Read Only Memory (ROM)

Read-only memori (biasanya dikenal dengan singkatan nya, ROM) adalah kelas media penyimpanan yang digunakan dalam komputer dan perangkat elektronik lainnya. Karena data yang tersimpan dalam ROM tidak dapat diubah (setidaknya tidak terlalu cepat atau mudah), ini terutama digunakan untuk mendistribusikan firmware (software yang sangat erat dengan hardware tertentu, dan tidak mungkin untuk meminta pembaruan sering)

Dalam arti ketat, ROM hanya merujuk pada ROM topeng (tertua jenis ROM solid state), yang dibuat dengan data yang diinginkan secara permanen disimpan di dalamnya, dan dengan demikian tidak dapat dimodifikasi. Namun, yang lebih modern seperti jenis EPROM dan EEPROM flash bisa dihapus dan beberapa kali diprogram ulang, mereka masih digambarkan sebagai "memori read-only" (ROM) karena proses pemrograman ulang umumnya jarang terjadi, relatif lambat, dan sering tidak memungkinkan akses acak menulis ke lokasi memori individu. Meskipun kesederhanaan ROM topeng, skala ekonomi dan lapangan-programabilitas sering membuat teknologi reprogrammable lebih fleksibel dan murah, jadi ROM masker jarang digunakan dalam produk baru pada 2007.

Sejarah

Jenis paling sederhana dari ROM solid state adalah sebagai tua sebagai teknologi semikonduktor itu sendiri. gerbang logika kombinasional dapat bergabung secara manual untuk masukan n-bit peta alamat ke nilai-nilai sewenang-wenang output data m-bit (lihat tabel-up). Dengan penemuan sirkuit terpadu datang ROM masker. Mask ROM terdiri dari garis kotak kata (masukan alamat) dan garis bit (output data), selektif bergabung bersama dengan saklar transistor, dan dapat mewakili tabel look-up sewenang-wenang dengan layout fisik secara teratur dan delay propagasi diprediksi.

Dalam ROM masker, data fisik dikodekan di dalam rangkaian, sehingga hanya dapat diprogram selama fabrikasi. Hal ini menyebabkan sejumlah kelemahan yang serius:

1. Hal ini hanya ekonomis untuk membeli ROM masker dalam jumlah besar, karena pemakai harus kontrak dengan pengecoran untuk menghasilkan desain kustom.
2. Waktu turnaround antara menyelesaikan desain untuk masker ROM dan menerima produk jadi panjang, karena alasan yang sama.
3. Mask ROM tidak praktis untuk R & D bekerja sejak desainer sering perlu untuk memodifikasi isi dari memori saat mereka memperbaiki desain.
4. Jika produk dikirimkan dengan topeng ROM yang rusak, satu-satunya cara untuk memperbaikinya adalah dengan mengingat produk dan fisik menggantikan ROM.

Perkembangan selanjutnya telah membahas kelemahan ini. PROM, yang diciptakan pada tahun 1956, memungkinkan pengguna untuk program isinya persis sekali dengan mengubah struktur fisik dengan penerapan pulsa tegangan tinggi. Ini ditujukan masalah 1 dan 2 di atas, karena perusahaan hanya dapat memesan batch besar chip PROM segar dan program mereka dengan isi yang diinginkan pada kenyamanan desainer perusahaan. Penemuan 1971 dari EPROM dasarnya memecahkan masalah 3, sejak EPROM (tidak seperti PROM) dapat berulang ulang ke negara unprogrammed dengan paparan sinar ultraviolet yang kuat. EEPROM, yang diciptakan pada tahun 1983, pergi jauh untuk memecahkan masalah 4, karena sebuah EEPROM dapat diprogram di tempat jika berisi perangkat menyediakan sarana untuk menerima isi program dari sumber eksternal (misalnya komputer pribadi lewat kabel serial) . memori Flash, diciptakan di Toshiba pada pertengahan 1980-an, dan dikomersialkan pada awal 1990, merupakan suatu bentuk yang menggunakan EEPROM sangat efisien wilayah chip dan dapat dihapus dan diprogram kembali ribuan kali tanpa kerusakan.

Semua teknologi ini meningkatkan fleksibilitas ROM, tetapi dengan biaya yang signifikan per-chip, sehingga dalam ROM topeng jumlah besar akan tetap menjadi pilihan ekonomi selama bertahun-tahun. (Biaya Penurunan perangkat reprogrammable hampir dieliminasi pasar untuk ROM topeng pada tahun 2000) Selanjutnya., Meskipun fakta bahwa teknologi baru yang semakin kurang "read-only," sebagian besar hanya dibayangkan sebagai pengganti untuk penggunaan masker tradisional ROM .

