3.4 只读存储器

学习目标：

学习只读存储器（ROM）的目标可以包括以下内容：

1. 了解ROM的基本概念、分类以及适用场景。
2. 掌握ROM的电路原理、逻辑结构和读取方式。
3. 熟悉ROM的编程方式和编程工具。
4. 理解ROM与EPROM、EEPROM和闪存的区别和联系。
5. 了解ROM在计算机系统中的应用场景和作用。
6. 掌握ROM的技术指标和性能评估方法。
7. 理解ROM在嵌入式系统设计中的应用和实践案例。

通过以上学习目标的学习和掌握，可以全面了解ROM的相关知识和技术，为后续的计算机系统设计和嵌入式系统开发提供基础和支持。

学习步骤：

学习只读存储器（ROM）的方法可以包括以下步骤：

1. 了解ROM的基本概念和特点：了解ROM与RAM的区别，掌握ROM的存储原理、读取方式、编程方法以及应用领域等基本概念和特点。

2. 学习ROM的种类和结构：掌握ROM的种类、结构、容量和速度等主要技术指标，了解各种ROM的工作原理、优缺点和适用场景。

3. 学习ROM的编程方式和过程：了解ROM的编程方式，包括刻录和烧录两种方式，掌握各种ROM的编程过程和注意事项。

4. 学习ROM的应用：了解ROM在各个领域的应用，如微控制器、存储芯片、计算机BIOS等。

5. 进行实践操作：通过购买或使用ROM编程器，学习如何对ROM进行编程和读取操作，并在实践中加深理解。

6. 阅读相关文献：阅读相关书籍、论文、文章和技术资料，了解ROM的最新研究进展和应用案例，不断拓展对ROM的认识和应用。

7. 参加相关培训或课程：参加相关培训或课程，深入了解ROM的理论和实践知识，提高ROM应用技能和实际应用能力。

总之，学习只读存储器需要系统学习理论知识，同时加强实践操作，不断深化对ROM的理解和应用能力。

3.4.1 只读存储器概述

只读存储器（Read-Only Memory，ROM）是一种只能读取数据而不能写入的存储器。它是一种非易失性存储器，通常用于存储程序、固件、配置信息等数据。

ROM的数据是在制造过程中被预设的，因此它不能像RAM一样被程序写入和修改。ROM的读取速度通常比RAM慢，但是它具有很高的可靠性和稳定性，因为它不会因为断电而失去数据。

ROM的主要分类包括以下几种：

1. Mask ROM：它是制造时被编程的ROM，也称为固定程序ROM。在生产过程中，使用特殊的工具来编程，一旦编程就不能再修改。它的优点是速度快，可靠性高，但缺点是一旦生产就不能修改，所以只适用于大量生产的产品中。

2. PROM：PROM是可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory）的缩写，是由用户自行编程的ROM。在生产过程中，使用特殊的编程器将数据写入PROM，一旦编程就不能再修改。与Mask ROM相比，PROM可以在生产之后进行编程，但缺点是编程速度慢，容易受到紫外线的影响而失去数据。

3. EPROM：EPROM是可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read-Only Memory）的缩写。它可以通过紫外线来擦除，使得EPROM可以被重复编程。EPROM的擦除需要特殊的设备，擦除时间比较长，而且擦除次数有限。

4. EEPROM：EEPROM是可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）的缩写，与EPROM相比，它可以通过电子信号来擦除。EEPROM的擦除速度比EPROM快，而且可以擦除次数更多，但是价格更高。

5. Flash Memory：Flash Memory是一种特殊的EEPROM，它可以一次性擦除整个芯片，而不是像EEPROM一样只能擦除一部分。Flash Memory具有快速读取速度，容量大，擦除次数多等特点，因此在存储器领域被广泛使用。

总的来说，只读存储器具有不可修改的特性，但是具有高可靠性和稳定性的优点，广泛应用于嵌入式系统、计算机外围设备、智能卡等领域。

 1.什么是掩码ROM的阵列结构和存储元

掩码ROM（Read-Only Memory）是一种只读存储器，它的阵列结构和存储元是用于存储固定数据的。

掩码ROM的阵列结构通常由一系列的行和列组成。每一行被称为一个字线（word line），每一列被称为一个位线（bit line）。交叉点处的存储元件被称为存储单元或存储位。

每个存储单元由一个可编程的开关（通常是晶体管）和一个连接到位线的存储电容组成。存储电容的充电状态代表了数据的位值，充电表示逻辑高，不充电表示逻辑低。存储元的位值在制造过程中通过氧化物掩膜来定义，因此称为掩码ROM。

通过选择特定的字线和位线，可以读取或写入相应存储单元中存储的数据。在读取时，选择相应的字线，将数据从存储电容中读出并放大为有效的输出信号。而写入操作则是将数据写入到特定的存储电容中，通过控制字线和位线的电平。

