¿Qué son los diseños de circuitos digitales síncronos y asíncronos?
Los dos tipos principales de circuitos digitales son síncronos y asíncronos. La diferencia entre estas dos categorías radica en su uso (o falta de él) de señales de reloj . Estas señales se utilizan para conducir muchos circuitos digitales para que todas las tareas se realicen simultáneamente. Los circuitos digitales que están sincronizados por señales de reloj se denominan circuitos síncronos . Los circuitos digitales que no dependen de señales de reloj para imponer orden en sus actividades internas se conocen como circuitos asíncronos .
Tanto los circuitos asíncronos como los síncronos llevan a cabo tareas con la ayuda de contadores, o circuitos secuenciales que experimentan una serie predecible de estados cuando se exponen a pulsos de entrada particulares, también denominados pulsos de conteo. Los pulsos de conteo son administrados a intervalos regulares por el reloj en circuitos síncronos y son administrados con menor regularidad en circuitos asíncronos.
No hay escasez de expertos en el campo de los circuitos síncronos, lo que hace que los circuitos síncronos sean mucho más fáciles de reemplazar o mantener. Por otro lado, los circuitos síncronos requieren más potencia para operar, y su precisión puede verse comprometida fácilmente por variaciones en los estímulos físicos (es decir, un voltaje inestable). Además, los circuitos síncronos sufren de sesgo de reloj (o sesgo de tiempo), un fenómeno en el que todos los contadores no reciben una señal de reloj de sincronización simultáneamente, lo que da como resultado una sincronización comprometida o «sesgada».
Los circuitos digitales asíncronos fueron teorizados por primera vez por David E. Muller, un científico informático y matemático estadounidense, a mediados del siglo XX. Desde entonces, la concepción de Muller se ha elaborado en numerosos, tanto teórica como prácticamente. Lo que ha permanecido constante en la concepción y práctica de los circuitos digitales asíncronos es el uso de la lógica asíncrona, que es muy diferente de la lógica binaria o booleana estándar que define los circuitos síncronos.
La lógica asíncrona se basa en suposiciones muy diferentes sobre las capacidades y limitaciones de los circuitos digitales. En el corazón de la lógica asíncrona está la creencia de que los circuitos digitales pueden y deben trascender los estados binarios discretos que definen los circuitos síncronos. Por lo tanto, los circuitos asíncronos no se basan en señales de reloj para coordinar sus actividades y, debido a la falta de coordinación entre sus bloques de funciones, en cualquier momento dado están más bien ‘indecisos’ o ‘autocontradictorios’ según el dicho de la lógica booleana. En cambio, los circuitos asíncronos están diseñados para llevar a cabo conjuntos particulares de instrucciones, utilizando extensiones para eludir la necesidad de lógica booleana. Por lo tanto, no es raro que los circuitos asincrónicos empleen lógica de muchos valores, que es la designación de más de dos valores de verdad. Por ejemplo,Diseño determinado lógicamente , se conciben y elaboran dos valores de verdad adicionales de ‘intermedio’ y ‘nulo’.
¿Qué son los flip-flop?
Un flip-flop es la unidad rudimentaria de la capacidad de memoria de un circuito digital. Un flip-flop contiene exactamente un bit de información. Un flip-flop responde a una señal de reloj difundiendo su información en forma de salida. Un flip-flop altera correspondientemente sus valores de salida en respuesta a valores de entrada alterados.
Las secuencias de flip-flop son series de flip-flops que retienen información en conjunto. Son la base para almacenar datos en circuitos digitales síncronos. El flip-flop D es el más generalizado de todos los flip-flops y se distingue porque sus salidas solo se activan en el flanco ascendente de una señal de reloj de control.
El nombre ‘flip-flop’ es un guiño a la naturaleza booleana o binaria de sus procesos, ya que estos circuitos de retención de un bit alternan entre dos estados distintos del ser a medida que llevan a cabo sus funciones en el circuito más amplio. Sin embargo, todavía se pueden encontrar flip-flops en circuitos asíncronos.
Las ventajas del diseño de circuitos asíncronos
Los circuitos secuenciales asíncronos se componen de bloques de funciones y registros asíncronos que reciben entradas y exportan salidas. La lógica detrás de un circuito secuencial asíncrono se puede delinear creando una tabla de flujo primitiva de un sistema binario, consolidando sus filas para aumentar la interconectividad, asignando entradas y salidas y dibujando un diagrama lógico a partir de los resultados.
Los circuitos secuenciales asíncronos se consideran preferibles a los circuitos síncronos en algunos aspectos, ya que generalmente son más rápidos, más confiables y más fáciles de diseñar. Además, los contadores asíncronos se pueden configurar o borrar siempre que ocurra un evento externo. Los circuitos asíncronos son más eficientes desde el punto de vista energético y su rendimiento se ve menos afectado por las fluctuaciones en la fuente de energía. Los circuitos asíncronos también presentan menos ruido y emisión EM que los circuitos síncronos.
5 Casos reales de éxito en diseño Neuromarketing
Las desventajas del diseño de circuitos asíncronos
Aunque el diseño de circuito digital asíncrono ha estado disponible comercialmente en varios productos desde la década de 1990, estos circuitos siguen siendo menos populares que sus primos síncronos. Las posibles razones de esto incluyen la dificultad de diseñar circuitos asíncronos (es decir, tener en cuenta los tiempos de llegada de entrada muy variados en las puertas). Los circuitos asíncronos también requieren más transistores que los circuitos síncronos, lo que puede dificultar la localización de contadores disfuncionales. Esto, a su vez, hace que los circuitos asincrónicos sean mucho más difíciles de depurar. Quizás lo más crítico es que existe una escasez relativa de expertos en el campo de los circuitos asíncronos, lo que hace que el mantenimiento y el reemplazo de los circuitos asíncronos sea mucho más difícil que en el caso de los circuitos síncronos.
Resumen de la lección
Los dos tipos principales de circuitos digitales son síncronos y asíncronos. Los circuitos síncronos están altamente regulados en su actividad interna por lo que se conoce como señales de reloj . Estas son señales que salen a todas las puertas a intervalos regulares para que todos los contadores del circuito operen de manera altamente sincronizada. Los contadores son circuitos secuenciales que experimentan una serie predecible de estados en respuesta a pulsos de entrada particulares o pulsos de conteo. Los circuitos digitales que no dependen de señales de reloj (y, por lo tanto, son impulsados por pulsos de conteo administrados de manera más errática) se denominan circuitos asíncronos .
Los circuitos digitales sincrónicos se destacan por el uso de flip-flops, que son dispositivos de memoria que almacenan un bit de datos cada uno. El flip-flop D es un tipo popular de flip-flop que cambia sus salidas solo en el flanco ascendente de una señal de reloj de control. Los circuitos digitales asíncronos se destacan por el uso de contadores asíncronos, que se pueden configurar y borrar cada vez que ocurre un evento externo. Aunque los circuitos digitales asíncronos son generalmente más rápidos, más confiables y más fáciles de diseñar, siguen siendo menos populares que los circuitos digitales síncronos.
Explora más sobre este tema
Selecciona un tema y sigue aprendiendo...
