Firmware vs. Software: Was ist der Unterschied und warum ist das wichtig?

Die innovativsten Technologien von heute basieren auf dem Zusammenspiel dreier kritischer Komponenten: Hardware, Software und Firmware. Hardwarekomponenten sind physische Objekte (wie Computer, Prozessoren oder Karten), während die Begriffe Software und Firmware sich auf eine Reihe von Anweisungen beziehen, die Hardwaregeräte zum Funktionieren benötigen. 

Obwohl Firmware und Software so ähnlich sind, dass sie oft synonym verwendet werden, gibt es einige entscheidende Unterschiede, die man bei der Beurteilung der jeweiligen Anforderungen an ein Unternehmen verstehen sollte.

Firmware, auch bekannt als „Software für Hardware“, ist ein Code, der in ein Hardware-Gerät – z. B. ein Computersystem oder ein mobiles Gerät – eingebettet ist, um dessen Funktion zu unterstützen. 

Die Firmware liefert die Anweisungen dafür, wie ein Gerät gestartet werden soll, wie es mit anderen Geräten (z. B. Routern oder Fernbedienungen) interagiert und wie es Eingabe-/Ausgabeaufgaben (E/A) ausführt. Sie kann regelmäßig aktualisiert werden, um Probleme zu beheben, Funktionen hinzuzufügen oder die Kompatibilität zu erhöhen. 

Der Begriff „Firmware“ wurde 1967 von dem amerikanischen Wissenschaftler Ascher Opler geprägt, um ein Programm zu beschreiben, das seiner Meinung nach „zwischen Hardware und Software¹ lag.“ Viele beliebte Geräte wie Fernseher, Smartphones und Kameras benötigen heute Firmware, um zu funktionieren.

Software ist eine Reihe von Anweisungen, die die wichtigsten Funktionen eines Computers steuern. 

Software kann in vielen verschiedenen Sprachen oder Programmiercodes geschrieben werden, darunter das beliebte Python, Java und Structured Language Query (SQL). Software hat viele Zwecke, wird aber im Allgemeinen in zwei große Kategorien eingeteilt – Software, die für Betriebssysteme (OS) geschrieben ist, und Software, die für Anwendungen geschrieben ist.

Der vielleicht wichtigste Unterschied zwischen Firmware und Software besteht darin, dass die Firmware die Geräte beim Hochfahren und bei der Kommunikation unterstützt, während die Software eher auf die Interaktion mit dem Benutzer ausgerichtet ist. 

Die Hersteller aktualisieren die Firmware häufig, um neue Funktionen hinzuzufügen, die Sicherheit zu verbessern und die Geräte vor Sicherheitslücken zu schützen. Wie jeder Benutzer eines Android oder iOS-Geräts weiß, müssen Firmware-Versionsupdates regelmäßig heruntergeladen und installiert werden, da sie sich sonst auf die Geräteleistung auswirken.

Software hingegen wird auf elektronischen Geräten installiert, um die Benutzererfahrung bei Aktivitäten wie dem Surfen im Internet, dem Abrufen von E-Mails, der Textverarbeitung, dem Video Streaming und dem Streamen von Musik und vielem mehr zu verbessern. Hier sind einige der wichtigsten Unterschiede, die bei der Bewertung der Technologien zu berücksichtigen sind. 

Firmware konzentriert sich in der Regel auf Low-Level-Anweisungen mit einer bestimmten Funktion, die oft in direktem Zusammenhang mit der Steuerung des Geräts stehen, für das sie programmiert wurde. Software konzentriert sich tendenziell mehr auf Computerprogramme, mit denen ein Benutzer interagiert und die auf dem Gerät laufen. 

Ein weiterer wichtiger Unterschied in Bezug auf die Funktionalität ist, dass Softwareprogramme auf vielen verschiedenen Geräten funktionieren können, während Firmware normalerweise nur auf dem Gerät funktioniert, für das sie programmiert wurde.

Die Entwicklungs- oder „Dev“-Umgebungen unterscheiden sich erheblich, je nachdem, ob Sie Firmware oder Software entwickeln. Bei der Softwareentwicklung werden höhere Programmiersprachen wie Python und C++ verwendet, während Firmware auf C oder einer einfachen Assemblersprache basiert. 

Softwareentwickler verwenden typischerweise eine größere Auswahl an Frameworks und Tools als Firmware-Programmierer, wie z. B. integrierte Entwicklungsbibliotheken (IDEs) und Codebibliotheken. Firmware-Entwickler sind auf Tools beschränkt, die für eine bestimmte Plattform entwickelt wurden, wie beispielsweise das Menü eines Smart-TVs, und müssen sich oft auf grundlegendere Funktionen wie Booten und Debuggen konzentrieren.

