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ROM (Nur-Lese-Speicher) ist ein Speichergerät oder Speichermedium, das Informationen dauerhaft speichert. Es ist neben dem Arbeitsspeicher (RAM) auch die primäre Speichereinheit eines Computers. Man nennt ihn Nur-Lese-Speicher, da wir die darauf gespeicherten Programme und Daten nur lesen, aber nicht darauf schreiben können. Es ist auf das Lesen von Wörtern beschränkt, die dauerhaft im Gerät gespeichert sind.

Der ROM-Hersteller füllt die Programme zum Zeitpunkt der ROM-Herstellung in das ROM ein. Danach kann der Inhalt des ROM nicht mehr geändert werden, was bedeutet, dass Sie den Inhalt später nicht mehr neu programmieren, neu schreiben oder löschen können. Es gibt jedoch einige ROM-Typen, bei denen Sie die Daten ändern können.

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ROM enthält spezielle interne elektronische Sicherungen, die für ein bestimmtes Verbindungsmuster (Informationen) programmiert werden können. Die im Chip gespeicherten binären Informationen werden vom Designer spezifiziert und dann zum Zeitpunkt der Herstellung in die Einheit eingebettet, um das erforderliche Verbindungsmuster (Informationen) zu bilden. Sobald das Muster (die Informationen) erstellt wurde, bleibt es auch dann im Gerät erhalten, wenn der Strom ausgeschaltet wird. Es handelt sich also um einen nichtflüchtigen Speicher, da er die Informationen auch dann speichert, wenn der Strom ausgeschaltet ist oder Sie Ihren Computer herunterfahren.

Die Informationen werden einem RAM in Form von Bits durch einen Prozess hinzugefügt, der als ROM-Programmierung bezeichnet wird, da Bits in der Hardwarekonfiguration des Geräts gespeichert werden. ROM ist also ein programmierbares Logikgerät (PLD).

Ein einfaches Beispiel für ROM ist die in Videospielkonsolen verwendete Kassette, mit der das System viele Spiele ausführen kann. Ein Beispiel für ROM sind auch die Daten, die dauerhaft auf PCs und anderen elektronischen Geräten wie Smartphones, Tablets, Fernsehern, Klimaanlagen usw. gespeichert sind.

Wenn Sie beispielsweise Ihren Computer starten, wird der Bildschirm nicht sofort angezeigt. Es dauert einige Zeit, bis es angezeigt wird, da im ROM Startanweisungen gespeichert sind, die zum Starten des Computers während des Startvorgangs erforderlich sind. Die Aufgabe des Bootvorgangs besteht darin, den Computer zu starten. Es lädt das Betriebssystem in den auf Ihrem Computer installierten Hauptspeicher (RAM). Das BIOS-Programm, das sich auch im Computerspeicher (ROM) befindet, wird vom Mikroprozessor des Computers verwendet, um den Computer während des Bootvorgangs zu starten. Es ermöglicht das Öffnen des Computers und verbindet den Computer mit dem Betriebssystem.

ROM wird auch zum Speichern von Firmware verwendet. Hierbei handelt es sich um ein Softwareprogramm, das mit der Hardware verbunden bleibt oder auf einem Hardwaregerät wie einer Tastatur, einer Festplatte, Grafikkarten usw. programmiert wird. Es wird im Flash-ROM eines Hardwaregeräts gespeichert. Es gibt dem Gerät Anweisungen zur Kommunikation und Interaktion mit anderen Geräten.

Blockdiagramm des ROM:

Der ROM-Block hat „n“ Eingangsleitungen und „m“ Ausgangsleitungen. Jede Bitkombination der Eingangsvariablen wird als Adresse bezeichnet. Jede Bitkombination, die über Ausgangsleitungen ausgegeben wird, wird als Wort bezeichnet. Die Anzahl der Bits pro Wort entspricht der Anzahl der Ausgangsleitungen m.

Die Adresse einer Binärzahl bezieht sich auf eine der Adressen von n Variablen. Die Anzahl der möglichen Adressen mit „n“ Eingangsvariablen beträgt also 2n. Ein Ausgangswort hat eine eindeutige Adresse, und da es in einem ROM 2n verschiedene Adressen gibt, gibt es im ROM auch 2n separate Wörter. Die Wörter auf den Ausgangsleitungen zu einem bestimmten Zeitpunkt hängen vom Adresswert ab, der auf die Eingangsleitungen angewendet wird.

