अतुल्यकालिक परिपथ

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अतिरिक्त जानकारी के लिए एसिंक्रोनस प्रणाली देखें।

एसिंक्रोनस (अतुल्यकालिक) परिपथ (समय रहित या स्व-समय पर परिपथ)   अनुक्रमिक डिजिटल तार्किक परिपथ है जो अपने घटकों को सिंक्रनाइज़ करने के लिए वैश्विक क्लॉक परिपथ या सिग्नल जनित्र का उपयोग नहीं करता है।   इसके अतिरिक्त, घटक एक हैंडशेकिंग परिपथ द्वारा संचालित होते हैं जो निर्देशों के एक समूह को पूरा करने का संकेत देता है। हैंडशेकिंग साधारण डेटा ट्रांसफर प्रोटोकॉल द्वारा काम करता है 1950 के दशक के प्रारंभ में कई सिंक्रोनस परिपथ बड़े  एसिंक्रोनस प्रणाली जैसे ओआरडीवीएसी के भाग के रूप में विकसित किए गए थे। एसिंक्रोनस परिपथ और आसपास के सिद्धांत एकीकृत परिपथ डिजाइन, डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स अभियांत्रिकी के क्षेत्र में कई चरणों का एक भाग है।

एसिंक्रोनस परिपथ सिंक्रोनस परिपथ के विपरीत होते हैं, जिसमें परिपथ में संकेत मान में परिवर्तन पुनरावृत्तीय स्पंदन द्वारा प्रतिबंधित किया जाता है जिसे क्लॉक सिग्नल कहा जाता है। अधिकांश डिजिटल उपकरण आज सिंक्रोनस परिपथ का उपयोग करते हैं। हालांकि एसिंक्रोनस परिपथ में बहुत तेज होने की क्षमता होती है, बिजली के उपभोग का स्तर कम होता है, विद्युत चुम्बकीय अन्तः क्षेप होता है, और बड़ी प्रणालियों में अपेक्षाकृत अधिक प्रतिरूपकता होती है। एसिंक्रोनस परिपथ तर्क डिजाइन में अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है।

यह 1990 के दशक तक नहीं था जब एसिंक्रोनस परिपथ की व्यवहार्यता वास्तविक जीवन के व्यवसायिक उत्पादों द्वारा दिखाई गई थी।

अवलोकन
सभी डिजिटल तार्किक परिपथ को संयोजन तर्क में विभाजित किया जा सकता है, जिसमें आउटपुट सिग्नल केवल वर्तमान इनपुट सिग्नल और अनुक्रमिक तार्किक पर निर्भर करते हैं, जिसमें आउटपुट वर्तमान इनपुट और पूर्व इनपुट दोनों पर निर्भर करता है। दूसरे शब्दों में, अनुक्रमिक तर्क कंप्यूटर मेमोरी के साथ संयोजनात्मक तर्क है। वस्तुतः सभी व्यावहारिक डिजिटल उपकरणों को अनुक्रमिक तर्क की आवश्यकता होती है। अनुक्रमिक तर्क को दो प्रकारों सिंक्रोनस तर्क और एसिंक्रोनस तर्क में विभाजित किया जा सकता है।

सिंक्रोनस परिपथ
सिंक्रोनस परिपथ में, एक इलेक्ट्रॉनिक ऑसिलेटर (दोलक) समान दूरी वाली स्पंदन की पुनरावृत्तीय श्रृंखला उत्पन्न करता है जिसे क्लॉक सिग्नल कहा जाता है। एकीकृत परिपथ के घटकों को क्लॉक सिग्नल की आपूर्ति की जाती है। फ्लिप-फ्लॉप केवल क्लॉक स्पंदन के सिग्नल कोर से प्रवर्तित होने पर फ़्लिप करते हैं, इसलिए पूरे परिपथ में तार्किक सिग्नल में परिवर्तन समान समय और नियमित अंतराल पर प्रारंभ होते हैं। एक परिपथ में सभी मेमोरी तत्वों के आउटपुट को परिपथ की स्थिति (कंप्यूटर विज्ञान) कहा जाता है। एक सिंक्रोनस परिपथ की स्थिति केवल क्लॉक स्पंदन पर बदलती है। परिपथ के संयोजन तार्किक गेट्स के माध्यम से सिग्नल में परिवर्तन करने के लिए एक निश्चित समय की आवश्यकता होती है। इस समय को संचरण विलंब कहा जाता है।

2021 तक, आधुनिक सिंक्रोनस एकीकृत परिपथ के समय में महत्वपूर्ण अभियांत्रिकी प्रयासों और परिष्कृत इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन की आवश्यकता होती है। डिजाइनरों को यह सुनिश्चित करना होगा कि क्लॉक का आगमन दोषपूर्ण न हो। एकीकृत परिपथ के बढ़ते आकार और जटिलता के साथ (उदाहरण के लिए एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत परिपथ) यह एक चुनौतीपूर्ण कार्य है। विशाल परिपथ में, क्लॉक डिस्ट्रीब्यूशन नेटवर्क पर भेजे गए सिग्नल प्रायः अलग-अलग भागों में अलग-अलग समय पर समाप्त होते हैं। इस समस्या को व्यापक रूप से  क्लॉक विचलन  के रूप में जाना जाता है।

