Nur-Lese-Speicher

Festwertspeicher ( ROM ) ist eine Form des nichtflüchtigen Speichers, der in Computern und anderen elektronischen Geräten verwendet wird . Die im ROM gespeicherten Daten können nach der Herstellung des Speichermediums nicht mehr elektronisch verändert werden . Festwertspeicher eignen sich zur Speicherung von Software , die während der Lebensdauer des Systems selten geändert wird – auch Firmware genannt . Softwareanwendungen, wie beispielsweise Videospiele , für programmierbare Geräte können als Steckmodule mit ROM vertrieben werden .

Streng genommen bezeichnet Festwertspeicher (ROM) festverdrahtete Speicher wie Diodenmatrizen oder Masken-ROM- ICs, die nach der Herstellung nicht mehr elektronisch verändert werden können. Während diskrete Schaltungen prinzipiell durch das Hinzufügen von Drähten und den Austausch von Bauteilen modifiziert werden können, ist dies bei ICs nicht möglich. Zur Fehlerbehebung oder für Software-Updates müssen neue Geräte hergestellt und die vorhandenen ersetzt werden.

Floating-Gate -ROM -Halbleiterspeicher in Form von löschbaren programmierbaren Festwertspeichern (EPROM), elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeichern (EEPROM) und Flash-Speichern können gelöscht und neu programmiert werden. Dies ist jedoch üblicherweise nur mit relativ geringer Geschwindigkeit möglich, erfordert unter Umständen spezielle Ausrüstung und ist typischerweise nur eine bestimmte Anzahl von Malen realisierbar. ^{[ 1 ]}

Der Begriff „ROM“ wird manchmal sowohl für ein ROM-Gerät mit spezieller Software als auch für eine Datei mit Software verwendet, die auf einem beschreibbaren ROM-Gerät gespeichert werden soll. Beispielsweise bezeichnen Benutzer, die das Android-Betriebssystem modifizieren oder ersetzen, Dateien mit einem modifizierten oder ersetzten Betriebssystem als „ Custom-ROM “, nach dem Speichertyp, auf dem die Datei ursprünglich gespeichert wurde. Dabei unterscheiden sie möglicherweise zwischen ROM (wo Software und Daten gespeichert werden, üblicherweise Flash-Speicher ) und RAM .

ROM und RAM sind essentielle Komponenten eines Computers, die jeweils unterschiedliche Aufgaben erfüllen. RAM (Random Access Memory) ist ein temporärer, flüchtiger Speicher, der Daten verliert, wenn das System ausgeschaltet wird. ROM hingegen ist nichtflüchtig und speichert seine Daten auch nach dem Ausschalten des Computers. ^{[ 2 ]}

IBM nutzte Kondensator-Festwertspeicher (CROS) und Transformator-Festwertspeicher (TROS) zur Speicherung des Mikrocodes für die kleineren System/360- Modelle 360/85 und die ersten beiden System/370- Modelle ( 370/155 und 370/165 ). Einige Modelle verfügten zusätzlich über einen beschreibbaren Steuerspeicher (WCS) für erweiterte Diagnose- und Emulationsfunktionen. Der Apollo-Bordcomputer verwendete Kernseilspeicher , der durch das Durchziehen von Drähten durch Magnetkerne programmiert wurde.

Der einfachste Typ von Festkörper- ROM ist so alt wie die Halbleitertechnologie selbst. Kombinatorische Logikgatter können manuell verbunden werden, um n -Bit-Adresseingaben beliebigen m -Bit-Datenausgabewerten zuzuordnen (eine Look-up-Tabelle ). Mit der Erfindung des integrierten Schaltkreises entstand das Masken-ROM . Masken-ROM besteht aus einem Raster von Wortleitungen (Adresseingabe) und Bitleitungen (Datenausgabe), die selektiv mit Transistorschaltern verbunden sind . Es kann eine beliebige Look-up-Tabelle mit einem regelmäßigen physikalischen Layout und einer vorhersagbaren Laufzeit darstellen . Masken-ROM wird während der Halbleiterfertigung mittels Fotomasken in der Fotolithografie programmiert . Die Maske definiert physikalische Merkmale oder Strukturen, die in den ROM-Chips entfernt oder hinzugefügt werden. Das Vorhandensein oder Fehlen dieser Merkmale repräsentiert je nach ROM-Design entweder ein 1- oder ein 0-Bit. ^{[ 3 ]} Daher schlagen alle Versuche, die Daten elektronisch zu ändern, konstruktionsbedingt fehl, da die Daten durch das Vorhandensein oder Fehlen physikalischer Merkmale oder Strukturen definiert sind, die nicht elektronisch verändert werden können. Bei jedem Softwareprogramm, selbst bei Revisionen desselben Programms, muss die gesamte Maske geändert werden, was kostspielig sein kann.

