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只讀存儲器
來源:互聯網

只讀存儲器(英文名:Read-Only Memory,簡稱ROM),是一種只能讀出事先所存數據的固態半導體存儲器,為非易失性存儲器,數據信息一旦被寫入后,會固定存儲起來,只能讀取信息而不能寫入,斷電后不會丟失數據。ROM所存數據通常是裝入整機前寫入的,整機工作過程中只能讀出,不像隨機存儲器能快速方便地改寫存儲內容。只讀存儲器所存數據穩定,斷電后所存數據也不會改變,并且結構較簡單,使用方便,常用于存儲各種固定程序和數據。

只讀存儲器按數據寫入方式特點不同可分為掩膜編程的只讀存儲器MROM(Mask-programmedROM)、一次性可編程ROM(PROM)、可擦除可編程的只讀存儲器EPROM(Erasable Programmable ROM)、可電擦除可編程的只讀存儲器 EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)和快閃存儲器(flash memory)。

只讀存儲器應用廣泛,例如Apple II或IBM PC XT/AT等早期個人電腦的開機程序(操作系統)或其他各種微電腦系統中的軔體(Firmware)所使用的硬件都是ROM。ROM最初采用分立元器件制造,后來采用半導體集成電路技術制造。

基本結構

ROM的基本結構,ROM主要由地址譯碼器、存儲體、讀出線及讀出放大器等部分組成。ROM是按地址尋址的存儲器,由CPU給出要訪問的存儲單元地址ROM的地址譯碼器是與門的組合,輸出是全部地址輸入的最小項(全譯碼)。n位地址碼經譯碼后2n種結果,驅動選擇2n個字,即W=2n。存儲體是由熔絲、二極管晶體管等元件排成W*m的二維陣列(字位結構),共W個字,每個字m位。存儲體實際上是或門的組合,ROM的輸出線位數就是或門的個數。由于它工作時只是讀出信息,因此可以不必設置寫入電路,這使得其存儲單元與讀出線路也比較簡單。

工作過程

右圖給出ROM的工作過程。CPU經地址總線送來要訪問的存儲單元地址,地址譯碼器根據輸入地址碼選擇某條字線,然后由它驅動該字線的各位線,讀出該字的各存儲位元所存儲的二進制代碼,送入讀出線輸出,再經數據線送至CPU。

特點

只讀存儲器的特點是只能讀出而不能寫入信息。在主板上的ROM里面固化了一個基本輸入/輸出系統,稱為BIOS(基本輸入輸出系統)。其主要作用是完成對系統的加電自檢、系統中各功能模塊的初始化、系統的基本輸入/輸出的驅動程序及引導操作系統。

種類

除少數種類的只讀存儲器(如字符發生器)可通用之外,為便于用戶使用和大批量生產,進一步發展出多種類型的ROM,且每種只讀存儲器都有各自的特性和適用范圍。從其制造工藝和功能上分,ROM有五種類型,即掩膜編程的只讀存儲器MROM(Mask-programmedROM)、可編程的只讀存儲器PROM(Programmable ROM)、可擦除可編程的只讀存儲器EPROM(Erasable Programmable ROM)、可電擦除可編程的只讀存儲器 EEPROM(Elecrically Erasable Programmable ROM)和快擦除隨機存取存儲器(Flash Memory)。

掩膜編程的只讀存儲器

掩膜只讀存儲器(Mask ROM)中存儲的信息由生產廠家在掩膜工藝過程中“寫入”。在制造過程中,將資料以一特制光罩(Mask)燒錄于線路中,有時又稱為“光罩式只讀內存”(Mask ROM),此內存的制造成本較低,常用于電腦中的開機啟動。其行線和列線的交點處都設置了MOS管,在制造時的最后一道掩膜工藝,按照規定的編碼布局來控制MOS管是否與行線、列線相連。相連者定為1(或0),未連者為0(或1),這種存儲器一旦由生產廠家制造完畢,用戶就無法修改。?

MROM的主要優點是存儲內容固定,掉電后信息仍然存在,可靠性高。缺點是信息一次寫入(制造)后就不能修改,很不靈活且生產周期長,用戶與生產廠家之間的依賴性大。?

可編程只讀存儲器

可編程只讀存儲器(Programmable ROM,PROM)允許用戶通過專用的設備(編程器)一次性寫入自己所需要的信息,其一般可編程一次,PROM存儲器出廠時各個存儲單元皆為1,或皆為0。用戶使用時,再使用編程的方法使PROM存儲所需要的數據。?

PROM的種類很多,需要用電和光照的方法來編寫與存放的程序和信息。但僅僅只能編寫一次,第一次寫入的信息就被永久性地保存起來。例如,雙極性PROM有兩種結構:一種是熔絲燒斷型,一種是PN結擊穿型。它們只能進行一次性改寫,一旦編程完畢,其內容便是永久性的。由于可靠性差,又是一次性編程,較少使用。PROM中的程序和數據是由用戶利用專用設備自行寫入,一經寫入無法更改,永久保存。PROM具有一定的靈活性,適合小批量生產,常用于工業控制機或電器中。?

可編程可擦除只讀存儲器

可編程可擦除只讀存儲器(Erasable Programmable Read Only Memory,EPROM)可多次編程,是一種以讀為主的可寫可讀的存儲器。是一種便于用戶根據需要來寫入,并能把已寫入的內容擦去后再改寫的ROM。其存儲的信息可以由用戶自行加電編寫,也可以利用紫外線光源或脈沖電流等方法先將原存的信息擦除,然后用寫入器重新寫入新的信息。EPROM比MROM和PROM更方便、靈活、經濟實惠。但是EPROM采用MOS管,速度較慢。?