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Interne Struktur des ROM:

Die interne Struktur besteht aus zwei Grundkomponenten: Decoder und ODER-Gattern. Ein Decoder ist eine Schaltung, die eine codierte Form (z. B. binär codierte Dezimalzahl, BCD) in eine Dezimalform decodiert. Die Eingabe erfolgt also in binärer Form und die Ausgabe ist ihr dezimales Äquivalent. Alle im ROM vorhandenen ODER-Gatter haben Ausgänge des Decoders als Ausgang. Nehmen wir ein Beispiel für ein 64 x 4 ROM. Der Aufbau ist im folgenden Bild dargestellt.

Dieser Nur-Lese-Speicher besteht aus 64 Wörtern mit jeweils 4 Bits. Es gäbe also vier Ausgangsleitungen, und eines der 64 auf den Ausgangsleitungen verfügbaren Wörter wird aus den sechs Eingangsleitungen bestimmt, da wir nur sechs Eingänge haben, weil wir in diesem ROM 26 = 64 haben, also können wir 64 Adressen oder angeben Minterme. Für jede Adresseingabe gibt es ein eindeutig ausgewähltes Wort. Wenn die Eingangsadresse beispielsweise 000000 ist, wird die Wortnummer 0 ausgewählt und auf die Ausgangsleitungen angewendet. Wenn die Eingangsadresse 111111 ist, wird Wort Nr. 63 ausgewählt und auf die Ausgangsleitungen angewendet.

Funktionen von ROM:

ROM (Read-Only Memory) verfügt über mehrere unterschiedliche Merkmale, die es für verschiedene Anwendungen geeignet machen. Lassen Sie uns einige wichtige Funktionen von ROM in einfacher Sprache erkunden.

Nichtflüchtiger Speicher:ROM ist ein nichtflüchtiger Speichertyp; Somit bleiben die Daten auch dann erhalten, wenn der Strom ausgeschaltet ist. Dadurch eignet es sich zur dauerhaften Speicherung von Anweisungen und Daten, da gewährleistet ist, dass die aufgezeichneten Informationen erhalten bleiben und bei Bedarf abgerufen werden können.Schreibgeschützte Natur:Der Nur-Lese-Speicher (ROM) verhindert, wie der Name schon sagt, dass Daten ohne weiteres geändert oder gelöscht werden. Diese Eigenschaft sorgt für Stabilität und verhindert versehentliche Änderungen, wodurch die Integrität und Zuverlässigkeit der gespeicherten Informationen gewährleistet wird.Permanente Speicherung:ROM bietet dauerhafte Speicherung von Daten und Anweisungen. Sobald die Daten während der Herstellung in das ROM programmiert wurden, bleiben sie fest und können nicht geändert werden, ohne den ROM-Chip physisch auszutauschen. Diese Beständigkeit gewährleistet die Konsistenz und Stabilität der gespeicherten Informationen.Firmware-Speicher:ROM wird üblicherweise zum Speichern von Firmware verwendet, die wichtige Anweisungen für den Betrieb elektronischer Geräte enthält. Die nichtflüchtige und schreibgeschützte Natur des ROM stellt sicher, dass die Firmware unverändert bleibt und dem Gerät zuverlässige und konsistente Funktionalität bietet.Booten und Initialisieren:ROM spielt eine entscheidende Rolle bei den Boot- und Initialisierungsprozessen elektronischer Systeme. Die im ROM gespeicherte Firmware enthält die ersten Anweisungen, die zum Starten des Systems, zum Laden des Betriebssystems und zum Starten der Hardwarekomponenten erforderlich sind. Dies gewährleistet einen reibungslosen und kontrollierten Startvorgang des Geräts.Datensicherheit:ROM bietet inhärente Datensicherheit. Da die im ROM gespeicherten Daten nicht geändert oder gelöscht werden können, schützt es vor unbefugten Änderungen oder Manipulationen. Diese Funktion erhöht die Sicherheit und Authentizität der gespeicherten Informationen und macht ROM für kritische Anweisungen und sensible Daten geeignet.Sofortiger Lesezugriff:ROM bietet sofortigen Lesezugriff auf die gespeicherten Anweisungen und Daten. Ohne zeitaufwändiges Laden können die Informationen direkt abgerufen werden, sodass wichtige Anweisungen schnell abgerufen und ausgeführt werden können.Kompatibilität:ROM ist mit verschiedenen Systemen und Architekturen kompatibel und ermöglicht so eine nahtlose Integration in verschiedene elektronische Geräte und Systeme. Diese Kompatibilität stellt sicher, dass ROM in verschiedenen Anwendungen genutzt werden kann.Zuverlässigkeit:Aufgrund seiner schreibgeschützten Natur bietet ROM eine hohe Zuverlässigkeit. Die im ROM gespeicherten Daten sind nicht anfällig für versehentliche Änderungen oder Verluste, wodurch eine konsistente und vorhersehbare Leistung im Laufe der Zeit gewährleistet wird. Eine solche Zuverlässigkeit ist für wichtige Systeme von entscheidender Bedeutung, bei denen Stabilität und Datenintegrität von größter Bedeutung sind.Kosteneffektivität:ROM ist im Allgemeinen kostengünstiger als andere Speichertypen und daher für viele Anwendungen eine wirtschaftliche Wahl. Die Produktionskosten sind günstiger, da die Herstellungsverfahren zur Herstellung von ROMs gut etabliert sind.

