什么是ROM？

ROM，即只读存储器，是一种永久存储信息的存储设备或介质。它是计算机的主要内存单元，与随机存取存储器（RAM）一起使用。它被称为只读存储器，因为我们只能读取存储在其中的程序和数据，而无法对其进行写入。它只能读取在单元内永久存储的单词。

ROM的生产商在制造ROM时将程序填充进去。在此之后，无法改变ROM的内容，也就是说，您无法在之后重新编程、重写或擦除其内容。不过，有一些类型的ROM可以修改数据。

ROM包含了可以为特定的互连模式（信息）编程的特殊内部电子熔丝。芯片中存储的二进制信息由设计者指定，然后在制造时嵌入到单元中，以形成所需的互连模式（信息）。一旦建立了模式（信息），即使关闭电源，它也会保留在单元内。因此，它是一种非易失性存储器，即使关闭电源或关闭计算机，它也会保留信息。

通过编程ROM，将信息以位的形式添加到RAM中。因为位存储在设备的硬件配置中，所以ROM是一种可编程逻辑设备（PLD）。

ROM的一个简单例子是用于视频游戏机的插卡，它允许系统运行多个游戏。存储在个人计算机和其他电子设备（如智能手机，平板电脑，电视，空调等）上的永久存储数据也是ROM的例子。

例如，当您启动计算机时，屏幕不会立即出现。它需要时间出现，因为在ROM中存储了启动指令，这些指令在引导过程中启动计算机所需。引导过程的工作是启动计算机。它将操作系统加载到计算机上安装的主存储器（RAM）中。计算机存储器（ROM）中也存在的BIOS程序被计算机的微处理器用于在引导过程中启动计算机。它允许您打开计算机并将计算机与操作系统连接起来。

ROM还用于存储固件，固件是一种附加到硬件上或在硬件设备（如键盘，硬盘驱动器，视频卡等）上编程的软件程序。它存储在硬件设备的闪存ROM中。它为设备提供指令，使其能够与其他设备进行通信和交互。

ROM的结构框图：

ROM块具有’n’个输入线和’m’个输出线。每个输入变量的位组合被称为地址。通过输出线传出的每个位组合称为字。每个字的位数等于输出线的数量，m。

二进制数的地址是指n个变量地址之一。因此，具有’n’个输入变量的可能地址数为2^n。输出字具有唯一的地址，因为ROM中有2^n个不同的地址，所以ROM中有2^n个独立的字。在给定时间，输出线上的字取决于应用于输入线的地址值。

内部ROM结构：

内部结构包括两个基本组件：解码器和OR门。解码器是将编码形式（如二进制编码十进制，BCD）解码为十进制形式的电路。因此，输入以二进制形式表示，输出为其十进制等效。ROM中的所有OR门将具有解码器输出作为其输出。让我们以64 x 4 ROM为例。结构如下图所示。

这个只读存储器由64个4位的字组成。因此，会有四条输出线，根据六条输入线中的六个输入来确定在输出线上可用的64个字中的一个，因为在这个只读存储器中，我们有2的6次方=64，所以我们可以指定64个地址或minterms。对于每一个地址输入，都有一个唯一的选定字。例如，如果输入地址是000000，将选中并应用字0到输出线上。如果输入地址是111111，则选中字63，并应用到输出线上。

只读存储器的特点：

只读存储器（Read-Only Memory）具有几个独特的特点，使其适用于各种应用。让我们用简单的语言来探讨只读存储器的一些关键特点。

• 非易失性存储器： 只读存储器是一种非易失性存储器类型，因此即使在断电时也会保留其数据。这使得它适合存储永久指令和数据，因为它保证了记录的信息将保持完整，并且可以在需要时访问。
• 只读特性： 只读存储器，顾名思义，阻止数据容易被修改或清除。这种特性提供了稳定性，并防止意外修改，确保存储信息的完整性和可靠性。
• 永久存储： 只读存储器提供数据和指令的永久存储。一旦数据在制造过程中编程到只读存储器中，它就变得固定且无法更改，除非物理更换只读存储器芯片。这种持久性保证了存储信息的一致性和稳定性。
• 固件存储： 只读存储器通常用于存储包含电子设备操作所需指令的固件。只读存储器的非易失性和只读特性确保固件保持不变，为设备提供可靠一致的功能。
• 启动和初始化： 只读存储器在电子系统的启动和初始化过程中起着重要作用。存储在只读存储器中的固件包含了启动系统、加载操作系统和初始化硬件组件所需的初始指令。这确保了设备的平滑和受控的启动顺序。
• 数据安全： 只读存储器提供固有的数据安全性。由于存储在只读存储器中的数据无法修改或擦除，它可以防止未经授权的修改或篡改。这个特性增强了存储信息的安全性和真实性，使得只读存储器适用于关键指令和敏感数据。
• 即时读取访问： 只读存储器提供对存储的指令和数据的即时读取访问。可以直接访问信息，而不需要耗时的加载，使得关键指令的检索和执行变得快速。
• 兼容性： 只读存储器与各种系统和架构兼容，可以无缝集成到不同的电子设备和系统中。这种兼容性确保只读存储器可以在各种应用中使用。
• 可靠性： 由于其只读特性，只读存储器具有高可靠性。存储在只读存储器中的数据不容易受到意外修改或丢失，确保持久时间内的一致和可预测性性能。这种可靠性对于重要系统来说至关重要，其中稳定性和数据完整性非常重要。
• 成本效益： 通常情况下，只读存储器比其他存储器类型更具成本效益，使其成为许多应用的经济选择。由于生产只读存储器的制造工艺已经非常成熟，生产成本更低廉。