Perkembangan terbaru adalah flash NAND, juga diciptakan oleh Toshiba. Its desainer secara eksplisit pecah dari praktik masa lalu, yang menyatakan dengan jelas bahwa "Flash NAND Tujuan adalah untuk menggantikan hard disk," [1], bukan penggunaan tradisional ROM sebagai bentuk penyimpanan primer non-volatile. Pada 2007, NAND sebagian telah mencapai tujuan ini dengan menawarkan throughput dibandingkan dengan hard disk, toleransi yang lebih tinggi dari shock fisik, miniaturisasi ekstrem (dalam bentuk flash drive USB dan kartu memori microSD kecil, misalnya), dan jauh lebih rendah konsumsi daya.

Penggunaan ROM untuk penyimpanan program

Setiap komputer disimpan-program memerlukan beberapa bentuk non-volatile, atau dihapus, penyimpanan untuk menyimpan program awal yang berjalan ketika komputer dinyalakan atau mulai eksekusi (proses yang dikenal sebagai bootstrap, sering disingkat menjadi "boot" atau "boot up "). Demikian juga, setiap komputer non-sepele memerlukan beberapa bentuk memori bisa berubah untuk merekam perubahan keadaan sebagai dijalankan.

Bentuk memori hanya-baca dipekerjakan sebagai penyimpanan non-volatile untuk program-program dalam komputer disimpan-program yang paling awal, seperti ENIAC setelah 1948 (sebelum itu bukan disimpan-program komputer seperti setiap program harus ditransfer secara manual ke dalam mesin , yang bisa memakan waktu berhari-hari untuk minggu). Read-only memori lebih sederhana untuk menerapkan karena hanya diperlukan sebuah mekanisme untuk membaca nilai yang disimpan, dan tidak mengubah mereka di tempat, dan dengan demikian bisa diterapkan dengan perangkat elektromekanis yang sangat kasar (lihat contoh historis di bawah ini). Dengan munculnya sirkuit terpadu di tahun 1960-an, baik mitra bisa berubah ROM dan RAM statis yang diimplementasikan sebagai array transistor dalam chip silikon, tetapi sel memori ROM dapat diterapkan menggunakan transistor lebih sedikit dari satu sel memori SRAM, karena yang terakhir memerlukan sebuah latch (terdiri dari 5-20 transistor) untuk mempertahankan isi, sementara sel ROM bisa terdiri dari tidak adanya (logika 0) atau keberadaan (logis 1) dari transistor tunggal yang menghubungkan jalur sedikit ke saluran kata [2]. Akibatnya , ROM dapat diterapkan pada sedikit-lebih rendah dari biaya per-RAM selama bertahun-tahun.

Sebagian besar komputer rumah tahun 1980-an disimpan juru bahasa BASIC atau sistem operasi dalam ROM sebagai bentuk lain dari penyimpanan non-volatile seperti disk drive magnetik terlalu mahal. Misalnya, Commodore 64 64 KiB termasuk RAM dan 20 KiB ROM berisi BASIC interpreter dan "KERNAL" (sic) dari sistem operasi. Kemudian rumah atau kantor seperti komputer IBM PC XT sering dimasukkan disk drive magnetik, dan jumlah yang lebih besar RAM, yang memungkinkan mereka untuk memuat sistem mereka operasi dari disk ke dalam RAM, dengan hanya inti inisialisasi hardware minimal dan bootloader yang tersisa dalam ROM (dikenal sebagai BIOS dalam komputer IBM-kompatibel). Susunan ini memungkinkan untuk sebuah sistem operasi yang lebih kompleks dan mudah diupgrade.

Pada PC modern, "ROM" (atau Flash) digunakan untuk menyimpan firmware bootstrap dasar untuk prosesor utama, serta berbagai firmware pengendalian internal yang diperlukan untuk perangkat yang lengkap seperti kartu grafis, hard disk, DVD drive, layar TFT , dll, di dalam sistem. Saat ini, banyak dari "read-only" kenangan - terutama BIOS - sering diganti dengan memori Flash (lihat di bawah), untuk izin di tempat pemrograman ulang harus kebutuhan upgrade firmware muncul. Namun, sederhana dan dewasa sub-sistem (seperti keyboard atau kontroler komunikasi beberapa di IC di papan utama, misalnya) dapat menggunakan ROM masker atau OTP (satu kali programmable).

