FIFO存儲器

在系統設計中，以增加數據傳輸率、處理大量數據流、匹配具有不同傳輸率的系統為目的而廣泛使用FIFO存儲器，從而提高了系統性能。FIFO存儲器是一個先入先出的雙口緩衝器，即第一個進入其內的數據第一個被移出，其中一個存儲器的輸入口，另一個口是存儲器的輸出口。對於單片FIFO來說，主要有兩種結構：觸發導向結構和零導向傳輸結構。觸發導向傳輸結構的FIFO是由寄存器陣列構成的，零導向傳輸結構的FIFO是由具有讀和寫地址指針的雙口RAM構成。

FIFO存儲器是系統的緩衝環節，如果沒有FIFO存儲器，整個系統就不可能正常工作，它主要有幾方面的功能：

1）對連續的數據流進行緩存，防止在進機和存儲操作時丟失數據；

2）數據集中起來進行進機和存儲，可避免頻繁的匯流排操作，減輕CPU的負擔；

3）允許系統進行DMA操作，提高數據的傳輸速度。這是至關重要的一點，如果不採用DMA操作，數據傳輸將達不到傳輸要求，而且大大增加CPU的負擔，無法同時完成數據的存儲工作。

因此，選擇合適的存儲晶元對於提高系統性能很重要，在以往的設計中經常採用的是“乒乓型”存儲方式，這種方式就是採用兩片存儲器，數據首先進入其中一片，當數據滿時再讓數據進入第二片存儲器，同時通過邏輯控制，將第一片存儲器中的數據取走，以此類推，兩片輪流對數據進行緩存。這種方式有著較明顯的缺點，首先是控制複雜，要有專門的邏輯來維護這種輪流機制；其次，數據流的流向要不斷變化，限制了數據流的速率，還容易產生干擾。從數據傳輸上說，緩存晶元容量越大，對後續時序要求就越低，可減少匯流排操作的頻次；但從數據存儲上說，就意味著需要開闢更大的內存空間來進行進行緩衝，會增加計算機的內存開銷，而且容量越大，成本也越高。因此，在綜合考慮系統性能和成本的基礎上，選擇滿足系統需要的晶元即可。

FIFO是First In/First－Out的縮寫，是先入先出的意思。FIFO存儲器分為寫入專用區和讀取專用區。讀操作與寫操作可以非同步進行，寫入區上寫入的數據按照寫入的順序從讀取端的區中讀出，類似於吸收寫入端與讀出端速度差的一種緩衝器。計算機的串口，一般也都具有FIFO緩衝器（不是單一的FIFO存儲器，而是嵌入在設備內部）。

FIFO存儲器的連接模式如圖所示。在FIFO存儲器而不是地址匯流排上附加了表示內部緩衝器狀態（Buffer Full，緩衝器已滿；Buffer Empty，緩衝器為空）的狀態引腳，連接於FIFO的雙方利用該狀態進行操作的控制。另外，還設計了在接通電源及複位（Reset）或由於操作中的某些異常等原因而重新初始化（無數據狀態）FIFO的複位引腳，這可以說是FIFO存儲器的特點。