अधिकतम संभावित क्लॉक दर को तार्किक पथ द्वारा सबसे लंबी संचरण विलंब के साथ समाप्त किया जाता है, जिसे क्रान्तिक पथ कहा जाता है। इसके कारण, जो पथ शीघ्रता से संचालित हो सकते हैं, वे अधिकांश समय निष्क्रिय रहते हैं। एक व्यापक रूप से वितरित क्लॉक नेटवर्क बहुत सारी उपयोगी शक्ति को नष्ट कर देता है और परिपथ इनपुट प्राप्त कर रहा है या नहीं, इसे संचालित करना चाहिए। जटिलता के इस स्तर के कारण, सिंक्रोनस परिपथ के लिए परीक्षण और डिबगिंग (दोषमार्जन) सभी आयामों में आधे से अधिक विकास समय लेता है।

एसिंक्रोनस परिपथ
एसिंक्रोनस परिपथ को वैश्विक क्लॉक की आवश्यकता नहीं होती है, और इनपुट बदलते ही परिपथ की स्थिति बदल जाती है। स्थानीय कार्यात्मक ब्लॉकों को अभी भी नियोजित किया जा सकता है लेकिन क्लॉक विचलन समस्या को अभी भी सहन किया जा सकता है।

चूंकि एसिंक्रोनस परिपथ को इनपुट प्रोसेसिंग प्रारंभ करने के लिए क्लॉक स्पंदन की प्रतीक्षा नहीं करनी पड़ती है, इसलिए वे तेजी से संचालित कर सकते हैं। उनकी गति सैद्धांतिक रूप से केवल तार्किक गेट्स और अन्य तत्वों के संचरण विलंब से सीमित है।

हालांकि, एसिंक्रोनस परिपथ को डिजाइन करना अधिक कठिन होता है और सिंक्रोनस परिपथ में नहीं पाई जाने वाली समस्याओं के अधीन होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एसिंक्रोनस परिपथ की परिणामी स्थिति गेट्स पर इनपुट के सापेक्ष आगमन समय के प्रति संवेदनशील हो सकती है। यदि दो इनपुट पर संक्रमण लगभग समान समय पर आते हैं, तो गेट के संचरण विलंब में सामान्य अंतर के आधार पर परिपथ गलत स्थिति में जा सकता है।

इसे धाव प्रतिबंध कहा जाता है। सिंक्रोनस परिपथ में यह समस्या कम आवश्यक होती है क्योंकि रेधाव प्रतिबंध केवल सिंक्रोनस प्रणाली के बाहर से इनपुट के कारण उत्पन्न हो सकती है, जिसे एसिंक्रोनस इनपुट कहा जाता है।

हालांकि कुछ पूरी तरह से एसिंक्रोनस डिजिटल प्रणाली (नीचे देखें) बनाई गई हैं, आज एसिंक्रोनस परिपथ सामान्य रूप से सिंक्रोनस प्रणाली के कुछ महत्वपूर्ण भागों में उपयोग किए जाते हैं जहां गति  अधिमूल्य पर होती है, जैसे सिग्नल प्रोसेसिंग परिपथ मे होती है।

सैद्धांतिक नींव
एसिंक्रोनस परिपथ का मूल सिद्धांत डेविड ई. मुलर द्वारा 1950 के दशक के मध्य में बनाया गया था। इस सिद्धांत को बाद में रेमंड मिलर की प्रसिद्ध पुस्तक स्विचिंग सिद्धांत में प्रस्तुत किया गया था।

एसिंक्रोनस तार्किक शब्द का उपयोग विभिन्न प्रकार की डिज़ाइन शैलियों का वर्णन करने के लिए किया जाता है, जो परिपथ गुणों के बारे में विभिन्न धारणाओं का उपयोग करते हैं। ये बंडल किए गए विलंब मॉडल से भिन्न होते हैं - जो पारंपरिक डेटा प्रोसेसिंग तत्वों का उपयोग स्थानीय रूप से उत्पन्न विलंब मॉडल द्वारा संकेतित पूर्णता के साथ - असंवेदनशील डिजाइन में विलंब के लिए करते हैं - जहां परिपथ तत्वों के माध्यम से मनमानी विलंब को समायोजित किया जा सकता है। बाद वाली शैली ऐसे परिपथ उत्पन्न करती है जो बंडल किए गए डेटा कार्यान्वयन से बड़े होते हैं, लेकिन जो लेआउट और प्राचलिक विविधताओं के प्रति असंवेदनशील होते हैं और इस प्रकार डिज़ाइन द्वारा सही होते हैं।

एसिंक्रोनस तर्क
एसिंक्रोनस तर्क एसिंक्रोनस डिजिटल प्रणाली के डिजाइन के लिए आवश्यक तर्क है। ये क्लॉक सिग्नल के बिना कार्य करते हैं और इसलिए व्यक्तिगत तर्क तत्वों पर किसी भी समय असतत सही/गलत स्थिति होने पर निर्भर नहीं किया जा सकता है। बूलियन तर्क (दो मान) तार्किक इसके लिए अपर्याप्त है और इसलिए एक्सटेंशन (विस्तार) की आवश्यकता है।

कार्ल एम. फैंट ने 2005 में अपने कार्य तार्किक रूप से निर्धारित डिजाइन में इसका एक सैद्धांतिक संशोधन विकसित किया, जिसमें चार-मान तर्क का उपयोग किया गया जिसमें अशक्त और मध्यवर्ती अतिरिक्त मान थे। यह संरचना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह अर्ध-विलंब-असंवेदनशील है। स्कॉट स्मिथ और जिया डी ने फंट के पूर्णांक सम्मेलन तर्क का एक अति निम्न-शक्ति संस्करण विकसित किया जिसमें बहु-प्रभाव सीमा सीएमओएस सम्मिलित है। इस भिन्नता को बहु-प्रभाव सीमा अशक्त सम्मेलन तर्क (एमटीएनसीएल), या वैकल्पिक रूप से स्लीप सम्मेलन तर्क (एससीएल) कहा जाता है।