Das Testen ist eine entscheidende Phase bei der Entwicklung effektiver Firmware- und Softwarelösungen. Bei Firmware konzentriert sich die Testphase darauf, wie die Lösungen mit der Hardware interagieren, um eine ordnungsgemäße Funktionalität zu gewährleisten und ein „Bricking“ zu verhindern. Bricking bezeichnet den Fall, dass ein Firmware-Update versehentlich dazu führt, dass ein Gerät nicht mehr funktioniert. Entwickler, die sicherstellen, dass ein Firmware-Update ordnungsgemäß funktioniert, testen oft verschiedene Szenarien mit Hilfe von Debugging-Tools und Emulatoren. 

Bei Softwaretests verwenden Entwickler andere Tools und Verfahren als bei Firmware-Tests, um Fehler zu identifizieren und um Fehler zu identifizieren und zu beheben und festzustellen, ob die Software effektiv funktioniert. Während Firmware-Tests auf Hardware durchgeführt werden, insbesondere auf dem ROM eines Geräts, in dem die Firmware gespeichert wird, werden Softwaretests auf bestimmten Plattformen durchgeführt. 

Sowohl Firmware als auch Software werden häufig über das Internet über eine 5G-WLAN- oder Ethernet-Verbindung aktualisiert. Software-Updates stellen eine höhere Ebene dar als Firmware-Updates, die sich auf die Gerätefunktionalität und weniger auf die Interaktion mit dem Benutzer konzentrieren. Software-Updates richten sich an Anwendungen, die auf einem Gerät laufen, wie Textverarbeitungsprogramme und Internetbrowser, während Firmware-Updates auf grundlegende Kernfunktionen abzielen, die kritisch für die Geräteleistung sind, wie zum Beispiel das Betriebssystem. 

Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass Firmware-Updates seltener als Software-Updates sind und aufgrund ihrer engeren Verbindung zur Hardware ein höheres Bricking-Risiko bergen. Angesichts der Komplexität der Geräte, auf denen Firmware und Software eingesetzt werden – von Laptops und Spielekonsolen bis hin zu Smartphones und fahrerlosen Autos – sind Updates für die Leistung kritisch.

Viele erfolgreiche moderne Unternehmen nutzen Firmware und Software für verschiedene Geschäftszwecke. Hier sind einige der häufigsten Nutzen:

• Einfache Bereitstellung: Heutzutage werden die meisten Unternehmensanwendungen als Software as a Service (SaaS) bereitgestellt, was die Installation und Aktualisierung wesentlich vereinfacht. SaaS-Lösungen sind Anwendungssoftware, die in der Cloud gehostet und über eine Internetverbindung mittels Webbrowser oder mobiler App genutzt wird. Firmware-Lösungen werden auch remote installiert und aktualisiert, entweder über einen Internet-Download-Link oder als automatisches Update, für dessen Installation lediglich ein Neustart des Geräts erforderlich ist.
• Verbesserte Leistung: Firmware und Software verbessern die Leistung vieler Geräte, auf die sich Unternehmen verlassen, um sicher und innovativ zu bleiben und ihren Kunden neue Funktionen zu bieten. Unternehmen aus der Spiele- und Unterhaltungsbranche verwenden beispielsweise Firmware und Software, um sicherzustellen, dass ihre Apps nahtlos funktionieren und die Kunden sie so nutzen können, wie sie konzipiert wurden.
• Schnellere Problemlösung: Firmware und Software spielen eine entscheidende Rolle bei der schnellen und effektiven Lösung von Kundenproblemen. Stellen Sie sich beispielsweise vor, dass eine neue Komponente – etwa ein Lautsprecher oder eine Kamera an einem Smartphone – nicht funktioniert. Anstatt das Gerät ins Werk zurückzurufen, kann der Hersteller ein einfaches Firmware-Update herausgeben, das leicht über das Internet heruntergeladen und installiert werden kann. Bei Software-Updates beinhalten diese oft neben neuen Funktionen und Features auch Sicherheitsupdates. Zum Beispiel beinhaltete Apples Betriebssystem-Update „Sonoma“ unter anderem neue Möglichkeiten für Benutzer, ihre Passwörter zu schützen, neue Videokonferenzfunktionen und neue Desktop-Widget-Funktionen.      
• Kostensenkung: Firmware und Software helfen Unternehmen jeder Größe auf vielfältige Weise, ihre Betriebskosten zu senken. Ein Beispiel hierfür ist die Vorkonfiguration, bei der Softwareanwendungen, die über ein SaaS-Modell erworben werden, bereits vorkonfiguriert sind, wenn sie heruntergeladen werden. Der Benutzer muss lediglich einen Cloud-Server bereitstellen, und die Anwendung ist in wenigen Stunden einsatzbereit. SaaS hilft außerdem, die Lizenzkosten zu senken, da die meisten Anwendungen in einem SaaS-Modell auf gemeinsamen oder multi-tenant-basierten Umgebungen basieren.

