على التحكم غير المتزامن في الأنظمة الإلكترونية الرقمية. [ 1 ] [ 2 ] في النظام المتزامن ، تُنسق العمليات ( التعليمات ، والحسابات ، والمنطق ، وما إلى ذلك) بواسطة إشارة ساعة مركزية واحدة أو أكثر . أما النظام غير المتزامن ، على النقيض من ذلك، فلا يحتوي على ساعة مركزية. ولا تعتمد الأنظمة غير المتزامنة على أوقات وصول دقيقة للإشارات أو الرسائل لضمان التشغيل الموثوق. ويتحقق التنسيق باستخدام بنية تعتمد على الأحداث، والتي يتم تفعيلها بوصول حزم الشبكة ، وتغيرات (انتقالات) الإشارات، وبروتوكولات المصافحة، وغيرها من الأساليب.

نمطية التصميم

تُبنى الأنظمة غير المتزامنة، على غرار البرمجيات الموجهة للكائنات ، عادةً من وحدات برمجية معيارية ، لكل منها واجهات اتصال محددة بدقة . قد تعمل هذه الوحدات بسرعات متغيرة، سواءً بسبب معالجة البيانات، أو تغيير الجهد الديناميكي ، أو اختلاف عمليات التصنيع . يمكن بعد ذلك دمج هذه الوحدات لتشكيل نظام عمل متكامل، دون الحاجة إلى إشارة ساعة عامة . عادةً ما يتم الحصول على استهلاك منخفض للطاقة لأن المكونات لا تُفعّل إلا عند الحاجة. علاوة على ذلك، أثبتت العديد من أنماط الأنظمة غير المتزامنة قدرتها على استيعاب واجهات التوقيت، وبالتالي دعم تصميم التوقيت المختلط. لذا، تُلبي الأنظمة غير المتزامنة الحاجة إلى منهجيات التصميم الصحيحة منذ البداية في تجميع الأنظمة غير المتجانسة والقابلة للتوسع على نطاق واسع.

أسلوب التصميم

يوجد طيف واسع من أساليب التصميم غير المتزامن، مع وجود مفاضلات بين المتانة والأداء (وغيرها من المعايير مثل استهلاك الطاقة). يعتمد اختيار أسلوب التصميم على الهدف من التطبيق: الموثوقية/سهولة التصميم مقابل السرعة. تستخدم أكثر التصاميم متانة " دوائر غير حساسة للتأخير "، والتي تعمل بشكل صحيح بغض النظر عن تأخيرات البوابات والأسلاك ؛ ومع ذلك، لا يمكن تصميم سوى عدد محدود من الأنظمة المفيدة بهذا الأسلوب. أما الدوائر شبه غير الحساسة للتأخير (المعروفة أيضًا باسم الدوائر المستقلة عن السرعة)، مثل توليف الحد الأدنى غير الحساس للتأخير ، فهي أقل متانة قليلاً ولكنها أكثر فائدة، وتعمل بشكل صحيح بغض النظر عن تأخيرات البوابات ؛ ومع ذلك، يجب ضبط الأسلاك عند كل نقطة تفرع للحصول على تأخيرات متساوية تقريبًا. تشمل الدوائر الأقل متانة ولكنها أسرع، والتي تتطلب قيود توقيت بسيطة أحادية الجانب ، وحدات التحكم التي تستخدم التشغيل في الوضع الأساسي (أي مع متطلبات الإعداد/الاحتفاظ عند استقبال مدخلات جديدة)، ومسارات البيانات المجمعة التي تستخدم تأخيرات متطابقة (انظر أدناه). في أقصى الحالات، تم اقتراح "دوائر موقوتة" عالية الأداء، والتي تستخدم قيود توقيت صارمة من الجانبين، حيث لا يزال من الممكن تجنب الساعة ولكن يلزم ضبط دقيق للتأخير المادي، كما هو الحال بالنسبة لبعض تطبيقات خطوط الأنابيب عالية السرعة.

التواصل غير المتزامن

تُجرى الاتصالات غير المتزامنة عادةً عبر قنوات الاتصال . ويُستخدم الاتصال لمزامنة عمليات النظام المتزامن، بالإضافة إلى نقل البيانات. تتكون القناة البسيطة عادةً من سلكين: سلك طلب وسلك تأكيد. في بروتوكول المصافحة رباعي المراحل (أو بروتوكول العودة إلى الصفر)، يُرسل المُرسِل إشارة الطلب، ويستجيب المُستقبِل بإرسال إشارة التأكيد؛ ثم تُلغى الإشارتان تباعًا. في بروتوكول المصافحة ثنائي المراحل (أو بروتوكول الإشارة الانتقالية)، يُبدّل المُرسِل قيمة سلك الطلب (مرة واحدة)، ويستجيب المُستقبِل بتبديل قيمة سلك التأكيد. كما يُمكن توسيع القنوات لنقل البيانات.