Bei Masken-ROMs sind die Daten physisch im Schaltkreis kodiert und können daher nur während der Fertigung programmiert werden. Dies führt zu einer Reihe schwerwiegender Nachteile:

• Nur der Kauf von Masken-ROM in großen Mengen ist wirtschaftlich, da die Benutzer für jedes einzelne Stück oder jede Software-Revision einen Vertrag mit einer Foundry abschließen müssen, um ein individuelles Design zu erstellen.
• Aus demselben Grund ist die Bearbeitungszeit zwischen der Fertigstellung des Designs für eine Masken-ROM und dem Erhalt des fertigen Produkts lang.
• Für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist Mask ROM unpraktisch, da die Entwickler beim Verfeinern eines Designs häufig den Speicherinhalt schnell ändern müssen.
• Wenn ein Produkt mit einem fehlerhaften Masken-ROM ausgeliefert wird, besteht die einzige Möglichkeit zur Behebung darin, das Produkt zurückzurufen und das ROM in jeder ausgelieferten Einheit physisch auszutauschen.

Nachfolgende Entwicklungen haben diese Mängel behoben. Der programmierbare Festwertspeicher (PROM), 1956 von Wen Tsing Chow erfunden ^{[ 4 ] [ 5 ],} ermöglichte es, seinen Inhalt durch die physikalische Veränderung seiner Struktur mittels Hochspannungsimpulsen genau einmalig zu programmieren. Damit wurden die oben genannten Probleme 1 und 2 gelöst, da ein Unternehmen einfach eine große Menge neuer PROM-Chips bestellen und diese nach Belieben mit den gewünschten Inhalten programmieren konnte.

Die Entwicklung des Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET), der 1959 in den Bell Labs erfunden wurde ^{[ 6 ]} , ermöglichte den praktischen Einsatz von Metall-Oxid-Halbleiter- (MOS)-Transistoren als Speicherzellen in Halbleiterspeichern – eine Funktion, die zuvor von Magnetkernen in Computerspeichern übernommen wurde . 1967 schlugen Dawon Kahng und Simon Sze von den Bell Labs vor, das Floating-Gate eines MOS- Halbleiterbauelements als Speicherzelle eines reprogrammierbaren ROMs zu verwenden. Dies führte 1971 zur Erfindung des löschbaren programmierbaren Festwertspeichers (EPROM) durch Dov Frohman von Intel ^{[ 7 ] [ 8 ].} Die EPROM-Erfindung von 1971 löste im Wesentlichen das dritte Problem, da EPROM (im Gegensatz zu PROM) durch Bestrahlung mit starkem ultraviolettem Licht wiederholt in seinen unprogrammierten Zustand zurückgesetzt werden kann.

Elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM), entwickelt 1972 von Yasuo Tarui, Yutaka Hayashi und Kiyoko Naga am Elektrotechnischen Laboratorium ^{[ 9 ]} , trug wesentlich zur Lösung von Problem 4 bei, da ein EEPROM direkt programmiert werden kann , sofern das Gerät, in dem es gespeichert ist, die Programmdaten von einer externen Quelle (z. B. einem PC über ein serielles Kabel ) empfangen kann. Flash-Speicher , Anfang der 1980er-Jahre von Fujio Masuoka bei Toshiba erfunden und Ende der 1980er-Jahre kommerzialisiert, ist eine Form des EEPROM, die die Chipfläche sehr effizient nutzt und tausendfach ohne Beschädigung gelöscht und neu programmiert werden kann. Er ermöglicht das Löschen und Programmieren nur eines bestimmten Teils des Geräts anstatt des gesamten Geräts. Dies kann mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, daher der Name „Flash“. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

All diese Technologien verbesserten die Flexibilität von ROM, jedoch zu erheblichen Kosten pro Chip, sodass Masken-ROM bei großen Stückzahlen über viele Jahre hinweg eine wirtschaftliche Option blieb. (Sinkende Kosten für reprogrammierbare Bausteine ​​hatten den Markt für Masken-ROM bis zum Jahr 2000 nahezu vollständig verdrängt.) Wiederbeschreibbare Technologien waren als Ersatz für Masken-ROM vorgesehen.

Die neueste Entwicklung ist NAND-Flash , ebenfalls von Toshiba erfunden. Die Entwickler brachen bewusst mit der bisherigen Praxis und erklärten klar: „Das Ziel von NAND-Flash ist es, Festplatten zu ersetzen “ ^{[ 12 ],} anstatt wie bisher ROM als nichtflüchtigen Primärspeicher zu verwenden . Stand 2021 hat NAND dieses Ziel nahezu vollständig erreicht: Es bietet einen höheren Datendurchsatz als Festplatten, geringere Latenz, höhere Stoßfestigkeit, extreme Miniaturisierung (beispielsweise in Form von USB-Sticks und winzigen microSD -Speicherkarten ) und einen deutlich geringeren Stromverbrauch.