ROM dan teknologi penggantinya seperti Flash yang lazim dalam sistem embedded. Ini semua mengatur dari robot industri untuk peralatan rumah tangga dan elektronik konsumen (MP3 player, set-top boxes, dll) yang semuanya dirancang untuk fungsi tertentu, tetapi tetap didasarkan pada mikroprosesor umum-tujuan dalam banyak kasus. Dengan perangkat lunak biasanya erat digabungkan ke perangkat keras, perubahan program jarang diperlukan dalam perangkat tersebut (yang biasanya kekurangan perangkat seperti hard disk untuk alasan biaya, ukuran, dan / atau konsumsi daya). Pada 2008, sebagian besar produk daripada menggunakan Flash ROM masker, dan banyak memberikan beberapa alat untuk koneksi ke PC untuk update firmware, sebuah pemutar audio digital mungkin diperbarui untuk mendukung format file baru misalnya. Beberapa penggemar telah mengambil keuntungan dari fleksibilitas ini untuk memprogram ulang produk konsumen untuk tujuan baru, misalnya, yang iPodLinux dan proyek OpenWRT telah memungkinkan pengguna untuk menjalankan fitur lengkap distribusi Linux di MP3 player mereka dan router nirkabel, masing-masing.

ROM ini juga berguna untuk penyimpanan data biner kriptografi, karena membuat mereka sulit untuk menggantikan, yang mungkin diinginkan untuk meningkatkan keamanan informasi.

ROM untuk penyimpanan data

Sejak ROM (setidaknya dalam bentuk terprogram topeng) tidak dapat diubah, itu benar-benar hanya cocok untuk menyimpan data yang tidak diharapkan perlu modifikasi untuk kehidupan perangkat. Untuk itu, ROM telah digunakan dalam banyak komputer untuk menyimpan tabel look-up untuk evaluasi fungsi-fungsi matematika dan logis (misalnya, satu unit floating-point mungkin tabulasi fungsi sinus dalam rangka memfasilitasi perhitungan cepat). Hal ini terutama efektif jika CPU yang lambat dan ROM adalah murah dibandingkan dengan RAM.

Khususnya, adapter layar komputer pribadi awal disimpan tabel karakter font bitmapped dalam ROM. Hal ini biasanya berarti bahwa font menampilkan teks tidak bisa diubah secara interaktif. Ini merupakan kasus untuk kedua adapter CGA dan MDA tersedia dengan IBM PC XT.

Penggunaan ROM untuk menyimpan sejumlah kecil seperti data telah menghilang hampir sepenuhnya dalam komputer tujuan umum modern. Namun, Flash ROM mengambil alih peran baru sebagai media untuk penyimpanan massal atau penyimpanan sekunder file.

Jenis-jenis ROM

EPROM pertama, Intel dengan obligasi kawat mati dan jelas terlihat melalui jendela menghapus, 1702.

Semikonduktor berdasarkan

Classic chip ROM diprogram topeng adalah sirkuit terpadu yang secara fisik menyandikan data yang akan disimpan, sehingga tidak mungkin untuk mengubah isinya setelah fabrikasi. Jenis-jenis memori solid-state non-volatile izin beberapa derajat modifikasi:

