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Die graue Eminenz der Technik Was ist Firmware?

Von Martin Hensel

Moderne IT-Hardware und elektronische Geräte sind mit einer Firmware ausgestattet. Damit ist eine speziell auf die jeweilige Hardware abgestimmte Software gemeint, die direkt im jeweiligen Gerät implementiert ist. Sie sorgt grundlegend dafür, dass die Funktionen der Hardware reibungslos arbeiten.

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Eine Firmware sorgt dafür, dass Hardware und Geräte reibungslos funktionieren.
Eine Firmware sorgt dafür, dass Hardware und Geräte reibungslos funktionieren.
(Bild: nanoslavic / Pixabay )

Als Geburtsstunde des Begriffs Firmware gilt das Jahr 1967: Damals nutzte der Computerexperte Ascher Opler die Bezeichnung in einem Artikel der Fachzeitschrift „Datamation“. Er schuf damit einen Zwischenbegriff zwischen Hard- und Software. Opler bezog sich damals auf eine neue Art von Programm, die aus Benutzersicht einen anderen praktischen und psychologischen Zweck als herkömmliche Programme erfüllte.

Als Firmware wurde in der Folge Microcode im Programmspeicher eines Prozessors bezeichnet. Der Code definierte den Befehlssatz der CPU und konnte neu geladen werden, um diesen zu ändern. Später wurde der Begriff etwas weiter gefasst und bezog sich allgemein auf Code, der sehr eng mit dem Hardware-Betrieb verbunden war.

Einem breiteren Publikum wurde das Thema Firmware unter anderem durch den Einsatz in PC-Systemen bekannt: Das BIOS („Basic Input/Output System“) eines Rechners ist ein Beispiel für eine Firmware. Sie sorgt für die grundlegende Steuerung der Hardware, prüft deren Funktionsfähigkeit und erlaubt dem Benutzer verschiedene Einstellungsmöglichkeiten.

Im Zuge der Digitalen Revolution und der zunehmenden Computerisierung benötigten immer mehr Geräte eine Firmware, um ihre einzelnen Komponenten zu steuern. Dies reicht beispielsweise von Smartphones über Unterhaltungselektronik und Digitalkameras bis hin zu Haushaltsgeräten und Komponenten von Automobilen. Man könnte auch sagen: Firmware-basierte Geräte sind mittlerweile absoluter Alltag.

Ohne Firmware geht’s nicht

Eine Firmware ist fest im Gerät installiert und für den Betrieb des jeweiligen Geräts unabdingbar. Sie ist in der Regel auf Flash-Speicher, EPROMs („Erasable Programmable Read-Only Memory“), EEPROMs („Electrically Erasable Programmable Read-only Memory“) oder Festwertspeicher („Read-only Memory“, ROM) hinterlegt. In vielen Fällen ist den Anwendern gar nicht bewusst, dass ihr Gerät über eine Firmware verfügt – so sind zum Beispiel auch die Steuerungen für Mikrowellenöfen, Fernbedienungen, Waschmaschinen und andere einfache Elektronikgeräte derart ausgestattet.

Der Begriff Firmware ist nicht scharf definiert, die Übergänge zu einem Betriebssystem sind oftmals fließend. Ein Betriebssystem stellt als Software eine Abstraktionsschicht zwischen Mensch und Hardware bereit, die wiederum bestimmte Funktionen zur Verfügung stellt. Dies trifft unter Umständen auch für eine Firmware zu. Einfacher ist die Abgrenzung zu Treibern: Diese sorgen lediglich für das Zusammenspiel eines Geräts mit bestimmten Betriebssystemen, während die Firmware für den grundlegenden Betrieb zuständig ist.

Updates und Risiken

Insbesondere dank der IT-Technik und vor allem den weitverbreiteten Smartphones ist der Begriff „Firmware-Update“ vielen Anwendern geläufig. Hersteller rollen dabei aktualisierte Fassungen ihrer Firmware aus, die etwa Fehlerbehebungen oder zusätzliche Funktionen umfassen. Je nach Gerät ist ein Update mehr oder weniger einfach möglich: Während im modernen Smartphone ein Fingertipp reicht und der Rest des Updates weitgehend automatisch erfolgt, setzt vor allem spezialisierte Hardware sogar den Austausch einzelner Chips für eine Aktualisierung voraus. EEPROMs lassen sich zudem mittels spezieller Verfahren löschen und neu beschreiben („flashen“).

Der heute übliche bequeme Update-Vorgang bei modernen Smartphones verschleiert ein wenig, dass ein Firmware-Update durchaus mit Risiken verbunden ist. Nicht ohne Grund verbergen viele Geräte, wie beispielsweise DVD- oder Blu-Ray-Player oder andere Produkte aus der Unterhaltungselektronik, die entsprechenden Möglichkeiten tief in ihrer Menüführung oder verstecken sie sogar ganz vor dem Anwender.

Schlägt ein Firmware-Update fehl oder ist die neue Firmware beschädigt, kann im schlimmsten Fall die gesamte Hardware unbrauchbar werden. Gründe dafür können zum Beispiel Stromausfälle oder -unterbrechungen während des Update-Vorgangs sein. Hersteller verweigern unter Umständen Garantie oder Gewährleistung, falls ein Gerät durch ein vom Anwender eigenmächtig durchgeführtes, misslungenes Firmware-Update betriebsunfähig wird.

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