Viele speicherprogrammierbare Computer verwenden einen nichtflüchtigen Speicher (d. h. einen Speicher, der seine Daten auch nach dem Abschalten der Stromversorgung behält), um das Startprogramm zu speichern, das beim Einschalten oder anderweitigen Start des Computers ausgeführt wird (ein Vorgang, der als Bootstrapping bezeichnet wird ^{und oft kurz} als „Booten“ oder „Hochfahren“ abgekürzt wird ) . Ebenso benötigt jeder nicht-triviale Computer eine Form von veränderlichem Speicher, um Zustandsänderungen während der Ausführung zu protokollieren .

In den meisten frühen speicherprogrammierbaren Computern, wie dem ENIAC ab 1948 , wurden Festwertspeicher (ROM) als nichtflüchtiger Speicher für Programme eingesetzt. (Bis dahin handelte es sich nicht um einen speicherprogrammierbaren Computer, da jedes Programm manuell in die Maschine einprogrammiert werden musste, was Tage bis Wochen dauern konnte.) Festwertspeicher waren einfacher zu implementieren, da sie lediglich einen Mechanismus zum Lesen gespeicherter Werte benötigten, nicht aber zum Ändern dieser Werte selbst. Daher konnten sie mit sehr einfachen elektromechanischen Bauelementen realisiert werden (siehe historische Beispiele unten). Mit dem Aufkommen integrierter Schaltkreise in den 1960er Jahren wurden sowohl ROM als auch sein veränderliches Pendant, das statische RAM, als Transistorarrays in Siliziumchips implementiert . Eine ROM-Speicherzelle konnte jedoch mit weniger Transistoren realisiert werden als eine SRAM-Speicherzelle, da letztere ein Latch (bestehend aus 5–20 Transistoren) zum Speichern ihres Inhalts benötigte, während eine ROM-Zelle lediglich aus dem Fehlen (logisch 0) oder Vorhandensein (logisch 1) eines einzigen Transistors bestehen konnte, der eine Bit-Leitung mit einer Wortleitung verband. ^{[ 13 ]} Folglich könnte ROM über viele Jahre hinweg zu geringeren Kosten pro Bit als RAM implementiert werden.

Die meisten Heimcomputer der 1980er-Jahre speicherten einen BASIC- Interpreter oder ein Betriebssystem im ROM, da andere Formen nichtflüchtiger Speicher wie Magnetplatten zu teuer waren. Der Commodore 64 beispielsweise verfügte über 64 KB RAM und 20 KB ROM mit einem BASIC-Interpreter und dem Betriebssystem KERNAL . Spätere Heim- und Bürocomputer wie der IBM PC XT besaßen oft Magnetplatten und größere RAM-Speicher, wodurch sie ihre Betriebssysteme von der Festplatte in den RAM laden konnten. Lediglich ein minimaler Hardware-Initialisierungskern und der Bootloader ( bei IBM-kompatiblen Computern als BIOS bekannt ) verblieben im ROM. Diese Anordnung ermöglichte ein komplexeres und leichter aktualisierbares Betriebssystem.

In modernen PCs dient der ROM-Speicher zur Speicherung der grundlegenden Bootloader- Firmware des Prozessors sowie der verschiedenen Firmware zur internen Steuerung von Systemkomponenten wie Grafikkarten , Festplatten , SSDs , optischen Laufwerken , TFT-Bildschirmen usw. Viele dieser Festwertspeicher – insbesondere das BIOS / UEFI – werden heutzutage häufig durch EEPROM oder Flash-Speicher (siehe unten) ersetzt , um bei Bedarf eine direkte Neuprogrammierung der Firmware zu ermöglichen. Einfache und ausgereifte Subsysteme (wie beispielsweise die Tastatur oder bestimmte Kommunikationscontroller in den integrierten Schaltkreisen des Mainboards) verwenden jedoch weiterhin Masken-ROM oder OTP (One-Time Programmable).

ROM and successor technologies such as flash are prevalent in embedded systems. These are in everything from industrial robots to home appliances and consumer electronics (MP3 players, set-top boxes, etc.) all of which are designed for specific functions, but are based on general-purpose microprocessors. With software usually tightly coupled to hardware, program changes are rarely needed in such devices (which typically lack hard disks for reasons of cost, size, or power consumption). As of 2008, most products use Flash rather than mask ROM, and many provide some means for connecting to a PC for firmware updates; for example, a digital audio player might be updated to support a new file format. Some hobbyists have taken advantage of this flexibility to reprogram consumer products for new purposes; for example, the iPodLinux and OpenWrt projects have enabled users to run full-featured Linuxdistributions on their MP3 players and wireless routers, respectively.

