Nvram

NVRAM (Abk.: Non Volatile Random Access Memory) ist in der Elektronik ein nicht flüchtiger Datenspeicher welcher auf RAM-Speichern basiert und dessen Dateninhalt ohne externe Energieversorgung erhalten bleibt.

Herkömmliche RAM-Speicher wie dynamisches RAM (DRAM) oder statisches RAM (SRAM) weisen ohne zusätzliche Vorkehrungen volatiles (flüchtiges) Verhalten auf und verlieren bei Verlust der externen Energieversorgung den Dateninhalt.

Arten

Eine übliche Methode ein NVRAM zu bilden, besteht durch Kombination eines herkömmlichen flüchtigen RAM-Speichers mit einem Energiespeicher in Form einer Batterie, Akkumulators oder Doppelschicht-Kondensators mit besonders hoher elektrischer Kapazität. Der Energiespeicher, auch als Pufferbatterie bezeichnet, stellt über einen bestimmten Zeitraum Energie für den Datenerhalt des RAM-Speichers zur Verfügung. Typischerweise werden dabei als Speicher SRAM-Zellen eingesetzt, da dieser Speicher im Gegensatz zu DRAM-Speichern keine laufende Auffrischung (engl. refresh) der Speicherzellen benötigt.

SRAM-Bausteine in CMOS-Technologie weisen im statischen, nicht selektierten Zustand nur einen sehr geringen Strombedarf im Bereich einiger weniger Nanoampere auf, welcher von Lithiumbatterien geliefert werden kann. Lithiumbatterien haben nur eine geringe Selbstentladung und können über Zeiträume von über 10 Jahren den Datenerhalt gewährleisten. Bei kompakten Bauformen kann die Batterie und der SRAM-Speicher in einem Chipgehäuse als ein NVRAM-Bauelement zusammengefasst werden. ^[1]

Neben der Kombination von Pufferbatterien mit herkömmlichen SRAM-Speichern existieren NVRAM-Technologien, welche auf verschiedenen physikalischen Effekten wie der Ferroelektrizität basieren. Dabei wird der Speicherinhalt in Speicherzellen geschrieben, welchen ihren bistabilen Zustand auch ohne Energieversorgung halten können. Beispiele dieser Klasse von NVRAMs sind:

• Ferroelectric Random Access Memory (FeRAM)
• Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM)
• Phase-change random access memory (PCRAM)

Bei den meisten dieser neuen Ansätze wird versucht, ähnlich wie bei DRAM-Zellen die Informationsspeicherung mittels Ladungsspeicherung in einem kleinen Kondensator vorzunehmen. Weiters wird auch mit speziellen Halbleitermaterialien wie Siliciumcarbid (SiC) versucht bistabile NVRAM Zellen zu realisieren − diese Technologien befinden sich noch im Forschungsstadium − welche bei Raumtemperatur den Speicherinhalt über eine Million Jahre lange garantieren sollen. ^[2]

Die Abgrenzung der NVRAMs zu den ebenfalls elektrisch ein- oder mehrmalig programmierbaren EEPROMs, Flash-Speichern und den EPROMs, diese Bausteine zählen wie die NVRAMs zu der übergeordneten Gruppe der nicht flüchtigen Speicher (engl. NV Memories), liegen bei folgenden funktionalen Unterschieden:

• Bei NVRAM erfolgt das Schreiben von beliebigen neuen Speicherinhalten ohne der Notwendigkeit zum vorherigen Löschen des Speichers.
• Bei NVRAM ist das Schreiben eines neuen Wertes gleich schnell wie der Lesevorgang. Es müssen keine Programmiersequenzen und zusätzliche Wartezyklen zum Beschreiben eingehalten werden.
• Die Anzahl der Schreibeoperationen ist unlimitiert und NVRAMs sind von der Speicherstruktur im Regelfall unsegementiert organisiert.

Anwendungen

Anwendungen von NVRAM liegen überall dort, wo kleinere, variable Datenmengen wie Konfigurationsdaten, beginnend von einigen 10 Byte bis zu einigen wenigen MByte, längere Zeit ohne externe Energieversorgung gespeichert werden sollen. Eine typische Anwendung stellt das bei Personal-Computern als CMOS-RAM bezeichnete NVRAM dar. Der ungenaue Begriff ist durch sprachliche Ungenauigkeiten entstanden. In diesem NV-SRAM werden die BIOS-Parameter und Hardwarekonfigurationen eines PC-System gespeichert.

Einzelnachweise

1. ↑ Datenblatt eines NV-SRAM. (DS2030 mit 32 KB × 8 mit integrierter Pufferbatterie) (engl.)
2. ↑ J.A. Cooper, M.R. Melloch, W. Xie, J.W. Palmour, C.H. Carter: Progress and Prospects for Nonvolatile Memory Development in Silicon Carbide. Institute of Physics Conference Series, Nr. 137/7, 1993, S. 711 bis 714. 

Literatur

• Paul Horowitz, Winfield Hill: The Art of Electronics. 2. Auflage. Cambridge University Press, 1998, ISBN 0-521-37095-7.