Conoce las Características y Tipos de Memoria ROM

Los computadores requieren de varios tipos de memoria para poder operar de forma eficiente. Entre ellas destacan la memoria de almacenamiento, gracias a la cual podemos conservar nuestra información de forma segura y permanente, y la memoria RAM, que proporciona capacidad de procesamiento y velocidad al equipo. Pero ¿Qué sabemos de la memoria ROM?. Para ello te invitamos a conocer en este artículo los Tipos de Memoria ROM.

La Memoria ROM: ¿Qué es? ¿Para qué Sirve? Tipos

ROM (Read-Only Memory) es la denominación con la cual se ha designado al circuito integrado de memoria de solo lectura y de naturaleza no volátil. Éste es un sistema de almacenamiento que se usa en computadores y otros equipos electrónicos, del cual únicamente se puede leer su contenido más no se puede grabar en el indistintamente de que exista o no una fuente de alimentación eléctrica.

La información almacenada en una ROM no puede ser modificada, o por lo menos no de una manera fácil o que se encuentre al alcance de todos. Suele ser utilizada primordialmente para guardar el firmware (programa que se encuentra firmemente asociado a un hardware particular, no requiriendo por ello de actualizaciones frecuentes) u otro contenido esencial para la operación del dispositivo, como suele ser el software que sirve para el arranque del computador y para la ejecución de rutinas de diagnóstico.

En su sentido más riguroso, nos referimos sólo a una máscara ROM o «masked ROM» (el ROM de estado sólido de mayor antigüedad), que es fabricado con los datos almacenados de modo permanente, y por ende, estos no puede ser cambiados de ningún modo. Aún así, las ROM más actuales, como EPROM (memoria de solo lectura programable y borrable) y Flash EEPROM (memoria de solo lectura eléctricamente programable y borrable), si es posible borrarlas para ser programadas de nuevo varias veces, aunque se les llame como «memoria de solo lectura».

El motivo por el cual se les sigue denominado así, es que su reprogramación generalmente suele suceder en muy contadas ocasiones, es un proceso algo lento y, con frecuencia, la escritura en sitios aleatorios de la memoria está restringida. Pese a lo simple que son las memorias ROM, los componentes que si son reprogramables, además de ser más económicos, muestran mayor flexibilidad, por lo que las vetustas máscaras ROM usualmente no forman parte del hardware fabricado partir de 2007.

Historia

La clase más simple de ROM en estado sólido cuenta con tantos años como la mismísima tecnología de semiconductores. Las compuertas lógicas combinacionales pueden ser utilizadas conjuntamente para registrar ordenadamente una dirección de memoria de «n» bits en valores de «m» bits de tamaño (una índice de consultas). Sólo después de que fueron inventados los circuitos integrados, tuvo lugar el desarrollo de la máscara ROM.

La máscara ROM estaba compuesta líneas cuadriculadas conformadas por una palabra y líneas constituidas por un bit, seleccionadas correspondientemente en base a cambios en el transistor. De este modo podían representar un índice de consultas arbitrario y un período de propagación que era posible deducir. En la máscara ROM, la información está físicamente codificada en el mismo circuito, así que solo es factible programarla durante la fabricación. Esto conlleva importantes desventajas:

Únicamente resulta económico cuando se adquieren en enormes cantidades, ya que el comprador habrá de contratar fundiciones para producirlas de acuerdo a sus requerimientos.
El lapso que transcurre entre completar el diseño de la máscara ROM y recibir el producto final es muy prolongado.
Suelen no ser prácticas para los Departamentos de Investigación y Desarrollo por la circunstancia de que los desarrolladores requiere modificar su contenido mientras mejoran un diseño.
Si un producto presenta un error en la máscara, la única forma de repararlo es mediante la sustitución física de una ROM por otra.

Los desarrollos siguientes tuvieron presente dichas imperfecciones, a partir de lo cual fue creada la PROM (memoria de solo lectura programable). Diseñada en 1956, posibilitaba que sus usuarios la modificarán solo una vez, cambiando de modo físico su estructura mediante la aplicación de pulsos de elevado voltaje. Con ello se superaron las dos primeras desventajas previamente señaladas, con lo que se permitía que una empresa podía solicitar un enorme lote de PROM vacías y proceder a programarlas con el contenido necesario escogido por los diseñadores.