مسارات البيانات غير المتزامنة

تُشفّر مسارات البيانات غير المتزامنة عادةً باستخدام عدة طرق. تستخدم الطرق القوية سلكين أو "مسارين" لكل بت، ويُطلق على ذلك "التشفير ثنائي المسار". في هذه الحالة، يُفعّل المسار الأول لإرسال القيمة 0، أو يُفعّل المسار الثاني لإرسال القيمة 1. ثم يُعاد ضبط المسار المُفعّل إلى الصفر قبل إرسال قيمة البيانات التالية، مما يشير إلى "عدم وجود بيانات" أو حالة "فاصل". هناك طريقة أقل قوة، ولكنها شائعة الاستخدام وعملية، تُسمى "البيانات المجمعة أحادية المسار ". هنا، يمكن استخدام وحدة دالة أحادية المسار (أي متزامنة)، مع تأخير مطابق في أسوأ الحالات . بعد وصول مدخلات البيانات الصحيحة، تُفعّل إشارة طلب كمدخل للتأخير المطابق. عندما يُنتج التأخير المطابق مخرج "تم"، يكون قد تم إكمال حساب الوحدة بنجاح. على الرغم من أن هذا المخطط له قيود زمنية، إلا أنها بسيطة ومحلية (على عكس الأنظمة المتزامنة ) ومن جانب واحد، وبالتالي يسهل التحقق منها عادة.

الأدب

تتوافر المؤلفات في هذا المجال ضمن مجموعة متنوعة من وقائع المؤتمرات والمجلات العلمية. وتُعدّ ندوة IEEE Async Symposium (الندوة الدولية حول الدوائر والأنظمة غير المتزامنة)، التي تأسست عام 1994، الندوة الرائدة في هذا المجال. كما نُشرت العديد من الأوراق البحثية حول الدوائر غير المتزامنة منذ منتصف ثمانينيات القرن الماضي في مؤتمرات مثل مؤتمر IEEE/ACM لأتمتة التصميم ، ومؤتمر IEEE الدولي لتصميم الحاسوب ، ومؤتمر IEEE/ACM الدولي للتصميم بمساعدة الحاسوب ، والمؤتمر الدولي للدوائر المتكاملة ذات الحالة الصلبة (مؤرشف في 16 مارس 2010 على موقع Wayback Machine) ، ومجلة Advanced Research in VLSI، بالإضافة إلى مجلات رائدة مثل IEEE Transactions on VLSI Systems، و IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems ، وTransactions on Distributed Computing.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ لوسادا، ماريا جينالدو. روبيو، فرانسيسكو رودريغيز؛ دورميدو ، سيباستيان (2015/10/04). التحكم غير المتزامن للأنظمة المتصلة بالشبكة . سبرينغر. رقم ISBN 9783319212999.
  2. ↑ سبارسو، ينس؛ فوربر، ستيف (17-04-2013). مبادئ تصميم الدوائر غير المتزامنة: منظور الأنظمة . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 9781475733853.
  • SM Nowick و M. Singh، "التصميم غير المتزامن - الجزء 1: نظرة عامة والتطورات الحديثة" ، IEEE Design and Test، المجلد 32:3، الصفحات  5-18 (مايو/يونيو 2015).
  • SM Nowick و M. Singh، "التصميم غير المتزامن - الجزء 2: الأنظمة والمنهجيات" ، IEEE Design and Test، المجلد 32:3، الصفحات  19-28 (مايو/يونيو 2015)
    • تقدم هاتان المقالتان لمحة شاملة وحديثة عن أحدث ما توصل إليه تصميم الأنظمة غير المتزامنة. تتضمنان نبذة تاريخية عن هذا التصميم، بالإضافة إلى مقدمة تقنية لبروتوكولات المصافحة وتشفير البيانات، والمنطق الخالي من المخاطر، وتصميم وحدات التحكم. كما تغطيان النجاحات الصناعية الحديثة في التقنيات السائدة (مثل IBM، وIntel، وPhilips Semiconductors)، فضلاً عن التطبيقات الحديثة في المجالات الناشئة (مثل الحواسيب العصبية، والإلكترونيات المرنة، والأتمتة الخلوية الكمومية ، ومعالجات الإشارات الرقمية ذات الزمن المستمر، وتصميم الجهد المنخفض للغاية، والبيئات القاسية). وتسلطان الضوء على العديد من مجالات التطبيق بتفصيل دقيق، مع مجموعة واسعة من المنشورات المرجعية، مثل: أنظمة GALS، والشبكات على رقاقة، وهندسة الحاسوب، والاختبار والتصميم القابل للاختبار، وتطوير أدوات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD).
  • كلير تريسترام، "حان وقت الرقائق بدون ساعة"، قصة الغلاف، مجلة مراجعة التكنولوجيا التابعة لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، المجلد 104:8، الصفحات  36-41، أكتوبر 2001.
  • CH van Berkel, MB Josephs, and SM Nowick, Applications of Asynchronous Circuits , Proceedings of the IEEE, Vol. 87, No. 2, pp.  223–233, February 1999. ( هذا العدد بأكمله مخصص للدوائر غير المتزامنة، مع العديد من المقالات الأخرى ذات الصلة .)
  • L. Lavagno وSM Nowick، "دوائر التحكم غير المتزامنة"، الفصل 10 في المحررين. سهى حسون وتسوتومو ساساو (2002). التوليف المنطقي والتحقق . كلوير الناشرين الأكاديميين. رقم ISBN 0-7923-7606-4.{{cite book}}: |author=له اسم عام ( مساعدة ) ، الصفحات  255-284، ( يتضمن مؤشرات إلى رقائق غير متزامنة حديثة، بالإضافة إلى تغطية تقنيات التصميم بمساعدة الحاسوب لدوائر التحكم غير المتزامنة .)

مقتبس من مقال ستيف ناوك في النشرة الإلكترونية لجمعية ACM SIGDA بقلم إيغور ماركوف. النص الأصلي متاح على الرابط التالي: https://web.archive.org/web/20060624073502/http://www.sigda.org/newsletter/2006/eNews_060115.html