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。

1.只读存储器基本结构

下图给出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。

只读存储器基本结构

2.只读存储器的特点

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。

只读存储器的特点

3.只读存储器的种类

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)。
1、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。
2、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。 [2] 
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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。

只读存储器的种类

4.只读存储器适用范围

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。

只读存储器适用范围