Festwertspeicher – einfach erklärt

Begriff und Einsatz

Ein Festwertspeicher, auch Nur-Lese-Speicher oder Read-Only Memory (ROM), ist ein nicht flüchtiger Datenspeicher. Im normalen Betrieb lassen sich seine Daten nur lesen, nicht schreiben; auch ohne Strom bleiben sie erhalten. ROMs wurden besonders in eingebetteten Systemen mit unveränderbarer Software eingesetzt. In PCs war beispielsweise das BIOS ursprünglich fest verdrahtet in einem ROM und konnte nur durch Austausch oder externe Umprogrammierung verändert werden.

Vor Halbleiterspeichern konnte ein Festwertspeicher als Core Rope Memory aufgebaut sein. Dabei bestimmten die Verdrahtung und Ringkerne den fest gespeicherten Inhalt. Heute wird ROM häufig durch Flash-Speicher ersetzt, weil dessen Inhalt nachträglich korrigiert oder geändert werden kann.

Programmierung und Aufbau

Ein ROM-Chip besitzt n Adresspins. Ein Prozessor oder eine andere Logik legt dort die Adresse der gewünschten Speicherstelle an. An m Datenausgangs-Pins gibt der Chip den an dieser Adresse gespeicherten Wert aus. Ein Chip-Select-Pin kann zusätzlich festlegen, welcher von mehreren Chips an denselben Adressleitungen angesprochen wird.

Ein 64-kB-ROM speichert an 2^{16} = 65536 Adressen, also von Adresse 0 bis 65535, jeweils 1 Byte = 8 Bit. Es benötigt deshalb 16 Adress-Eingangsleitungen und 8 Daten-Ausgangsleitungen.

Das Einschreiben von Daten heißt Programmierung des Bausteins. Es ist nicht mit normalen Schreibzugriffen eines Schreib-Lese-Speichers wie RAM oder einer Festplatte gleichzusetzen. Es gibt Bausteine mit irreversibler und mit reversibler Programmierung. Trotz des Namens ermöglicht ROM wie RAM einen wahlfreien Zugriff auf Daten.

Masken-ROM und programmierbare Varianten

Frühe Halbleiter-ROMs wurden bereits bei der Herstellung fest verdrahtet. Wird die Verdrahtung mithilfe einer Maske, ähnlich einem Filmnegativ, direkt auf den Chip aufbelichtet, heißt der Baustein maskenprogrammiertes ROM oder Masken-ROM. Dieses Verfahren ist nur bei Großfertigung wirtschaftlich.

Daher entstanden PROMs (Programmable ROM), die erst nach der Fertigung mit Informationen befüllt werden können. Zu den wichtigen Varianten gehören:

Masken-ROM: nur zum Fertigungszeitpunkt programmierbar; bei Massenfertigung die preisgünstigste Version.
PROM: einmalig programmierbar.
EPROM: mit UV-Licht löschbar.
EEPROM: elektrisch löschbar.
Flash-Speicher: wird oft als ROM-Ersatz eingesetzt und ist als FLASH-EEPROM auch mit wahlfreier Adressierung erhältlich.

ROM als Rechenbaustein

Ein ROM kann statt eines Programms auch reine Daten enthalten. Seine Adresspins lassen sich dabei als Eingabewerte auffassen: Für jeden Eingabewert wird ein passender Ausgabewert eingebrannt und später bei dieser Eingabe ausgegeben.

Auf diese Weise kann ein ROM direkt eine Hardware-Funktion berechnen. Es kann jede Boolesche Funktion, also Logikfunktion, abbilden, die höchstens n Eingangsbits und m Ausgangsbits besitzt.