Read-only memory

Diskrete komponente ROMEdit

IBM verwendet kondensator read-only storage (CROS) und transformator read-only storage (TROS) zu speichern mikrocode für die kleinere System/360 modelle, die 360/85, und die ersten zwei System/370 modelle (370/155 und 370/165). Bei einigen Modellen gab es auch einen Writeable Control Store (WCS) für zusätzliche Diagnose-und Emulationsunterstützung. Der Apollo Guidance Computer verwendete Core Rope Memory, programmiert durch Einfädeln von Drähten durch magnetische Kerne.,

Solid-state ROMEdit

Die einfachste Art von Solid-State-ROM ist so alt wie die Halbleitertechnologie selbst. Kombinatorische Logikgatter können manuell verknüpft werden, um die n-Bit-Adresseingabe beliebigen Werten der M-Bit-Datenausgabe zuzuordnen (eine Nachschlagetabelle). Mit der Erfindung der integrierten Schaltung kam Maske ROM., Mask ROM besteht aus einem Raster von Wortlinien (der Adresseingabe) und Bitlinien (der Datenausgabe), die selektiv mit Transistorschaltern verbunden sind und eine beliebige Nachschlagetabelle mit einem regulären physischen Layout und einer vorhersagbaren Ausbreitungsverzögerung darstellen können.

Im ROM sind die Daten physisch in der Schaltung codiert, so dass sie nur während der Fertigung programmiert werden können. Dies führt zu einer Reihe schwerwiegender Nachteile:

1. Es ist nur wirtschaftlich, Masken-ROM in großen Mengen zu kaufen, da Benutzer einen Vertrag mit einer Gießerei abschließen müssen, um ein benutzerdefiniertes Design zu erstellen.,
2. Die Bearbeitungszeit zwischen dem Abschluss des Entwurfs für eine Maske und dem Erhalt des fertigen Produkts ist aus demselben Grund lang.
3. Maske ROM ist unpraktisch für R&D Arbeit, da Designer häufig den Inhalt des Speichers ändern müssen, wie sie ein Design verfeinern.
4. Wenn ein Produkt mit fehlerhaftem Masken-ROM ausgeliefert wird, besteht die einzige Möglichkeit, dies zu beheben, darin, das Produkt abzurufen und das ROM in jedem gelieferten Gerät physisch auszutauschen.

Nachfolgende Entwicklungen haben diese Mängel behoben., Programmierbarer schreibgeschützter Speicher (PROM), der 1956 von Wen Tsing Chow erfunden wurde, ermöglichte es Benutzern, seinen Inhalt genau einmal zu programmieren, indem er seine Struktur unter Anwendung von Hochspannungsimpulsen physisch veränderte. Dies adressierte die oben genannten Probleme 1 und 2, da ein Unternehmen einfach eine große Charge frischer PROM-Chips bestellen und diese nach Belieben mit dem gewünschten Inhalt programmieren kann.,

Das Aufkommen des 1959 bei Bell Labs erfundenen Metalloxid–Halbleiter–Feldeffekttransistors (MOSFET) ermöglichte die praktische Verwendung von Metalloxid-Halbleiter–Transistoren (MOS) als Speicherelemente für Speicherzellen im Halbleiterspeicher, eine Funktion, die zuvor von Magnetkernen im Computerspeicher bedient wurde. 1967 schlugen Dawon Kahng und Simon Sze von Bell Labs vor, dass das Floating Gate eines MOS-Halbleiterbauelements für die Zelle eines umprogrammierbaren Roms verwendet werden könnte, was dazu führte, dass Dov Frohman von Intel 1971 löschbaren programmierbaren schreibgeschützten Speicher (EPROM) erfand., Die Erfindung von EPROM von 1971 löste im Wesentlichen Problem 3, da EPROM (im Gegensatz zu PROM) durch Einwirkung von starkem ultraviolettem Licht wiederholt auf seinen unprogrammierten Zustand zurückgesetzt werden kann.