Firmware und Software sind so ähnlich, dass sie oft synonym verwendet werden. Es gibt jedoch einige Unterschiede in ihrer Funktionsweise, die bei der Beurteilung ihrer Eignung für einen Geschäftszweck berücksichtigt werden sollten.

Firmware wird auf einem Gerät installiert, während das Gerät hergestellt wird. In erster Linie erleichtert sie die Kommunikation zwischen dem Betriebssystem (OS) und dem Gerät selbst. Die Zentraleinheit (CPU) des Computers, der Ort, an dem die Eingabe in die Ausgabe umgewandelt wird, ruft Firmware aus dem Speicher eines Computers ab und führt sie aus.

Die Firmware befindet sich im nichtflüchtigen Speicher eines Geräts, wo Inhalte gespeichert werden können, wenn das Gerät ausgeschaltet ist. Sie kann auf verschiedene Speichertypen geschrieben werden, darunter Arbeitsspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM), löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EPROM) und Flash-Speicher. Da die Komplexität der von der Firmware geforderten Aufgaben zugenommen hat, hat sie einige Eigenschaften der Computer-Hardware übernommen, nämlich die Verwendung von Flash-Speicher und eines grundlegenden Eingabe-/Ausgabesystems (BIOS).

Firmware speichert die Daten typischerweise im 'nichtflüchtigen' oder 'nur-lesen' Speicher (ROM) eines Systems, auch als Flash-Speicher bekannt. Diese Art von Speicher wird in einer Vielzahl tragbarer Geräte wie Flash-Laufwerke, Smartphones, Digitalkameras, Laptops und mehr verwendet und ist für die Funktionalität der Firmware unerlässlich. In jüngster Zeit haben Flash-Speicher einige der Funktionen erlangt, die man üblicherweise mit Computern verbindet.

Wenn zum Beispiel ein Computer hochgefahren wird, durchläuft er eine Sequenz, die als Basic Input/Output System (BIOS) bekannt ist. Die erste Firmware, die eine BIOS-Sequenz ausführte, verwendete einen ROM-Chip, aber mittlerweile verwenden Systeme Flash-Speicher für das BIOS, sodass Daten neu geschrieben werden können, ohne dass der Chip von der Systemplatine entfernt und nach der Neuprogrammierung wieder eingesetzt werden muss.

Software enthält wichtige Anweisungen und Informationen, die Computer zum Arbeiten benötigen. Die beiden Softwarearten, Anwendungssoftware und Betriebssystemsoftware, arbeiten unterschiedlich und haben unterschiedliche Zwecke. 

• Anwendungssoftware: Anwendungssoftware, auch als Anwendungen bekannt, sind Programme, die eine bestimmte Funktion erfüllen, wie zum Beispiel ein Webbrowser, ein Fotoeditor oder ein Textverarbeitungsprogramm. Anwendungssoftware kann jedoch nicht alleine laufen; sie benötigt das Betriebssystem (oder die Systemsoftware) eines Computers, um zu funktionieren. Mit der Verbreitung des Internets benötigen viele Webanwendungen eine Internetverbindung, um zu funktionieren, während Nicht-Internet-Anwendungen vom Betriebssystem des Computers (wie Windows, Mac oder Linux) gestartet werden können.
• Betriebssystem oder Systemsoftware: Die Systemsoftware ist eine Softwareschicht, die zwischen Hardware und Anwendungssoftware fungiert und deren einwandfreie Funktion ermöglicht. Benutzer interagieren kaum mit der Systemsoftware, sie läuft jedoch stets im Hintergrund, während sie ihre bevorzugten Anwendungen nutzen. Die Systemsoftware verwaltet die Hardware und Software eines Geräts und trägt so zu einer reibungslosen und unterbrechungsfreien Benutzererfahrung bei.

Da sich so viele Unternehmen und Kunden auf Firmware und Software verlassen, sind sie attraktive Ziele für Hacker. Hardwaregeräte, die auf Firmware angewiesen sind, weisen viele Sicherheitslücken auf, da sie häufig denselben Code verwenden. Softwareangriffe, oft auch als „Malware“ bezeichnet, sind bösartige Codefragmente oder Anwendungen, die Computer beschädigen oder Hackern helfen können, sensible Daten zu stehlen.