La EPROM fue desarrollada en 1971, cuyo contenido podía ser reiniciado al exponer el dispositivo a potentes rayos ultravioleta. De este modo se remediaba la tercera de las desventajas arriba citadas. Más adelante, en 1983, fue inventado la EEPROM, con el que se subsanaba la cuarta desventaja de la lista, ya que era factible reprogramar el contenido al tanto se suministrase un mecanismo para que contenido externo fuese recibido (por ejemplo, por medio de un cable serial).

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A mediados de los años 1980 Toshiba creó la memoria Flash, una modelo de EEPROM que posibilitaba borrar y reprogramar contenido en un mismo procedimiento por medio de pulsos eléctricos millares de veces sin padecer daño alguno. La totalidad de estas tecnologías incrementaron la versatilidad y flexibilidad de la memoria ROM, empero lo lograron a costo de un elevado aumento del costo por chip. Por ello las máscaras ROM lograron mantenerse como la solución económica por un prolongado tiempo.

Ello resultó así hasta que arribó el año 2000, cuando descendió bastante el precio de las memorias reprogramables, con lo cual empezaron a ser desplazadas del mercado las ROM no programables. La memoria NAND (compuertas lógicas NOT-AND) se constituye en el producto que más recientemente fue liberado, asimismo desarrollado por Toshiba. Sus diseñadores echaron de lado, y de forma explícita, las prácticas del pasado, asegurando que se encaminaba a «ser un sustituto de los discos rígidos», más que asignarles la tradicional tarea de la ROM como un formato de almacenaje primario no volátil.

Para 2007, bastante es el avance que NAND ha demostrado hacia su meta, brindando un rendimiento que se puede comprar con el de los discos rígidos, una mayor tolerancia a los golpes físicos, una significativa miniaturización (de la que son evidencia las memorias USB y las tarjetas de memoria MicroSD), y un menor consumo de potencia.

Funciones en el Computador

La memoria ROM puede ser utilizada para el almacenamiento tanto de datos como de software. Para exponerlo de forma más clara, lo que usualmente se almacena es un esquema de códigos y directrices de inicio, entre los que se encuentran traductores de lenguaje, software de sistema operativo, programas de control, de tablas de datos, entre otros.

Igualmente es utilizada para comprobar el funcionamiento del hardware del dispositivo del cual forma parte y para contribuir a que se identifiquen el sistema operativo que motoriza el sistema y los periféricos tanto de entrada como de salida. A continuación examinaremos algunos casos típicos de utilización de las memorias ROM y como operan algunas de ellas:

BIOS

Para cualquier computador, el sistema básico de entrada-salida o BIOS (Basic Input/Output System) es una normativa que, de hecho, sirve para definir como interactúa el firmware (software inmodificable). Éste determina la lógica de más bajo nivel que controla los circuitos electrónicos de cualquier dispositivo. Igualmente se le conoce como BIOS del sistema, ROM BIOS y BIOS de computador.

El firmware del BIOS se encuentra instalado dentro del computador, y es el primer software que se ejecuta al encenderse este equipo. La finalidad fundamental del BIOS es iniciar, y verificar el hardware del sistema y cargar un gestor de arranque o un sistema operativo que se aloja en un dispositivo de almacenaje de datos.

El software del BIOS reside en un circuito integrado de la memoria ROM no volátil, la cual suele venir integrada a la tarjeta madre y es empleada por el computador para iniciar a la BIOS, lo cual es esencialmente un programa que cuenta con las instrucciones apropiada para dirigir al computador a través del arranque. Cómo parte de sus funciones, la BIOS da inicio al proceso llamado POST (Power On Self Test) por medio del cual inspecciona todo el sistema para verificar que todos sus componentes operan de forma adecuada para hacer efectivo al arranque.

Para lograrlo, la BIOS examina un registro en el que se encuentra toda la información sobre el hardware instalado en el computador, para confirmar que todo se encuentre en orden. Tal registro se denomina CMOS Setup. Aunque se ha señalado que, en numerosos casos, el contenido de la memoria ROM no puede ser cambiado, hoy en día una enorme cantidad de tarjetas madres incorporan los modelos más recientes de ROM en los cuales es posible escribir. De tal manera que, el usuario puede efectuar modificaciones en la BIOS con el propósito de mejorar su operación.

Uso para Almacenamiento de Software

El sistema operativo con que contaban los computadores domésticos de inicios de la década de 1980 cabía en una memoria ROM. No existía otra elección lógica ya que las unidades de disco eran habitualmente opcionales. Para actualizar a la más reciente versión del sistema operativo se requería utilizar un soldador o un conjunto de interruptores DIP (Dual In-line Package) y sustituir el viejo chip de ROM por uno más actual.