掩码ROM的特点是数据在制造过程中被写入，因此它的内容在使用过程中无法更改，只能读取。这使得它适用于存储固定的程序、字库、常量数据等应用。然而，由于其只读性质，掩码ROM在实际使用中缺乏灵活性，无法进行动态更新和修改存储内容。因此，后续发展出了可编程的ROM（PROM）、可擦写的ROM（EPROM）和可擦写可编程的ROM（EEPROM）等存储器类型，以满足更灵活的存储需求。

疑问：

（1）什么是掩码？

在计算机领域中，掩码（Mask）是一种用于数据处理和操作的位模式。它通常是一个与被操作数据按位进行逻辑运算的模式，用于选择、过滤或修改特定的位。

掩码可以被看作是一个二进制模式，其中每个位的取值决定了在特定操作中对应位的行为。通常使用掩码进行逻辑与（AND）、逻辑或（OR）、逻辑异或（XOR）等操作，以对数据进行位级操作。

掩码的作用是通过将需要操作的位与掩码进行逻辑运算，得到期望的结果。通过设置掩码的不同位的取值，可以实现对数据的选择性处理、位清零、位置位等操作。掩码的每一位对应被操作数据的每一位，如果掩码位为1，则对应的数据位参与操作；如果掩码位为0，则对应的数据位不参与操作。

举个简单的例子，假设有一个8位的二进制数11011010，我们希望将其中的某些位清零，某些位保持原值。我们可以使用掩码来实现，如掩码为10100101，对该数进行逻辑与操作，得到的结果是10000000，其中掩码中为1的位保留了原值，为0的位被清零。

掩码在数据处理和操作中具有广泛的应用，例如数据过滤、数据屏蔽、权限控制、位操作等。它能够对数据进行精确的位级控制，提供了灵活性和精确性，以满足各种数据处理需求。

3.4.2 NOR内存

3.可编程ROM

可编程只读存储器（PROM，Programmable Read-Only Memory）是一种存储器类型，它可以通过编程操作来存储固定的数据。

可编程只读存储器最初是在制造过程中被编程，以在芯片上创建固定的数据模式。与掩码ROM不同，可编程ROM的数据内容可以在制造之后被用户进行一次性的编程。编程的过程通常使用特殊的设备或编程器来完成，将所需的数据模式写入到存储器的特定位置中。

可编程ROM的编程通常是通过烧写（burning）或电子擦除编程（electrically erasable programming）来实现的。烧写编程使用高电压或激光来改变存储器单元的物理状态，从而将数据写入存储器中。电子擦除编程使用特殊的电源电压或电压脉冲来擦除存储器中的数据，并通过编程电压将新的数据写入。

可编程ROM的主要特点是它可以根据需要进行一次性的编程，但编程之后无法修改存储的数据。因此，它适用于存储固定的数据、固定的程序代码、固定的字库等应用。它具有较低的成本和较快的访问速度，但缺乏灵活性，无法在使用过程中修改存储内容。

为了满足更灵活的存储需求，后来发展出了可擦写可编程只读存储器（EPROM，Electrically Programmable Read-Only Memory）和可擦写可编程存储器（EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory），它们允许用户多次擦除和编程存储器内容，从而实现数据的动态更新和修改。

介绍：

电擦除可编程存储器（EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是一种具有可擦除和可编程功能的存储器类型。

计算机网络数据链路层关于MAC地址的存放讲了这里:3.3 使用广播信道的数据链路层

与传统的可编程只读存储器（PROM）和可擦除可编程只读存储器（EPROM）相比，EEPROM具有更高的灵活性。它可以多次擦除和编程存储器内容，而不仅限于一次性编程。

电擦除可编程存储器的擦除操作是通过应用特定的电压或电压脉冲来实现的。擦除操作将存储器中的数据位恢复为初始状态，使其可以重新编程。相比之下，传统的EPROM需要使用紫外线辐射来擦除存储器内容。

编程操作是通过将特定的电压应用到存储器单元上，改变其物理状态来实现的。这样可以将用户自定义的数据模式写入到存储器中。

EEPROM在许多应用中被广泛使用，例如存储设备、嵌入式系统、通信设备等。它提供了可编程性和擦除能力，允许数据的动态修改和更新，而不需要更换整个存储器芯片。这使得EEPROM成为了一种灵活且可重写的存储解决方案。

闪速存储器：

闪速存储器（Flash Memory）是一种非易失性存储器，它可以在断电情况下保持数据的存储。它是一种常见的存储设备，广泛用于移动设备、计算机存储、嵌入式系统等领域。

与传统的随机访问存储器（RAM）不同，闪速存储器是一种基于电子浮动栅的技术，用于存储和擦除数据。它通常由一系列的闪存单元组成，每个单元可以存储一个或多个二进制数据位。