* Memori read-only Programmable (PROM), atau ROM diprogram satu-waktu (OTP), dapat ditulis atau diprogram melalui alat khusus yang disebut pemrogram PROM. Biasanya, perangkat ini menggunakan tegangan tinggi untuk menghancurkan secara permanen atau membuat link internal (sekering atau antifuses) dalam chip. Akibatnya, PROM hanya dapat diprogram satu kali.
* Memori read-only dihapus Programmable (EPROM) dapat dihapus oleh paparan sinar ultraviolet yang kuat (biasanya selama 10 menit atau lebih), kemudian ditulis ulang dengan proses yang lagi membutuhkan penerapan tegangan lebih tinggi dari biasanya. paparan sinar UV berulang akhirnya baterai akan aus EPROM, tetapi daya tahan chip EPROM yang paling melebihi 1.000 siklus menghapus dan pemrograman ulang. Paket chip EPROM seringkali dapat diidentifikasi oleh kuarsa terkemuka "jendela" yang memungkinkan sinar UV masuk. Setelah pemrograman, jendela biasanya ditutupi dengan label untuk mencegah penghapusan disengaja. Beberapa chip EPROM adalah pabrik-terhapus sebelum mereka dikemas, dan termasuk tidak ada jendela; ini secara efektif PROM.
* Elektrik memori hanya-baca dihapus Programmable (EEPROM) berdasarkan struktur semikonduktor mirip dengan EPROM, tetapi memungkinkan seluruh isi (atau bank yang dipilih) yang akan elektrik dihapus, kemudian ditulis ulang elektrik, sehingga mereka tidak perlu dihapus dari komputer (atau kamera, MP3 player, dll). Menulis atau berkedip EEPROM adalah jauh lebih lambat (milidetik per bit) daripada membaca dari ROM atau menulis ke RAM (nanodetik dalam kedua kasus).
o memori read-only elektrik dapat berubah (EAROM) adalah sejenis EEPROM yang dapat diubah sedikit pun pada suatu waktu. Menulis adalah proses yang sangat lambat dan sekali lagi membutuhkan tegangan yang lebih tinggi (biasanya sekitar 12 V) daripada yang digunakan untuk akses baca. EAROMs dimaksudkan untuk aplikasi yang memerlukan jarang dan hanya sebagian menulis ulang. EAROM dapat digunakan sebagai penyimpanan non-volatile untuk informasi setup sistem kritis; dalam berbagai aplikasi, EAROM telah digantikan oleh CMOS RAM dipasok oleh listrik daya dan cadangan dengan baterai lithium.
o memori Flash (atau hanya flash) adalah sejenis EEPROM modern diciptakan pada tahun 1984. Flash memori dapat dihapus dan ditulis kembali lebih cepat dari EEPROM biasa, dan desain yang lebih baru fitur daya tahan yang sangat tinggi (melebihi 1.000.000 siklus). Modern flash NAND membuat efisiensi penggunaan area chip silikon, IC menghasilkan individu dengan kapasitas setinggi 32 GB pada 2007. fitur ini, bersama dengan daya tahan dan daya tahan fisik, telah memungkinkan flash NAND untuk menggantikan magnetik di beberapa aplikasi (seperti USB flash drive). Flash memori kadang-kadang disebut flash ROM atau flash EEPROM bila digunakan sebagai pengganti jenis ROM yang lebih tua, tetapi tidak pada aplikasi yang memanfaatkan kemampuannya untuk dapat diubah dengan cepat dan sering.

Dengan menerapkan menulis perlindungan, beberapa jenis ROM reprogrammable sementara mungkin menjadi read-only memori.

Teknologi lainnya

Ada jenis memori non-volatile yang tidak didasarkan pada teknologi IC solid-state, termasuk:

* Optical media penyimpanan, seperti CD-ROM yang hanya-baca (analog dengan ROM mask). CD-R Write Setelah Baca Banyak (analog dengan PROM), sedangkan CD-RW menghapus-rewrite mendukung siklus (analog dengan EEPROM); keduanya dirancang untuk mundur-kompatibilitas dengan CD-ROM.


Contoh-contoh Bersejarah

Transformer matriks ROM (Tros), dari IBM System 360/20

* Dioda matriks ROM, digunakan dalam jumlah kecil di banyak komputer di tahun 1960 serta kalkulator elektronik meja dan encoders keyboard untuk terminal. ROM ini diprogram dengan menginstal dioda semikonduktor diskrit di lokasi yang dipilih antara matriks menelusuri garis sedikit jejak kata dan baris pada papan sirkuit tercetak.
* Resistor, kapasitor, atau ROM matriks transformator, digunakan di banyak komputer sampai tahun 1970-an. Seperti ROM matriks dioda, telah diprogram dengan menempatkan komponen di lokasi yang dipilih antara matriks baris kata dan baris bit. ENIAC's Fungsi Tabel adalah resistor ROM matriks, diprogram secara manual pengaturan switch rotary. Berbagai model IBM System/360 dan perangkat peripherial kompleks microcode disimpan dalam kapasitor baik (BCROS disebut untuk Balanced Capacitor Read Only Penyimpanan terhadap 360/50 & 360/65 atau CCROS untuk Kartu Capacitor Read Only Penyimpanan terhadap 360/30) atau Tros transformator (Transformer menyerukan Read Only Penyimpanan terhadap 360/20, 360/40 ROM dan lain-lain) matriks.
* Core tali, suatu bentuk teknologi ROM transformator matriks digunakan dimana ukuran dan / atau berat badan secara kritis. Ini digunakan di NASA / MIT 's Komputer Wahana antariksa Apollo, DEC PDP-8 komputer, dan tempat-tempat lain. Jenis ROM diprogram dengan tangan oleh menenun "kata kabel line" di dalam atau di luar transformator inti ferit.
* Topeng logam berlubang karakter ("stensil") dalam tabung sinar katoda Charactron, yang digunakan sebagai ROM untuk membentuk suatu berkas elektron yang luas membentuk bentuk karakter yang dipilih di layar baik untuk menampilkan atau berkas elektron dipindai untuk membentuk karakter yang dipilih bentuk sebagai lapisan pada sinyal video.