1984 के बाद से, वादिम ओ. वासुकेविच ने नए तार्किक संचालन के आधार पर एक अलग दृष्टिकोण विकसित किया, जिसे उन्होंने वेनजंक्शन (अतुल्यकालिक संक्रिया "x∠y" के साथ "बैकग्राउंड y पर स्विचिंग x" या "यदि x जब y फिर") और अनुक्रम (प्राथमिकता चिह्न "xi≻xj" और "xi≺xj" के साथ) कहा है। यह न केवल किसी तत्व के वर्तमान मान, बल्कि उसके इतिहास को भी ध्यान में रखता है।

पेट्री नेट (जाल)
पेट्री नेट एसिंक्रोनस परिपथ के बारे में तर्क करने के लिए एक आकर्षक (समवर्ती के बाद के मॉडल देखें) और प्रभावशाली मॉडल हैं। 1985 में लियोनिद रोसेनब्लम और एलेक्स याकोवलेव और टैम-अन्ह चू द्वारा स्वतंत्र रूप से एक विशेष रूप से उपयोगी प्रकार के व्याख्या किए गए पेट्री नेट प्रस्तावित किया गया था, जिसे सिग्नल संक्रमण ग्राफ़ (एसटीजी) कहा जाता है।  तब से, एसटीजी का सिद्धांत और व्यवहार में बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है,  जिसके कारण एसिंक्रोनस नियंत्रण परिपथ के विश्लेषण और संश्लेषण के लिए लोकप्रिय सॉफ्टवेयर उपकरण का विकास हुआ है, जैसे कि पेट्रीफाई और वर्कक्राफ्ट होते है।

पेट्री नेट के बाद संगामिति के अन्य मॉडल विकसित किए गए हैं जो एक्टर मॉडल और प्रक्रिया गणना सहित एसिंक्रोनस परिपथ को मॉडल कर सकते हैं।

लाभ
एसिंक्रोनस परिपथ द्वारा कई प्रकार के लाभ प्रदर्शित किए गए हैं। अर्ध-विलंब-असंवेदनशील (क्यूडीआई) परिपथ दोनों सामान्य रूप से एसिंक्रोनस तर्क का सबसे शुद्ध रूप माना जाता है जो कम्प्यूटेशनल सार्वभौमिकता को सतत रखता है और एसिंक्रोनस परिपथिकी के कम शुद्ध रूप जो उच्च प्रदर्शन और निचले क्षेत्र और शक्ति के लिए समय की कमी का उपयोग करते हैं, कई लाभ प्रस्तुत करते हैं।


 * मध्यस्थों की मेटास्टेबिलिटी ( मितस्थायित्व) का प्रबल और आसान संचालन।
 * औसत-स्थिति प्रदर्शन: संचालन का औसत-स्थिति समय (विलंब) घटक (गेट, वायर, ब्लॉक इत्यादि) के सबसे विकृत-स्थितियों के पूरा होने के समय तक सीमित नहीं है क्योंकि यह सिंक्रोनस परिपथ में है। इसका परिणाम अपेक्षाकृत अधिक विलंबता और संचार क्षमता प्रदर्शन में होता है। उदाहरणों में अव्यवहार्य पूरा करना सम्मिलित है जिसे सिंक्रोनस वाले की तुलना में तेजी से पैरेलेल उपसर्ग योजक डिजाइन करने के लिए प्रयुक्त किया गया है, और एक उच्च-प्रदर्शन द्वैत-परिशुद्धता चल बिन्दु योजक जो प्रमुख सिंक्रोनस डिजाइनों से अपेक्षाकृत अधिक प्रदर्शन करता है।
 * प्रारंभिक पूर्णता: आउटपुट समय से पहले उत्पन्न हो सकता है, जब इनपुट प्रोसेसिंग का परिणाम अनुमानित या अप्रासंगिक हो।
 * अंतर्निहित मूल्य-सापेक्षता: किसी भी समय पाइपलाइन इनपुट में डेटा आइटम की वेरिएबल (पाइपलाइन का अर्थ है जुड़ा हुआ कार्यात्मक ब्लॉक का कैस्केड) संख्या दिखाई दे सकती है। अनक्लॉक किए गए पाइपलाइन चरणों (कार्यात्मक ब्लॉक) विलंब के कारण परिवर्तनीय इनपुट और आउटपुट दरों को अधिकतम सही रूप से नियंत्रण करने केसमय यह उच्च प्रदर्शन में योगदान देता है हालांकि संकुलन अभी भी संभव हो सकता है और इनपुट-आउटपुट गेट्स विलंब को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए।
 * कार्यात्मक ब्लॉकों के बीच समय-मिलान की कोई आवश्यकता नहीं है। हालांकि अलग-अलग विलंब मॉडल (गेट/वायर विलंब समय की भविष्यवाणी) दिए गए हैं, यह एसिंक्रोनस परिपथ कार्यान्वयन के वास्तविक दृष्टिकोण पर निर्भर करता है।
 * उच्च निर्गमी परिपथ, समय के प्रति संवेदनशील क्लॉक सिग्नल के डिस्ट्रीब्यूशन की निरंतर विकृत कठिनाइयों से मुक्ति।
 * परिपथ की गति तापमान और वोल्टेज की स्थिति को बदलने के अतिरिक्त सबसे विकृत स्थिति की धारणाओं द्वारा अनिवार्य गति पर बंद होने के लिए अनुकूल है।
 * कम मांग पर बिजली का उपभोग; शून्य अतिरिक्त बिजली का उपभोग 2005 में एप्सॉन  ने सिंक्रोनस डिजाइन की तुलना में 70% कम बिजली का उपभोग की सूचना दी थी। साथ ही, क्लॉक ड्राइवर्स को हटाया जा सकता है जो बिजली का उपभोग को अपेक्षाकृत अधिक कम कर सकता है। हालांकि, कुछ एन्कोडिंग का उपयोग करते समय, एसिंक्रोनस परिपथ को अधिक क्षेत्र की आवश्यकता हो सकती है, यदि अंतर्निहित प्रक्रिया में विकृत क्षरण गुण हैं उदाहरण के लिए, उच्च-κ परावैद्युत के प्रारंभ से पहले उपयोग की जाने वाली गहन उप- सूक्ष्म मापी प्रक्रियाएं होती है।
 * परिपथकी के स्थानीय एसिंक्रोनस कार्यात्मक डोमेन के बीच शक्ति-मिलान की कोई आवश्यकता नहीं है। सिंक्रोनस परिपथ क्लॉक कोर पर और उसके तुरंत बाद बड़ी मात्रा में संचार करते हैं। स्विचिंग नोड्स की संख्या (और इसलिए, संचरित धारा की मात्रा) क्लॉक कोर के बाद तेजी से गिरती है, अगली क्लॉक कोर से ठीक पहले शून्य तक पहुंच जाती है। एक एसिंक्रोनस परिपथ में, नोड्स के स्विचिंग समय इस तरह से सहसंबद्ध नहीं होते हैं, इसलिए संचार कर्षण अधिक समान और कम स्फोटक होता है।
 * विनिर्माण स्थानांतरण प्रक्रिया में ट्रांजिस्टर-से-ट्रांजिस्टर परिवर्तनशीलता की ओर प्रबल जो कि अर्द्धचालक उद्योग के सामने आने वाली सबसे आवश्यक समस्याओं में से एक है, क्योंकि संकुचन हो जाता है, वोल्टेज की आपूर्ति, तापमान और निर्माण प्रक्रिया मापदंडों में परिवर्तन होता है।
 * कम आवश्यक विद्युत चुम्बकीय अन्तः क्षेप (ईएमआई) सिंक्रोनस परिपथ आवृत्ति बैंड में अपनी क्लॉक आवृत्ति और इसके हार्मोनिक्स पर (या बहुत निकट) ईएमआई का एक बड़ा परिनियोजन बनाते हैं; एसिंक्रोनस परिपथ ईएमआई पैटर्न उत्पन्न करते हैं जो पूरे स्पेक्ट्रम में समान रूप से प्रसारित हुए हैं।
 * डिजाइन प्रतिरूपकता (पुन: उपयोग), अपेक्षाकृत अधिक रव प्रतिरक्षा और विद्युत चुम्बकीय संगतता होती है। एसिंक्रोनस परिपथ विविधताओं और बाहरी वोल्टेज में अस्थिरता को संसाधित करने के लिए अधिक सहिष्णु हैं।