只读存储器的类型：

1) 掩码只读存储器（MROM）：

它是最古老的只读存储器（ROM）类型。由于已经过时，所以在当今世界上任何地方都不再使用。它是一种硬件存储器设备，在制造过程中由制造商存储程序和指令。因此，它在制造过程中被编程，之后不能被修改、重新编程或擦除。

MROM芯片由集成电路制成。芯片通过在芯片的行列位置上的保险丝确定特定的输入-输出路径，发送电流。电流必须沿着启用了保险丝的路径传递，所以只能通过制造商选择的输出返回。这就是为什么在这种存储器中无法进行重写和其他任何修改的原因。

2）可编程只读存储器（PROM）：

EPROM是只读存储器（ROM）的一种空白版本。它是作为空白存储器制造的，制造后再进行编程。我们可以说它在制造时保持为空白。您可以购买并使用一种名为编程器的特殊工具进行编程。

在芯片中，电流通过所有可能的路径传输。编程器可以通过向不需要的保险丝发送高电压来选择电流的特定路径。用户有机会根据自己的需求进行编程或添加数据和指令。因此，它也被称为用户可编程ROM，因为用户可以对其进行编程。

为了将数据编写到PROM芯片上，使用一种称为PROM编程器或PROM刻录机的设备。编程PROM的过程被称为刻录PROM。一旦编程完成，数据将无法后续修改，因此也被称为一次性可编程设备。

用途： 它被用于手机、视频游戏机、医疗设备、RFID标签等。

3) 可擦写可编程只读存储器（EPROM）：

EPROM是一种可进行多次重编程和擦除的ROM。擦除数据的方法非常不同；它有一个石英窗口，通过该窗口通过特定频率的紫外光照射大约40分钟来擦除数据。因此，它保留其内容直到暴露于紫外光。您需要一种名为PROM编程器或PROM烧录机的特殊设备来重新编程EPROM。

用途： 它用于一些微控制器中存储程序，例如Intel 8048的某些版本和Freescale 68HC11。

4）可擦写和可编程只读存储器（EEPROM）：

ROM 是一种只读存储器，可以重复擦除和重新编程，最多达到10000次。它也被称为闪存EEPROM，因为它类似于闪存。它是通过电子方式擦除和重新编程，而不使用紫外线。访问时间介于45纳秒和200纳秒之间。

此存储器中的数据是以字节为单位写入或擦除的，而闪存存储器中的数据是以块为单位写入和擦除的。因此，它比EEPROM更快。它用于在计算机和电子系统以及电路板等设备中存储少量数据。

用途： 计算机的BIOS存储在这个存储器中。

5）闪存ROM：

这是一种EEPROM的高级版本。它通过浮栅晶体管的排列或阵列来存储信息。使用这种存储器的优点是可以在特定时间内删除或写入大约512个字节左右的数据块。而在EEPROM中，每次只能删除或写入1个字节的数据。所以，这种存储器比EEPROM更快。

它可以在计算机内部重新编程而无需移除。其访问时间非常高，大约为45到90纳秒。它也非常耐用，可以承受高温和高压。

用途： 用于个人电脑和数字设备之间的存储和数据传输。它用于USB闪存驱动器、MP3播放器、数码相机、调制解调器和固态硬盘（SSD）。许多现代计算机的基本输入/输出系统（BIOS）存储在闪存存储器芯片上，称为闪存BIOS。

ROM的用途：

ROM（只读存储器）在各种电子设备中使用。让我们探索一下这些电子设备中的许多ROM应用程序。

计算机：

在计算机系统中，ROM是必不可少的。基本输入/输出系统（BIOS）和首次启动指令存储在计算机固件的一部分中。ROM中的固件负责初始化硬件元素、运行自检程序，并在您打开计算机时将操作系统加载到内存中。

视频游戏：

ROM广泛应用于视频游戏中。在早期的游戏机和便携设备中，游戏数据以前是存储在ROM芯片上的ROM卡上。这些卡带上的ROM芯片包含了游戏的代码、图形、声音和其他组件。游戏机通过从ROM芯片读取数据来加载游戏。使用ROM在视频游戏中可以方便地分发，并确保游戏数据保持完整，不会意外修改。

