Jeder Computer, sei es nun ein Mikrokontroller für eine kleine Heizungssteuerung oder der heimische PC, benötigt verschiedene Arten von Speichern, damit dieser arbeiten kann. Der Prozessor benötigt in der Regel, zwei große Arten von Speichertypen. Zum einen den Programmspeicher, der als Festwertspeicher ausgeführt ist und zum anderen den Arbeitsspeicher, welcher als Schreib-/Lesespeicher zur Verfügung steht.

Im Festwertspeicher wird das Grundprogramm festgehalten. Jeder Prozessor benötigt beim Einschalten gleich ein ein Programm, womit er arbeiten kann. Dieses wird hier gespeichert. Beim PC ist es das so genannte Bios, was erst einmal die Festplatten prüft, den Speicher erkennt usw. Es kann aber auch gleich eine komplette Anwendung sein, wie es z.B. bei Steuerungsrechnern der Fall ist. Der Festwertspeicher wird programmiert und dann meist nicht mehr geändert. Das im Speicher vorhandene Programm bleibt dann auch nach dem Abschalten der Betriebsspannung erhalten.

Festwertspeicher werden auch ROM (Read Only Memory) genannt, also Nur-Lese-Speicher. In der Anfangszeit der Computer war es auch wirklich nur möglich ein ROM ein einziges Mal zu beschreiben. Sollte das Grundprogramm aktualisiert werden, konnte man den ROM-Speicher weg werfen. Heute kann man ROMs meist wieder löschen und bis zu einigen 1000x wieder beschreiben.

Im Arbeitsspeicher hingegen legt der Prozessor seine Daten und Rechenergebnisse ab. Diese Werte können sich ständig ändern, wodurch der Speicher natürlich auch diese Änderungen bewältigen muss. Im PC kann es durchaus passieren, dass ein Speicherbereich einige Millionen mal in der Sekunde geändert wird. Da bei dieser Speicherart ständig gelesen und geschrieben wird, nennt man diesen auch RAM (Random Access Memory), also Speicher mit wahlfreien Zugriff.

Nachteil dieses Speichers ist der komplette Datenverlust, wenn die Spannung wegfällt. Beim PC muss man ja auch jedes mal das aktuelle Betriebssystem wieder in den Arbeitsspeicher laden, wenn man den Rechner einschaltet.

Beim ROM gibt es heutzutage etliche Möglichkeiten. Die wichtigsten sind hier aufgelistet.

Das 'Ur-ROM' war der erste elektronische Festwertsspeicher. Die Daten werden mit Hilfe einer gezielten Überspannung hineingeschrieben. Dadurch 'brennen' elektrische Verbindungen durch und die eingeschriebenen Daten bleiben erhalten. Dadurch das man die Daten im Grunde 'einbrennt' stammt auch die Bezeichnung ROMs brennen.

Ändert sich hier jedoch das Programm oder es soll ein ganz anderes Programm im ROM untergebracht werden, ist das Bauteil nicht mehr zu verwenden und kann dem Müll zugeführt werden. Dies ist natürlich nicht sonderlich effektiv. Daher haben die eigentlichen ROMs heutzutage nahezu an Bedeutung verloren.

Eine Weiterentwicklung des ROMs ist das EPROM (Erasable Programable Read Only Memory), welches heute noch eingesetzt wird. Hier wird mit Hilfe einer Spannung ein Transistor durch einen Kondensator gesperrt oder geöffnet. Dieser Zustand bleibt für mehrere Jahre erhalten. Möchte man nun das Programm ändern, muss man nur den Chip mit UV-Licht bestrahlen. Die Siliziumbarieren brechen wieder auf und der ursprüngliche Zustand wird wieder hergestellt.

EPROMs erkennt man leicht an dem kleinen Quarzfenster in der Mitte des ICs. Dadurch kann das EPROM mit einem UV-Löschgerät wieder löschen. Die Lebensdauer eines EPROMs ist aber noch recht begrenzt. Nach einigen 100 mal löschen und neu programmieren, lässt die Speicherfähigkeit der Kondensatoren nach und die Daten können nicht mehr gehalten werden.

Der Nachteil, das man EPROMs immer mit dem UV-Löschgerät löschen muss, wurde mit den EEPROMs (Electrical Erasable Programable Read Only Memory) abgeholfen. Diese arbeiten ähnlich wie die EPROMS, nur das hier das Entladen der Kondensatoren auf elektrischen Wege vorgenommen wird.

Da hier die Belastungen des UV-Lichts entfallen, ist die Lebensdauer der Bausteine auch erheblich erhöht. Moderne ICs halten problemlos einige 10000 Programmiervorgänge aus. Nachteil dieser Technik ist, dass das Schreiben relativ lange dauert. Daher sind EEPROMs nur dort einsetzbar wo nur wenig Daten in langsamer Folge geschrieben werden müssen.

Das High-End der aktuellen Festwertspeicher sind die Flash-ROMs. Diese kann man heute in etlichen Anwendungen finden, wie z.B. als Speicherkarten in Form von Compact-Flash, MMC, SD und weiteren Karten, aber auch als Speicher in Mp3-Playern (Mp3-Sticks) ebenso bieten moderne Mikrokontroller schon den Programmspeicher 'On-Board' an, welcher ebenso als Flash-ROM ausgeführt ist.

Hier wird ein MOSFET elektronisch zum Leiten gebracht. Durch den Einsatz einer negativen Spannung wird dies wieder Rückgängig gemacht. Hierbau baut sich die entsprechende Siliziumschicht auch langsam ab, so dass die Lebensdauer der Flash-ROMs auch begrenzt ist. Nach einigen 1000x ist dieser Speicher auch nicht mehr verwendbar.

Das Flash-ROM kann aber, im Gegensatz zum EEPROM, sehr schnell beschrieben werden, daher findet man diesen Speicher sogar in Industrie-PCs als Festplattenersatz. Moderne Flash-Speicher bieten Speichergrößen von einigen GB an, so dass hier selbst größere Datenmengen ihren Platz finden.

Werden größere Datenmengen in sehr schneller Folge bearbeitet, kommt man um den Einsatz von RAM nicht herum. Hier unterscheidet man im Grunde nur 2 große Familien.

Das statische RAM besteht aus etlichen bistabilen Kippstufen, die mit Hilfe einer Addressierungslogik gesetzt oder zurückgesetzt wird. Wie schnell das Beschreiben oder das Lesen des Speichers ausgeführt wird, ist dem RAM relativ egal. Dadurch ist der Einsatz von statischen RAMs sehr unproblematisch und daher gerade viel in Mikrokontrollerschaltungen zu finden.

Bedingt aber durch den recht umfangreichen Aufbau der einzelnen Speicherzellen, ist die Speicherdichte nicht allzu hoch. Für kleine Rechner aber meist vollkommen ausreichend.

Benötigt man erheblich größere Speicherdichten, wie z.B. bei den modernen PCs, so werden Dynamische RAMs eingesetzt. Im Grunde wird hier nur ein Kondensator und ein Transistor als Speicherzelle verwendet. Da der Kondensator aber nach kurzer Zeit seine Energie verliert muss dieser immer wieder aufgefrischt werden. Dafür sorgt die 'Refresh'-Logik im Speicher-Baustein. Die Steuerung dieser Logik muss der Prozessor übernehmen. Daher ist der Betrieb von dynamischen RAMs um Einiges umfangreicher als bei den statischen Typen. Dafür sind hier die Speicherdichten aber auch um etliches höher. Größen von etlichen Megabyte auf einen Chip sind heute machbar.