只读存储器工作原理

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1、只读存储器工作原理只读存储器（ROM），亦称为固件，是一种在生产时用特定数据进行过编程的集成电路。ROM芯片不仅用于电脑，还出现在大多数其他电子设备中。在本文中，您会了解到几种不同的ROM，还有它们各自的工作原理。本文是探讨计算机存储器的系列文章之一，该系列还包括下列文章：·计算机存储器工作原理·随机存取存储器（RAM）的工作原理·虚拟内存工作原理·闪存工作原理·BIOS工作原理让我们从分辨几种不同类型的ROM开始来展开我们的讨论。ROM有五种基本类型：·ROM·PROM·EPROM·EEPROM·闪存在本文中您会了解到，上述的各类ROM都有其

2、独特属性，但它们同属于一种存储器，这种存储器有两个特征：·这些芯片中存储的数据具有非易失性——即断电时不会丢失数据。·这些芯片中存储的数据具有不可变更性，或是需要特定的操作才能变更数据（这与读写数据都很方便的RAM不同）。这就意味着，切断芯片的电源不会丢失任何信息。工作中的ROM类似于RAM，ROM芯片（见图1）也包含由记忆行与记忆列组成的栅格。但在记忆行与记忆列相交处，ROM芯片与RAM芯片有根本性的区别。RAM使用晶体管打开或关闭通往位于交点处的电容器的访问电路，而ROM则使用二极管来控制线路，当二极管取1值时，线路导通。当它取0值时，线路

3、就完全切断。图1：使用闪存的BIOS，闪存是ROM的一种类型。一般来说，二极管允许电流单向流通，并且有一个阈值电压，亦称正向导通电压，这一电压决定了导通二极管所需电流的大小。在硅半导体器件（例如处理器和存储器芯片等）中，正向导通电压约为0.6伏。利用二极管这些独特属性，ROM芯片能够生成一个高于正向导通电压的电势，然后这一电势沿着选定的记忆列传导到一个选定的接地（零电势）记忆行上，这样芯片就与存储单元建立了连接。如果在该存储单元处有一个二极管，电流会被导向大地（零电势），并且在二进制系统下，这一存储单元被认为是“通路”（取1值）。存储单元取0值

4、的情况比较简单，此时相交处的二极管不能连通记忆行与记忆列。因而记忆列上的电势不能传导到记忆行上。不难理解，ROM芯片的工作方式要求生产时写入芯片的数据必须完好无损。一般ROM芯片不能重复编程或重复写入。如果数据有误或需要更新，您只能把旧的ROM扔掉，然后从新来过。创建ROM芯片的原始模板是一项艰苦的工作，通常要经历一个屡败屡试的过程。但ROM芯片仍然是利大于弊。只要完成了模板的设计，单个芯片的实际成本相当低廉，只有几美分。它们的能耗极低，使用起来非常可靠，并且用于小型电子设备时，它们多数情况下都内含控制设备所需的全部程序。唱歌鱼使用的小型芯片就

5、是一个很好的例子。该芯片大小略同于您的手指甲，写入了几首时长30秒的歌曲片段，并且内含能控制电动机并使其与音乐保持同步的程序代码。可编程只读存储器(PROM)如果完全从零开始，生产少量的ROM将会是一件既耗时又耗财的工作。主要针对这一点，开发商发明了一种新型ROM，称为可编程只读存储器（PROM）。空白的PROM价格低廉，只要你拥有一种称为编程器的特殊工具，就能将代码写入其中。PROM芯片（见图2）同普通ROM一样，由记忆行与记忆列相交而成的栅格组成。区别在于，PROM芯片中记忆行与记忆列的每一个交点都是靠熔丝将它们连接起来。电势会沿记忆列导向

6、接地的记忆行，电流会流经存储单元处的熔丝，这表示存储单元取1值。由于全部的存储单元都有熔丝，因而PROM芯片所有存储单元的初始（空白）状态都是1值。若想将单元值变为0，必须使用编程器向存储单元发送一定量的电流。更高的电压能烧断熔丝，并造成记忆行与记忆列之间形成开路。这一过程称为烧制PROM。图2PROM只能进行一次编程。它们比ROM更娇气。静电电击很容易就能烧断PROM中的熔丝，从而使得关键位元的取值由1变为0。空白PROM不仅价格低廉，更是在将元件交付高成本的ROM制造过程之前，打造数据原型的极佳选择。可擦除可编程只读存储器(EPROM)使用

7、ROM和PROM可能并不经济。尽管它们的单价并不昂贵，然而随时间的流逝，总成本会越来越高。可擦除可编程只读存储器（EPROM）解决了这个问题。EPROM芯片可以多次复写。擦除EPROM需要一种特制工具，这种工具能发射某一频率的紫外线。配置EPROM时必须由EPROM编程器提供一个特定的电压，电压水平由EPROM的类型决定。我们又要提到记忆行与记忆列形成的栅格。在EPROM中，位于行列相交处的每个存储单元都有两个晶体管。这两个晶体管被一个薄氧化层隔开。其中一个称为浮栅，另一个为控制栅。由浮栅通往记忆行（字线）的唯一路径必须经过控制栅。只要这条线路

8、能够接通，存储单元就取1值。若想将1值转换为0值，则需要经过一个奇妙的过程，这就是福勒诺德海姆隧道效应（Fowler-Nordheimtunnelin