只讀存儲器，大部分只讀存儲器用金屬—氧化物—半導體（MOS）場效應管制成，是一種只能讀出事先所存數據的固態半導體存儲器。只讀存儲器所存數據，一般是裝入整機前事先寫好的，整機工作過程中只能讀出，而不像隨機存儲器那樣能快速地、方便地加以改寫。只讀存儲器所存數據穩定 ，斷電后所存數據也不會改變；其結構較簡單，讀出較方便，因而常用于存儲各種固定程序和數據。除少數品種的只讀存儲器（如字符發生器）可以通用之外，不同用戶所需只讀存儲器的內容不同。

為便于使用和大批量生產，進一步發展了可編程只讀存儲器（PROM）、可擦可編程序只讀存儲器（EPROM）和電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）。EPROM需用紫外光長時間照射才能擦除，使用很不方便。20世紀80年代制出的EEPROM，克服了EPROM的不足，但集成度不高，價格較貴。于是又開發出一種新型的存儲單元結構同EPROM相似的快閃存儲器，其集成度高、功耗低、體積小，又能在線快速擦除，因而獲得飛速發展，并逐漸取代硬盤和軟盤成為主要的大容量存儲媒體。

結構

只讀存儲器主要由地址譯碼器、存儲矩陣和輸出緩沖器三部分組成，如圖：

存儲矩陣是存放信息的主體，它由許多存儲單元排列組成。每個存儲單元存放一位二值代碼（0 或 1），若干個存儲單元組成一個“字”（也稱一個信息單元）。 地址譯碼器有n條地址輸入線A0~An-1，2n條譯碼輸出線W0~W2n-1，每一條譯碼輸出線Wi稱為“字線”，它與存儲矩陣中的一個“字”相對應。因此， 每當給定一組輸入地址時，譯碼器只有一條輸出字線Wi被選中，該字線可以在存儲矩陣中找到一個相應的“字”，并將字中的m位信息Dm-1~D0送至輸出緩沖器。讀出Dm-1~D0的每條數據輸出線Di也稱為“位線”，每個字中信息的位數稱為“字長”。

ROM的存儲單元可以用二極管構成，也可以用雙極型三極管或MOS管構成。存儲器的容量用存儲單元的數目來表示，寫成“字數乘位數”的形式。對于上圖的存儲矩陣有2n個字， 每個字的字長為m，因此整個存儲器的存儲容量為2n×m位。 存儲容量也習慣用K（1 K=1024）為單位來表示，例如1 K×4、2 K×８和64 K×1的存儲器，其容量分別是1024×4 位、2048×8 位 和65536×1 位。

地址譯碼器的作用是將輸入的地址代碼譯成相應的控制信號，利用這個控制信號從存儲矩陣中把指定的單元選出，并把其中的數據送到輸出緩沖器。

輸出緩沖器的作用有兩個，一是能提高存儲器的帶負載能力，二是實現對輸出狀態的三態控制，以便與系統的總線聯接。

工作原理

如圖10-2所示的是一個由二極管構成的容量為4×4的ROM。將地址譯碼器部分和二極管與門對照，可知地址譯碼器就是一個由二極管與門構成的陣列，稱為與陣列。將存儲矩陣部分和二極管或門對照，可以發現存儲矩陣就是一個由二極管或門構成的陣列，稱為或陣列。由此可以畫出如圖10-3所示的ROM邏輯圖。由圖10-3可知，該ROM的地址譯碼器部分由四個與門組成，存儲矩陣部分由四個或門組成。兩個輸入地址代碼A1A0經譯碼器譯碼后產生四個字單元的字線W0W1W2W3，地址譯碼器所接的四個或門構成四位輸出數據D3D2D1D0。

圖10-2

圖10-3

由圖10-3可得地址譯碼器的輸出為

存儲矩陣的輸出為

由這些表達式可求出如圖10-2所示的ROM存儲內容，如表10-1所示。

表10-1

結合圖10-2及表10-1可以看出，圖10-2中的存儲矩陣有四條字線和四條位線，共有16個交叉點（注意，不是結點），每個交叉點都可以看作是一個存儲單元。交叉點處接有二極管時相當于存1，沒有接二極管時相當于存0。例如，字線W0與位線有四個交叉點，其中只有兩處接有二極管。當W0為高電平（其余字線均為低電平）時，兩個二極管導通，使位線D3和D1為1，這相當于接有二極管的交叉點存1。而另兩個交叉點處由于沒有接二極管，位線D2和D0為0，這相當于未接二極管的交叉點存0。存儲單元是存1還是存0，完全取決于只讀存儲器的存儲需要，設計和制造時已完全確定，不能改變；而且信息存入后，即使斷開電源，所存儲信息也不會消失。所以，只讀存儲器又被稱為固定存儲器。

