数字电子技术基础（六十四）——只读存储器

目录

1 ROM简介

2 掩膜ROM的构成原理和特点

3 可编程性只读存储器

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1 ROM简介

只读存储器由三个组成部分，分别是存储矩阵、地址译码器和输出缓冲器，如下所示：

• 存储矩阵：由很多个存储单元排列而成，存储单元可以是由二极管、双极型三极管和MOS管组合排列构成，每个单元可以存放1位的二进制0或者1。
• 地址译码器：将输入的地址代码翻译为相对应的控制信号，利用这些控制信号可以在存储矩阵中选出指定的储存单元。
• 输出缓冲器：首先输出缓冲器能够提高存储器的带负载能力，其次可以实现输出状态的三态控制，以便于系统总线进行连接。

如下所示：

在上图中，表示的是地址线，表示的是子线， 表示的是位线。

在只读存储器中，从地址输入到数据输出的过程始于外部电路通过地址总线发送二进制地址信号，由ROM内部的地址解码器将其转换为对应的物理存储单元位置，激活特定的字线以选中目标存储单元组。存储单元矩阵中的每个单元通过固定电路表示数据，被选中的单元通过位线传导电流状态，敏感放大器将微弱的位线信号放大并转换为逻辑电平，最终通过输出缓冲器将数据驱动到数据总线。整个过程在片选和输出使能信号的控制下完成，确保数据在指定时序内稳定输出，实现非易失性数据的快速读取。

2 掩膜ROM的构成原理和特点

掩膜ROM是一种只读存储器，其数据在芯片制造过程中通过掩膜工艺永久写入，无法被用户修改或擦除，具有永久性存储的特点。

如下图所示是2位地址输入码和4位数据输出的ROM电路，它的存储矩阵由二极管构成，地址译码器是由4个二极管与门组成。输出缓冲器用于提高存储器带负载能力，并将输出的高低电平变换为逻辑电平，通过给定信号来实现对于输出输出状态的三态控制。二极管ROM的电路结构如下所示：

在上图中，表示的是子线， 表示的是位线，和表示的是地址线。

2位地址码能给出4个不同的地址。地址译码器将4个地址分别译成根线上的高电平信号。当的每根线都是高电平时，都在会在根线上输出一个二进制代码。

 在读取数据时，只要输入指定的地址码并且指定，则指定地址内各个存储单元所存的数据出现在输出数据线上。例如，当时，，其他字线为低电平。由于只有一根线与之间有二极管，所以这个二极管导通之后为高电平，而、和为低电平，因此可以得到。传输路径如下所示：

再例如当时，，其他字线为低电平，这里、和与之间有二极管，所以这个二极管导通之后 、和为高电平，而为低电平，因此可以得到

，传输路径如下所示：

通过总结4个地址的存储内容如下所示：

3 可编程性只读存储器

可编程只读存储器（PROM，Programmable Read-Only Memory）是一种允许用户一次性写入数据的非易失性存储器，写入后数据永久保存，不可修改。PROM的核心特点就是出厂时为空白状态，用户可以根据需要烧写内容，但是只能写一次不可以修改。

如下图所示为熔丝性PROM存储单元的原理图：

上图中是由一只三极管和串在发射极的快速熔断丝组成。三极管的be结相当于接在字线与位线之间的二极管。熔丝用很细的低熔点合金丝或者多晶硅导线制作而成，在写入数据的时候只要设法将需要存入0的哪些存储单元上的熔丝烧断就可以了。

如下图所示为16×8位PROM的结构原理图：

首先PROM编程器选中目标存储单元的地址，找出要写入0的单元地址。然后使用和选中的字线提高到编程所需要的水平，通过单元的行/列选择电路。如果高温烧断熔丝，断开连接，那么是写入0；如果电压击穿绝缘层，形成导通电路，那么是写入1。

因此PROM在出厂时，制作的是一个完整的二极管或者三极管存储单元矩阵，相当于所有的存储单元全部存入。PROM在每个单元的三极管发射极上都接有快速熔断丝。PROM的特点就是只能写入一次。