【计算机组成原理】ROM分类详解掩膜ROM、PROM、EPROM、E²PROM、NOR/NAND闪存前言在存储器体系里RAM是易失性存储器断电数据丢失而ROM属于非易失性存储器断电之后数据可以长久保存。很多同学容易混淆各类ROM的特点、擦写方式、使用场景这是计组第三章存储系统高频考点。本文完全对照课本内容梳理ROM的分类、原理、特性、NOR闪存与NAND闪存对比附带考点总结。一、只读存储器ROM概述半导体只读存储器ROM最大特点非易失性断电数据不丢失。用途存放固件、引导加载程序、系统启动程序还有长期不变的参数。“只读”是早期的说法现代ROM大多可以在线更新但是更新操作和RAM写操作完全不一样RAM写操作速度快ROM擦写时间很长擦写次数有限不能像内存一样频繁写入。ROM更新本质不是简单“写”而是擦除编程两步。ROM大类划分掩膜ROMMask ROMPROM一次性可编程ROMOTP-ROMEPROM紫外线擦除PROMUV-EPROME2PROM电可擦除PROMEEPROMFlash闪存NOR Flash、NAND Flash二、各类ROM详细介绍1. 掩膜ROM出厂时厂家根据用户提供的代码在生产芯片的时候直接把信息固化到芯片内部。✅ 特点一旦生产完成内容无法修改成本低适合大批量生产、程序固定不变的场景❌ 缺点不能后期修改内容适用大批量、功能固定的设备固件。2. PROMOTP-ROM一次性可编程ROMOTP One Time Programmable只能烧写一次。出厂的时候芯片内部是空的用户可以用编程器写入一次程序写入完成之后再也不能修改。适合小批量试制程序确定之后不需要改动。3. EPROMUV-EPROM紫外线擦除ROM可以多次编程。芯片上方有石英窗口用紫外线照射窗口几分钟到十几分钟整片内容全部擦除之后再重新编程写入。✅ 特点可以反复擦写编程❌ 缺点擦除麻烦需要拆芯片、紫外线照射不能在线擦除。4. E2PROMEEPROM电可擦除PROM用电信号擦除不需要紫外线、不需要拆芯片可以在线擦写。✅ 特点可以单字节擦除、单字节写入粒度很小擦写次数大概100万次左右接口简单很多单片机自带E2PROM❌ 缺点容量一般不大用途保存配置参数、密码、校准信息。现在很多被串行E2PROMSEEPROM替代支持IIC、SPI等串行总线。5. Flash 闪存重点考试必考闪存同样属于可在线擦除、非易失性ROM。擦除速度远快于EPROM、E2PROM但是闪存擦除有一个硬性规则擦除是以块/扇区为单位不能单字节擦除。闪存分为两大主流NOR闪存、NAND闪存。5.1 NOR闪存线性闪存最早由Intel、AMD推出。✅ 核心特点随机访问和SRAM一样可以直接在上面运行代码片上执行XIP读速度快独立数据线、地址线接口和SRAM接近擦除、编程速度偏慢区块尺寸大✅ 适用场景存放启动程序、BIOS、监控程序单片机启动固件。课本例子S29AL016J就是典型NOR Flash支持命令序列、区块擦除、整片擦除还有RY/BY#引脚判断芯片是否空闲支持data polling轮询判断编程/擦除是否完成。5.2 NAND闪存非线性闪存最早由三星、东芝推出。✅ 核心特点不能随机访问不能直接运行程序按页读取按块擦除存储密度极高、成本很低、容量很大数据线、地址线复用同一组总线✅ 适用场景大容量存储U盘、固态硬盘SSD、存储卡、手机存储。NAND的可擦除次数一般高于NOR适合大量数据存储。三、NOR Flash 工作补充课本S29AL016J例子S29AL016J是16Mbit的NOR闪存两种工作模式字模式1M×16bit、字节模式2M×8bit。关键引脚A19~A0地址线DQ15~DQ0数据线CE#片选OE#输出允许WE#写使能RESET#复位BYTE#字节/字模式选择WP#写保护RY/BY#就绪/忙信号用来判断芯片是否完成擦写操作重要操作规则上电复位后默认只读模式读操作和普通ROM一致擦除、编程不能直接写必须发送命令序列比如芯片擦除、区块擦除、编程都有固定命令字擦写不是立刻完成CPU需要查询状态方式1读取RY/BY#引脚电平方式2Data Polling轮询DQ7循环读取DQ7判断操作是否结束编程之前必须先擦除闪存只能把1写成0擦除才可以把0恢复成1四、各类存储器对比表存储器类型非易失性高密度低功耗可在线更新快速读出Flash闪存√√√√√SRAM×——√√DRAM×√—√√EPROM√—√—√OTP ROM√—√—√UV-EPROM√—√—√掩膜ROM√—√—√硬盘√√—√√CD-ROM光盘√√——√五、高频考点总结背诵版ROM共性非易失性断电数据保留RAM是易失性断电丢失。掩膜ROM出厂固化不可修改PROM一次性烧写UV-EPROM紫外线整片擦除E2PROM电擦除、按字节擦写。Flash闪存属于ROM非易失擦除按块扇区不能单字节擦除。NOR Flash可以随机读、直接执行代码XIP适合存启动固件NAND Flash密度高、容量大不能直接运行代码适合U盘、SSD。Flash更新流程发送命令 → 擦除区块 → 编程写入编程前必须擦除。区分E2PROM可以字节擦写Flash最小擦除单元是扇区/块。Flash速度读快擦写慢速度远低于SRAM、DRAM所以不能替代内存RAM。六、小结ROM家族从早期不可修改的掩膜ROM发展到一次性PROM、紫外线擦除EPROM、电擦除E2PROM再到现在广泛使用的Flash闪存。NOR闪存主打直接运行程序用来做启动固件NAND闪存主打大容量低成本做数据存储。闪存虽然可以在线编程但是擦写机制和RAM完全不同写入速度慢、擦写次数有限属于ROM不能替代主存DRAM。