ROM-Typen:

1) Maskierter Nur-Lese-Speicher (MROM):

Es ist die älteste Art von Nur-Lese-Speicher (ROM). Es ist veraltet und wird daher heutzutage nirgendwo mehr verwendet. Dabei handelt es sich um ein Hardware-Speichergerät, in dem Programme und Anweisungen zum Zeitpunkt der Herstellung durch den Hersteller gespeichert werden. Es wird also während des Herstellungsprozesses programmiert und kann später nicht geändert, neu programmiert oder gelöscht werden.

Die MROM-Chips bestehen aus integrierten Schaltkreisen. Chips senden einen Strom über einen bestimmten Eingangs-Ausgangspfad, der durch die Position der Sicherungen zwischen den Zeilen und Spalten auf dem Chip bestimmt wird. Der Strom muss über einen mit Sicherungen versehenen Pfad fließen, sodass er nur über den vom Hersteller gewählten Ausgang zurückfließen kann. Aus diesem Grund ist das Umschreiben und jede andere Änderung in diesem Speicher nicht unmöglich.

2) Programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM):

PROM ist eine leere Version von ROM. Er wird als Rohlingsspeicher gefertigt und nach der Fertigung programmiert. Wir können sagen, dass es zum Zeitpunkt der Herstellung leer bleibt. Sie können es kaufen und dann einmalig mit einem speziellen Werkzeug namens Programmierer programmieren.

Im Chip fließt der Strom über alle möglichen Wege. Der Programmierer kann einen bestimmten Pfad für den Strom wählen, indem er unerwünschte Sicherungen durchbrennt, indem er eine Hochspannung durch sie schickt. Der Benutzer hat die Möglichkeit, es nach seinen Anforderungen zu programmieren oder Daten und Anweisungen hinzuzufügen. Aus diesem Grund wird es auch als benutzerprogrammiertes ROM bezeichnet, da es vom Benutzer programmiert werden kann.

Um Daten auf einen PROM-Chip zu schreiben; Es wird ein Gerät namens PROM-Programmierer oder PROM-Brenner verwendet. Der Vorgang oder die Programmierung eines PROM wird als Brennen des PROM bezeichnet. Sobald es programmiert ist, können die Daten später nicht mehr geändert werden, daher wird es auch als einmalig programmierbares Gerät bezeichnet.

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Verwendet: Es wird in Mobiltelefonen, Videospielkonsolen, medizinischen Geräten, RFID-Tags und mehr verwendet.