नुकसान

 * हैंडशेकिंग को प्रयुक्त करने वाले अतिरिक्त तर्क के कारण क्षेत्र ओवरहेड। कुछ मामलों में एक एसिंक्रोनस डिज़ाइन को एक सिंक्रोनस डिज़ाइन के संसाधनों (क्षेत्र, परिपथ गति, बिजली का उपभोग) को दोगुना करने की आवश्यकता हो सकती है, पूर्णता का पता लगाने और डिज़ाइन-फॉर-टेस्ट परिपथ के कारण।
 * एक सिंक्रोनस डिजाइन की तुलना में, 1990 के दशक और 2000 के दशक के प्रारंभ में बहुत से लोग एसिंक्रोनस परिपथ के डिजाइन में प्रशिक्षित या अनुभवी नहीं थे। * सिंक्रोनस डिज़ाइन एसिंक्रोनस डिज़ाइनों की तुलना में स्वाभाविक रूप से परीक्षण और डिबग करना आसान है। हालांकि, यह स्थिति फंट द्वारा विवादित है, जो दावा करती है कि सिंक्रोनस तार्किक की स्पष्ट सादगी सामान्य डिजाइन दृष्टिकोणों द्वारा उपयोग किए जाने वाले गणितीय मॉडल का एक आर्टिफैक्ट है।
 * अधिक पारंपरिक सिंक्रोनस डिजाइनों में क्लॉक गेटिंग एसिंक्रोनस आदर्श का एक अनुमान है, और कुछ मामलों में, इसकी सादगी पूरी तरह से एसिंक्रोनस डिजाइन के लाभों से अधिक हो सकती है।
 * इनपुट-पूर्णता (अधिक जटिल डेटा पथ) की आवश्यकता वाले संरचना में एसिंक्रोनस परिपथ का प्रदर्शन (गति) कम हो सकता है।
 * समर्पित, एसिंक्रोनस डिजाइन-केंद्रित व्यवसायिक इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन उपकरण का अभाव। हालाँकि, 2006 तक स्थिति में धीरे-धीरे सुधार हो रहा था।

संचार
एसिंक्रोनस संचार चैनल बनाने के कई तरीके हैं जिन्हें उनके प्रोटोकॉल और डेटा एन्कोडिंग द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है।

प्रोटोकॉल
दो व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रोटोकॉल परिवार हैं जो संचार को एन्कोड करने के तरीके में भिन्न हैं:


 * दो-चरण हैंडशेक (दो-चरण प्रोटोकॉल के रूप में भी जाना जाता है, गैर-रिटर्न-टू-ज़ीरो (NRZ) एन्कोडिंग, या संक्रमण संकेतन): संचार किसी भी वायर संक्रमण द्वारा दर्शाया जाता है; 0 से 1 और 1 से 0 तक के संक्रमण दोनों को संचार के रूप में गिना जाता है।
 * चार-चरण हैंडशेक (चार-चरण प्रोटोकॉल के रूप में भी जाना जाता है, या रिटर्न-टू-ज़ीरो (आरजेड) एन्कोडिंग): संचार को एक रीसेट के बाद वायर संक्रमण द्वारा दर्शाया जाता है; 0 से 1 और वापस 0 से एक संक्रमण अनुक्रम एकल संचार के रूप में गिना जाता है।