ROM is also useful for binary storage of cryptographic data, as it makes them difficult to replace, which may be desirable in order to enhance information security.

Since ROM (at least in hard-wired mask form) cannot be modified, it is only suitable for storing data which is not expected to need modification for the life of the device. To that end, ROM has been used in many computers to store look-up tables for the evaluation of mathematical and logical functions (for example, a floating-point unit might tabulate the sine function in order to facilitate faster computation). This was especially effective when CPUs were slow and ROM was cheap compared to RAM.

Notably, the display adapters of early personal computers stored tables of bitmapped font characters in ROM. This usually meant that the text display font could not be changed interactively. This was the case for both the CGA and MDA adapters available with the IBM PC (type 5150).^[14]

The use of ROM to store such small amounts of data has disappeared almost completely in modern general-purpose computers. However, NAND Flash has taken over a new role as a medium for mass storage or secondary storage of files.

Mask-ROM ist ein Festwertspeicher, dessen Inhalt vom Hersteller des integrierten Schaltkreises (und nicht vom Benutzer) programmiert wird. Der Kunde stellt dem Gerätehersteller die gewünschten Speicherinhalte zur Verfügung. Diese Daten werden in eine kundenspezifische Fotomaske /Maskenschicht für die abschließende Metallisierung der Verbindungen auf dem Speicherchip umgewandelt (daher der Name).

Masken-ROMs können auf verschiedene Weisen hergestellt werden, die alle darauf abzielen, das elektrische Verhalten eines Transistors zu verändern, wenn er auf einem Gitter angesteuert wird, zum Beispiel:

• In einem ROM mit Transistoren in NOR-Konfiguration werden mithilfe einer Fotomaske nur bestimmte Bereiche eines Gitters mit Transistoren definiert und mit Metall gefüllt. Dadurch wird nur ein Teil aller Transistoren im ROM-Chip mit dem Gitter verbunden ^{[ 3 ].} So entsteht ein Gitter, in dem verbundene Transistoren beim Ansteuern ein anderes elektrisches Signal abgeben als Bereiche, in denen keine Transistoren verbunden sind. Ein verbundener Transistor kann beispielsweise eine 1 und ein nicht verbundener eine 0 darstellen oder umgekehrt. Dies ist die kostengünstigste und schnellste Methode zur Herstellung von Masken-ROMs ^{[ 3 ]} , da nur eine einzige Maske mit Daten benötigt wird. Zudem weist sie die geringste Dichte aller Masken-ROM-Typen auf, da die Strukturierung auf der Metallisierungsschicht erfolgt ^{[ 3 ]} , deren Strukturen im Verhältnis zu anderen Teilen des ROMs relativ groß sein können. Dieses Verfahren wird als kontaktprogrammiertes ROM bezeichnet. In ROMs mit NAND-Konfiguration wird dies als Metallschichtprogrammierung bezeichnet. Die Maske definiert, wo die Bereiche um die Transistoren mit Metall gefüllt werden, wodurch die Transistoren kurzgeschlossen werden. Ein nicht kurzgeschlossener Transistor kann eine 0 darstellen, ein kurzgeschlossener eine 1 oder umgekehrt. ^{[ 15 ]}
• Durch die Verwendung zweier Masken zur Definition zweier Arten von Ionenimplantationsbereichen für Transistoren lassen sich deren elektrische Eigenschaften beim Ansteuern in einem Raster verändern und zwei Transistortypen definieren. ^{[ 3 ]} Der Transistortyp bestimmt, ob er ein 1- oder ein 0-Bit repräsentiert. Eine Maske legt fest, wo die Ionenimplantation für den einen Typ (die „1“-Transistoren) und die andere für den anderen Typ (die „0“-Transistoren) erfolgt. Dieses Verfahren wird als spannungsschwellenwertbasierter ROM (VTROM) bezeichnet, da die verschiedenen Ionenimplantationstypen unterschiedliche Spannungsschwellenwerte in den Transistoren definieren. Der Spannungsschwellenwert eines Transistors definiert, ob er eine 0 oder eine 1 ist. Das Verfahren ist sowohl für NAND- als auch für NOR-Konfigurationen geeignet. Es bietet eine hohe Resistenz gegen optisches Auslesen des Inhalts, da die Ionenimplantationsbereiche optisch schwer zu unterscheiden sind ^{[ 15 ].} Ein Auslesen kann durch Öffnen des ROMs und Verwendung eines Mikroskops versucht werden .
• Bei Transistoren werden zwei verschiedene Oxidschichtdicken für das Gate verwendet ^{[ 3 ]} . Mithilfe einer Maske wird die Schichtdicke für die eine Schichtdicke, mit einer weiteren Maske die Schichtdicke für die andere Schichtdicke festgelegt. Abhängig von der Schichtdicke kann ein Transistor unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen und somit entweder eine 1 oder eine 0 darstellen.
• Mithilfe mehrerer Masken wird das Vorhandensein oder Fehlen der Transistoren auf einem Raster definiert. Die Adressierung eines nicht vorhandenen Transistors kann als 0 interpretiert werden, ein vorhandener Transistor als 1 und umgekehrt. Dies wird als Active-Layer-Programmierung bezeichnet. ^{[ 15 ]}