圖10-4

圖10-2所示的ROM可以畫成如圖10-4所示的陣列圖。在陣列圖中，每個交叉點表示一個存儲單元。有二極管的存儲單元用一個黑點表示，意味著在該存儲單元中存儲的數據是1。沒有二極管的存儲單元不用黑點表示，意味著在該存儲單元中存儲的數據是0。例如，若地址代碼為A1A0=01，則W1=1，字線W1被選中，在W1這行上有三個黑點（存1），一個交叉點上無黑點（存0），此時字單元W1中的數據被輸出，即只讀存儲器輸出的數據為D3D2D1D0=1101。當然，只讀存儲器也可以從D0～D3各位線中單線輸出信息，例如位線D2的輸出為D2=W1+W2+W3。

類型

一般稱向ROM寫入數據的過程為對ROM進行編程，根據編程方法的不同，ROM通常可以分為幾類。

1.掩模式ROM

MROM的內容是由半導體制造廠按用戶提出的要求在芯片的生產過程中直接寫入的，寫入之后任何人都無法改變其內容。

MROM的優點是可靠性高，集成度高，形成批量之后價格便宜；缺點是用戶對制造廠商的依賴性過大，靈活性差。

2.一次可編程ROM

PROM允許用戶利用專門的設備（編程器）進行一次寫入操作，但有且僅有一次。一旦寫入后，其內容將無法改變。

3.可擦除可編程ROM

EPROM中的內容既可以讀出，也可以寫入。但是在一次寫操作之前必須用紫外線照射15～20分鐘以擦去所有信息，然后再寫入，可以寫多次。

EPROM又可分為兩種，分別是紫外線擦除（UVEPROM）和電擦除（E2PROM）。

UVEPROM需用紫外線燈制作的擦抹器照射存儲器芯片上的透明窗口，使芯片中原存內容被擦除。由于是用紫外線燈進行擦除，所以只能對整個芯片擦除，而不能對芯片中個別需要改寫的存儲單元單獨擦除。

E2PROM是采用電氣方法來進行擦除的，在聯機條件下既可以用字擦除方式擦除，也可以用數據塊擦除方式擦除。以字擦除方式操作時，能夠只擦除被選中的那個存儲單元的內容；在數據塊擦除方式操作時，可擦除數據塊內所有單元的內容。

雖然EPROM是可讀寫的ROM，但由于它壽命有限，寫入時間過長等因素，仍不能取代RAM。

4.閃速存儲器

閃速存儲器（Flash Memory，閃存）是20世紀80年代中期出現的一種快擦寫型存儲器，其性能介于 EPROM與 E2PROM之間。與E2PROM相似，可使用電信號進行刪除操作。整塊閃速存儲器可以在數秒內刪除，速度遠快于EPROM，而且可以選擇刪除某一塊而非整塊芯片的內容，但還不能進行字節級別的刪除操作。集成度與EPROM相當，高于E2PROM。

目前，大多數微型計算機的主板采用閃速存儲器來存儲BIOS程序。因為閃速存儲器除了具有ROM的一般特性外，還有低電壓改寫的特點，便于用戶自動升級BIOS。

應用

在數字系統中，只讀存儲器的應用十分廣泛，如用于實現組合邏輯函數、進行波形變換、構成字符發生器以及存儲計算機的數據和程序等。

1.用ROM實現組合邏輯函數

從上面的分析可知，ROM中的地址譯碼器實現了對輸入變量的與運算；存儲矩陣實現了有關字線變量的或運算。因此，ROM實際上是由與陣列和或陣列構成的組合邏輯電路。從原則上講，利用ROM可以實現任何組合邏輯函數。

用ROM來實現組合邏輯函數的本質就是將待實現函數的真值表存入ROM中，即將輸入變量的值對應存入ROM的地址譯碼器（與陣列）中，將輸出函數的值對應存入ROM的存儲單元（或陣列）中。電路工作時，根據輸入信號（即ROM的地址信號）從ROM中將所存函數值再讀出來，這種方法稱為查表法。

2.用ROM作函數運算表電路

數學運算是數控裝置和數字系統中需要經常進行的運算。如果事先把要用到的基本函數變量在一定范圍內的取值和相應的函數值列成表格寫入ROM中，則在需要時只要給出規定的地址就可非常快速地得到相應的函數值。這種只讀存儲器實際上已經成為函數運算表電路。函數運算表電路的實現方法與用ROM實現組合邏輯函數的方法相同。

3.用ROM作字符發生器電路

字符發生器也是利用ROM實現代碼轉換的一種組合邏輯電路，常用于各種顯示設備、打印機及其他一些數字裝置中。被顯示的字符以像點的形式存儲在ROM中，每個字符由7×5（或7×9）點陣組成。數據經輸出緩沖器接至光柵矩陣。當地址碼A2A1A0選中某行時，該行的內容即以光點的形式反映在光柵矩陣上。單元內容為1，相應于光柵上就出現亮點。若地址碼周期性地循環變化，則各行的內容就會相繼地反映在光柵上，從而顯示出所存儲的字符。
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