प्रति संचार में अधिक संक्रमण सम्मिलित होने के बावजूद, चार-चरण प्रोटोकॉल को प्रयुक्त करने वाले परिपथ सामान्य रूप से दो-चरण प्रोटोकॉल की तुलना में तेज़ और सरल होते हैं क्योंकि सिग्नल लाइनें प्रत्येक संचार के अंत तक अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाती हैं। दो चरण के प्रोटोकॉल में, परिपथ कार्यान्वयन को सिग्नल लाइन की स्थिति को आंतरिक रूप से संग्रहीत करना होगा।

ध्यान दें कि ये बुनियादी अंतर विभिन्न प्रकार के प्रोटोकॉल के लिए जिम्मेदार नहीं हैं। ये प्रोटोकॉल केवल अनुरोधों और पावती को एन्कोड कर सकते हैं या डेटा को भी एन्कोड कर सकते हैं, जो लोकप्रिय मल्टी-वायर डेटा एन्कोडिंग की ओर जाता है। कई अन्य, कम सामान्य प्रोटोकॉल प्रस्तावित किए गए हैं जिनमें अनुरोध और पावती के लिए एक वायर का उपयोग करना, कई महत्वपूर्ण वोल्टेज का उपयोग करना, केवल स्पंदन का उपयोग करना या लैच को हटाने के लिए समय को संतुलित करना सम्मिलित है।

डेटा एन्कोडिंग
एसिंक्रोनस परिपथ में दो व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले डेटा एन्कोडिंग हैं: बंडल-डेटा एन्कोडिंग और मल्टी-रेल एन्कोडिंग

डेटा को एनकोड करने का एक अन्य सामान्य तरीका एक अंक को एनकोड करने के लिए कई तारों का उपयोग करना है: मान उस वायर द्वारा निर्धारित किया जाता है जिस पर घटना होती है। यह बंडल-डेटा एन्कोडिंग के साथ आवश्यक कुछ विलंब अनुमानों से बचा जाता है, क्योंकि अनुरोध और डेटा अब अलग नहीं होते हैं।

बंडल-डेटा एन्कोडिंग
बंडल-डेटा एन्कोडिंग एक अनुरोध और एक पावती संकेत के साथ एक वायर प्रति बिट डेटा का उपयोग करता है; यह वही एन्कोडिंग है जिसका उपयोग सिंक्रोनस परिपथ में बिना किसी प्रतिबंध के किया जाता है कि संक्रमण क्लॉक एज पर होता है। उपरोक्त प्रोटोकॉल में से एक के साथ अनुरोध और पावती अलग-अलग तारों पर भेजी जाती है। ये परिपथ सामान्य रूप से एक बाउंडेड डिले मॉडल की कल्पना करते हैं, जिसके पूरा होने के संकेतों में गणना होने के लिए अपेक्षाकृत अधिक देर हो जाती है।

संचालन में, प्रेषक एक अनुरोध के साथ डेटा की उपलब्धता और वैधता का संकेत देता है। प्राप्तकर्ता तब एक पावती के साथ पूरा होने का संकेत देता है, यह दर्शाता है कि वह नए अनुरोधों को संसाधित करने में सक्षम है। यही है, अनुरोध डेटा के साथ बंडल किया गया है, इसलिए नाम बंडल-डेटा है।

बंडल-डेटा परिपथ को प्रायः माइक्रोपाइपलाइन के रूप में संदर्भित किया जाता है, चाहे वे दो-चरण या चार-चरण प्रोटोकॉल का उपयोग करते हों, भले ही यह शब्द दो-चरण बंडल-डेटा के लिए प्रारंभ में प्रस्तुत किया गया हो।



मल्टी-रेल एन्कोडिंग
मल्टी-रेल एन्कोडिंग बिट्स और तारों के बीच एक-से-एक संबंध के बिना और एक अलग पावती संकेत के बिना कई तारों का उपयोग करता है। बंडल-डेटा एन्कोडिंग के रूप में अनुरोध सिग्नल के अतिरिक्त डेटा उपलब्धता को एक या एक से अधिक डेटा तारों (मल्टी-रेल एन्कोडिंग के प्रकार के आधार पर) पर संक्रमण द्वारा इंगित किया जाता है। यह लाभ प्रदान करता है कि डेटा संचार विलंब-असंवेदनशील है। दो सामान्य मल्टी-रेल एनकोडिंग एक-हॉट और डुअल रेल हैं। वन-हॉट (1-ऑफ़-एन के रूप में भी जाना जाता है) एन्कोडिंग एन तारों में से एक पर संचार के साथ आधार एन में एक संख्या का प्रतिनिधित्व करता है। डुअल-रेल एन्कोडिंग डेटा के प्रत्येक बिट का प्रतिनिधित्व करने के लिए तारों के जोड़े का उपयोग करता है, इसलिए इसका नाम डुअल-रेल है; जोड़ी में एक वायर 0 के बिट मान का प्रतिनिधित्व करता है और दूसरा 1 के बिट मान का प्रतिनिधित्व करता है। उदाहरण के लिए, एक दोहरी-रेल एन्कोडेड दो बिट संख्या को कुल चार तारों के लिए दो जोड़े तारों के साथ दर्शाया जाएगा। डेटा संचार केसमय, डेटा के बिट्स को इंगित करने के लिए प्रत्येक जोड़ी तारों में से एक पर संचार होता है। सामान्य स्थितियों में, एक एम $$\times$$ एन एन्कोडिंग डेटा को बेस एन के एम शब्दों के रूप में दर्शाता है।