Masken-ROM-Transistoren können entweder in NOR- oder NAND-Konfigurationen angeordnet werden und ermöglichen eine der kleinsten möglichen Zellgrößen, da jedes Bit durch nur einen Transistor repräsentiert wird. NAND bietet eine höhere Speicherdichte als NOR. OR-Konfigurationen sind ebenfalls möglich, verbinden die Transistoren im Vergleich zu NOR jedoch nur mit V_{_cc} anstatt mit V_{_ss} . ^{[ 15 ]} Masken-ROMs waren früher die kostengünstigsten und einfachsten Halbleiterspeicherbausteine ​​mit nur einer Metall- und einer Polysiliziumschicht. Dadurch weisen sie die höchste Fertigungsausbeute auf ^{[ 3 ]} (die höchste Anzahl funktionsfähiger Bauelemente pro Fertigungslauf). ROMs können mit verschiedenen Halbleiterfertigungstechnologien wie CMOS , nMOS , pMOS und Bipolartransistoren hergestellt werden . ^{[ 16 ]}

Es ist üblich, für die Entwicklungsphase eines Projekts wiederbeschreibbaren, nichtflüchtigen Speicher – wie UV- EPROM oder EEPROM – zu verwenden und nach Fertigstellung des Codes auf Masken-ROM umzusteigen. Beispielsweise sind Atmel- Mikrocontroller sowohl in EEPROM- als auch in Masken-ROM-Ausführung erhältlich.

Der Hauptvorteil von Masken-ROM liegt in seinen Kosten. Pro Bit war Masken-ROM kompakter als jede andere Art von Halbleiterspeicher . Da die Kosten eines integrierten Schaltkreises stark von seiner Größe abhängen, ist Masken-ROM deutlich günstiger als jede andere Art von Halbleiterspeicher.

Die einmaligen Maskierungskosten sind jedoch hoch, und die Entwicklungszeit von der Konzeption bis zur Produktentwicklung ist lang. Konstruktionsfehler sind kostspielig: Wird ein Fehler in den Daten oder im Code gefunden, ist der Masken-ROM unbrauchbar und muss ausgetauscht werden, um den Code oder die Daten zu ändern. ^{[ 17 ]}

Stand 2003 produzierten vier Unternehmen den Großteil solcher Masken-ROM-Chips: Samsung Electronics , NEC Corporation , Oki Electric Industry und Macronix . ^{[ 18 ]}

Manche integrierte Schaltungen enthalten nur Masken-ROM. Andere integrierte Schaltungen enthalten neben Masken-ROM auch eine Vielzahl weiterer Bausteine. Insbesondere viele Mikroprozessoren verfügen über Masken-ROM zur Speicherung ihres Mikrocodes . Einige Mikrocontroller nutzen Masken-ROM zur Speicherung des Bootloaders oder ihrer gesamten Firmware .

Klassische maskenprogrammierte ROM-Chips sind integrierte Schaltkreise, die die zu speichernden Daten physisch kodieren, sodass es unmöglich ist, ihren Inhalt nach der Herstellung zu ändern.

Es ist auch möglich, den Inhalt eines Laser-ROMs zu beschreiben, indem man mit einem Laser nur die elektrischen Eigenschaften einiger Dioden im ROM verändert oder indem man mit einem Laser nur einige Polysilizium-Verbindungen schneidet, anstatt eine Maske zu verwenden. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 15 ]}