闪速存储器具有以下几个主要特点：

1. 非易失性：闪速存储器在断电情况下可以保持数据的存储，因此适用于需要长期保存数据的应用场景。

2. 可擦除和可编程：闪速存储器可以按需擦除和编程数据。擦除操作通常是以块为单位进行的，而编程操作是以字节或页面为单位进行的。

3. 快速访问速度：闪速存储器具有较快的读取速度，适合需要快速存取数据的应用。

4. 高密度存储：闪速存储器可以实现高密度的数据存储，因为它可以将多个数据位存储在一个闪存单元中。

5. 低功耗：闪速存储器通常具有较低的功耗，这使得它适用于移动设备和便携式电子设备。

闪速存储器广泛应用于各种领域，包括固态硬盘（SSD）、USB闪存驱动器、存储卡（如SD卡和MicroSD卡）、嵌入式系统等。它在存储容量、读写速度、可靠性和功耗等方面具有显著优势，成为了现代存储技术的重要组成部分。

NOR闪存是一种非易失性存储器，常用于存储代码和数据，例如手机、相机、音乐播放器等设备中的存储芯片。与传统的EPROM和EEPROM不同，闪存可以被电擦除并重写，具有更高的密度和更长的寿命。

下面是NOR闪存的一些主要特点：

1. NOR闪存的逻辑结构：每个NOR闪存芯片包含多个块，每个块包含多个扇区，每个扇区包含多个页，每个页包含多个字节。

2. NOR闪存的读取：读取NOR闪存中的数据需要通过地址和时序信号来访问存储单元。读取速度相对较慢，但是支持随机读取。

3. NOR闪存的编程：编程是将数据写入存储单元的过程。由于闪存芯片的特殊结构，编程需要将整个块擦除并重写，因此编程速度较慢。

4. NOR闪存的擦除：擦除是将存储单元中的数据清除为初始状态的过程。与编程类似，擦除也需要将整个块清除，因此速度相对较慢。

5. NOR闪存的可靠性：由于闪存的特殊结构和工作方式，NOR闪存有一些独特的可靠性问题，如写入时的错误、擦除时的漏洞、累积擦写次数的限制等。

总的来说，NOR闪存是一种可靠的非易失性存储器，具有随机读取和高密度等优点，但是编程和擦除速度相对较慢，同时也有一些可靠性问题需要注意。

 

1.NOR内存的外部接口与逻辑结构

NOR闪存是一种非易失性存储器，可以用作代码存储器、数据存储器和固件存储器。它采用并行存储的方式，因此访问速度比串行存储器快，适用于需要快速访问的应用。

NOR闪存的外部接口通常包括地址总线、数据总线、控制信号等。在读取数据时，首先需要提供所需数据的地址，然后在数据总线上读取数据。在写入数据时，需要提供要写入的数据和目标地址。

NOR闪存的逻辑结构由一系列存储单元组成，每个存储单元包含一个字节或多个字节的数据。这些存储单元按照类似于RAM的方式进行编址，并且可以被随机访问。

NOR闪存的逻辑结构也包括一些特殊的区域，如引导扇区和保留扇区。引导扇区通常用于存储引导代码，而保留扇区可以用于存储特殊的数据或配置信息。

总的来说，NOR闪存的外部接口和逻辑结构相对简单，但其读取速度比较慢，而且对于大容量存储需要占用较大的物理空间。因此，NOR闪存通常用于对速度要求较高、容量较小的应用中。

 

 2.NOR内存的区块划分

NOR闪存的逻辑结构可以划分为多个块，每个块可以独立擦除和编程。块的大小通常是64KB或128KB，可以由闪存厂商定义和决定。

通常情况下，NOR闪存的块划分为以下几个区域：

1. Boot Block：用于存储引导程序。通常大小为16KB或32KB。
2. Parameter Block：用于存储设备参数，如硬件配置信息、序列号等。通常大小为16KB。
3. Main Block：主要用于存储程序代码和数据，是最大的存储区域。
4. Spare Block：备用块，主要用于备份关键数据，如文件系统的元数据等。

这些块的划分可以根据实际需求进行定制，不同厂商可能会有不同的划分方式。

 

 总结：

只读存储器（ROM）是一种用于存储程序和数据的非易失性存储器，其内容在生产时被编程，无法被擦除或修改。以下是只读存储器的重点和难点以及易错点：

重点：

• 只读存储器是一种非易失性存储器，通常用于存储固定的程序代码和数据。
• 只读存储器的内容在生产时被编程，无法被擦除或修改。
• 只读存储器的访问速度较快，但容量较小。
• 只读存储器有多种类型，如ROM、PROM、EPROM和EEPROM等。

难点：

• 只读存储器的内容是固定的，无法修改，因此需要在设计和生产阶段确定好存储的内容，这需要对存储的需求有清晰的了解和预判。
• 只读存储器的编程和生产成本较高，因此需要仔细考虑设计和生产成本的平衡。

易错点：

• 在使用只读存储器时，需要确保正确的引脚接线，以避免读取或写入错误的存储位置。
• 只读存储器的容量通常较小，如果存储需求超过容量，则需要考虑其他存储器类型或数据压缩等方法。
• 如果使用EEPROM存储器，需要注意其擦除和编程的次数限制，避免过度使用而导致存储器失效。
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