Der 1972 von Yasuo Tarui, Yutaka Hayashi und Kiyoko Naga am Elektrotechnischen Labor entwickelte, elektrisch löschbare programmierbare schreibgeschützte Speicher (EEPROM) hat einen langen Weg zur Lösung von Problem 4 zurückgelegt, da ein EEPROM an Ort und Stelle programmiert werden kann, wenn das enthaltende Gerät die Möglichkeit bietet, den Programminhalt von einer externen Quelle (z. B. einem PC über ein serielles Kabel) zu empfangen., Flash-Speicher, erfunden von Fujio Masuoka bei Toshiba in den frühen 1980er Jahren und kommerzialisiert in den späten 1980er Jahren, ist eine Form von EEPROM, die sehr effiziente Nutzung von Chip-Bereich macht und kann tausende Male ohne Schaden gelöscht und neu programmiert werden. Es ermöglicht das Löschen und Programmieren nur eines bestimmten Teils des Geräts anstelle des gesamten Geräts. Dies kann mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, daher der Name „Flash“.

Alle diese Technologien verbesserten die Flexibilität von ROM, jedoch zu erheblichen Kosten pro Chip, so dass das ROM in großen Mengen für viele Jahre eine wirtschaftliche Wahl bleiben würde., (Sinkende Kosten für umprogrammierbare Geräte hatten den Markt für Mask ROM bis zum Jahr 2000 fast eliminiert.) Wiederbeschreibbare Technologien wurden vorgestellt, die als Ersatz für Masken-ROM.

Die neueste Entwicklung ist NAND Flash, auch bei Toshiba erfunden. Seine Designer brachen explizit von der bisherigen Praxis ab und erklärten klar, dass „das Ziel von NAND Flash darin besteht, Festplatten zu ersetzen“ und nicht die traditionelle Verwendung von ROM als nichtflüchtiger Primärspeicher., Ab 2007 hat NAND dieses Ziel teilweise erreicht, indem es einen mit Festplatten vergleichbaren Durchsatz, eine höhere Toleranz gegenüber physischem Schock, extreme Miniaturisierung (z. B. in Form von USB-Flash-Laufwerken und winzigen microSD-Speicherkarten) und einen viel geringeren Stromverbrauch bietet.,

Verwendung zum Speichern von Programmenedit

Jeder Computer mit gespeichertem Programm kann eine Form von nichtflüchtigem Speicher (dh Speicher, der seine Daten behält, wenn der Strom entfernt wird) verwenden, um das anfängliche Programm zu speichern, das ausgeführt wird, wenn der Computer eingeschaltet ist oder anderweitig mit der Ausführung beginnt (ein Prozess, der als Bootstrapping bezeichnet wird und häufig mit „Booten“ oder „Hochfahren“abgekürzt wird). Ebenso benötigt jeder nicht-triviale Computer eine Form von veränderlichem Speicher, um Änderungen in seinem Status während der Ausführung aufzuzeichnen.,

Formen des schreibgeschützten Speichers wurden als nichtflüchtiger Speicher für Programme in den meisten frühen Computern mit gespeicherten Programmen wie ENIAC nach 1948 verwendet. (Bis dahin war es kein Computer mit gespeichertem Programm, da jedes Programm manuell in die Maschine verdrahtet werden musste, was Tage bis Wochen dauern konnte.) Nur-lese-Speicher war einfacher zu implementieren, da es nur erforderlich, einen Mechanismus zum Lesen von gespeicherten Werte, und nicht, Sie zu ändern in-place, und so konnte realisiert werden mit sehr grob, elektromechanischen Geräten (siehe historische Beispiele unten)., Mit dem Aufkommen integrierter Schaltungen in den 1960er Jahren wurden sowohl ROM als auch sein veränderliches Pendant statisches RAM als Arrays von Transistoren in Siliziumchips implementiert; Eine ROM-Speicherzelle könnte jedoch unter Verwendung von weniger Transistoren als eine SRAM-Speicherzelle implementiert werden, da letztere einen Latch (bestehend aus 5-20 Transistoren) benötigt, um ihren Inhalt beizubehalten, während eine ROM-Zelle aus dem Fehlen (logisch 0) oder Vorhandensein (logisch 1) eines Transistors bestehen kann, der eine Bitleitung mit einer Wortlinie verbindet. Folglich könnte ROM für viele Jahre zu niedrigeren Kosten pro Bit als RAM implementiert werden.,