• Programmierbarer Festwertspeicher (PROM) oder einmalig programmierbarer ROM (OTP) kannmit einem speziellen Gerät, dem PROM-Programmiergerät , beschrieben oder programmiert werden. Typischerweise verwendet dieses Gerät hohe Spannungen, um interne Verbindungen ( Sicherungen oder Antisicherungen ) im Chip dauerhaft zu zerstören oder herzustellen. Daher kann ein PROM nur einmal programmiert werden.
• Löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EPROM) kann durch Bestrahlung mit starkem ultraviolettem Licht (typischerweise mindestens 10 Minuten)gelöscht und anschließend mit einem Verfahren neu beschrieben werden, das wiederum eine höhere Spannung als üblich erfordert. Wiederholte UV-Bestrahlung führt mit der Zeit zu Verschleiß, die Lebensdauer der meisten EPROM-Chips beträgt jedoch über 1000 Lösch- und Programmierzyklen. EPROM-Chips sind oft an dem markanten Quarzfenster erkennbar , durch das UV-Licht eindringen kann. Nach der Programmierung wird das Fenster üblicherweise mit einem Etikett abgedeckt, um versehentliches Löschen zu verhindern. Einige EPROM-Chips werden bereits vor der Verpackung werkseitig gelöscht und besitzen kein Fenster; diese entsprechen im Prinzip PROM.
• Elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM) basiert auf einer ähnlichen Halbleiterstruktur wie EPROM, ermöglicht jedoch das elektrische Löschen und anschließende elektrische Überschreiben des gesamten Inhalts (oder ausgewählter Speicherbereiche ), sodass dieser nicht aus dem Computer (sei es ein Allzweckrechner oder ein in einer Kamera, einem MP3-Player usw. integrierter Computer) ausgebaut werden muss. Das Beschreiben eines EEPROM ist deutlich langsamer (Millisekunden pro Bit) als das Lesen eines ROM oder das Schreiben in einen RAM (jeweils Nanosekunden).
  • Elektrisch veränderbarer Festwertspeicher (EAROM) ist eine Art EEPROM, der bitweise modifiziert werden kann . [ ^{21 ] Das} Schreiben ist ein sehr langsamer Prozess und erfordert eine höhere Spannung (üblicherweise um die 12 V ) als das Lesen. EAROMs eignen sich für Anwendungen, die nur selten und partiell überschrieben werden müssen. Sie können als nichtflüchtiger Speicher für wichtige Systemkonfigurationsinformationen verwendet werden. In vielen Anwendungen wurden EAROMs durchnetzbetriebenen CMOS- RAM mit Lithiumbatterie als Backup.
  • Flash-Speicher (oder kurz Flash ) ist eine moderne Art von EEPROM, die 1984 erfunden wurde. Flash-Speicher lassen sich schneller löschen und beschreiben als herkömmliche EEPROMs, und neuere Designs zeichnen sich durch eine sehr hohe Lebensdauer (über 1.000.000 Zyklen) aus. Moderne NAND-Flash-Speicher nutzen die Chipfläche effizient aus, wodurch einzelne ICs (Integrierte Schaltkreise) im Jahr 2007 Kapazitäten von bis zu 32 GB erreichten . Diese Eigenschaft, zusammen mit ihrer Lebensdauer und Robustheit, ermöglichte es NAND-Flash, magnetische Speicher in einigen Anwendungen (z. B. USB-Sticks ) zu ersetzen. NOR-Flash- Speicher werden manchmal als Flash-ROM oder Flash-EEPROM bezeichnet , wenn sie als Ersatz für ältere ROM-Typen verwendet werden, jedoch nicht in Anwendungen, die ihre schnelle und häufige Modifizierbarkeit nutzen.

Durch die Anwendung von Schreibschutz können bestimmte Arten von wiederprogrammierbaren ROMs vorübergehend zu Nur-Lese-Speichern werden.

Es gibt weitere Arten von nichtflüchtigen Speichern, die nicht auf Halbleiter-IC-Technologie basieren, darunter:

• Optische Speichermedien wie die CD-ROM , die nur lesbar ist (analog zur Masked ROM), und die CD-R, die einmal beschreibbar und wiederlesbar ist (analog zum PROM), während die CD-RW Lösch- und Schreibzyklen unterstützt (analog zum EEPROM); beide sind abwärtskompatibel zur CD-ROM.

