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FIFO-Speicher - Speichermanagement nach dem Warteschlangenprinzip

In vielen Bereichen der Datenverarbeitung müssen Daten für die spätere Weiterverarbeitung zwischengespeichert werden. Ein gutes Beispiel hierfür ist die sogenannte Druckerwarteschlange. Sie dient dazu, Druckaufträge so lange zu speichern, bis diese vom Drucker ausgedruckt werden können. Die Druckerwarteschlange ermöglicht es dem Benutzer, mit dem Computer weiterzuarbeiten, während das gewünschte Dokument ausgedruckt wird. Im Prinzip arbeiten fast alle seriellen Datenbusse nach dem Warteschlangenverfahren. Die hier eingesetzten Speicher werden deshalb als FIFO-Speicher bezeichnet. FIFO steht für First in First out, was auf Deutsch so viel heißt wie: „Wer als Erstes da ist, kommt auch zuerst dran“ - genauso, wie es normalerweise mit einer Warteschlange funktioniert. Meistens resultiert diese Art der Datenverarbeitung aus Datenstaus, die aus unterschiedlichen Gründen entstehen können.

Mögliche Gründe für Warteschlangen bzw. Datenstaus

Einer der häufigsten Gründe für Verzögerungen in der Weiterverarbeitung von Daten sind unterschiedliche Datenraten innerhalb eines Gerätes oder bei der Kommunikation verschiedener Geräte. So besitzen beispielsweise RAM-Speicher ganz andere mögliche Datendurchsätze als serielle Schnittstellen.

Unterschiedliche Arten der Weiterleitung von Datensätzen machen ebenfalls FIFO-Speicher erforderlich. Ein gutes Beispiel hierfür ist ebenfalls die serielle Schnittstelle. Bei dieser werden zunächst ankommende Daten gesammelt, bis ein Datensatz bestimmter Größe in einem Rutsch übertragen wird.

Diese Sammlung von Daten bis zur Weiterverarbeitung erfolgt häufig, um einen Prozessor zu entlasten, da dieser für die Weiterverarbeitung häufig den Programmablauf unterbrechen muss. Durch die Bildung von größeren Datensätzen mithilfe des FIFO-Speichers können diese Programmunterbrechungen (Interrupts) deutlich reduziert werden, was wiederum der Arbeitsgeschwindigkeit zugutekommt.

Einsatzgebiete der angebotenen Speicherbausteine

• FIFO-Speicher werden häufig für Schnittstellenadapter benötigt, da diese oft eine Kompatibilität zwischen Schnittstellen mit verschiedenen Verarbeitungsgeschwindigkeiten herstellen müssen. Vor allem beim Einsatz serieller Schnittstellen werden Speicher zur Zwischenspeicherung von zu übertragenden Daten benötigt.
• Auch beim Einsatz sogenannter Transceiver werden diese Zwischenspeicher benötigt. In Netzwerkadaptern beispielsweise ist häufig ebenfalls eine Anpassung der zum Teil unterschiedlichen Datenraten notwendig, die dann ebenfalls über FIFO-Speicher realisiert werden können.
• Eine bei CPUs und Mikrocontrollern häufig verwendete serielle Schnittstelle ist UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Bei dieser Übertragungsart werden Datenwörter mit einer Länge von fünf bis neun Bit übertragen. Aber nicht alle Mikrocontroller verwenden FIFO-Speicher bei der Datenübertragung.
• Nicht zu unterschätzen ist auch das Einsatzgebiet von FIFO-Speichern in Entwicklungsumgebungen (beispielsweise für Schnittstellenadapter).

Gehäuseformen von FIFO-Speichern unterschiedlicher Bauart

Nur noch selten werden bei FIFO-Speichern Bauteile für die kommerzielle Bauteilemontage auf einer Platine in Form von DIL-ICs eingesetzt. Meistens kommen hier im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung elektronischer Baugruppen SMD-Bauteile zum Einsatz. Häufig verwendete Gehäuseformen sind hier PLCC, QFN QFP sowie TSSOP, die in der Regel eine entsprechend hohe Anzahl von Anschlüssen besitzen. Die Gehäuseform FPBGA ähnelt mit seinen nach unten herausgeführten Anschlüssen eher einem typischen Prozessor, wird aber ebenfalls für FIFO-Speicher eingesetzt.