Die meisten Heimcomputer der 1980er Jahre speicherten ein GRUNDLEGENDES Betriebssystem oder Betriebssystem im ROM, da andere Formen nichtflüchtigen Speichers wie Magnetplattenlaufwerke zu kostspielig waren. Zum Beispiel enthielt der Commodore 64 64 KB RAM und 20 KB ROM enthielten einen GRUNDLEGENDEN Interpreter und den“ KERNAL “ seines Betriebssystems., Spätere Heim-oder Bürocomputer wie der IBM PC XT enthielten häufig Magnetplattenlaufwerke und größere Mengen an RAM, sodass sie ihre Betriebssysteme von der Festplatte in den RAM laden konnten, wobei nur ein minimaler Hardware-Initialisierungskern und Bootloader im ROM verbleiben (bekannt als das BIOS in IBM-kompatiblen Computern). Diese Anordnung ermöglichte ein komplexeres und leicht aufrüstbares Betriebssystem.,

In modernen PCs wird“ ROM “ verwendet, um die grundlegende Bootstrapping-Firmware für den Prozessor sowie die verschiedene Firmware zu speichern, die zur internen Steuerung in sich geschlossener Geräte wie Grafikkarten, Festplatten, Solid-State-Laufwerke benötigt wird Laufwerke, optische Laufwerke, TFT-Bildschirme usw., im System. Heutzutage werden viele dieser „schreibgeschützten“ Speicher-insbesondere das BIOS / UEFI – häufig durch EEPROM-oder Flash-Speicher ersetzt (siehe unten), um eine In-Place-Neuprogrammierung zu ermöglichen, falls ein Firmware-Upgrade erforderlich ist., Einfache und ausgereifte Subsysteme (wie beispielsweise die Tastatur oder einige Kommunikationssteuerungen in den integrierten Schaltungen auf der Hauptplatine) können jedoch ein ROM oder OTP (einmalig programmierbar) verwenden.

ROM und Nachfolgetechnologien wie Flash sind in eingebetteten Systemen weit verbreitet. Diese sind in allem von Industrierobotern zu Haushaltsgeräten und Unterhaltungselektronik(MP3-Player, Set-Top-Boxen, etc.) alle sind für bestimmte Funktionen ausgelegt, basieren aber auf Allzweck-Mikroprozessoren., Da Software in der Regel eng mit Hardware gekoppelt ist, sind bei solchen Geräten selten Programmänderungen erforderlich (bei denen normalerweise aus Kosten -, Größen-oder Stromverbrauchsgründen Festplatten fehlen). Ab 2008 verwenden die meisten Produkte Flash anstelle eines Roms, und viele bieten einige Mittel zum Anschließen an einen PC für Firmware-Updates; Beispielsweise kann ein digitaler Audio-Player aktualisiert werden, um ein neues Dateiformat zu unterstützen., Einige Bastler haben diese Flexibilität genutzt, um Consumer-Produkte für neue Zwecke neu zu programmieren; Zum Beispiel haben die iPodLinux-und OpenWRT-Projekte Benutzern ermöglicht, voll funktionsfähige Linux-Distributionen auf ihren MP3-Playern bzw.

ROM ist auch nützlich für die binäre Speicherung von kryptografischen Daten, da sie schwer zu ersetzen sind, was zur Verbesserung der Informationssicherheit wünschenswert sein kann.,

Verwendung zum Speichern von dataEdit

Da ROM (zumindest in fest verdrahteter Maskenform) nicht geändert werden kann, eignet es sich nur zum Speichern von Daten, die für die Lebensdauer des Geräts nicht geändert werden müssen. Zu diesem Zweck wurde ROM in vielen Computern zum Speichern von Nachschlagetabellen zur Auswertung mathematischer und logischer Funktionen verwendet (z. B. kann eine Gleitkommaeinheit die Sinusfunktion tabellieren, um eine schnellere Berechnung zu ermöglichen). Dies war besonders effektiv, wenn CPUs langsam waren und ROM im Vergleich zu RAM billig war.,

Insbesondere die Display-Adapter der frühen PCS gespeichert Tabellen von bitmapped Schriftzeichen in ROM. Dies bedeutete normalerweise, dass die Schriftart der Textanzeige nicht interaktiv geändert werden konnte. Dies war sowohl bei den CGA-als auch bei den MDA-Adaptern der Fall, die mit dem IBM PC XT verfügbar waren.

Die Verwendung von ROM zum Speichern so kleiner Datenmengen ist in modernen Allzweckcomputern fast vollständig verschwunden. NAND Flash hat jedoch eine neue Rolle als Medium für die Massenspeicherung oder sekundäre Speicherung von Dateien übernommen.

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