只读存储器

ROM

只读存储器（Read-Only Memory，ROM）以非破坏性读出方式工作，只能读出无法写入信息。信息一旦写入后就固定下来，即使切断电源，信息也不会丢失，所以又称为固定存储器。ROM所存数据通常是装入整机前写入的，整机工作过程中只能读出，不像随机存储器能快速方便地改写存储内容。ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变，并且结构较简单，使用方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。

基本结构

右图给出ROM的基本结构，ROM主要由地址译码器、存储体、读出线及读出放大器等部分组成。ROM是按地址寻址的存储器，由CPU给出要访问的存储单元地址ROM的地址译码器是与门的组合，输出是全部地址输入的最小项（全译码）。n位地址码经译码后2n种结果，驱动选择2n个字,即W=2n。存储体是由熔丝、二极管或晶体管等元件排成W*m的二维阵列（字位结构），共W个字，每个字m位。存储体实际上是或门的组合，ROM的输出线位数就是或门的个数。由于它工作时只是读出信息，因此可以不必设置写入电路，这使得其存储单元与读出线路也比较简单。

工作过程

右图给出ROM的工作过程，CPU经地址总线送来要访问的存储单元地址，地址译码器根据输入地址码选择某条字线，然后由它驱动该字线的各位线，读出该字的各存储位元所存储的二进制代码，送入读出线输出，再经数据线送至CPU。

特点

只读存储器的特点是只能读出而不能写入信息，通常在电脑主板的ROM里面固化一个基本输入/输出系统，称为BIOS（基本输入输出系统）。其主要作用是完成对系统的加电自检、系统中各功能模块的初始化、系统的基本输入/输出的驱动程序及引导操作系统。

种类

ROM有多种类型，且每种只读存储器都有各自的特性和适用范围。从其制造工艺和功能上分，ROM有五种类型，即掩膜编程的只读存储器MROM（Mask-programmedROM）、可编程的只读存储器PROM（Programmable ROM）、可擦除可编程的只读存储器EPROM（Erasable Programmable ROM）、可电擦除可编程的只读存储器 EEPROM（Elecrically Erasable Programmable ROM）和快擦除读写存储器（Flash Memory）。

掩膜编程的只读存储器

掩膜只读存储器（Mask ROM）中存储的信息由生产厂家在掩膜工艺过程中“写入”。在制造过程中，将资料以一特制光罩（Mask）烧录于线路中，有时又称为“光罩式只读内存”（Mask ROM），此内存的制造成本较低，常用于电脑中的开机启动。其行线和列线的交点处都设置了MOS管，在制造时的最后一道掩膜工艺，按照规定的编码布局来控制MOS管是否与行线、列线相连。相连者定为1（或0），未连者为0（或1），这种存储器一旦由生产厂家制造完毕，用户就无法修改。

MROM的主要优点是存储内容固定，掉电后信息仍然存在,可靠性高。缺点是信息一次写入（制造）后就不能修改，很不灵活且生产周期长，用户与生产厂家之间的依赖性大。

可编程只读存储器

可编程只读存储器（Programmable ROM，PROM）允许用户通过专用的设备（编程器）一次性写入自己所需要的信息，其一般可编程一次，PROM存储器出厂时各个存储单元皆为1，或皆为0。用户使用时，再使用编程的方法使PROM存储所需要的数据。

PROM的种类很多，需要用电和光照的方法来编写与存放的程序和信息。但仅仅只能编写一次，第一次写入的信息就被永久性地保存起来。例如，双极性PROM有两种结构：一种是熔丝烧断型，一种是PN结击穿型。它们只能进行一次性改写，一旦编程完毕，其内容便是永久性的。由于可靠性差，又是一次性编程，较少使用。PROM中的程序和数据是由用户利用专用设备自行写入，一经写入无法更改，永久保存。PROM具有一定的灵活性，适合小批量生产，常用于工业控制机或电器中。