3) Löschbarer und programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM):

EPROM ist ein ROM-Typ, der viele Male neu programmiert und gelöscht werden kann. Die Methode zum Löschen der Daten ist sehr unterschiedlich; Es verfügt über ein Quarzfenster, durch das etwa 40 Minuten lang eine bestimmte Frequenz ultravioletten Lichts geleitet wird, um die Daten zu löschen. So behält es seinen Inhalt, bis es dem ultravioletten Licht ausgesetzt wird. Um das EPROM neu zu programmieren, benötigen Sie ein spezielles Gerät namens PROM-Programmierer oder PROM-Brenner.

Verwendet: Es wird in einigen Mikrocontrollern zum Speichern von Programmen verwendet, z. B. in einigen Versionen von Intel 8048 und Freescale 68HC11.

4) Elektrisch löschbarer und programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM):

ROM ist eine Art Nur-Lese-Speicher, der bis zu 10.000 Mal wiederholt gelöscht und neu programmiert werden kann. Es wird auch als Flash-EEPROM bezeichnet, da es dem Flash-Speicher ähnelt. Es wird elektrisch gelöscht und neu programmiert, ohne dass ultraviolettes Licht verwendet wird. Die Zugriffszeit liegt zwischen 45 und 200 Nanosekunden.

Die Daten in diesem Speicher werden Byte für Byte geschrieben oder gelöscht. Byte pro Byte, wohingegen im Flash-Speicher Daten blockweise geschrieben und gelöscht werden. Es ist also schneller als EEPROM. Es wird zum Speichern kleiner Datenmengen in Computer- und elektronischen Systemen und Geräten wie Leiterplatten verwendet.

Verwendet: In diesem Speicher ist das BIOS eines Computers abgelegt.

5) FLASH-ROM:

Es handelt sich um eine erweiterte Version des EEPROM. Es speichert Informationen in einer Anordnung oder einem Array von Speicherzellen, die aus Floating-Gate-Transistoren bestehen. Der Vorteil bei der Verwendung dieses Speichers besteht darin, dass Sie Datenblöcke von etwa 512 Byte gleichzeitig löschen oder schreiben können. Im EEPROM hingegen können Sie jeweils nur 1 Byte Daten löschen oder schreiben. Dieser Speicher ist also schneller als EEPROM.

Es kann neu programmiert werden, ohne es vom Computer zu entfernen. Die Zugriffszeit ist mit etwa 45 bis 90 Nanosekunden sehr hoch. Es ist außerdem äußerst langlebig, da es hohen Temperaturen und starkem Druck standhält.

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Verwendet: Es wird zum Speichern und Übertragen von Daten zwischen einem Personalcomputer und digitalen Geräten verwendet. Es wird in USB-Sticks, MP3-Playern, Digitalkameras, Modems und Solid-State-Laufwerken (SSDs) verwendet. Das BIOS vieler moderner Computer ist auf einem Flash-Speicherchip, dem sogenannten Flash-BIOS, gespeichert.

Verwendungsmöglichkeiten von ROM:

ROM (Read-Only Memory) wird in verschiedenen elektronischen Geräten verwendet. Lassen Sie uns die zahlreichen ROM-Apps erkunden, die in diesen elektronischen Geräten zu finden sind.

Computers:

In Computersystemen ist ROM unerlässlich. Das Basic Input/Output System (BIOS) und die ersten Startanweisungen sind als Teil der Firmware des Computers gespeichert. Die im ROM enthaltene Firmware ist für die Initialisierung der Hardwareelemente, die Durchführung von Selbsttests und das Laden des Betriebssystems in den Speicher zuständig, wenn Sie Ihren Computer einschalten.

Videospiele:

ROM wird häufig in Videospielen verwendet. In früheren Spielekonsolen und tragbaren Geräten wurden Spieldaten bisher auf ROM-Cartridges gespeichert. Diese Kassetten enthielten den Code, die Grafik, den Sound und andere Komponenten des Spiels auf ROM-Chips. Eine Spielekonsole lädt das Spiel, wenn Sie eine Spielekassette einlegen, indem sie die Daten vom ROM-Chip liest. Die Verwendung von ROM in Videospielen ermöglichte eine einfache Verteilung und stellte sicher, dass die Spieldaten ohne das Risiko versehentlicher Änderungen intakt blieben.