Kecepatan ROM


Meskipun laju relatif ROM RAM vs telah bervariasi dari waktu ke waktu, pada 2007 [update] chip RAM yang besar dapat membaca lebih cepat daripada kebanyakan ROM. Untuk alasan ini (dan untuk membuat akses seragam), isi ROM terkadang disalin ke RAM atau gelap sebelum digunakan pertama, dan kemudian membaca dari RAM.

kecepatan

Untuk jenis-jenis ROM yang dapat elektrik diubah, menulis kecepatan selalu jauh lebih lambat daripada kecepatan membaca, dan mungkin memerlukan tegangan luar biasa tinggi, pergerakan sumbat jumper untuk menerapkan menulis mengaktifkan sinyal, dan kunci khusus / membuka kode perintah. Flash NAND Modern mencapai kecepatan tertinggi menulis apapun teknologi ROM ditulis ulang, dengan kecepatan setinggi 15 / s MiB (atau 70 ns / bit), dengan memungkinkan (memang membutuhkan) blok besar sel memori yang akan ditulis secara bersamaan.

Endurance dan retensi data

Karena mereka ditulis dengan memaksa elektron melalui lapisan isolasi listrik ke gerbang transistor mengambang, ROM rewriteable dapat bertahan hanya sejumlah terbatas menulis dan menghapus siklus sebelum isolasi rusak secara permanen. Dalam EAROMs awal, ini mungkin terjadi setelah sesedikit 1.000 menulis siklus, sedangkan di EEPROM Flash modern ketahanan dapat melebihi 1.000.000, tetapi tidak berarti tak terbatas. Daya tahan ini terbatas, serta biaya yang lebih tinggi per bit, berarti bahwa penyimpanan berbasis Flash tidak mungkin untuk sepenuhnya menggantikan hard disk magnetik dalam waktu dekat.

The timespan di mana ROM tetap akurat dibaca tidak dibatasi oleh menulis bersepeda. Penyimpanan data EPROM, EAROM, EEPROM, dan Flash mungkin dibatasi oleh muatan bocor dari gerbang mengambang dari transistor memori sel. Kebocoran ini diperburuk pada suhu tinggi atau dalam lingkungan radiasi tinggi. Masked ROM dan sekering / antifuse PROM tidak menderita dari efek ini, sebagai retensi data mereka tergantung pada fisik daripada keabadian listrik dari sirkuit terintegrasi (walaupun sekering pertumbuhan kembali pernah menjadi masalah di beberapa sistem).

ROM image

Isi chip ROM di konsol video game cartridge dapat diekstraksi dengan perangkat lunak khusus atau perangkat keras. File-file memori dump yang dihasilkan dikenal sebagai gambar ROM, dan dapat digunakan untuk memproduksi duplikat kartrid, atau di konsol emulator. Istilah ini berasal ketika sebagian besar konsol game dibagikan pada kartrid mengandung chip ROM, tapi mencapai penggunaan luas seperti itu masih diterapkan untuk gambar dari permainan baru didistribusikan dalam CD-ROM atau media optik lainnya.

Gambar ROM game biasanya berisi perangkat lunak komersial hak cipta. Penyalinan yang tidak sah dan distribusi perangkat lunak hak cipta biasanya merupakan pelanggaran hukum hak cipta (dalam beberapa wilayah yurisdiksi kartrid duplikasi ROM untuk keperluan cadangan dapat dipertimbangkan penggunaan adil). Namun demikian, ada komunitas yang berkembang yang bergerak dalam distribusi ilegal dan perdagangan perangkat lunak tersebut. Dalam lingkaran tersebut, istilah "gambar ROM" kadang-kadang disingkat hanya untuk "ROM" atau kadang-kadang berubah menjadi "romz" untuk menyorot hubungan dengan "warez".