ROM

ROM steht für Read-Only Memory, eine Art Halbleiterspeicher, der Daten auch bei Stromunterbrechung behält. Anders als RAM, das beim Herunterfahren der Maschine alles verliert, speichert ROM die Inhalte unbegrenzt, weil die Daten bei der Herstellung physisch in den Chip eingebrannt sind. Das macht ROM ideal für die Speicherung von Firmware, Boot-Code und anderen kritischen Anweisungen, die ein Gerät im Moment des Hochfahrens benötigt.

Die ältesten ROM-Varianten verwendeten eine Maske beim Silizium-Fertigungsprozess, um jedes Bit dauerhaft zu setzen. Dieses Verfahren ist bei der Serienproduktion noch weit verbreitet, weil die Stückkosten sehr niedrig ausfallen, aber es erfordert lange Lieferzeiten und kann nach dem Verlassen der Fabrik nicht mehr geändert werden. Spätere Varianten wie EPROM (Erasable Programmable ROM) und EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) ermöglichten Umschreibbarkeit auf Kosten von langsamerer Zugriffsdauer und höheren Stückpreisen. EEPROM wurde besonders zum Standard für Geräte, die Firmware-Updates im Betrieb benötigen, ohne Hardware auszutauschen.

Flash-Memory, das in den 1980er Jahren entstand, ist eine Art nicht-flüchtiger Halbleiterspeicher, der eng mit EEPROM verwandt ist, aber viel schnellere Lese- und Schreibgeschwindigkeiten und höhere Dichte bietet. Moderne eingebettete Systeme, Microcontroller und Verbrauchergeräte nutzen typischerweise Flash statt klassischer ROM, weil es die Dauerhaftigkeit von ROM mit viel mehr Flexibilität verbindet. Der Begriff ROM hält sich in der Branche hartnäckig, obwohl Hardwareentwickler bei zeitgenössischen Designs oft Flash meinen, wenn sie von ROM-Speicher sprechen.

In einem typischen Microcontroller oder SoC belegt ROM einen festen Teil des adressierbaren Speicherbereichs. Die CPU kann aus ROM mit der gleichen Geschwindigkeit lesen wie aus RAM, aber Schreibvorgänge sind entweder unmöglich oder erfordern spezielle Freischalt-Sequenzen. Die Zugriffszeit für ROM liegt typischerweise bei wenigen Nanosekunden und entspricht oder übertrifft manchmal die von gecachtem RAM, sodass die Nur-Lese-Beschränkung keinen Performance-Engpass für gespeicherte Konstanten oder Code darstellt.

Ausfallszenarien in ROM-basierten Systemen sind selten, weil die Daten statisch sind, aber Probleme entstehen, wenn bei der Herstellung die falsche Firmware programmiert wird oder wenn ein Design Updates im Lebenszyklus erfordert, die das Mask ROM nicht ermöglicht. Ingenieure müssen den Inhalt vor einer Mask-ROM-Produktion umfassend prüfen, da Rückrufe teuer sind. Diese Zwangslage hat die Einführung von reprogrammierbaren Alternativen für praktisch alle neuen Designs vorangetrieben, mit Ausnahme sehr hochvolumiger Massenprodukten, bei denen sich die Werkzeugkosten für die Inflexibilität rechtfertigen.