智能手机：

在智能手机中，ROM对于存储固件（如操作系统和内置应用程序）非常重要。制造商在设备制造过程中将固件编程到ROM中，以保证设备的整个生命周期内的一致性。ROM中还包括引导加载程序，它启动引导过程并加载操作系统。通过利用ROM，智能手机可以提供稳定可靠的性能，并保护固件免受潜在的破坏或篡改。

数字速度表：

在汽车行业中，ROM用于数字速度表或速度计中。这些设备中的ROM芯片存储了测量和显示车速所需的校准数据和转换表。这确保速度表运行一致，并提供准确的读数。ROM的非易失性确保校准数据即使在断电或车辆关闭时也能保持完好。

可编程电子设备：

ROM用于可编程电子设备、微控制器和可编程逻辑器件（PLD）。这些设备通常使用可编程只读存储器（PROM）或可擦除可编程只读存储器（EPROM）。用户可以编程这些ROM芯片以保留设备可以访问和执行的某些信息或指令。这种灵活性使得ROM在各种数字应用中具有定制和灵活性，包括机器人技术、自动化和控制系统。

ROM的优点：

1. 数据保留： ROM即使在没有电源的情况下也可以保持数据，确保重要数据在需要时能够保留和访问。
2. 永久存储： ROM的不可修改性确保存储在其中的信息保持完整，使其成为可靠和持续的数据和指令来源。
3. 可靠性能： 由于ROM是只读的，可以防止意外修改，确保存储的数据长时间可靠和一致地工作。
4. 非易失性存储器： ROM是一种存储重要指令、固件和数据的选择，因为它可以在没有持续电源的情况下保留数据。
5. 稳定性： ROM通过存储关键指令和校准数据，为引导过程和整体系统功能提供坚实基础，确保一致和可预测的性能。
6. 数据安全： 只读存储器（ROM）可防止未经授权的更改，加强其中的数据安全性，并防止未经授权的访问。
7. 即时访问性： 能够即时访问存储在ROM中的数据和指令，减少了耗时的数据加载过程的需求，从而加快了系统运行速度。
8. 简单的设计和制造： ROM芯片的设计使其易于集成到电器设备中。
9. 成本效益： ROM通常比其他存储器类型更便宜，这使其成为许多应用的一种经济实惠的选择，而不会影响性能。
10. 兼容性： 由于ROM与各种架构和系统兼容，因此可以轻松集成到各种电子系统和设备中。

ROM的缺点：

1. 不可变性： ROM的主要缺点是无法修改或更新。一旦数据被编程到ROM中，就无法更改，限制了其在某些应用中的灵活性和适应性。
2. 限制的灵活性： 与可写内存（如RAM或闪存）不同，ROM不允许对存储数据进行动态更改或更新，限制了其在需要频繁修改的情况下的使用。
3. 制造挑战： 制造ROM芯片需要特殊的工艺，使其比其他类型的存储器更不灵活，潜在地更昂贵。
4. 设计约束： ROM的固定性对设计施加了约束，因为编程到其中的数据不能轻易地进行修改或扩展。当系统要求发生变化或需要额外功能时，这可能是有限制的。
5. 开发耗时： 在开发阶段创建和编程ROM需要大量的时间和精力，这可能会减缓整体产品开发周期。
6. 小规模生产成本较高： ROM生产的初始成本，如掩模制作，相对较高，使其在小规模或定制生产中不那么具有成本效益。
7. 缺乏升级能力： ROM只能通过物理更换整个芯片来进行升级或更换为新版本，这在许多情况下成本高昂且不切实际。
8. 存储效率低下： ROM是只读的；ROM芯片内部的未使用空间无法利用，导致潜在的存储效率低下。
9. 有限的错误修正能力： 与其他存储器类型不同，ROM不提供内置的错误修正机制，这可能对具有关键数据完整性的应用造成不利影响。
10. 降低的通用性： ROM的固定性使其对于需要动态存储和频繁更改存储数据的应用来说不太灵活。

常见问题

ROM和RAM有什么不同？

A： ROM（只读存储器）即使在断电时也能永久存储数据。它用于存储保持不变的指令和数据。相反，RAM（随机访问存储器）是易失性存储器，可以快速存储计算机处理器可访问的临时数据。

我可以将我的数据存储在ROM中吗？

A： 不可以，ROM在制造过程中进行预编程，用户无法轻松修改。它被设计用于存储固件，系统指令和必须保持不变的数据。

ROM中的数据是否安全？

A： 是的，存储在ROM中的数据无法未经授权地进行修改。由于ROM是只读的，数据不能轻易更改或篡改，为关键指令和数据提供了安全性。

ROM中的数据可以保留多长时间？

A： 存储在ROM中的数据可以保存很多年，甚至可能是几十年。只要保持芯片的物理完整性，ROM芯片中保存的数据会持久存在。

ROM可以重新编程吗？

A： 一些ROM类型，如PROM（可编程只读存储器），EPROM（可擦除可编程只读存储器）和EEPROM（电可擦除可编程只读存储器），可以使用特定的技术和工具进行重新编程。然而，相比于更改可读内存（如RAM或闪存）中的数据，重新编程ROM更加困难，需要专门的设备。