Sowohl Firmware- als auch Software-Hacking beinhalten die Bereitstellung von Code, der absichtlich geschrieben wurde, um einem Computersystem oder Benutzer Schaden zuzufügen. Beliebte Arten von Malware sind Ransomware, die die Daten eines Nutzers als Geisel hält, Trojanische Pferde, die der Erkennung entgehen, indem sie sich als legitimes Programm ausgeben, und Spyware, die sensible Informationen über einen Benutzer stiehlt. 

Zum Beispiel gab Google im Juni 2024 eine Warnung heraus, dass ein Problem mit der Pixel-Firmware es anfällig für Angreifer mache und dass es keine bekannte Lösung für Problem² gebe.

Es gibt zahlreiche Beispiele dafür, dass Firmware und Software kritische Rollen im Kerngeschäft erfolgreicher Unternehmen spielen. Hier sind fünf der häufigsten Anwendungsfälle für Unternehmen. 

Personal Computer (PCs) sind auf Firmware und Software angewiesen, um zu funktionieren. Eine Firmware, die in einen Speicherchip auf der Systemplatine eines Laptops eingebettet ist, hilft dem Gerät, entscheidende Daten zu speichern, wenn es ausgeschaltet wird. Darüber hinaus bilden die Spezifikationen für BIOS und Unified Extensible Firmware Interfaces (UEFI) die Grundlage für die Softwareschnittstelle zwischen Betriebssystem und Firmware. 

Beispiele für Softwareanwendungen, die für PCs unerlässlich sind, sind Datenverarbeitungsprogramme, Apps, die das Surfen im Internet ermöglichen, Apps für Videokonferenzen und vieles mehr.

Firmware ist in die Flash-Speicherchips integriert, die viele moderne Datenspeichergeräte wie USB-Laufwerke, externe Festplatten und Flash-Laufwerke zum Funktionieren benötigen. 

Im Bereich Datenverarbeitung und Datenanalyse verlassen sich viele beliebte Lösungen, darunter Microsoft Excel, Google BigQuery und IBMs DB2-Datenbank, auf Software, um ordnungsgemäß zu funktionieren. 

Firmware stellt sicher, dass ein Smartphone nach längerer Nichtbenutzung hochfährt und dass entscheidende Komponenten so miteinander interagieren können, wie sie konzipiert wurden. 

Software steuert die vielen Apps, mit denen Benutzer ihre E-Mails abrufen, Videoanrufe tätigen, ein Essen bestellen, den Kontostand überprüfen und vieles mehr.

Autos, die in den letzten 10 Jahren entwickelt wurden, sind stark von Firmware und Software abhängig. In Automobilsystemen werden verschiedene Arten von Firmware verwendet, einschließlich Motorsteuergeräte (ECUs), die die Motorleistung und Kraftstoffeffizienz optimieren. 

Hinter der computergestützten Konstruktion (CAD) steckt Software, die sowohl im Konstruktionsprozess als auch bei vielen neueren Sicherheitsfunktionen wie kameragestütztem Fahren und Spurwechselwarnungen hilft. 

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) bezieht sich auf ein Netz aus physischen Geräten, Fahrzeugen, Apparaten und anderen physischen Objekten, die mit Sensoren, Software und Netzwerkkonnektivität ausgestattet sind, um Daten zu sammeln und auszutauschen. Firmware ist für viele IoT-Anwendungsfälle unerlässlich, darunter intelligente Haushaltsgeräte wie Kühlschränke und intelligente Klimaanlagen. 

Software bildet die Grundlage vieler der komplexeren IoT-Anwendungen, darunter fahrerlose Autos, Smart-Cities-Anwendungen, Smart-Energie-Anwendungen und mehr.

Firmware und Software haben zwar viele Gemeinsamkeiten, aber Unternehmen, die diese Technologien für einen möglichen Einsatz prüfen, müssen sich auch über die Unterschiede im Klaren sein. Viele Hardwaregeräte sind für Kernfunktionen auf Firmware angewiesen, darunter das Ein- und Ausschalten sowie die Datenspeicherung im ausgeschalteten Zustand. Software ist wiederum der Schlüssel zur Benutzerinteraktion und Anwendung. Es ist wichtig zu verstehen, wie die beiden Technologien hinter den Kulissen zusammenarbeiten, um Innovationen voranzutreiben und ihr Geschäftspotenzial auszuschöpfen.