Hoy en día los sistemas operativos de cualquier tipo ya no podrían caber en una ROM. Aún ciertos computadores pueden alojar ciertos programas en memoria ROM, pero inclusive en tales casos, es más frecuente que residan en memoria Flash. Tanto los teléfonos móviles como los asistentes personales digitales (PDA) suelen alojar aplicaciones en memoria ROM (o al menos en memoria Flash).

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Ciertas videoconsolas que aún utilizan aplicaciones que residen en la memoria ROM son la Super Nintendo, la Nintendo 64, la Sega Mega Drive o la Game Boy. Cartuchos es el nombre que se las a las memorias ROM, adheridas a cajas de plástico listas para ser usadas e insertadas en repetidas ocasiones. Por añadidura el término ROM puede aludir igualmente a un archivo de datos cuyo contenido es una imagen del programa que generalmente es distribuido en memoria ROM, como ocurre con los cartuchos de videojuegos.

Uso para Almacenamiento de Datos

Dado que no es posible modificar a la ROM (por lo menos en el antiguo formato de máscara), uncialmente es útil para guardar datos que no requieran ser cambiados a lo largo de la existencia de dicho componente. Con tal propósito, la ROM se ha venido usando en numerosos computadores para almacenar índices de consulta, empleados para evaluar operaciones matemáticas y lógicas. Esto era particularmente eficiente cuando la unidad central de procesamiento no era rápida y la ROM era más económica que la memoria del tipo RAM (Random Access Memory).

En efecto, uno de los motivos por los cuales aún se utilizan memorias ROM para guardar datos es su rapidez, ya que los discos duros son comparativamente más lentos. Y obviamente, debido a que no se puede leer una aplicación que se requiere para arrancar un disco desde el mismo disco. Por ende, la BIOS o el sistema de arranque a tiempo del computador reside generalmente en una memoria ROM.

Sin embargo, la idea de utilizar una ROM para guardar enormes cantidades de datos en los computadores de uso general se ha ido desvaneciendo casi por completo, siendo reemplazada por las memorias del tipo Flash.

Tipos de ROM

Los circuitos integrados de la máscara programada ROM convencional son del tipo que registran de forma física los datos a guardar, y por ende no es posible modificar su contenido luego de ser fabricados. En ciertos modelos de memoria de estado sólido no volátil si es posible algún nivel de modificación:

PROM (ROM Programable)

La memoria ROM que se puede programar una sola vez o OTP (One Time Programmable), pueden ser grabadas o programadas gracias a un dispositivo especial denominado programador PROM. Este aparato usa regularmente alto voltaje para romper o formar enlaces internos permanentes (fusibles o antifusibles) dentro del circuito integrado. Cómo resultado una PROM únicamente puede ser programarse en una ocasión.

EPROM (ROM Programable y Borrable)

Es posible borrar el contenido de este modelo de memoria ROM al exponerla a una potente luz ultravioleta (alrededor de 10 minutos). Luego puede ser reescrita mediante un proceso que requiere de un voltaje más elevado que el que habitualmente se aplica. La exposición reiterada a la luz UV estropeará en algún momento una EPROM, pero la mayor parte de los EPROM pueden resistir hasta 1000 ciclos de borrado y reprogramado.

Luego de ser programado, su ventana suele ser recubierta generalmente con una etiqueta para impedir su borrado accidental. Ciertos circuitos integrados EPROM vienen ya borrados de fábrica previo a ser empacados, y no incorporan ventana alguna; estos son verdaderamente PROM.

EEPROM (ROM Eléctricamente Programable y Borrable)

Están basados en una estructura de semiconductor parecida a la EPROM, pero permitiendo que todo lo que contiene (o bancos específicos) sea borrado de forma eléctrica. Más adelante pueden ser reescritos eléctricamente, por lo que no se les debe retirar del computador (o cámara, o reproductor MP3, etc.). Grabar o «flashear» una EEPROM es un proceso de mayor lentitud (milisegundos por bit) que leer una ROM o grabar en una RAM (nanosegundos en los dos casos). Se conocen distintos tipos de EEPROM:

EAROM (ROM Eléctricamente Alterable)

Es un modelo de EEPROM en el cual es posible cambiar un bit cada vez. La escritura es un procedimiento de mayor lentitud y requiere nuevamente un voltaje más elevado (regularmente alrededor de 12 V) del que se emplea para su lectura. A las EAROMs se les destina para usos cuya reescritura es de poca frecuencia y es solamente parcial.