Smartphones:

ROM ist in Smartphones für die Speicherung von Firmware wie dem Betriebssystem und integrierten Anwendungen unerlässlich. Um die Konsistenz während der gesamten Existenz des Geräts aufrechtzuerhalten, programmieren Hersteller die Firmware während der Konstruktion des Geräts in das ROM. Im ROM ist auch der Bootloader enthalten, der den Bootvorgang startet und das Betriebssystem lädt. Durch die Verwendung von ROM können Smartphones eine stabile und zuverlässige Leistung bieten und die Firmware vor potenzieller Beschädigung oder Manipulation schützen.

Digitale Geschwindigkeitsmesser:

In der Automobilindustrie wird ROM in digitalen Geschwindigkeitsmessern oder Tachometern verwendet. Der ROM-Chip in diesen Geräten speichert die Kalibrierungsdaten und Umrechnungstabellen, die zur genauen Messung und Anzeige der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich sind. Dadurch wird sichergestellt, dass der Geschwindigkeitsmesser konstant funktioniert und genaue Messwerte liefert. Die nichtflüchtige Natur des ROM stellt sicher, dass die Kalibrierungsdaten auch dann erhalten bleiben, wenn die Stromversorgung unterbrochen oder das Fahrzeug ausgeschaltet wird.

Programmierbare Elektronik:

ROM wird in programmierbaren elektronischen Geräten, Mikrocontrollern und programmierbaren Logikgeräten (PLDs) verwendet. Diese Geräte verwenden häufig einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher (Prom) oder einen löschbaren, programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM). Benutzer können diese ROM-Chips so programmieren, dass bestimmte Informationen oder Anweisungen erhalten bleiben, auf die das Gerät zugreifen und die es ausführen kann. Diese Flexibilität ermöglicht eine individuelle Anpassung und Flexibilität in verschiedenen digitalen Anwendungen sowie in Robotik-, Automatisierungs- und Steuerungssystemen.

Vorteile von ROM:

Vorratsdatenspeicherung:ROM speichert Daten auch ohne Strom und stellt so sicher, dass wichtige Daten erhalten bleiben und bei Bedarf zugänglich sind.Permanente Speicherung:Die Unveränderbarkeit des ROM stellt sicher, dass die darin gespeicherten Informationen intakt bleiben, was es zu einer zuverlässigen und konsistenten Quelle für Daten und Anweisungen macht.Zuverlässige Leistung:Da das ROM schreibgeschützt ist, werden unbeabsichtigte Änderungen verhindert und sichergestellt, dass gespeicherte Daten im Laufe der Zeit zuverlässig und konsistent funktionieren.Nichtflüchtiger Speicher:ROM ist eine Option zum Speichern wichtiger Anweisungen, Firmware und Daten, die nicht geändert werden sollten, da Daten ohne ständige Stromquelle erhalten bleiben können.Stabilität:Das ROM bietet eine solide Grundlage für den Bootvorgang und die Gesamtsystemfunktion, indem es wichtige Anweisungen und Kalibrierungsdaten speichert und so eine konsistente und vorhersehbare Leistung gewährleistet.Datensicherheit:Der Nur-Lese-Speicher (ROM) schützt vor unbefugten Änderungen, erhöht die Sicherheit der darin gespeicherten Daten und verhindert unbefugten Zugriff.Sofortige Erreichbarkeit:Die Möglichkeit, sofort auf im ROM gespeicherte Daten und Anweisungen zuzugreifen, reduziert den Bedarf an zeitaufwändigen Datenladevorgängen und ermöglicht so einen schnelleren Systembetrieb.Einfaches Design und Herstellung:Das Design von ROM-Chips ermöglicht eine einfache Integration in elektrische Geräte.Kosteneffektivität:ROM ist oft günstiger als andere Speichertypen und stellt daher für viele Anwendungen eine kostengünstige Option ohne Leistungseinbußen dar.Kompatibilität:ROM kann leicht in verschiedene elektronische Systeme und Geräte integriert werden, da es mit verschiedenen Architekturen und Systemen kompatibel ist.