डुअल-रेल एन्कोडिंग
चार-चरण प्रोटोकॉल के साथ दोहरी-रेल एन्कोडिंग सबसे आम है और इसे तीन-राज्य एन्कोडिंग भी कहा जाता है, क्योंकि इसमें दो वैध राज्य (10 और 01, एक संक्रमण के बाद) और एक रीसेट स्थिति (00) हैं। एक अन्य सामान्य एन्कोडिंग, जो एक-गर्म, दो-चरण दोहरे-रेल की तुलना में सरल कार्यान्वयन की ओर जाता है, चार-राज्य एन्कोडिंग, या स्तर-एन्कोडेड दोहरी-रेल है, और दो-चरण प्राप्त करने के लिए डेटा बिट और समता बिट का उपयोग करता है। शिष्टाचार।

एसिंक्रोनस सीपीयू
एसिंक्रोनस सीपीयू सामान्य प्रयोजन के सीपीयू # 1990 से आज तक के इतिहास में से एक हैं: आगे देख रहे हैं।

एक पारंपरिक प्रोसेसर के विपरीत, एक क्लॉकलेस प्रोसेसर (एसिंक्रोनस सीपीयू) में पाइपलाइन के माध्यम से डेटा की प्रगति को समन्वित करने के लिए कोई केंद्रीय क्लॉक नहीं होती है। इसके अतिरिक्त, सीपीयू के चरणों को पाइपलाइन नियंत्रण या फीफो सीक्वेंसर नामक तर्क उपकरणों का उपयोग करके समन्वित किया जाता है। मूल रूप से, पाइपलाइन नियंत्रक तर्क के अगले चरण को तब देखता है जब मौजूदा चरण पूरा हो जाता है। इस तरह केंद्रीय क्लॉक अनावश्यक है। क्लॉक्ड, तार्किक के विपरीत एसिंक्रोनस में उच्च प्रदर्शन वाले उपकरणों को प्रयुक्त करना वास्तव में और भी आसान हो सकता है:
 * घटक एक एसिंक्रोनस सीपीयू पर अलग-अलग गति से चल सकते हैं; क्लॉक किए गए CPU के सभी प्रमुख घटकों को केंद्रीय क्लॉक के साथ सिंक्रनाइज़ रहना चाहिए;
 * एक पारंपरिक सीपीयू सबसे धीमी अवस्था/निर्देश/घटक के अपेक्षित सबसे विकृत स्थिति के प्रदर्शन से तेज नहीं हो सकता। जब एक एसिंक्रोनस सीपीयू प्रत्याशित से अधिक तेज़ी से एक संचालन पूरा करता है, तो अगला चरण केंद्रीय क्लॉक के साथ सिंक्रनाइज़ेशन की प्रतीक्षा करने के अतिरिक्त तुरंत परिणाम संसाधित करना प्रारंभ कर सकता है। संसाधित किए जा रहे डेटा की विशेषताओं के कारण एक संचालन सामान्य से अधिक तेज़ी से समाप्त हो सकता है (उदाहरण के लिए, गुणा बहुत तेज़ हो सकता है जब 0 या 1 से गुणा किया जाता है, यहां तक ​​​​कि जब एक सहज संकलक द्वारा उत्पादित कोड चल रहा हो), या उच्च वोल्टेज की उपस्थिति के कारण या बस की गति सेटिंग, या 'सामान्य' या अपेक्षा से कम परिवेश का तापमान।

एसिंक्रोनस तर्क समर्थकों का मानना ​​है कि इन क्षमताओं के ये लाभ होंगे:


 * किसी दिए गए प्रदर्शन स्तर के लिए कम बिजली अपव्यय, और
 * उच्चतम संभव निष्पादन गति।

क्लॉकलेस CPU का सबसे बड़ा नुकसान यह है कि अधिकांश CPU डिज़ाइन उपकरण एक क्लॉक्ड CPU (यानी, एक सिंक्रोनस परिपथ) मानते हैं। कई उपकरण सिंक्रोनस डिजाइन प्रथाओं को प्रयुक्त करते हैं। क्लॉकलेस सीपीयू (एक एसिंक्रोनस परिपथ डिजाइन करना) बनाने में क्लॉकलेस तार्किक को संभालने के लिए डिज़ाइन टूल्स को संशोधित करना और डिज़ाइन को इलेक्ट्रॉनिक समस्याओं में मेटास्टेबिलिटी से बचने के लिए अतिरिक्त परीक्षण करना सम्मिलित है। जिस समूह ने AMULET ताबीज माइक्रोप्रोसेसर डिज़ाइन किया था, उदाहरण के लिए, उसने LARD नामक एक उपकरण विकसित किया AMULET3 के जटिल डिजाइन से निपटने के लिए।

उदाहरण
तमाम कठिनाइयों के बावजूद कई एसिंक्रोनस सीपीयू बनाए गए हैं।

1951 का ORDVAC, ENIAC का उत्तराधिकारी था और अब तक निर्मित पहला एसिंक्रोनस कंप्यूटर था।

ILLIAC II अब तक निर्मित पहला पूरी तरह से एसिंक्रोनस, गति स्वतंत्र प्रोसेसर डिजाइन था; यह उस समय का सबसे प्रभावशाली कंप्यूटर था।