Las EAROM pueden ser usadas como almacenamiento no volátil para obtener los datos de configuración de un sistema crítico; para otros usos, han sido sustituidas por la RAM CMOS que es alimentada mediante corriente eléctrica y se apoya en una batería de litio.

Memoria Flash

Es un modelo de EEPROM más avanzado cuya invención tuvo lugar en 1984. Es posible borrar y volver a grabar la memoria Flash de modo mucho más rápido que la EEPROM convencional, y los más recientes diseños disponen de una resistencia más elevada (logrando superar el 1.000.000 de ciclos). La Flash NAND actuales hacen una utilización más eficaz del área del circuito integrado de silicio, lo que se traduce en circuitos integrados individuales cuyas capacidades alcanzan hasta 32 GB a partir del año 2007.

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Dicha característica, en conjunto con su resistencia y duración física, ha hecho posible que se reemplace el almacenamiento magnético de la Flash NAND para algunos usos (unidades Flash USB). En ocasiones suele llamarse a la memoria Flash como Flash ROM o Flash EEPROM cuando es utilizada como un sustituto para los modelos de ROM viejos, pero no en usos que se benefician de su capacidad de ser modificada de forma rápida y con frecuencia.

Velocidad de Lectura

Pese a que la correspondencia relativa entre la rapidez de las memorias RAM y ROM ha variado con el tiempo, a partir del año 2007 la RAM es más veloz para la lectura que la mayor parte de las ROM, motivo por el cual lo que contiene la ROM es usualmente es traspasado a la memoria RAM, desde la cual es leído cuando es requerido.

Velocidad de Escritura

Para aquellos modelos de ROM que es posible modificar eléctricamente, la rapidez de escritura siempre es mucho menor que la de lectura, pudiendo necesitar voltaje inusualmente elevado, cambio de jumpers (pasador eléctrico) para que sea habilitado el modo de escritura, y ordenes especiales de desbloqueo. Las memorias Flash NAND son las que cuentan con la más elevada velocidad de escritura (hasta 15 MB/s) entre todos los modelos de memoria ROM reprogramable, grabando enormes bloques de celdas de memoria de forma simultánea.

Memoria ROM vs RAM

Un computador cualquiera, indistintamente de su arquitectura, cuenta con dos clases de memorias en él instaladas: memoria RAM y memoria ROM, las cuales desempeñan tareas muy dispares entre sí. Por una parte, la RAM o memoria de acceso aleatorio, es la suele consultar el sistema operativo para buscar los datos que las diferentes aplicaciones y procesos han ido almacenando allí con la finalidad de procesarlos.

Esta clase de operación se efectúa con mucha mayor rapidez y facilidad que tener que ir en búsqueda de los mismos datos en el disco duro, un proceso que toma mucho más tiempo, aunque la unidad de almacenamiento que utilicemos sea un disco SSD (Solid State Drive).

La característica más sobresaliente de la memoria RAM es su gran capacidad para poder leer y escribir información en numerosas oportunidades Aún así la RAM es volátil, lo que quiere decir que al no contar con la alimentación eléctrica suficiente para mantener activo el circuito, los datos guardados en la RAM se perderán de forma irreparable.

En contraste, la memoria ROM no resulta afectada por esa misma contrariedad, lo que significa que sigue conservado sus datos aún carezca de suministro eléctrico. Esto hace de la memoria ROM el dispositivo perfecto para guardar datos que deben mantenerse invariables y estables. Esta particularidad de solo lectura y no escritura, asegura que el usuario no podrá modificar el contenido de la misma, por ende su información no podrá ser cambiada y podrá seguir operando de la misma forma en cualquier tipo de condiciones y facilitando repetitivos arranques.

No obstante, la diferencia más significativa entre la memoria RAM y la memoria ROM es en lo referente a la velocidad. En este aspecto, la memoria ROM, al ser un tipo de memoria de acceso secuencial, necesita que los datos sean leídos uno detrás del otro para conseguir lo que se está buscando, en contraposición la RAM posibilita que los datos que se necesitan puedan ser accesados de modo directo en una localización específica.

Lo que quiere decir que, en virtud de esta modalidad de funcionamiento, la memoria RAM puede operar a tasas de velocidad considerablemente mayores que las que presta la memoria ROM. Sumado a ello, la capacidad de almacenaje de datos de la RAM es igualmente mucho mayor. Otro aspecto en el que se distinguen la memoria RAM de la ROM es que las primeras no suelen venir incorporadas a la tarjeta madre, lo que hace viable que el usuario pueda expandir la capacidad RAM, logrando con ello un mejor desempeño de su equipo.

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