可编程可擦除只读存储器

可编程可擦除只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM）可多次编程，是一种以读为主的可写可读的存储器。是一种便于用户根据需要来写入，并能把已写入的内容擦去后再改写的ROM。其存储的信息可以由用户自行加电编写，也可以利用紫外线光源或脉冲电流等方法先将原存的信息擦除，然后用写入器重新写入新的信息。 EPROM比MROM和PROM更方便、灵活、经济实惠。但是EPROM采用MOS管，速度较慢。

擦除远存储内容的方法可以采用以下方法：电的方法（称电可改写ROM）或用紫外线照射的方法（称光可改写ROM）。光可改写ROM可利用高电压将资料编程写入，抹除时将线路曝光于紫外线下，则资料可被清空，并且可重复使用，通常在封装外壳上会预留一个石英透明窗以方便曝光。

电可擦除可编程只读存储器

电可擦可编程序只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）是一种随时可写入而无须擦除原先内容的存储器，其写操作比读操作时间要长得多，EEPROM把不易丢失数据和修改灵活的优点组合起来，修改时只需使用普通的控制、地址和数据总线。EEPROM运作原理类似EPROM，但抹除的方式是使用高电场来完成，因此不需要透明窗。 EEPROM比 EPROM贵，集成度低，成本较高，一般用于保存系统设置的参数、IC卡上存储信息、电视机或空调中的控制器。但由于其可以在线修改，所以可靠性不如 EPROM。

快擦除读写存储器

快擦除读写存储器( Flash Memory)是英特尔公司90年代中期发明的一种高密度、非易失性的读/写半导体存储器它既有EEPROM的特点，又有RAM的特点，是一种全新的存储结构，俗称快闪存储器。它在20世纪80年代中后期首次推出，快闪存储器的价格和功能介于 EPROM和EEPROM之间。与 EEPROM一样，快闪存储器使用电可擦技术，整个快闪存储器可以在一秒钟至几秒内被擦除，速度比 EPROM快得多。另外，它能擦除存储器中的某些块，而不是整块芯片。然而快闪存储器不提供字节级的擦除，与 EPROM一样，快闪存储器每位只使用一个晶体管，因此能获得与 EPROM一样的高密度(与 EEPROM相比较)。“闪存”芯片采用单一电源（3V或者5V）供电，擦除和编程所需的特殊电压由芯片内部产生，因此可以在线系统擦除与编程。“闪存”也是典型的非易失性存储器，在正常使用情况下，其浮置栅中所存电子可保存100年而不丢失。

目前，闪存已广泛用于制作各种移动存储器，如U盘及数码相机/摄像机所用的存储卡等。

一次编程只读内存

一次编程只读内存（One Time Programmable Read Only Memory，OTPROM）之写入原理同EPROM，但是为了节省成本，编程写入之后就不再抹除，因此不设置透明窗。

使用范围

由于ROM具有断电后信息不丢失的特性，因而可用于计算机启动用的BIOS芯片。EPROM、EEPROM和Flash ROM(NOR Flash 和 NAND Flash)，性能同ROM，但可改写，一般读比写快，写需要比读高的电压，（读5V写12V）但Flash可以在相同电压下读写，且容量大成本低，如U盘MP3中使用广泛。在计算机系统里，RAM一般用作内存，ROM一般作为固件，用来存放一些硬件的驱动程序。

制作原理

ROM的地址译码器是与门的组合，其输出是全部地址输入的最小项。可以把译码器表示成右图所示的与阵列，图中与阵列水平线和垂直线交叉处标的“点”表示有“与”的联系。存储单元体实际上是或门的组合，ROM的输出数即或门的个数。译码器的每个最小项都可能是或门的输入，但是，某个最小项能否成为或门的输入取决于存储信息，因此存储单元体可看成是一个或阵列。由上分析，可以从另一角度来看ROM的结构：它由两个阵列组成——“与”门阵列和“或”门阵列，其中“或”的内容是由用户设置的，因而它是可编程的，而与阵列是用来形成全部最小项的，因而是不可编程的。

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