ROM、EPROM和EEPROM存储器的特点与发展

📚 文章目录

• 静态RAM和动态RAM的实现
• 只读存储器（ROM）简介
• 抗写入的只读存储器（ROM）
• 可编程只读存储器（EPROM）
• 可擦写编程只读存储器（EEPROM）
• 电可擦写编程只读存储器（电可擦EEPROM）
• 闪存EEPROM
• 理想存储器的特性
• 未来的发展方向

🖋️ 只读存储器（ROM）简介

只读存储器（ROM）是一种只能读取而不能写入数据的存储器。尽管ROM叫做只读存储器，但实际上并不意味着你只能从中读取数据。事实上，在某些ROM类型中你可以进行写入操作，下面我们将介绍这个过程。读取数据的过程非常快速，而写入数据的过程则相对复杂，通常需要更长的时间。这也是为什么它被称为只读存储器的原因。

🖋️ 抗写入的只读存储器（ROM）

其中一种类型的只读存储器被称为掩模可编程ROM（Mask Programmable ROM）。这种只读存储器只能被编程一次，一旦编程完成，就无法更改。它是真正的只读存储器，你不能进行实际的写入操作。你只能编程一次，并且对这个只读存储器进行无法更改的存储。掩模可编程ROM的基本结构类似于我们在其他存储器中看到的结构，由行和列组成。交叉点处是存储单元，由MOS晶体管组成。在每个交叉点上，可能有或可能没有MOS晶体管。通常在实际应用中，几乎每个交叉点上都会制造一个MOS晶体管。这是因为要为晶体管提供空间，而不能绘制弯曲的线条。通过为交叉点连接或不连接MOS晶体管，你在该位置存储了一个1或0。掩模可编程ROM的编程过程在芯片制造完成后就结束了，以后无法更改。

然而，这种只读存储器具有固有的缺点，即一旦编程就无法更改。为了解决这个问题，出现了其他类型的ROM，可以消除这个缺点，并具有编程ROM的灵活性。这意味着你可以将数据写入ROM并擦除其中的数据，然后重新写入新的数据。这种类型的存储器被称为可擦写编程ROM（EPROM）。可擦写编程ROM有不同的类型，可以进行擦除的方式也有所不同，这导致了不同类型的EPROM，我们将详细讨论这一点。

🖋️ 可擦写编程只读存储器（EPROM）

在可擦写编程ROM中，使用的实际器件与掩模可编程ROM中稍有不同。它使用的器件被称为FAMOS器件（Floating Gate Avalanche Injection MOS晶体管）。这种器件的结构与MOS晶体管类似，由一个浮动栅和两个控制栅组成。在编程过程中，通过应用高电压，使得电子穿过氧化物并被植入到浮动栅中。由于浮动栅具有负电荷，会导致硅中出现正电荷，并需要在控制栅上施加更高的电压来改变阈值电压。可擦写编程ROM通过改变器件的阈值电压来编程存储器，增加阈值电压可以使得晶体管在常规情况下不开启，因此可以进行存储器的自我编程。 然而，可擦写编程ROM仍有缺点，即擦除之后必须重写整个存储器，而不能擦除部分存储器。这意味着在擦除期间，整个存储器中的数据都将被清除，然后重新编程整个存储器。这是个问题，解决这个问题的方法是不在电路本身中对其进行编程。这意味着如果你想改变存储器的内容，必须将芯片从电路中拆下来，将其曝光在紫外线下以清除存储器，然后再使用特殊的机制进行编程。写入过程非常繁琐，所以它仍然是只读存储器，不适合频繁的写入操作。

🖋️ 电可擦写编程只读存储器（EEPROM）

为了解决可擦写编程ROM的缺点，出现了一种更加灵活的存储器类型，即电可擦写编程ROM（EEPROM）。EEPROM所使用的器件与FAMOS器件类似，但稍有不同。在EEPROM中使用的器件被称为FLOTOX器件（Floating Gate Tunneling Oxide MOS晶体管）。这是一种新型的器件结构，有一个浮动栅和一个控制栅，以及源和漏接触。与其他ROM不同的是，在EEPROM中使用的是两个晶体管来存储一个比特的数据。EEPROM中的选择晶体管起到了关键的作用，通过选择性地对晶体管施加电压，可以实现对单个位的编程和擦除。这极大地提高了EEPROM的使用灵活性，你可以只擦除一个特定的位，而不像之前的模式需要整个存储器擦除。然而，EEPROM仍然需要较长的编程和擦除时间，远远超过了读取时间。

🖋️ 闪存EEPROM

闪存EEPROM是另一种类型的电可擦写编程ROM，它使用单个晶体管来存储一个比特的数据。与EEPROM不同的是，在擦除时需要全局擦除，而不是比特擦除。这意味着如果你想擦除闪存EEPROM中的某个比特，你必须进行全局擦除，而不是只擦除特定的位。闪存EEPROM也被广泛应用，它拥有高度可编程性和相对较快的编程时间，但擦除时间仍然比读取时间长。

🖋️ 理想存储器的特性

理想的存储器应该具备以下特点：

• 非易失性：存储器内容在没有电源的情况下保持不变。
• 低功耗：对ROM而言，不需要任何功耗来保持存储器内容。
• 高密度：ROM可以实现高密度存储，特别是EEPROM。
• 系统可编程：ROM的编程操作可以在电路内部进行，或者具有更快的操作速度。
• 完全可擦除：理想情况下，所有类型的EPROM都可以按位进行擦除。 然而，在当前的存储器技术中，并不存在一种存储器同时具备所有这些特性。目前，存储器技术还在不断发展中。

🖋️ 未来的发展方向

未来的研究方向主要集中在实现理想的存储器。科学家和工程师们正致力于开发一种非易失性静态RAM，即具有非易失性特性，并且具有更高的密度和更快的写入速度。另外，他们也在研究更好的EEPROM和闪存EEPROM的擦除和编程技术，以缩短擦除和写入的时间。我们期待着未来存储器技术的突破，以便更好地满足不断增长的数据存储需求。

📝 结论

在本节中，我们讨论了不同类型的存储器，包括静态RAM、动态RAM、ROM以及不同类型的EPROM、EEPROM和闪存EEPROM。我们研究了它们的特性、优缺点以及未来的发展方向。尽管目前没有一种存储器具备所有理想特性，但存储器技术正在不断发展，我们可以期待未来的突破。通过了解不同类型的存储器，我们可以根据需求选择适合的存储器来满足我们的需求。

FAQ： Q：只读存储器（ROM）是否可以进行写入操作？ A：掩模可编程ROM只能进行一次编程，编程完成后无法更改。而可擦写编程ROM和电可擦写编程ROM可以进行写入和擦除操作。

Q：什么是EEPROM？ A：EEPROM是一种电可擦写编程ROM，它可以进行逐个位的擦除，并具有较高的可编程性。

Q：存储器的写入时间和读取时间有何不同？ A：存储器的写入时间通常比读取时间长得多。EEPROM的写入时间可能需要几个微秒，读取时间可能只需要几纳秒。

Q：未来的存储器技术发展方向是什么？ A：未来的存储器技术发展方向主要是实现更高密度、更快速度和更低功耗的存储器，同时具备非易失性和完全可擦除的特性。

参考文献：

• RAM和ROM的区别
• EEPROM特性和应用简介