Im Computerbereich unterscheidet man generell zwischen dem Arbeits- und dem Festwertspeicher. Der Arbeitsspeicher (RAM) ist ein flüchtiger Speicher, der nach dem Ausschalten des Rechners seine Daten wieder verliert. Der Festwertspeicher (ROM) ist nur lesbar und kann im normalen Betrieb nicht beschrieben werden. Er nennt sich auch Read Only Memory und ist ein nicht flüchtiger Speicher. Er behält somit seine Daten auch dann, wenn der Computer ausgeschaltet wird. Das bekannteste ROM ist das in PCs bekannte BIOS. In aktuellen Systemen wird das klassische BIOS weitgehend durch UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) abgelöst; die Firmware liegt dabei meist in einem SPI-NOR-Flash, der sich aus Anwendersicht wie ein ROM verhält.

Funktionsweise eines ROM Speicher Bausteins

ROM-Bausteine gibt es in verschieden großen Speicherkapazitäten. Sie müssen über ein spezielles Verfahren programmiert werden. Auch wenn bei diesen Festwertspeichern kein Schreibzugriff im laufenden Computerbetrieb möglich ist, kann jedoch jederzeit auf alle Speicherbereiche wahlweise vom Rechner zugegriffen werden. Man unterscheidet irreversible und reversible ROM-Bausteine.

Bei den ersten ROMs wurde das übertragene Programm über eine Filmmaske fest auf dem Chip programmiert. Eine nachträgliche Änderung war nicht mehr möglich und auch nicht erwünscht. BIOS-Hersteller konnten so ihre Firmware vor unbeabsichtigten Änderungen schützen. Diese Art der irreversiblen Programmierung ist jedoch nur für die Massenproduktion interessant. Beim BIOS ist ein kleines Miniprogramm eingespeichert, welches für das ordnungsgemäße Hochfahren und Booten des Rechners sorgt.

Die meisten BIOS-ROMs können über eine spezielle Tastenkombination vor dem Starten des Betriebssystems aufgerufen werden. Hierüber werden beispielsweise auch das aktuelle Tagesdatum und die Uhrzeit, sowie der eingesetzte Festplattentyp bestimmt. Die Daten gehen nur deshalb nicht verloren, weil eine kleine Batterie im Computer einen separaten Speicher mit diesen Daten bereithält. Die Daten selbst werden jedoch nicht im ROM-Baustein gespeichert, da es sich ja nur um einen Lesespeicher handelt.

Technische Betrachtung der ROM-Funktionsweise: Ein ROM besteht aus einer Matrix von Speicherzellen, einem Adressdecoder und Sense-Amplifiern. Der Prozessor adressiert Zellen über den Adressbus, die Daten werden über den Datenbus gelesen. Die Lesezugriffe erfolgen typischerweise mit konstanten Latenzen und hoher Zuverlässigkeit. Bei modernen Firmware-Bausteinen (z. B. SPI-NOR-Flash) kann per In-System-Programming (ISP) ein kontrolliertes Neuprogrammieren erfolgen, während der reguläre Betrieb weiterhin nur Lesezugriffe erlaubt.

• Nichtflüchtigkeit: Inhalte bleiben ohne Strom erhalten.
• Deterministische Zugriffszeiten: Wichtig für Bootprozesse und sicherheitskritische Systeme.
• Integrität: Häufig geschützt durch CRC/Hash und Signaturen (z. B. bei Secure-Boot-Konzepten).
• Schreibschutz: Hardware-Pins, Jumper oder Software-Flags verhindern unautorisierte Änderungen.
• Lebensdauer: Masken-ROM praktisch unbegrenzt; bei elektrisch programmierbaren Varianten begrenzen Programmiervorgänge die Zyklenzahl.

Aktueller Stand (UEFI, NVRAM und Variablen): Während klassische BIOS-Einstellungen im durch eine Knopfzelle gepufferten CMOS-RAM (RTC/NVRAM) lagen, speichern moderne UEFI-Systeme viele Parameter als sogenannte UEFI-Variablen im nichtflüchtigen Speicher des Firmware-Chips. Die Batterie puffert primär die Uhrzeit; Konfigurationsdaten verbleiben unabhängig vom Batteriestatus im Flash-basierten Firmware-Speicher.

ROM Speicher Typen

Wie bereits oben aufgeführt, gibt es das in Massenproduktion hergestellte Masken-ROM. Es kann nur einmal vom Hersteller direkt programmiert werden. Änderungen sind im Nachhinein nicht mehr möglich. Etwas flexibler ist das PROM. Bei diesem ROM-Baustein ist nach der Produktion eine einmalige Neuprogrammierung möglich. Man spricht hier auch vom ROM-Brennen, ähnlich dem Brennen einer CD oder DVD. In einem externen Gerät wird dieser ROM-Baustein eingesetzt und über ein spezielles Computerprogramm neu beschrieben.

Bei einem EPROM, einem erasable programmable Read Only Memory kann der ROM-Baustein mit Hilfe von UV-Licht gelöscht werden und mehrmals neu programmiert werden. Je nach verwendetem Hersteller sind dem Wiederbeschreiben jedoch Grenzen gesetzt. Bei einem EEPROM wird über ein spezielles Gerät in elektrische Form der Speicher gelöscht und wieder neu beschrieben. In vielen elektrischen Geräten mit Computersteuerung finden heute EEPROMs Anwendung. Neuerdings werden aber auch Flash-Speicher als Ersatz eingesetzt. Flash-Speicher können mehrmals neu programmiert werden. Sie erlauben jederzeit einen Schreib- und Lesezugriff. Der USB-Speicherstick arbeitet beispielsweise nach diesem Prinzip.

Überblick und Einordnung der Varianten:

• Masken-ROM (MROM): Einmalig per Fotomaske gefertigt; extrem robust, unveränderlich, ideal für Massenproduktion und sicherheitskritische Bootcodes.
• PROM/OTP-ROM (One-Time Programmable): Nach Fertigung einmal elektrisch programmierbar; kostengünstig für kleine bis mittlere Serien.
• EPROM: Mehrfach lösch- und programmierbar via UV-Licht; erkennbar an Quarzfenster; heute vorrangig in Legacy-Systemen.
• EEPROM: Elektrisch lösch- und schreibbar auf Byte- oder Wortebene; ideal für Konfigurationsdaten, Kalibrierwerte und kleine Firmware-Komponenten.
• Flash-ROM (NOR/NAND): Elektrisch blockweise lösch- und programmierbar; NOR-Flash bietet direkten Code-Execute (XIP) und wird daher oft für Firmware wie BIOS/UEFI genutzt; NAND-Flash liefert höhere Dichten für Massenspeicher.

Praxisbeispiele:

• PC-Hauptplatinen: Firmware in SPI-NOR-Flash; Update über integrierte Update-Routinen.
• Embedded/Industrie: Bootloader im ROM/Flash, Applikation in separatem Flash-Bereich; oft mit Schreibschutz.
• Consumer-Geräte: Controller-Firmware in EEPROM/Flash; Einstellungen im EEPROM/NVRAM.

Häufige Fragen und Antworten