DEC PDP-16 रजिस्टर ट्रांसफर मॉड्यूल (ca. 1973) ने प्रयोगकर्ता को एसिंक्रोनस, 16-बिट प्रसंस्करण तत्वों के निर्माण की अनुमति दी। प्रत्येक मॉड्यूल के लिए विलंब तय की गई थी और मॉड्यूल के सबसे विकृत स्थिति के समय पर आधारित थी।

कैल्टेक
1980 के दशक के मध्य से, कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान ने एसिंक्रोनस परिपथ के प्रदर्शन और ऊर्जा दक्षता का मूल्यांकन करने के प्रयास में चार गैर-व्यवसायिक सीपीयू डिजाइन किए हैं। 1988 में कैलटेक एसिंक्रोनस माइक्रोप्रोसेसर (सीएएम) कैलटेक द्वारा बनाया गया पहला एसिंक्रोनस, अर्ध विलंब असंवेदनशील|क्वैसी डिले-इनसेंसिटिव (क्यूडीआई) माइक्रोप्रोसेसर था। प्रोसेसर में 16-बिट चौड़ा अल्प निर्देश समूह कंप्यूटर ISA और  हार्वर्ड संरचना था। यह MOSIS द्वारा निर्मित और DARPA द्वारा वित्त पोषित किया गया था। परियोजना की निगरानी नौसेना अनुसंधान कार्यालय, सेना अनुसंधान कार्यालय और वायु सेना अनुसंधान प्रयोगशाला द्वारा की गई थी।
 * कैल्टेक एसिंक्रोनस माइक्रोप्रोसेसर (सीएएम)

प्रदर्शनों केसमय, शोधकर्ताओं ने एक साधारण प्रोग्राम लोड किया जो एक तंग लूप में चलता था, प्रत्येक निर्देश के बाद आउटपुट लाइनों में से एक को स्पंदित करता था। यह आउटपुट लाइन एक ऑसिलोस्कोप से जुड़ी थी। जब एक कप गर्म कॉफी को चिप पर रखा गया, तो गर्म ट्रांजिस्टर के बिगड़ते प्रदर्शन के अनुकूल होने के लिए स्पंदन दर (प्रभावी क्लॉक दर) स्वाभाविक रूप से धीमा हो गया। जब चिप पर तरल नाइट्रोजन डाला गया, तो बिना किसी अतिरिक्त अन्तः क्षेप के निर्देश दर बढ़ गई। इसके अतिरिक्त, कम तापमान पर, चिप को आपूर्ति की गई वोल्टेज को सुरक्षित रूप से बढ़ाया जा सकता है, जिसने निर्देश दर में भी सुधार किया - फिर से, बिना किसी अतिरिक्त कॉन्फ़िगरेशन के।

गैलियम आर्सेनाइड में प्रयुक्त होने पर यह 100MIPS प्राप्त करने का दावा किया गया था। कुल मिलाकर, शोध पत्र ने उस समय उपलब्ध व्यावसायिक विकल्पों की तुलना में सीएएम के परिणामी प्रदर्शन को अपेक्षाकृत अधिक बताया।

1998 में MiniMIPS, एक प्रायोगिक, एसिंक्रोनस MIPS I-आधारित माइक्रोकंट्रोलर बनाया गया था। भले ही इसका SPICE-पूर्वानुमानित प्रदर्शन 3.3 V पर लगभग 280 MIPS था, कार्यान्वयन लेआउट (मानव गलती) में कई गलतियों से प्रभावित हुआ और परिणाम लगभग 40% कम हो गए (तालिका देखें)।
 * मिनीएमआईपीएस

2003 में बनाया गया, यह एक अर्ध-विलंब-असंवेदनशील परिपथ था। ऊर्जा दक्षता के लिए डिज़ाइन किया गया अर्ध-विलंब-असंवेदनशील एसिंक्रोनस माइक्रोकंट्रोलर। माइक्रोकंट्रोलर कार्यान्वयन ने हार्वर्ड संरचना का पालन किया।
 * ल्यूटोनियम 8051

ईपीएसन
2004 में, एप्सॉन ने ACT11 नामक दुनिया का पहला मुड़ने योग्य माइक्रोप्रोसेसर, एक 8-बिट एसिंक्रोनस चिप का निर्माण किया।    सिंक्रोनस लचीले प्रोसेसर धीमे होते हैं, क्योंकि उस सामग्री को मोड़ना जिस पर एक चिप गढ़ी जाती है, विभिन्न ट्रांजिस्टर की विलंब में जंगली और अप्रत्याशित बदलाव का कारण बनती है, जिसके लिए सबसे विकृत स्थिति को हर जगह माना जाना चाहिए और हर चीज को सबसे विकृत गति से देखा जाना चाहिए। प्रोसेसर स्मार्ट कार्ड में उपयोग के लिए अभिप्रेत है, जिनके चिप्स वर्तमान में आकार में इतने छोटे हैं कि वे पूरी तरह से कठोर रह सकते हैं।

अन्तर्राष्ट्रीय व्यवसाय मशीन
2014 में, अन्तर्राष्ट्रीय व्यवसाय मशीन ने एक SyNAPSE- विकसित चिप की घोषणा की जो एसिंक्रोनस तरीके से चलती है, जिसमें अब तक उत्पादित किसी भी चिप की उच्चतम ट्रांजिस्टर की गिनती है। अन्तर्राष्ट्रीय व्यवसाय मशीन की चिप पैटर्न रिकग्निशन बेंचमार्क पर पारंपरिक कंप्यूटिंग प्रणाली की तुलना में कम बिजली के ऑर्डर का उपभोग करती है।

