只讀存儲器

右圖給出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位地址碼經譯碼後2ⁿ種結果，驅動選擇2ⁿ個字,即W=2ⁿ。存儲體是由熔絲、二極管或晶體管等元件排成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。由於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。 ^[2] 

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，然後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。 ^[1] 

只讀存儲器的特點是隻能讀出而不能寫入信息，通常在電腦主板的ROM裏面固化一個基本輸入/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。 ^[4] 

ROM有多種類型，且每種只讀存儲器都有各自的特性和適用範圍。從其製造工藝和功能上分，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）和快擦除讀寫存儲器（Flash Memory）。 ^[2] 

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”。在製造過程中，將資料以一特製光罩（Mask）燒錄於線路中，有時又稱為“光罩式只讀內存”（Mask ROM），此內存的製造成本較低，常用於電腦中的開機啓動。其行線和列線的交點處都設置了MOS管，在製造時的最後一道掩膜工藝，按照規定的編碼佈局來控制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製造完畢，用户就無法修改。 ^[1] 

MROM的主要優點是存儲內容固定，掉電後信息仍然存在,可靠性高。缺點是信息一次寫入（製造）後就不能修改，很不靈活且生產週期長，用户與生產廠家之間的依賴性大。 ^[2] 

可編程只讀存儲器（Programmable ROM，PROM）允許用户通過專用的設備（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。用户使用時，再使用編程的方法使PROM存儲所需要的數據。 ^[2] 

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。由於可靠性差，又是一次性編程，較少使用。PROM中的程序和數據是由用户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，常用於工業控制機或電器中。 ^[1] 

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。是一種便於用户根據需要來寫入，並能把已寫入的內容擦去後再改寫的ROM。其存儲的信息可以由用户自行加電編寫，也可以利用紫外線光源或脈衝電流等方法先將原存的信息擦除，然後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採用MOS管，速度較慢。 ^[2] 

擦除遠存儲內容的方法可以採用以下方法：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，抹除時將線路曝光於紫外線下，則資料可被清空，並且可重複使用，通常在封裝外殼上會預留一個石英透明窗以方便曝光。 ^[2] 

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，一般用於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。但由於其可以在線修改，所以可靠性不如 EPROM。 ^[2] 

快擦除讀寫存儲器( Flash Memory)是英特爾公司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年代中後期首次推出，快閃存儲器的價格和功能介於 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”芯片採用單一電源（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。 ^[3] 

目前，閃存已廣泛用於製作各種移動存儲器，如U盤及數碼相機/攝像機所用的存儲卡等。 ^[3] 

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，編程寫入之後就不再抹除，因此不設置透明窗。 ^[1] 

由於ROM具有斷電後信息不丟失的特性，因而可用於計算機啓動用的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。在計算機系統裏，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。 ^[3] 

ROM的地址譯碼器是與門的組合，其輸出是全部地址輸入的最小項。可以把譯碼器表示成右圖所示的與陣列，圖中與陣列水平線和垂直線交叉處標的“點”表示有“與”的聯繫。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於存儲信息，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”的內容是由用户設置的，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。 ^[1]