Nachteile von ROM:

Unveränderlichkeit:Der Hauptnachteil von ROM besteht darin, dass es nicht geändert oder aktualisiert werden kann. Sobald Daten im ROM programmiert sind, können sie nicht mehr geändert werden, was ihre Flexibilität und Anpassungsfähigkeit in bestimmten Anwendungen einschränkt.Eingeschränkte Flexibilität:Im Gegensatz zu beschreibbarem Speicher wie RAM oder Flash-Speicher ermöglicht ROM keine dynamischen Änderungen oder Aktualisierungen der gespeicherten Daten, was seine Verwendung in Situationen einschränkt, die häufige Änderungen erfordern.Herausforderungen bei der Herstellung:Die Herstellung von ROM-Chips erfordert spezielle Prozesse, wodurch sie weniger flexibel und möglicherweise teurer in der Herstellung sind als andere Speichertypen.Designeinschränkungen:Die feste Natur des ROM führt zu Designbeschränkungen, da die darin programmierten Daten nicht einfach geändert oder erweitert werden können. Dies kann einschränkend sein, wenn sich die Systemanforderungen ändern oder zusätzliche Funktionalität gewünscht wird.Zeitaufwändige Entwicklung:Das Erstellen und Programmieren von ROM erfordert während der Entwicklungsphase viel Zeit und Aufwand, was den gesamten Produktentwicklungszyklus verlangsamen kann.Höhere Kosten für die Produktion in kleinem Maßstab:Die mit der ROM-Produktion verbundenen anfänglichen Kosten, wie beispielsweise die Maskenerstellung, können relativ hoch sein, was sie für kleine oder kundenspezifische Produktionsläufe weniger kosteneffektiv macht.Mangelnde Aktualisierbarkeit:ROM kann nur aktualisiert oder durch neuere Versionen ersetzt werden, indem der gesamte Chip physisch ausgetauscht wird, was in vielen Situationen kostspielig und unpraktisch sein kann.Speicherineffizienz:ROM ist schreibgeschützt; Ungenutzter Speicherplatz im ROM-Chip kann nicht genutzt werden, was zu potenziellen Speicherineffizienzen führt.Eingeschränkte Fehlerkorrektur:Im Gegensatz zu anderen Speichertypen bietet ROM keine integrierten Fehlerkorrekturmechanismen, was Anwendungen mit kritischer Datenintegrität beeinträchtigen kann.Reduzierte Vielseitigkeit:Die feste Natur des ROM macht es weniger vielseitig für Anwendungen, die dynamische Speicherung und häufige Änderungen der gespeicherten Daten erfordern.

Häufig gestellte Fragen

Wie unterscheidet sich ROM von RAM?

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A: ROM oder Read-Only Memory speichert permanent Daten, auch wenn der Strom ausgeschaltet ist. Es dient der Speicherung gleichbleibender Anweisungen und Daten. Im Gegensatz dazu ist RAM oder Random Access Memory flüchtig und speichert temporäre Daten, auf die der Prozessor des Computers schnell zugreifen kann.

Kann ich meine Daten im ROM speichern?

A: Nein, ROM wird während der Herstellung vorprogrammiert und kann vom Benutzer nicht einfach geändert werden. Es dient zum Speichern von Firmware, Systemanweisungen und Daten, die unverändert bleiben müssen.

Sind Daten im ROM sicher?

A: Ja, im ROM gespeicherte Daten sind vor unbefugten Änderungen geschützt. Da das ROM schreibgeschützt ist, können die Daten nicht einfach geändert oder manipuliert werden, was die Sicherheit kritischer Anweisungen und Daten gewährleistet.

Wie lange können Daten im ROM gespeichert werden?

A: Im ROM gespeicherte Daten können viele Jahre, möglicherweise sogar Jahrzehnte lang aufbewahrt werden. Die im ROM-Chip gespeicherten Daten bleiben lange erhalten, solange die physische Integrität des Chips erhalten bleibt.

Kann ROM umprogrammiert werden?

A: Einige ROM-Typen wie PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) und EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) können mit bestimmten Techniken und Werkzeugen neu programmiert werden. Im Vergleich zum Ändern von Daten in lesbaren Speichern wie RAM oder Flash-Speicher ist die Neuprogrammierung von ROMs jedoch schwieriger und erfordert spezielle Ausrüstung.