• Diodenmatrix -ROM, das in den 1960er Jahren in geringen Mengen in vielen Computern sowie in elektronischen Taschenrechnern und Tastaturcodierern für Terminals verwendet wurde . Dieses ROM wurde programmiert, indem diskrete Halbleiterdioden an ausgewählten Stellen zwischen einer Matrix von Wort- und Bitleitungen auf einer Leiterplatte installiert wurden .
• Widerstands- oder Kondensatormatrix -ROM wurde bis in die 1970er-Jahre in vielen Computern verwendet. Ähnlich wie Diodenmatrix-ROM wurde es durch das Platzieren von Bauteilen an ausgewählten Positionen zwischen einer Matrix aus Wort- und Bitleitungen programmiert . Die Funktionstabellen des ENIAC waren Widerstandsmatrix-ROM, die durch manuelles Einstellen von Drehschaltern programmiert wurden. Verschiedene Modelle des IBM System/360 und komplexe Peripheriegeräte speicherten ihren Mikrocode in einer Kondensatormatrix, in Varianten namens BCROS ( Balanced Capacitor Read-Only Storage) beim 360/50 und 360/65 oder CCROS ( Card Capacitor Read-Only Storage) beim 360/30 .
• Transformator -Matrix-ROMs erreichen eine höhere Speicherdichte als Dioden-, Widerstands- oder Kondensator-Matrix-ROMs, indem jedes Matrixelement mehrere Bits speichert.
  • Der Dimond-Ring-Übersetzer , benannt nach dem Erfinder Thomas L. Dimond von den Bell Labs, ist ein System, bei dem Drähte durch eine Reihe großer Ferritringe geführt werden, die als Transformatoren fungieren und Ansteuerimpulse an die Messwicklungen koppeln. ^{[ 22 ] [ 23 ]} Der Anfang der 1940er-Jahre entwickelte Dimond-Ring-Übersetzer wurde in der #5 Crossbar Switch und in TXE- Telefonzentralen eingesetzt. Er bildete die Grundlage für die meisten späteren Formen transformatorgekoppelter oder „Core Rope“-Speicher.
  • Transformer Read Only Storage ( TROS ) auf den Systemen 360/20 , 360/40 und den zugehörigen Peripheriesteuereinheiten ist eine Transformer-Matrix-ROM-Technologie, die analog zum Diamond Ring Translator funktioniert. Sie ist schneller und kompakter als IBMs CCROS, das im IBM System/360 Modell 30 verwendet wurde , jedoch langsamer als IBMs BCROS, das im IBM System/360 Modell 50 und Modell 65 zum Einsatz kam .
  • Kernseilspeicher , auch Drahtgeflechtspeicher genannt ^{[ 24 ],} verbindet Ansteuerleitungen über Ferritkerne mit Messleitungen und kommt dort zum Einsatz, wo Größe, Gewicht und/oder Kosten entscheidend sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lese-/Schreibkernspeichern speichert ein Kernseilspeicher mehrere ROM-Bits pro Kern und wurde durch das Verweben von „Wortleitungen“ innerhalb oder außerhalb von Ferritkernen programmiert . Zwei verschiedene Arten von Kernseilspeichern, die sich dadurch unterscheiden, ob die Magnetisierung der Kerne während des Betriebs umgekehrt wird, sind die Impulstransformator-Technik und die Schaltkern-Technik ^{[ 25 ].}
    • Bei der Impulstransformator-Technik werden die Ansteuerleitungen über Ferritkerne mit den Messleitungen gekoppelt. Die Kernmagnetisierung wird dabei nicht umgekehrt, und das Verfahren ist auch nicht von der Magnetisierungshystereseschleife abhängig; die Kerne dienen lediglich als Transformatoren. Es funktioniert analog zum Diamantringtransformator und wurde in den DEC- Computern PDP -9 und PDP-16 , den Hewlett-Packard -Taschenrechnern 9100A und 9100B, Wang - Taschenrechnern und vielen anderen Geräten eingesetzt.
    • Die Schaltkerntechnik kehrt die Magnetisierung der Ferritkerne um. Dies unterscheidet sich wesentlich von der Funktionsweise eines Diamantringübersetzers. Dieses Verfahren wurde in den Apollo-Raumschiffcomputern der NASA / MIT eingesetzt ^{[ 26 ]} .
  • Induktiv gekoppelter Leiterplattenspeicher, der induktive Kopplung nutzt, jedoch keine Ferritkerne verwendet, sondern die Ansteuerungs- und Leseleitungen auf separaten Ebenen einer Leiterplatte koppelt. Er arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der Diamantringübersetzer und wurde in den Taschenrechnern Hewlett-Packard 9100A und 9100B für den Hauptspeicher der Steuerdaten eingesetzt (zusätzlich zu einem Impulstransformator-Kernspeicher für den Mikroinstruktionsdecoder). ^{[ 27 ]}

Obwohl die relative Geschwindigkeit von RAM und ROM im Laufe der Zeit variiert hat, können große RAM-Chips seit 2007 schneller gelesen werden als die meisten ROMs. Aus diesem Grund (und um einen einheitlichen Zugriff zu ermöglichen) werden ROM-Inhalte manchmal vor ihrer ersten Verwendung in den RAM kopiert oder als Schattenkopie gespeichert und anschließend aus dem RAM gelesen.