समयरेखा

 * ORDVAC और (समान) ILLIAC I (1951)
 * जॉनियाक (1953)
 * वीज़ैक (1955)
 * कीव (1958), एक सोवियत मशीन जो पीएल/1 भाषा में आने से बहुत पहले पॉइंटर्स के साथ प्रोग्रामिंग भाषा का उपयोग कर रही थी
 * ILIAC II (1962)
 * मैनचेस्टर के विक्टोरिया विश्वविद्यालय ने एटलस कंप्यूटर (मैनचेस्टर) बनाया (1964)


 * ICL 1906A और 1906S मेनफ्रेम कंप्यूटर, 1900 श्रृंखला का भाग हैं और 1964 से इंटरनेशनल कंप्यूटर लिमिटेड द्वारा एक दशक से अधिक समय तक बेचे गए
 * पोलिश कंप्यूटर जेसेक कारपिन्स्की#KAR-65|KAR-65 और K-202 (क्रमशः 1965 और 1970)
 * हनीवेल सीपीयू 6180 (1972) और सीरीज 60 लेवल 68 (1981) जिस पर  मॉलटिक्स  एसिंक्रोनस रूप से चलता था


 * सोवियत बिट-स्लाइस माइक्रोप्रोसेसर मॉड्यूल (1970 के दशक के अंत में) K587 के रूप में उत्पादित, K588 और К1883 (पूर्वी जर्मनी में U83x)
 * कैलटेक एसिंक्रोनस माइक्रोप्रोसेसर, दुनिया का पहला एसिंक्रोनस माइक्रोप्रोसेसर (1988) * ARM संरचना-कार्यान्वयन ताबीज माइक्रोप्रोसेसर (1993 और 2000)
 * एआरएम संरचना R3000 का एसिंक्रोनस कार्यान्वयन, डब MiniMIPS (1998)
 * एक्सएपी प्रोसेसर के कई संस्करणों ने विभिन्न एसिंक्रोनस डिजाइन शैलियों के साथ प्रयोग किया: एक बंडल डेटा एक्सएपी, 1-ऑफ-4 एक्सएपी, और 1-ऑफ-2 (डुअल-रेल) एक्सएपी (2003?) * एआरएम-संगत प्रोसेसर (2003?) जेडसी यू, स्टीव फर्बर | एस द्वारा डिजाइन किया गया। बी. फरबर, और एल.ए. प्लाना; विशेष रूप से सुरक्षा संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए एसिंक्रोनस डिजाइन के लाभों का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया * नेटवर्क-आधारित एसिंक्रोनस संरचना प्रोसेसर (2005) जो MIPS संरचना इंस्ट्रक्शन समूह के सबसेट को निष्पादित करता है
 * हैंडशेक सॉल्यूशंस से ARM996HS प्रोसेसर (2006)।
 * हैंडशेक सॉल्यूशंस से HT80C51 प्रोसेसर (2007?)।
 * वोर्टेक्स, लोड-स्टोर संरचना के साथ सामान्य-उद्देश्य वाले सीपीयू का एक सुपरस्केलर प्रोसेसर इतिहास। इंटेल से लोड/स्टोर संरचना (2007); इसे फुलक्रम माइक्रोसिस्टम टेस्ट चिप 2 के रूप में विकसित किया गया था और इसके कुछ घटकों को छोड़कर इसका व्यावसायीकरण नहीं किया गया था; चिप में डीडीआर एसडीआरएएम और एक 10 जीबी ईथरनेट इंटरफेस सम्मिलित है जो नेक्सस प्रणाली-ऑन-चिप नेट के माध्यम से सीपीयू से जुड़ा हुआ है।
 * चार्ल्स एच. मूर से सीफर्थ मल्टी कोर  प्रोसेसर (2008)।
 * जीए144 चार्ल्स एच. मूर का मल्टी-कोर प्रोसेसर (2010)।
 * TAM16: 16-बिट एसिंक्रोनस माइक्रोकंट्रोलर IP कोर (टिएम्पो)
 * शील्ड एसिंक्रोनस DLX बेटी? एसिंक्रोनस ओपन-सोर्स DLX प्रोसेसर (ASPIDA) को ASIC और FPGA दोनों संस्करणों में सफलतापूर्वक प्रयुक्त किया गया है

यह भी देखें

 * विश्व स्तर पर एसिंक्रोनस स्थानीय रूप से सिंक्रोनस परिपथ
 * अनुक्रमिक तर्क (एसिंक्रोनस)
 * स्थिरोष्म तर्क
 * परफेक्ट क्लॉक गेटिंग
 * सिग्नल ट्रांजिशन ग्राफ
 * पेट्री जाल

अग्रिम पठन

 * TiDE from Handshake Solutions in The Netherlands, Commercial asynchronous circuits design tool. Commercial asynchronous ARM (ARM996HS) and 8051 (HT80C51) are available.
 * An introduction to asynchronous circuit design by Davis and Nowick
 * Null convention logic, a design style pioneered by Theseus Logic, who have fabricated over 20 ASICs based on their NCL08 and NCL8501 microcontroller cores
 * The Status of Asynchronous Design in Industry Information Society Technologies (IST) Programme, IST-1999-29119, D. A. Edwards W. B. Toms, June 2004, via www.scism.lsbu.ac.uk
 * The Red Star is a version of the MIPS R3000 implemented in asynchronous logic
 * The Amulet microprocessors were asynchronous ARMs, built in the 1990s at University of Manchester, England
 * The N-Protocol developed by Navarre AsyncArt, the first commercial asynchronous design methodology for conventional FPGAs
 * PGPSALM an asynchronous implementation of the 6502 microprocessor
 * Caltech Async Group home page
 * Tiempo: French company providing asynchronous IP and design tools
 * Epson ACT11 Flexible CPU Press Release
 * Newcastle upon Tyne Async Group page