擦除遠存儲內容的方法可以采用以下方法:電的方法(稱電可改寫ROM)或用紫外線照射的方法(稱光可改寫ROM)。光可改寫ROM可利用高電壓將資料編程寫入,抹除時將線路曝光于紫外線下,則資料可被清空,并且可重復使用,通常在封裝外殼上會預留一個石英透明窗以方便曝光。?

電可擦除可編程只讀存儲器

電可擦可編程序只讀存儲器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,EEPROM)是一種隨時可寫入而無須擦除原先內容的存儲器,其寫操作比讀操作時間要長得多,EEPROM把不易丟失數據和修改靈活的優點組合起來,修改時只需使用普通的控制、地址和數據總線。EEPROM運作原理類似EPROM,但抹除的方式是使用高電場來完成,因此不需要透明窗。EEPROM比 EPROM貴,集成度低,成本較高,一般用于保存系統設置的參數、IC卡上存儲信息、電視機或空調中的控制器。但由于其可以在線修改,所以可靠性不如 EPROM。?

快擦除隨機存取存儲器

快擦除讀寫存儲器( Flash Memory)是英特爾90年代中期發明的一種高密度、非易失性的讀/寫半導體存儲器它既有EEPROM的特點,又有RAM的特點,是一種全新的存儲結構,俗稱快閃存儲器。它在20世紀80年代中后期首次推出,快閃存儲器的價格和功能介于 EPROM和EEPROM之間。與 EEPROM一樣,快閃存儲器使用電可擦技術,整個快閃存儲器可以在一秒鐘至幾秒內被擦除,速度比 EPROM快得多。另外,它能擦除存儲器中的某些塊,而不是整塊芯片。然而快閃存儲器不提供字節級的擦除,與 EPROM一樣,快閃存儲器每位只使用一個晶體管,因此能獲得與 EPROM一樣的高密度(與 EEPROM相比較)。“閃存”芯片采用單一電源(3V或者5V)供電,擦除和編程所需的特殊電壓由芯片內部產生,因此可以在線系統擦除與編程。“閃存”也是典型的非易失性存儲器,在正常使用情況下,其浮置柵中所存電子可保存100年而不丟失。?

目前,閃存已廣泛用于制作各種移動存儲器,如U盤及數碼相機/攝像機所用的存儲卡等。?

一次編程只讀內存

一次編程只讀內存(One Time Programmable Read Only Memory,OTPROM)之寫入原理同EPROM,但是為了節省成本,編程寫入之后就不再抹除,因此不設置透明窗。

工作原理

地址譯碼器根據輸入地址選擇某條輸出(稱字線),由它再去驅動該字線的各位線,以便讀出字線上各存儲單元所儲存的代碼。下圖a是以熔絲為存儲元件的8×4ROM(通常以“字線×位線”來表示存儲器的存儲容量)的原理圖。它以保留熔絲表示存入的是“0”,以熔斷熔絲表示存入的是“1”。例如,存入字1的是“1011”。在ROM中,一般都設置片選端(也有寫作的)。當=0時ROM工作;當=1,ROM被禁止,其輸出為“1”電平或呈高阻態。用來擴展ROM的字數。

ROM的地址譯碼器是與門的組合,它的輸出是全部地址輸入的最小項。可以把譯碼器表示成圖b所示的與陣列,圖中與陣列水平線和垂直線交叉處標的“點”表示有“與”的聯系。存儲單元體實際上是或門的組合,ROM的輸出數即或門的個數。譯碼器的每個最小項都可能是或門的輸入,但是,某個最小項能否成為或門的輸入取決于存儲信息,因此存儲單元體可看成是一個或陣列。由上分析,可以從另一角度來看ROM的結構:它由兩個陣列組成——“與”門陣列和“或”門陣列,其中“或”的內容是由用戶設置的,因而它是可編程的,而與陣列是用來形成全部最小項的,因而是不可編程的。

ROM的形式也有多種。一種是熔絲型ROM,ROM制造廠提供的產品保留了或陣列的全部熔絲,由使用者寫入信息,隨后存儲內容就不能更改了,這類ROM稱為可編程序只讀存儲器,簡稱PROM。另一類ROM是信息寫入后,可用紫外線照射或用電方法擦除,然后再允許寫入新的內容,稱前一種ROM為可改寫ROM,簡稱EPROM,稱后者為電可改寫ROM,簡稱EEPROM。還有一類ROM的存儲信息是在制造過程中形成的,集成電路制造廠根據用戶事先提供的存儲內容來設計光刻掩模板,用制造或不制造存儲元件的方法來存儲信息,這類ROM稱為“掩模型只讀存儲器”,簡稱MROM。

使用范圍

由于ROM具有斷電后信息不丟失的特性,因而可用于計算機啟動用的BIOS芯片。EPROM、EEPROM和Flash ROM(NOR Flash 和 NAND Flash),性能同ROM,但可改寫,一般讀比寫快,寫需要比讀高的電壓,(讀5V寫12V)但Flash可以在相同電壓下讀寫,且容量大成本低,如U盤MP3中使用廣泛。在計算機系統里,RAM一般用作內存,ROM一般作為固件,用來存放一些硬件的驅動程序。

參考資料 >

獵豹清理大師團隊談手機存儲空間不足那些事兒.techweb.2024-02-21

..2024-01-05

rom的分類.機電之家.2024-02-21

..2024-01-05

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