Bei elektrisch modifizierbaren ROM-Typen war die Schreibgeschwindigkeit traditionell deutlich geringer als die Lesegeschwindigkeit. Zudem waren unter Umständen ungewöhnlich hohe Spannungen, das Umstecken von Jumpersteckern zum Aktivieren der Schreibsignale sowie spezielle Sperr-/Entsperrbefehle erforderlich. Moderne NAND-Flash-Speicher ermöglichen die höchsten Schreibgeschwindigkeiten aller wiederbeschreibbaren ROM-Technologien, mit bis zu 10 GB / s in SSDs. Dies wurde durch die gestiegenen Investitionen in SSDs für Endverbraucher und Unternehmen sowie in Flash-Speicherprodukte für High-End-Mobilgeräte ermöglicht. Technisch wurden die Verbesserungen durch die zunehmende Parallelität sowohl im Controller-Design als auch im Speicher, die Verwendung großer DRAM-Lese-/Schreibcaches und die Implementierung von Speicherzellen mit der Fähigkeit, mehr als ein Bit zu speichern (DLC, TLC und MLC), erzielt. Letztere Methode ist zwar fehleranfälliger, dies wurde jedoch durch Overprovisioning (die Integration von Reservekapazität in ein Produkt, die nur für den Laufwerkscontroller sichtbar ist) und durch immer ausgefeiltere Lese-/Schreibalgorithmen in der Laufwerksfirmware weitgehend kompensiert.

Da wiederbeschreibbare ROMs durch das Durchleiten von Elektronen durch eine elektrische Isolationsschicht auf ein schwebendes Transistorgate beschrieben werden , können sie nur eine begrenzte Anzahl von Schreib- und Löschzyklen überstehen, bevor die Isolation dauerhaft beschädigt wird. Bei den ersten EPROMs konnte dies bereits nach 1.000 Schreibzyklen eintreten, während die Lebensdauer moderner Flash-EEPROMs 1.000.000 Zyklen übersteigen kann. Die begrenzte Lebensdauer sowie die höheren Kosten pro Bit bedeuten, dass Flash-basierte Speicher die magnetischen Festplattenlaufwerke in naher Zukunft wahrscheinlich nicht vollständig ersetzen werden.

Die Zeitspanne, in der ein ROM korrekt lesbar bleibt, wird nicht durch Schreibzyklen begrenzt. Die Datenspeicherung von EPROM, EAROM, EEPROM und Flash-Speicher kann jedoch durch Ladungsverluste an den Floating-Gates der Speicherzellentransistoren zeitlich begrenzt sein. Frühe EEPROM-Generationen aus der Mitte der 1980er-Jahre gaben üblicherweise eine Datenspeicherung von 5 oder 6 Jahren an. Eine Übersicht über EEPROMs aus dem Jahr 2020 zeigt, dass Hersteller eine Datenspeicherung von 100 Jahren angaben. Ungünstige Umgebungsbedingungen verkürzen die Speicherdauer (Leckagen werden durch hohe Temperaturen oder Strahlung beschleunigt ). Maskierte ROMs und Fuse/Antifuse-PROMs sind von diesem Effekt nicht betroffen, da ihre Datenspeicherung auf der physikalischen und nicht auf der elektrischen Beständigkeit des integrierten Schaltkreises beruht, obwohl das Wiederaufwachsen von Sicherungen in einigen Systemen früher ein Problem darstellte. ^{[ 28 ]}

Der Inhalt von ROM-Chips lässt sich mithilfe spezieller Hardware und entsprechender Software auslesen. Dies ist beispielsweise üblich, um die Inhalte älterer Videospielkonsolen auszulesen . Ein weiteres Beispiel ist die Sicherung von Firmware-/Betriebssystem-ROMs älterer Computer oder anderer Geräte – zu Archivierungszwecken, da es sich bei den Originalchips häufig um PROMs handelt, deren nutzbare Datenlebensdauer möglicherweise abläuft.

Die resultierenden Speicherabbilddateien werden als ROM-Images oder kurz ROMs bezeichnet und können zur Erstellung von ROM-Duplikaten verwendet werden – beispielsweise zur Herstellung neuer Cartridges oder als digitale Dateien für Konsolenemulatoren . Der Begriff ROM-Image entstand, als die meisten Konsolenspiele auf Cartridges mit ROM-Chips vertrieben wurden, ist aber mittlerweile so weit verbreitet, dass er auch heute noch für Images neuerer Spiele verwendet wird, die auf CD-ROMs oder anderen optischen Datenträgern erscheinen .

ROM-Images von kommerziellen Spielen, Firmware usw. enthalten üblicherweise urheberrechtlich geschützte Software. Das unerlaubte Kopieren und Verbreiten urheberrechtlich geschützter Software stellt in vielen Ländern eine Urheberrechtsverletzung dar, wobei die Duplizierung zu Sicherungszwecken je nach Land als zulässige Nutzung gelten kann . In jedem Fall existiert eine aktive Community, die sich mit dem Vertrieb und Handel solcher Software zum Zwecke der Archivierung und Weitergabe beschäftigt.

• Flash-Speicher
• Direktzugriffsspeicher
• Meist gelesener Speicher (RMM)
• Nur-Schreib-Speicher